物理層

物理層的基本概念

物理層考慮的是：怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流呜魄，而不是指具體的傳輸媒體灌旧。
物理層的作用是：要盡可能地屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段的差異。
用于物理層的協(xié)議也常稱為物理層規(guī)程 (procedure)悴晰。

物理層的主要任務：確定與傳輸媒體的接口特性
        機械特性 ：指明接口所用接線器的形狀和尺寸慢睡、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等铡溪。
        電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍一睁。
        功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓的意義。
        過程特性 ：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序佃却。

數(shù)據(jù)通信的基礎知識

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)劃分：
源系統(tǒng)：發(fā)送端/發(fā)送方
傳輸系統(tǒng)：傳輸網(wǎng)絡
目的系統(tǒng)：接收端/接收方

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

常用術語

數(shù)據(jù) (data) —— 運送消息的實體者吁。
信號 (signal) —— 數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。
模擬信號 (analogous signal) —— 代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的饲帅。
數(shù)字信號 (digital signal) —— 代表消息的參數(shù)的取值是離散的复凳。
碼元 (code) —— 在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時瘤泪，代表不同離散數(shù)值的基本波形。 

有關信道的幾個基本概念

信道 ：一般用來表示向某一個方向傳送信息的媒體育八。
    單向通信（單工通信）——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互对途。
    雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)髓棋。
    雙向同時通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息实檀。
    基帶信號（即基本頻帶信號）—— 來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號按声。
    基帶信號往往包含有較多的低頻成分膳犹，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签则。因此必須對基帶信號進行調(diào)制 (modulation)须床。 

調(diào)制分為兩大類

基帶調(diào)制：僅對基帶信號的波形進行變換，使它能夠與信道特性相適應渐裂。變換后的信號仍然是基帶信號豺旬。把這種過程稱為編碼。
帶通調(diào)制：使用載波進行調(diào)制柒凉，把基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段族阅，并轉換為模擬信號，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)能夠通過信道） 
帶通信號：經(jīng)過載波調(diào)制后的信號
    常用編碼方式：
        不歸零制：正電平代表 1膝捞，負電平代表 0坦刀。
        歸零制：正脈沖代表 1，負脈沖代表 0绑警。
        曼徹斯特編碼：位周期中心的向上跳變代表 0求泰，位周期中心的向下跳變代表 1央渣。但也可反過來定義计盒。
        差分曼徹斯特編碼：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表 0芽丹，而位開始邊界沒有跳變代表 1北启。
    基本的帶通調(diào)制方法：
        (1)調(diào)幅：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化；如 0 或 1 分別對應無載波或有載波輸出
        (2)調(diào)頻：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化拔第；如 0 或 1 分別對應頻率 f1 或 f2
        (3)調(diào)相：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化咕村；如 0 或 1 分別對應于相位 0 度或 180 度 

常用編碼方式

基本的帶通調(diào)制方法

信道的極限容量

限制碼元在信道上傳輸速率的因素：
      (1)信道能夠通過的頻率范圍：
            碼間串擾：信號中高頻分類受到衰減，在接收端收到的波形前沿和后沿不那么陡峭蚊俺，每個碼元所占時間界限不明確懈涛，失去了碼元間的清晰界限的現(xiàn)象
            奈氏準則：碼元傳輸?shù)乃俾适鞘芟薜模荒苋我馓岣哂锯駝t在接收端就無法正確判定碼元是1還是0（碼元間的相互干擾）
      (2)信噪比：
            信號的平均功率和噪聲的平均功率之比批钠，記作 S/N  

香農(nóng)公式：信道的極限信息傳輸速率

W 為信道帶寬（Hz）
S 為信道內(nèi)所傳信號的平均功率
N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率
香農(nóng)公式表明：信道的帶寬或信道中的信噪比越大宇植，信息的極限傳輸速率就越高
香農(nóng)公式的意義：只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定存在某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸                             

物理層下面的傳輸媒體

傳輸媒體：是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路
傳輸媒體的分類：
    引導型：電磁波被引導沿著固體媒體傳播（雙絞線埋心、同軸電纜指郁、光纖）
    非引導型：電磁波無線傳輸

頻譜

信道復用技術

復用 (multiplexing) 是通信技術中的基本概念。它允許用戶使用一個共享信道進行通信拷呆，降低成本闲坎，提高利用率。

頻分復用茬斧、時分復用腰懂、統(tǒng)計時分復用

頻分復用

原理：用戶在分配到一定頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶
特點：所有用戶在同樣的時間占用不同的頻率帶寬
（最基本的復用）

時分復用

原理：將時間劃分為一段段等長的時分復用幀(TDM 幀)啥供，每個時分復用的用戶在每一個 TDM 幀中占用固定序號的時隙
特點：所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度
（最基本的復用）

