物理层（1.物理层基本概念&2.数据通信基础知识）

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我是靠谱客的博主动人滑板，最近开发中收集的这篇文章主要介绍物理层（1.物理层基本概念&2.数据通信基础知识），觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

物理层的作用就是在连接计算机的传输介质上传输数据比特流，并且尽可能屏蔽掉传输媒体和通信手段的差异。

一、物理层的基本概念

（1）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。
（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

二、数据通信基础知识

1.数据通信系统的模型以及基本概念

（1）数据：通信的目的是传输消息，而数据是消息的实体。

（2）信号：信号是数据的电气或电磁表现。

①模拟信号（连续信号）：代表消息的参数的取值是连续的。

②数字信号（离散信号）：代表消息的参数的取值是离散的的。在使用时间域的波形表

示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就是码元。

（3）信道：一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。

①单向通信（单工通信）：只能有一个方向通信，没有反方向交互。（广播等）

②双向交替通信（半双工通信）：双方都可以发送信息，但是同一时间只能一方发一

方接收。

③双向同时通信（全双工通信）：通信双方同时接发消息。

（4）基带信号：来自信源（如计算机）的信号称为基带信号。如计算机输出的图片和文字。

（5）调制：基带信号含有较多的低频成分，甚至有直流成分，很多信道不能传输这些成分，因此需要对基带信号进行调制。

①基带调制（编码）：仅对基带信号的波形进行变换，使之与信道特性相适应。

②带同调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率搬移到较高的频段，并转换为模

拟信号。经过载波调制之后的信号称为带通信号。

（6）常用调制方式：

①常用编码（基带调制）方式：

a.不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。
b.归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。
c.曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。
d.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，而位开始边界没有跳变代表 1。

曼彻斯特编码产生信号频率比不归零制高。

从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫作没有自同步能力），而曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。

② 基本的带通调节方式

a.调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。
b.调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。
c.调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化

2. 信道的极限容量

（1）信道能通过的频率范围

在任何信道中，码元的传输速率是有上限的，传输速率不可以超过上限，不然会出现严重的码间干扰问题，是接受端对码元的识别成为不可能。

如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

（2）信噪比

        噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。
        噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。
        但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小。
        信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。即：
                                                信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB)

（3）香农公式：

信道的极限信息传输速率C:

C = W log2(1+S/N) (bit/s)

        其中：   W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
                       S 为信道内所传信号的平均功率；
                       N 为信道内部的高斯噪声功率。

        信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
        只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
        若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。
        实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。