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物理层的基本概念
物理层考虑的是怎样传输数据比特流, 而不是指具体的传输媒体
物理层的作用是尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异
物理的主要任务
确定与传输媒体接口的一些特性
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机械特性: 指明接口所用接线器的形状和尺寸, 引线数目和排列, 固定和锁定装置等
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电气特性: 指明在接口电缆上出现的电压范围
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功能特性: 指明某条线上出现的某一电平的电压的意义
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过程特性: 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
数据通信的基础知识
数据通信系统包含三个部分
源系统, 传输系统, 目的系统
源系统, 也称发送端或发送方
目的系统, 也称接收端或接收方
常用术语
数据 - 运送消息的实体
信号 - 数据的电气或电磁的表现
模拟信号 - 代表消息的参数的取值是连续的
数字信号 - 代表消息的参数的取值是离散的
码元 - 在使用时域的波形表示信号时, 代表不同离散数值的基本波形
有关信道的基本概念
信道 - 表示向某一方向传送信息的媒体
单向通信 - 也称为单工通信. 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互
双向交替通信 - 也称为半双工通信, 通信的双方都可以发送消息, 但双方不能同时发送, 不能同时接收
双向同时通信 - 也称全双工通信. 通信的双方可以同时发送和接收信息
基带信号 - 来自信源的信号. 计算机输出的各种文字和图像的数据信号都属于基带信号.
调制 - 基带信号包含有较多的低频成分, 甚至有直流成分, 而放多信道并不能传输低频分量或直流分量, 必须进行调制
调制有两类
- 基带调制 - 仅对基带信号的波形进行变换, 使它能够与信道特性相适应. 变换后的信号仍然是基带信号. 这种过程称为编码
- 带通调制 - 使用载波进行调制, 把基带信号的频率范围搬移到较高的频段, 并转换为模拟信号
带通信号 - 经过调制后的信号
常用的编码方式
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不归零制 - 正电平代表1, 负电平代表0
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归零制 - 正脉冲代表1, 负脉冲代表0
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曼彻斯特编码 - 位周期中心的向上跳变代表0, 们周期中心的向下跳变代表1, 也可反过来定义
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差分曼彻斯特编码 - 在每一位的中心处始终都有跳变. 位开始边界有跳变代表0, 位开始边界没有跳变代表1
带通调制方法
- 调幅(AM) - 载波的振幅随基带数字信号而变化
- 调频(FM) - 载波的频率随基带数字信号而变化
- 调相(PM) - 载波的初始相位随基带数字信号而变化
物理层的传输媒体
传输媒体也称为传输介质或传输媒介, 传输媒体可以分为两大类: 导引型传输媒体和非导引型传输媒体.
导引型传输媒体: 铜线, 光纤
双绞线 - 最常用的传输媒体, 分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线
同轴电缆 - 有很好的抗干扰性
光纤 - 传输带宽远大于其他各种传输媒体的带宽, 有多模光纤和单模光纤
光纤的优点
- 通信容量非常大
- 传输损耗小, 中继距离长
- 抗雷电和电磁干扰性能好
- 无串音干扰, 保密性好
- 体积小, 重量轻
非导引型传输媒体: 电磁波, 微波
通信质量差, 传输速率低
信道复用技术
允许多个用户共享一个信道进行通信, 降低成本, 提高利用率
频分复用(FDM)
将整个带宽分为不同的频带, 用户在分到一个频带后, 从始至终都使用这一个频带.
时分复用(TDM)
将时间划分为一段段等长的时分利用帧(TDM帧)
每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙, 并且周期性出现
所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度
当有的用户无数据发送时, 在时分复用帧中分配给用户的时隙只能处于空闲状态
统计时分复用(STDM)
STDM帧不是固定分配时隙, 而是按需动态分布资源. 因此统计时分复用可以提高线路的利用率.
波分复用 (WDM)
波分复用就是光的频分复用, 使用一根光纤传输多个光载波信号
码分复用
用户使用经过特殊挑选的不同码型, 因此彼此不会造成干扰
有线宽带接入
非对称数字用户线ADSL, 低端频谱留给传统电话使用, 高端频谱留给用户上网使用
ADSL - 非对称数字用户线
HDSL - 高速数字用户线
SDSL - 1对线的数字用户线
VDSL - 甚高速数字用户线
DSL - 数字用户线
RADSL - 速率自适应DSL
ADSL的传输距离
ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径(用户线越细, 信号传输时的衰减就越大)
ADSL所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关
ADSL的特点
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上行和下行不对称
上行指用户到ISP, 下行指ISP到用户
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ADSL在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器
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我国采用的文案是离散多音调DMT调制技术
多音调就是多载波或多子信道
