提示：男兒何不帶吳鉤，收取關(guān)山五十州

2.1.1 物理層基本概念

知識引導

奈氏準則和香農(nóng)定理都是用來求信道極限的數(shù)據(jù)傳輸速率的，區(qū)別就是所處的背景環(huán)境不同，編碼是把數(shù)據(jù)調(diào)成數(shù)字信號的過程，調(diào)制是調(diào)成模擬信號的過程，因為根據(jù)信道的不同，信號形式應(yīng)該也要有不同，需要在發(fā)送信息之前，先將數(shù)據(jù)調(diào)成信道上能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)形式，再把它發(fā)送出去，打電話使用的是電路交換，而報文交換和分組交換在計算機網(wǎng)絡(luò)中是比較常見的，導向型傳輸介質(zhì)就是你能看得見摸得著的比如電纜，非導向型就是你看不見摸不著的wifi,本章我們學習的方式就是先學習上層基礎(chǔ)，然后再來學下層建筑

物理層接口特征

要會區(qū)分電氣特性還是功能特性，功能特性中可能不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)，更多的時候是問你高電平的含義，意義等，當你在題目中出現(xiàn)規(guī)程時序等的時候就是規(guī)程特性


物理層的電氣特性規(guī)定了信號的電壓高低、傳輸距離等。
物理層的功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。

2.1.2 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

數(shù)據(jù)data就是一系列的0 1的組合，計算機網(wǎng)卡所發(fā)出的這些數(shù)據(jù)在信號上或者說在電信號上的表現(xiàn)就叫做數(shù)據(jù)信號，調(diào)制解調(diào)器就是將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號，為什么要調(diào)整成模擬信號，因為在我們這下圖例子中，數(shù)據(jù)是要經(jīng)過公用電話網(wǎng)的，這是一個廣域網(wǎng)，廣域網(wǎng)中是有許多的模擬信道，這些模擬信道只能傳模擬信號不能傳數(shù)字信號，然后再經(jīng)過調(diào)制解調(diào)器將模擬信號調(diào)成數(shù)字信號便可，將數(shù)字信號解釋出文字就是物理層之上的功能，輸入端也稱信源，其中信源加發(fā)送器也就是源系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信相關(guān)術(shù)語

離散就是明顯跳躍的一種信號的形式

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)要考慮的問題

三種通信方式

人與人之間交流的方式，1 聽人家說， 2 我聽你說你聽我說，我們相互交替說，3 都說

這里需要注意半雙工是需要兩個信道的，信道是有方向的，既然兩個都可以發(fā)，自然需要兩個信道，

串行傳輸&并行傳輸

距離遠的時候通常時串行傳輸，距離近的時候通常時并行傳輸

同步傳輸&異步傳輸

==在發(fā)送端的時候就需要添加上這些同步字符，接收端接發(fā)現(xiàn)這些同步字符之后，就可以準備接受數(shù)據(jù)了，這就實現(xiàn)了發(fā)送方與接收方的同步，而異步傳輸?shù)臅r候要實現(xiàn)同步，要加上字符起始位和字符終止位，==異步傳輸同樣需要實現(xiàn)同步是因為就像說話一樣，說話人每說完一句話要停頓一下，聽話的人根據(jù)停頓來判斷下一句什么時候，這樣才可以聽懂別人說的每一句話，異步傳輸時發(fā)送端不是連續(xù)發(fā)送這些數(shù)據(jù)的，異步傳輸時發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)時也就是加上一個終止位和一個起始位，當起始位到達接收端的時候，接收端就知道了接下來可以接收了，接受完數(shù)據(jù)之后，就會收到一個終止位，然后就電平就一直保持在終止位電平，直到再一次接收到一個起始位的電平，電平的跳變就是告訴我開始接受下一個數(shù)據(jù)了，一個常見異步的例子就是鍵盤上敲擊數(shù)字，不一定什么時候敲

腦圖時刻

2.1.3 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

碼元

就是一個波形圖中每一個不同的波形稱為一個碼元，而碼元的寬度就稱為碼元寬度，如下圖中，這種一低一高兩種波形也就是二進制碼元，若是有四種高低不平的波形也就是四進制碼元，不同進制的碼元的區(qū)別是所攜帶的信息量是不同的，所以在二進制碼元中，一個碼元只代表一個bit的信息，而在四進制碼元中，一個碼元可以攜帶2bit信息，同樣的16進制碼元，也就可以攜帶4bit

系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率的兩種方式

碼元的長度也就是上面所說的碼元寬度，每一個碼元所占的時間，二進制碼元個數(shù)一個碼元攜帶的是1bit的信息，四進制碼元攜帶的就是2bit的信息，

帶寬

帶寬在不同的領(lǐng)域代表的是不同的意思，網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳輸數(shù)據(jù)的能力。

2.1.4 奈氏準則和香農(nóng)定理

失真

其實簡單來說就是信號傳輸過程中有一些扭曲和變化，碼元傳輸速率越快，失真也就越嚴重，距離越遠衰減越嚴重，

碼間串擾

假如說我們傳輸信號的時候是通過這個電話路網(wǎng)，電話線上使用的是模擬信號，將數(shù)字信號進行調(diào)制成模擬信號，在實際的傳輸中信道上布滿了各種各樣頻率的信號，HZ表示的是一秒可以震動的次數(shù)，HZ太低不能通過的原因是在復雜的電話線上傳輸?shù)臅r候，非常容易受到衰減和損耗，可能最好就衰減的沒有了，而碼率太高如4000HZ不能通過主要就是因為碼間串擾的問題，
信號震動的速率越快，碼元的傳輸速率也是越快的，一種碼元對應(yīng)一種信號，信號變化的快，碼元自然越快，碼間串擾就是指碼元的傳輸速率太快了，導致接收端碼元的距離過近，不易區(qū)分碼元之間的界限，分不清是零還是1，

