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目录
物理层的任务
1、常见概念
2、信道极限容量
3、传输介质
（1）导引型传输介质
（2）非导引型传输介质
4、信道复用技术
（1）频分 / 时分 复用
（2）波分复用WDM
（3）码分复用CDM
物理层的任务
物理层的作用是，在硬件之间传输比特流，同时屏蔽掉硬件与传输介质之间的数据传输的差异，将之统一，为上层数据链路层提供统一的服务。
这样上层就不用考虑下层物理层的差异，而只需要考虑本层的任务。
因此，物理层的任务，就是统一各个硬件之间比特流传输的工作
统一什么？
机械：各种接口形状、尺寸等标准
电气：电线的电压范围
功能：一条线的电压多大，表示什么意思，例如高电为1，低点为0
过程：各种功能的协调和安排
1、常见概念
源端：产生数据
发送器：对数据编码
接收器：对接受数据处理
终端：接受数据
消息：语音、文字、数字、视频等
数据：运送消息的实体，是一个实体
信号：数据的电气 / 电磁表现，是数据传输过程的表现
信道：向某一个方向传输信号的媒体（介质）
单工通信：只有一个方向
半双工通信：双向，但同时只能有一个方向传
全双工通信：双向，双方可同时发送 / 接受消息
基带信号：来自信源的信号
调制：
基带调制：对波形调制，以适应信道；数字信号转数字信号，也称编码
带通调制：使用载波调制，数字信号转为模拟信号，调制后的信号称为带通信号
常见编码方式
不归零制：1正电，0负电
归零制：正脉冲1，负脉冲0
曼彻斯特：上跳1，下跳0
差分曼彻斯特：位开始边界有跳0，没有跳1
| 编码方式 | 表示方式 | 特征描述 |
|---|---|---|
| 不归零制 | 1: 正电，0: 负电 | 使用电平状态表示二进制，1表示正电压，0表示负电压。 |
| 归零制 | 1: 正脉冲，0: 负脉冲 | 每个比特周期内都有一个脉冲，1表示正脉冲，0表示负脉冲。 |
| 曼彻斯特编码 | 1: 上跳，0: 下跳 | 每个比特周期都有一个跳变，1表示从低到高跳变，0表示从高到低跳变。 |
| 差分曼彻斯特编码 | 开始边界跳变: 0，无跳变: 1 | 以边界的跳变表示比特，位开始边界有跳变表示0，没有跳变表示1。 |
基本带通调制方法
调幅（AM）：振幅随基带信号变化
调频（FM）：频率随基带信号变化
调相（PM）：初始相位随基带信号变化
2、信道极限容量
码间串扰：信号衰减，波形起伏不清晰，不陡峭，不分明，不易识别 / 无法识别
影响信道数据传输速率因素：信道频率范围、信噪比
噪声无处不在
噪声影响信号判断，例如0 / 1 误判
信噪比：信号平均功率 / 噪声平均功率
比值为分贝，dB
信道带宽 / 信噪比 越大，信息极限传输速率越快
频带宽度确定，可让每一个码元携带更多信息量来提高传输速率
香农公式：
3、传输介质
传输媒体也称传输介质，就是物理通路，例如电线
传输介质可分两类：导引型 和 非导引型
导引型：例如电磁波随着铜线 / 光纤走，被引导
（1）导引型传输介质
双绞线、同轴电缆、光缆
双绞线：两根互相绝缘的铜导线互相缠绕
使用双绞线最多的是电话线
用户电话机到交换机的双绞线叫用户线
电缆：一定数量的双绞线捆在一起
放大器：放大衰减的信号
中继器：调整失真的数字信号
双绞线分类：
无屏蔽双绞线
屏蔽双绞线：使用金属编织层屏蔽
所有屏蔽双绞线必须接地线
同轴电缆：
光缆
光纤：石英玻璃拉成丝构成纤芯，外加包层
光纤碰到包层发生折射，不断重复，以此传播
多模光纤：多条不同角度光线同时射入
特点：
| 特点 | 描述 |
|---|---|
| 高带宽 | 支持极高的数据传输速率，超过传统铜缆。 |
| 远距离传输 | 衰减小，单模光纤可实现超过100公里的传输。 |
| 抗干扰性 | 不受电磁干扰和射频干扰，信号传输稳定。 |
| 安全性 | 光信号难以被窃听，具有良好的信息安全性。 |
| 轻便性和小尺寸 | 相比于铜缆更轻更细，易于安装和维护。 |
| 耐腐蚀性 | 材料对化学物质的耐受性强，适用于恶劣环境。 |
| 低能耗 | 传输能量损耗较低，节省长距离传输的能量成本。 |
| 传输质量高 | 在长距离上传输高质量信号，减少失真和噪声。 |
| 多通道传输 | 利用波分复用技术同时传输多个信号，提高传输容量。 |
| 环保性 | 材料对环境友好，不会引起环境污染。 |
（2）非导引型传输介质
无线传输：基站传播电磁波
多径效应：信号在基站和用户手机之间反射多次，信号发生失真
误码率：信号错误的比例
信噪比越大，误码率越低，例如大声说话，听的越清
微波接力：远距离传输之间使用中继器放大信号
| 别 | 特点 | 描述 |
|---|---|---|
| 优点 | 频率高、频段广 | 光纤支持极高的频率和宽广的频段，传输能力强。 |
| 抗电干扰性 | 对工业和天电干扰小，传输质量高，信号稳定。 | |
| 经济性 | 在大规模数据传输中，光纤的成本效益较高。 | |
| 缺点 | 直视要求 | 相邻站点必须直视，限制了某些部署场景。 |
| 隐蔽性和保密性差 | 相比于其他传输方式，光纤的隐蔽性和保密性较低。 | |
| 受恶劣天气影响 | 恶劣天气条件可能影响光纤传输的稳定性。 | |
| 中继站建设费用高 | 建设中继站需要较高的费用，增加了总体投资。 |
卫星通信：利用同步轨道卫星作为中继器，做微波接力
特点：传播时延大
4、信道复用技术
（1）频分 / 时分 复用
频分复用FDM
N路信号在同一信道传输，通过调制，各自有合适频率位置，互不打扰
同样的时间，占用不同的带宽资源
时分复用TDM
将时间划分，每一段时间为TDM帧，你用一段时间，用完换我用
不同时间，占用相同的带宽
频分多址：多个用户个使用一个频道
时分多址：多个用户轮流使用TDM帧
（2）波分复用WDM
一个光纤同时传播多路信号，
光信号经过调制之后，各自在一个波长段传输，互不影响
从而实现并行传输
（3）码分复用CDM
每个用户可以在同样的时间使用同样的频道通信
原理：
每一个比特时间被分为m个时间，称为码片；一般m是64 / 128
每一个站 / 用户被分配唯一的码片，发送1，则发送码片；发送0，则发送码片反码
为方便，将码片0记作-1， 1记作1
现在发送信息数据率为s，但因为每一个比特要分为m个码片，实际数据率为ms，这叫做扩频，直接序列扩频
各个码片必须正交，内积为0
码片的反码也必须正交
如何判断谁发了信号？
接收方使用发送方的码片和接收到的信号进行内积，结果为0，则不是
如何判断接受信号是1还是0？
使用发送方码片和接收信号作内积，再/8
结果为1，传1；结果为-1，传0