基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体
主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性 定义标准
- 机械特性：引线数目、引脚数量
- 电气特性：电压范围、传输速率和距离限制
- 功能特性：某一电平表示什么意义
- 规程特性：规程和时序的关系
数据通信
通信的目的：传送消息
- 数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
- 信号：数据在传输过程中的表现形式
- 数字信号：离散
- 模拟信号：连续
- 信源：产生和发送数据的源头
- 信宿：接受数据的终点
- 信道：信号的传输媒介，发送信道和接受信道
- 按传输信号分：模拟信道、数字信道
- 按传输介质分：无线信道、有线信道
三种通信方式：
- 单工通信：一条信道
- 半双工通信：两条信道
- 全双工通信：两条信道
两种数据传输方式：
- 串行传输：速度慢、费用低、适合远距离
- 并行传输：速度快、费用高、适合近距离（用于计算机内部数据传输）
码元
概念
码元是指用一个固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，该时长称为码元宽度。
当码元的离散状态有M个时（M>2），此时码元为M进制码元
1码元可以携带多个比特的信息量
速率
即数据率或数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。
可以用码元传输速率和信息传输速率表示
-
码元传输速率（码元速率、波形速率、调制速率）
单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（脉冲个数或信号变化次数）
单位为波特（Baud），1Baud = 1码元 / s
即1s传输多少个码元
-
信息传输速率（信息速率、比特率）
单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（比特数）
单位：b/s
即1s传输多少个比特
-
关系：若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为
带宽：理想中的最高数据率
系统传输的是比特流，通常比较的是信息传输速率
奈氏准则和香农定理
失真
- 有失真但可识别
- 失真大无法识别
影响失真程度的因素：
- 码元传输速率
- 信号传输距离
- 噪声干扰
- 传输媒体质量
信道带宽：信道能通过的最高频率和最低频率之差
失真中的一种现象——码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象 （信号带宽/频率太高 或 码元传输速率太高）
奈氏准则
在理想低通（无噪声、带宽受限）条件下，为避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W为信道带宽，单位为Hz
在奈氏准则和香农定理中带宽的单位为Hz
奈氏准则给出了码元传输速率的限制，并没有对信息传输速率给出限制
由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法
香农定理
信噪比：信号的平均功率 / 噪声的平均功率 （S / N），单位为分贝（dB）
香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值
- 信道的带宽或信道的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高
- 对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了
- 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输
- 香浓定理得出的为极限信息的传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少
奈氏准则：内忧，提高带宽或采用更好的编码技术
香农定理：外患，提高带宽或信噪比
编码与调制
基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输（基带传输）
宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输（宽带传输）
在传输距离比较近，采用基带传输方式
在传输距离比较远，采用宽带传输方式
数字数据编码为数字信号
-
非归零编码：高1低0
-
曼彻斯特编码
一个时钟周期内，信号变化两次（刚开始一次和中间一次）
数据传输速率只有调制速率的1/2
-
差分曼彻斯特编码：同1异0
抗干扰性强于曼彻斯特编码
数字数据调制成模拟信号
- 调幅
- 调频
- 调相
- 调幅+调相
模拟数据编码为数字信号
PCM脉码调制
模拟数据调制为模拟信号
物理层的传输介质
传输媒体并不是物理层，传输媒体不知道传输的信号代表什么意思，在第0层
物理层规定了电气特性，能够识别所传送的比特流
- 导向性传输介质：铜线、光纤
- 双绞线
- 同轴电缆
- 光纤
- 非导向性传输介质：空气、海水、真空
- 无线电波
- 微波
- 红外线、激光
物理层的设备
- 中继器：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，再生数据信号
- 集线器（多口中继器）：再生、放大信号