物理層的作用
物理層利用傳輸介質(zhì)為通信的主機(jī)之間建立餐弱，管理和釋放物理連接，實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸（傳輸單位是比特）囱晴，保證比特流通過(guò)傳輸介質(zhì)的正確傳輸膏蚓。
物理層的主要任務(wù)
確定與傳輸媒體的接口的一些特性。
- 機(jī)械特性 ：指明接口所用接線器的形狀和尺寸畸写、引線數(shù)目和排列驮瞧、固定和鎖定裝置等。
- 電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍枯芬。
- 功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義论笔。
- 過(guò)程特性 ：指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型
模擬信號(hào) (analogous signal) —— 代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的千所。
數(shù)字信號(hào) (digital signal) —— 代表消息的參數(shù)的取值是離散的狂魔。
信道
- 信道 —— 一般用來(lái)表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體。
- 單向通信（單工通信）——只能有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互淫痰。
- 雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息最楷，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。
- 雙向同時(shí)通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息待错。
基帶信號(hào)
基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）—— 來(lái)自信源的信號(hào)籽孙。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)±署基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分蚯撩，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量烛占。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 (modulation)。
調(diào)制
調(diào)制分為兩大類(lèi)：
- 基帶調(diào)制：僅對(duì)基帶信號(hào)的波形進(jìn)行變換，使它能夠與信道特性相適應(yīng)忆家。變換后的信號(hào)仍然是基帶信號(hào)犹菇。把這種過(guò)程稱(chēng)為編碼 (coding)。
- 帶通調(diào)制：使用載波 (carrier)進(jìn)行調(diào)制芽卿，把基帶信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段揭芍，并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，這樣就能夠更好地在模擬信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過(guò)信道） 卸例。
- 帶通信號(hào) ：經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)称杨。
常用編碼方式
- 從信號(hào)波形中可以看出，曼徹斯特 (Manchester) 編碼和差分曼徹斯特編碼產(chǎn)生的信號(hào)頻率比不歸零制高筷转。
- 從自同步能力來(lái)看姑原，不歸零制不能從信號(hào)波形本身中提取信號(hào)時(shí)鐘頻率（這叫作沒(méi)有自同步能力），而曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼具有自同步能力呜舒。
最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種
- 調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化锭汛。
- 調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。
-
調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化袭蝗。
奈氏準(zhǔn)則
1924年唤殴，奈奎斯特 (Nyquist) 就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下到腥，為了避免碼間串?dāng)_朵逝，碼元的傳輸速率的上限值。
信噪比
香農(nóng)公式
1984年乡范，香農(nóng) (Shannon) 用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限廉侧、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率（香農(nóng)公式）。
- 信道的帶寬或信道中的信噪比越大篓足，則信息的極限傳輸速率就越高段誊。
- 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸栈拖。
- 若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒(méi)有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的）连舍，則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒(méi)有上限。
- 實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少涩哟。
同軸電纜
- 50 Ω 同軸電纜 —— LAN / 數(shù)字傳輸常用
- 75 Ω 同軸電纜—— 有線電視 / 模擬傳輸常用
光纖（光纜）優(yōu)點(diǎn)
(1) 通信容量非常大索赏。
(2) 傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)贴彼。
(2) 抗雷電和電磁干擾性能好潜腻。
(3) 無(wú)串音干擾，保密性好器仗。
(4) 體積小融涣，重量輕童番。
多模光纖
可以存在多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。這種光纖就稱(chēng)為多模光纖威鹿。
單模光纖
若光纖的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)剃斧，則光纖就像一根波導(dǎo)那樣，它可使光線一直向前傳播忽你，而不會(huì)產(chǎn)生多次反射幼东。這樣的光纖稱(chēng)為單模光纖。單模光釬比多模光釬傳播距離更長(zhǎng)科雳。
非導(dǎo)引型傳輸媒體
- 短波通信（即高頻通信）主要是靠電離層的反射根蟹，但短波信道的通信質(zhì)量較差，傳輸速率低糟秘。
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微波在空間主要是直線傳播简逮。
傳統(tǒng)微波通信有兩種方式：
地面微波接力通信
衛(wèi)星通信
復(fù)用和分用
頻分復(fù)用
將整個(gè)帶寬分為多份，用戶(hù)在分配到一定的頻帶后蚌堵，在通信過(guò)程中自始至終都占用這個(gè)頻帶买决。
頻分復(fù)用的所有用戶(hù)在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）吼畏。
時(shí)分復(fù)用