頻分復用時分復用

統(tǒng)計時分復用

原理：使用 STDM 幀來傳送復用的數(shù)據(jù)悯恍，每一個 STDM 幀中的時隙數(shù)小于連接在集中器上的用戶數(shù)；各用戶有數(shù)據(jù)就發(fā)往集中器的輸入緩存伙狐，集中器按順序依次掃描輸入緩存涮毫，把緩存中的輸入數(shù)據(jù)放入 STDM 幀中，沒有數(shù)據(jù)的緩存就跳過贷屎，當一個幀放滿即發(fā)送罢防，因此 STDM 幀不是固定分配時隙，而是按需動態(tài)分配時隙

某用戶占用的時隙不是周期性出現(xiàn)的唉侄，因此統(tǒng)計時分復用又稱為異步時分復用咒吐；而時分復用又稱為同步時分復用

統(tǒng)計時分復用

波分復用

   原理：就是光的頻分復用，使用同一根光纖同時傳輸多個光載波信號

碼分復用

碼分復用(碼分多址)：
    原理：各個用戶使用進過特殊挑選的不同碼型属划，因此彼此不會互相干擾
    碼片：每一個比特時間劃分為 m 個短的間隔恬叹，稱為碼片
    工作方式：
        每個站被指派一個唯一的 mbit 碼片，若發(fā)送 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片
                                    若發(fā)送 0，則發(fā)送該碼片的二進制反碼
    碼片實現(xiàn)擴頻：由于一個比特可轉換成 m 個比特的碼片宫莱，因此實際發(fā)送數(shù)據(jù)率提高了 m 倍
    重要特點：每個站的碼片必須各不相同巷挥，并相互正交
    碼片正交關系：不同碼片正交，就是向量 S 和 T 的規(guī)格化內(nèi)積為 0，（規(guī)格化內(nèi)積即對應為相乘）
    正交關系的重要特征：任何碼片與自己的規(guī)格化內(nèi)積為 1，與自己反碼的規(guī)格化內(nèi)積為-1

數(shù)字的傳輸系統(tǒng)

（電話網(wǎng)的傳輸技術）
早期數(shù)字傳輸系統(tǒng)的缺點：
    (1)速率標準不一
    (2)不是同步傳輸
現(xiàn)代的傳輸網(wǎng)絡的傳輸媒體：光纖
同步光纖網(wǎng)(SONET)：各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘，為光纖傳輸系統(tǒng)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級結構
同步數(shù)字系列(SDH)：由 sonet 為基礎發(fā)展的國際標準

PCM：脈沖編碼調(diào)制　　
　　長途干線大都采用時分復用 PCM 的數(shù)字傳輸 方式
　　多路復用的速率體系：
　　E1時分復用（歐洲）：8000*8*32=2.048 Mb/s
　　T1（北美和日本）：24*64kbps+8kbps的控制信號

寬帶接入技術

美國聯(lián)邦通信委員會FCC原來認為只要雙向速率之和超過200 kbit/s 就是寬帶菱农。但 2015 年重新定義為：
    寬帶下行速率要達到 25 Mbit/s
    寬帶上行速率要達到 3 Mbit/s
從寬帶接入的媒體來看，可以劃分為兩大類：
    有線寬帶接入
    無線寬帶接入

ADSL技術

非對稱數(shù)字用戶線 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 技術就是用數(shù)字技術對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進行改造柿估，使它能夠承載寬帶業(yè)務循未。
    ADSL 的傳輸距離
         取決于數(shù)據(jù)率和用戶線的線徑（用戶線越細，信號傳輸時的衰減就越大）秫舌。
         ADSL所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關的妖。
         例如：0.5 毫米線徑的用戶線烙丛，傳輸速率為 1.5~2.0 Mbit/s 時可傳送5.5公里，但當傳輸速率提高到 6.1 Mbit/s 時羔味，傳輸距離就縮短為 3.7 公里河咽。
             如果把用戶線的線徑減小到 0.4 毫米，那么在 6.1 Mbit/s 的傳輸速率下就只能傳送 2.7 公里赋元。
    ADSL的特點
        上行和下行帶寬做成不對稱的忘蟹。
        上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶搁凸。
        ADSL在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個 ADSL 調(diào)制解調(diào)器媚值。

光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）

是目前覆蓋面較廣的有線電視網(wǎng)，采用模擬技術护糖，頻分復用褥芒，主干部分使用光纖，入戶部分使用同軸電纜

FTTx 技術

是一種實現(xiàn)寬帶居民接入網(wǎng)的方案嫡良，代表多種寬帶光纖接入方式

無源光網(wǎng)絡 PON

為有效利用光纖資源锰扶，在光纖干線和用戶之間使用無源光網(wǎng)絡 PON。無源光網(wǎng)絡無須配備電源寝受，長期運行和管理成本低坷牛。
最流行的無源光網(wǎng)絡是以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡 EPON 和吉比特無源光網(wǎng)絡 GPON

路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索很澄。

喜歡的話關注一下京闰，一起進步啦~~~