物理层

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是具体的传输媒体。

物理层的任务

物理层的主要任务是确定传输媒体的接口一些特性：

• 机械特性
• 电气特性
• 功能特性
• 过程特性

数据在计算机中多采用并行传输方式，但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输，即逐个比特按时间顺序传输。因此物理层还要完成传输方式的转换。

信道

信道和电路并不等同，信道一般都是用来表示向某一方向传送信息的媒体。因此一条通信线路往往包含一条发送信道和接收信道。

• 单工通信
  只能在有一个方向的通信
• 半双工通信
  通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送信息
• 全双工通信
  通信的双方可以同时发送和接收信息

来自信源的信号常称为基带信号，像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号，基带信号往往包含有较多的低频成分，而许多信道并不能传输这种低频分量，为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制。

调制可分为2大类，一类是仅仅对基带信号的波形进行转换，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，这类调制称为基带调制，它其实是把一种数字信号转变为另一种数字信号，因此大家也愿意把这种过程称之为编码。

图1

另一类调制是把信号的频率范围搬移到较高的频段并转为模拟信号。经过载波调制后的信号称为带通信号，而使用载波的调制称为带通调制。几种基本调制方法：

• 调幅(AM)

• 调频(FM)

• 调相(PM)

香农公式

香农公式.jpg

导引型传输媒体

• 双绞线
  • 屏蔽双绞线
  • 无屏蔽双绞线
• 同轴电缆
• 光缆
  光纤通信是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信，有光脉冲相当于1，而没有光脉冲相当于0。
  • 单模光纤
  • 多模光纤

信道复用技术

频分复用

频分复用.png

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始自终都占用这个频带。

时分复用

时分复用.png

时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的间隙，时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带带宽，时分复用更有利于数字信号传输。

统计时分复用

使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高。当用户在某一段时间暂时没有数据传送时，那就是只能让已经分配到手的子信道空闲，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。

统计时分复用.png

统计时分复用STDM（Statistic TDM）是一种改进的时分复用，它能明显提高信道的利用率。

统计时分复用使用STDM帧来传送复用的数据，但每一个STDM帧中的时隙小于连接在集中器上用户数。各用户用了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中。对没有数据的缓存就跳过去，当一个帧的数据放满了，就发送出去。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配。

不过，由于STDM帧中的时隙并不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户地址信息，这是统计时分复用必须要有的和不可避免的开销。

波分复用

码分复用

码分复用CDM（Code Division Multiplexing），也就是码分多址（Code Division Multiple Access），每一个用户可以在同样的使用时间使用同样的频带进行通信。