時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM 幀）督赤。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶(hù)在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。每一個(gè)用戶(hù)所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長(zhǎng)度）泻蚊。TDM 信號(hào)也稱(chēng)為等時(shí)(isochronous)信號(hào)躲舌。
時(shí)分復(fù)用的所有用戶(hù)是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。
時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)性雄。
統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM
波分復(fù)用
波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用没卸。使用一根光纖來(lái)同時(shí)傳輸多個(gè)光載波信號(hào)。
碼分復(fù)用
常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)秒旋。
各用戶(hù)使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型约计，因此彼此不會(huì)造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力迁筛，其頻譜類(lèi)似于白噪聲煤蚌，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。
碼片序列
- 每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔细卧，稱(chēng)為碼片 (chip)尉桩。
- 每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m bit 碼片序列。
如發(fā)送比特 1贪庙，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列蜘犁。
如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼止邮。 - 例如这橙，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011奏窑。
發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011析恋，
發(fā)送比特 0 時(shí)良哲，就發(fā)送序列 11100100盛卡。 - S 站的碼片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
碼片序列實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻
假定S站要發(fā)送信息的數(shù)據(jù)率為 b bit/s助隧。由于每一個(gè)比特要轉(zhuǎn)換成 m 個(gè)比特的碼片，因此 S 站實(shí)際上發(fā)送的數(shù)據(jù)率提高到 mb bit/s滑沧，同時(shí) S 站所占用的頻帶寬度也提高到原來(lái)數(shù)值的 m 倍并村。
這種通信方式是擴(kuò)頻(spread spectrum)通信中的一種。
擴(kuò)頻通信通常有兩大類(lèi)：
- 直接序列擴(kuò)頻DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)滓技，如上面講的使用碼片序列就是這一類(lèi)哩牍。
- 跳頻擴(kuò)頻FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)。
CDMA 的重要特點(diǎn)
每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同令漂，并且還必須互相正交 (orthogonal)膝昆。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。
接收端應(yīng)該用自己的碼片去和總的發(fā)送信號(hào)求內(nèi)積叠必，看看得出是1還是-1荚孵，或者是0。得出1說(shuō)明發(fā)送端發(fā)送的是1纬朝，得出-1說(shuō)明發(fā)送端發(fā)送的是0收叶，得出0說(shuō)明發(fā)送端沒(méi)有發(fā)送碼片。
ADSL
ADSL 技術(shù)就把 0~4 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用共苛，而把原來(lái)沒(méi)有被利用的高端頻譜留給用戶(hù)上網(wǎng)使用判没。DSL 就是數(shù)字用戶(hù)線 (Digital Subscriber Line) 的縮寫(xiě)。
ADSL 在用戶(hù)線（銅線）的兩端各安裝一個(gè) ADSL 調(diào)制解調(diào)器隅茎。
我國(guó)目前采用的方案是離散多音調(diào) DMT (Discrete Multi-Tone)調(diào)制技術(shù)澄峰。
ADSL 采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶(hù)線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。
ADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率辟犀。
光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）
HFC (Hybrid Fiber Coax) 網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng) CATV的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)俏竞。HFC 網(wǎng)除可傳送 CATV 外，還提供電話踪蹬、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)“耍現(xiàn)有的 CATV 網(wǎng)是樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸跃捣。HFC 網(wǎng)對(duì) CATV 網(wǎng)進(jìn)行了改造漱牵。
HFC 網(wǎng)將原 CATV 網(wǎng)中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)疚漆。
在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制 AM酣胀，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟(jì)刁赦。
模擬光纖從頭端連接到光纖結(jié)點(diǎn) (fiber node)，即光分配結(jié)點(diǎn) ODN (Optical Distribution Node)闻镶。在光纖結(jié)點(diǎn)光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)甚脉。在光纖結(jié)點(diǎn)以下就是同軸電纜。
電纜調(diào)制解調(diào)器是為 HFC 網(wǎng)而使用的調(diào)制解調(diào)器铆农。
FTTx 技術(shù)
- FTTx 是一種實(shí)現(xiàn)寬帶居民接入網(wǎng)的方案牺氨，代表多種寬帶光纖接入方式。
- FTTx 表示 Fiber To The…（光纖到…）墩剖，例如：
光纖到戶(hù) FTTH (Fiber To The Home)：光纖一直鋪設(shè)到用戶(hù)家庭猴凹，可能是居民接入網(wǎng)最后的解決方法。
光纖到大樓 FTTB (Fiber To The Building)：光纖進(jìn)入大樓后就轉(zhuǎn)換為電信號(hào)岭皂，然后用電纜或雙絞線分配到各用戶(hù)郊霎。
光纖到路邊 FTTC (Fiber To The Curb)：光纖鋪到路邊，從路邊到各用戶(hù)可使用星形結(jié)構(gòu)雙絞線作為傳輸媒體爷绘。
