本篇主要集中物理层，分为物理层的基本概念，数据通信的基础知识，物理层下面的传输媒体，信道复用技术和宽带接入技术。
物理层基本概念
物理层考虑的是如何才能在连接各个计算机的传输媒体上传输数据流，而不仅仅指具体的传输媒体
数据通信的基础知识
数据通信系统的模型
- 通信系统包括三大部分：源系统，传输系统和目的系统。
- 常用术语：
- 数据（data）：运送消息的实体。
- 信号（signal）：数据的电气的或电磁的表现。
- 模拟信号（analogous signal）：代表消息的参数取值是连续的。
- 数字信号（digital signal）：代表消息的参数取值是离散的。
关于信道的几个概念
- 信道：一般表示向某个方向传送信息的媒体。
- 单向通信：仅一个方向通信。双向交替通信（半双工通信）：双方都能发送信息，但是不能同时发送和同时接受。双向同时通信（全双工通信）通信双方可同时发送和接受信息。
- 常用的编码方式：不归零制（正电平 1,负电平 0），归零制（正脉冲 1，负脉冲 0），曼彻斯特编码（位周期中心跳变方向决定 0/1），差分曼彻斯特编码（位中心始终有跳动，但以位开始边界是否有跳动代表，有 0/无 1）。
- 基带信号：一般指来自信源的信号，具有较多低频成分，甚至有直流成分。许多信道不能传输这种低频分量或直流分量。
- 基本的带通调制方法：对基带进行调制，解决不能传输低频或直流信号的问题。基本的二元调制方法有：调幅（AM），调频（FM），调相（PM）
- 为更高的传输速率，往往采用更复杂的多元制振幅相位混合调制方法。正交振幅调制，可获得十六种码元，可提高传输速率。但码元也并非越多越好，不利于解调时的正确识别。
信道的极限容量
- 传输速率越高，距离越远，传输媒体质量越差，输出端信号失真越大。
- 传输速率限制因素：信道能够通过的频率范围，信噪比。
- 由于信道传输时信号失真，信号波清晰的边界线变得模糊，造成码间串扰现象。Nyquist 提出奈氏准则，码元的传输速率有上限值，从而避免严重码间串扰，信号不能识别的情况。
- 信道频带越宽，通过的高频分量越多，能以更高的速率传输码元而不出现严重码间串扰问题。
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信噪比
是信号平均功率与噪声平均功率的比值的对数。
$$信噪比(dB) = 10\lg(S/N)$$
- 香农公式：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道极限、无差错传输速率公式。传输速率 C(bit/s)，信带宽度 W(Hz)，信号平均功率 S，高斯噪声功率（N）。
$$C = W \times \log_2(S/N)$$
物理层下面的传输媒体
- 传输媒体也称为传输介质或传输媒介。分为导引型传输媒体（例如光纤/铜线），非导引型传输媒体（自由空间，其中电磁波的传输也称为无线传输）。
- 常见导引型传输媒体：双绞线，同轴电缆，光纤（传输带宽大，频率到$10^8 MHz$, 利用全反射，损失小， 通信容量大，抗干扰好，中继距离大等优点）
- 短波通信（高频通信）靠电离层反射，通信质量差，速率低。微波通信只要是直线传播。
信道复用技术
- 复用是允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本提高利用率。
- 主要包括频分复用和时分复用、码分复用。
频分复用
- Frequency Division Multiplexing, 所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
时分复用
- Time Division Multiplexing, 将时间划分为等长的时分复用帧（TDM 帧）。也称为等时 isochronous 信号。时分复用的所有用户， 在不同的时间中，占用同样频带的宽度。 用户对分配到的子系统利用率一般不高。
码分复用
- Code Division Multiplexing, CDMA。每个比时间划分为 m 个短的间隔，称为码片，每个站被指排唯一的码片序列。
- 发送 1 则发送 m bit 码片序列，发送 0 则发送 m bit 反码序列。
- 不同站间码片各不相同，且正交，内积为 0 则正交， 内积公式如下。一个码片向量和自己内积为 1, 与其反码内积为-1，与其他码片内积为 0。
$$S \cdot T = \frac{1}{m}\sum_{i=1}^m S_i T_i$$
宽带接入技术
ADSL技术
- 非对称数字用户线，利用现有模拟电话线两端加装 ADSL 调制解调器进行改造，使用 4kHz-1MHz 高端频谱用于用户上网。采用不对成速度。
- 传输距离有数据率和用户线线径决定。速率越快、线径越细则信号衰减越大，距离越短。
- 我国采用的是离散多音调 DMT 调制技术，即多载波、多子信道，实现频分复用，相当于多个小的调制解调器并行运行。
- ADSL 不能保证固定的数据率，上行 32kbit/s-64okbit/s, 下行 32kbit/s 到 6.4Mbit/s。
光纤同轴混合网(HFC网)
- Hybrid Fiber Coax 是有线电视网 CATV 基础上开发的。网络的主干部分改为光纤，使用模拟光纤技术，光采用振幅调制 AM。连接到用户部分仍采用电缆。
- 使用电缆调制解调器，传输速率更高，比普通调制解调器复杂更多，并且不是成对使用。
FTTx技术
- Fiber To The x 光纤到 x 技术，光纤到户（FTTH），光纤到楼（FTTB），光纤到路边（FTTC）
- 分为有源光纤网络，和无源光纤网络。FTTP（FTT premise） 可有 50Mbps 或更高速率。