# 物理层

## 物理层的基本概念

**物理层的主要功能**：怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，屏蔽不同传输媒体和通信手段的差异

传输媒体接口的特性：

1. 机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等
2. 电气特性：接口电路的各条线上出现的电压范围
3. 功能特性：某条线上出现某一电平电压的意义
4. 过程特性：对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

## 数据通讯的基础知识

### 数据通信系统模型

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数据通信系统可划分为三个部分，对应上图左中右三个部分：

1. 源系统（发送端、发送方）
   1. 源点（source，源站，信源） 源点设备产生要传输的数据，也就是计算机产生的数字比特流，比如键盘输入的汉字
   2. 发送器，源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能在传输系统中传输；比如调制器（数字信号转换模拟信号）
2. 传输系统（传输网络）
3. 目的系统（接收端、接收方）
   1. 接收传输系统发送来的信号，并转换成能被目的设备处理的信息；如解调器（模拟信号转换数字信号）
   2. 终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出，比如将汉字显示在屏幕上

### 有关信道的基本概念

一些常用术语：

* 消息：通信的目的是传送消息，如语音、文字、图像、视频等
* 数据：是运送消息的实体；使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列
* 信号：数据的电气或电磁表现

**信道的概念**：表示向某一个方向传送信息的媒体，一条通讯电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

信息交互的方式根据信道的不同可以分为三种类型：

1. 单向通信(单工通信)：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互；只需要一条信道
2. 双向交替通信(半双工通信)：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送，而是一方发送另一方接收，一段时间后可以反过来；两条信道
3. 双向同时通信(全双工通信)：通信双方可以同时发送和接收信息；两条信道；传输效率最高

### 调制和解调

**基带信号**：来自信源的信号；如计算机输出的代表文字或图像的数据信号都是基带信号

根据调制的目标信号的类型，可以分为两类：

* 基带调制(也称为编码)：仅对基带信号的波形进行变换，使其能与信道特性相适应，变换后的信号仍是基带信号。编码分为以下几种方式：

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* 带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围移到较高频段，并转换为模拟信号，变换后的信号称为带通信号。带通调制分为以下几种方式：

  ![](https://2351062869-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F7b2CdwBN9liniVJpfEAc%2Fuploads%2Fgit-blob-75b56840f68cd43aa992f05cb9d353829b0d85f1%2F2022-05-05-15-50-47-image.png?alt=media)

## 物理层下面的传输媒体

传输媒体：是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路（个人理解就是传输介质）

传输媒体的分类：

* 引导型：电磁波被引导沿着固体媒体传播
  * 双绞线
  * 同轴电缆
  * 光纤
* 非引导型：电磁波无线传输

## 信道复用技术

信道复用：允许用户使用一个共享的信道进行通信，降低成本，提高利用率

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### 频分复用

原理：用户在分配到一定频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带

特点：所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽

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### 时分复用

原理：将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)，每个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙

特点：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度

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### 统计时分复用

原理：使用STDM帧来传送复用的数据，每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数；各用户有数据就发往集中器的输入缓存，集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中，没有数据的缓存就跳过，当一个帧放满即发送，因此STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配时隙

某用户占用的时隙不是周期性出现的，因此统计时分复用又称为异步时分复用；而时分复用又称为同步时分复用

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### 波分复用

原理：就是光的频分复用，使用同一根光纤同时传输多个光载波信号

### 码分复用

原理：各个用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会互相干扰

码片：每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片

工作方式：每个站被指派一个唯一的mbit码片，若发送1，则发送自己的m bit码片;若发送0，则发送该码片的二进制反码

码片实现扩频：由于一个比特可转换成m个比特的码片，因此实际发送数据率提高了m倍

重要特点：每个站的码片必须各不相同，并相互正交

&#x20;码片正交关系：不同码片正交，就是向量S和T的规格化内积为0，（规格化内积即对应为相乘）

正交关系的重要特征：任何码片与自己的规格化内积为1，与自己反码的规格化内积为-1
