物理层

物理层

思维导图：

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上的传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

物理层的主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性。（定义标准）

主要特性

机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情。
电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
规程特性：(过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

数据通信

通信的目的是传送消息。

物理层 - 图2

三种通讯方式

单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。
半双工通信：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。
全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。

两种数据传输方式

物理层 - 图4

码元

定义：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表离散数值的基本波形。当离散状态有M个时（M>2），此时码元为M进制码元，成为M进制码元一个码元可以携带多个比特的信息。

例如：

4进制码元 -> 离散状态有4个 -> 4种高低不平的波形 00 01 10 11

承载信息量的基本信号单位，在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制。

波特（Baud）

用来指一秒可以传输多少个码元。

速率

码元传输速率：单位时间内，数字通信所传输的码元个数（也可以称为脉冲个数或者信号变化的次数）,单位为波特。一波特表示每秒传输一个码元，这里码元可以多进制，也可以二进制，但码元速率与进制无关。
信息传输速率：表示单位时间内，数字通信传输的二进制码元个数（即比特数），单位是 b/s。

关系：如果一个码元携带n比特的信息量，则M波特的码元速率对应的信息传输速率为n * M bit/s。

练习：

物理层 - 图5

答案：

物理层 - 图6

带宽

单位时间内，最高数据速率，常用来表示网络通信所能传输数据的能力，单位为 b/s。

信道信号与宽带信号

物理层 - 图7

编码与调制

编码

数字数据编码为数字信号。

数字数据(digtal data)通过数字发送器(digit emitter) 转化为数字信号(digtal signal)
模拟数据(analog data)通过 PCM编码器(PCM coder) 转化为数字信号 (digtal signal)

曼彻斯特编码

将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1;码元0则正好相反。也可以采用相反的规定。该编码的特点是在每一个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变既作时钟信号（可用于同步),又作数据信号，但它所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍。每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。

物理层 - 图8