奈氏準則

理想低通中的理想指的是信號傳輸過程中不會受到外界的影響，低通就是帶寬受限，信道是有帶寬的，帶寬指的是最高頻率減去最低頻率的一個差，所有低于最高頻率的信號都是可以通過的，之前說過帶寬的單位是bit/s,但是注意在奈斯準則以及香農(nóng)定理，帶寬的單位都是HZ，同樣的題目若是給你的單位是HZ,你也可以想到應(yīng)該是用奈斯準則，或者香農(nóng)定理來求，奈斯準則只是限制碼元傳輸速率，但是香農(nóng)定理才是真正限制信息傳輸速率的，這里的W指的是帶寬。

香農(nóng)定理

==香農(nóng)定理不僅定義了在信道中極限數(shù)據(jù)傳輸速率，而且考慮了現(xiàn)實中信道可能會受到噪音的干擾，信噪比用dB表示就是為了讓我們看起來更加直觀，數(shù)值上是等價的只不過表示方式不同，若是題目直接給的信噪比沒有分貝，沒有單位直接帶入信道的極限數(shù)據(jù)傳輸速率即可，若是給的帶單位且單位是dB，則通過上面的公式公式求出S/N的值，然后再帶入信道的極限數(shù)據(jù)傳輸速率公式中

兩個對比

若是題目中給了沒有給信噪比的條件只能使用奈斯準則，若是給了信噪比則大概率使用香農(nóng)定理（同時也有可能同時要使用奈斯準則），注意這里是二進制，若是4進制則需要乘2，在兩個最大值中選擇較小的才是實際上的最大速率

2.1.5 編碼與調(diào)制

基帶信號和寬帶信號

主要記住基帶傳輸對應(yīng)的數(shù)字信道，寬帶傳輸對應(yīng)模擬信道，信源發(fā)送信號，這個信號對應(yīng)的是什么波形是有規(guī)定的，這種規(guī)定的方式就是編碼，而載波調(diào)制可以理解為整容，整容成頻率更高信號，才能放在復雜的信道上面進行傳輸，這樣最后也能解調(diào)出來正確的信號，

編碼與調(diào)制

區(qū)分是編碼還是調(diào)制主要是看最后轉(zhuǎn)變的成的是數(shù)字信號還是模擬信號，強調(diào)編碼與數(shù)字的一定對應(yīng)的是數(shù)字信號，強調(diào)調(diào)制的一定是模擬信號，

2.1.6 編碼與調(diào)制

數(shù)字數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號

計算機發(fā)送的都是0 1 01 的數(shù)字數(shù)據(jù)，為了使這些數(shù)據(jù)能夠在信道上進行傳播，就需要把這些數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號的形式，這個數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼其實就是用于基帶傳輸中，基本不改變頻率直接傳播，這種編碼方式有許多種，就是規(guī)定0 1 分別對應(yīng)什么樣的波形，也就是下面會提到的幾種編碼方式。

非歸零編碼

也就是高電平對應(yīng)的是1低電平對應(yīng)的是0，若是發(fā)送方發(fā)送的是一連串的1或者一連串的0 ，接受方就不知道這個直線是有多少個1或者多少個0，它就需要發(fā)送提供時鐘周期的時常，然后算出來發(fā)送了多少個1 或者多少個0，這就需要再創(chuàng)建一個信道，這個信道用來告訴接收方，多久發(fā)一個bit,來建立同步的過程

歸零編碼

一個碼元之內(nèi)要歸零，這種就會有一種情況，處于低電平的情況比較多。這樣可能會導致接收方不知道有多少個0，同樣也是需要另外一個信道來建立同步問題。

反向不歸零編碼

若是發(fā)送的是1 則當前是不發(fā)生改變的，若發(fā)送的是0會發(fā)生跳轉(zhuǎn)，若是全0 則會一直反轉(zhuǎn)，接受方是比較好處理的，若是都是1因為一直不會發(fā)生跳變， 則接收端就不知道有多少個1，

曼徹斯特編碼

可以把時鐘信號以及數(shù)據(jù)都放在一起，不需要額外的信道來傳輸時鐘信號，可以實現(xiàn)自同步，以太網(wǎng)使用的就是曼徹斯特編碼。

差分曼徹斯特編碼

看上一個碼元的后半段與本碼元的前半段若是發(fā)生跳變則表示本碼元是0 若是碼元發(fā)送跳變則是0，可以實現(xiàn)自同步，抗干擾好，主要用于局域網(wǎng)傳輸。

4B/5B編碼

將發(fā)送的數(shù)據(jù)流每四位作為一組，然后按照4B/5B編碼規(guī)則將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的5位碼，5位共32組合，但是只是用其中的16中對應(yīng)的16種不同的4位碼，其他的16種作為控制碼

數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號

調(diào)幅就是零沒有幅度，1 有幅度
調(diào)頻就是零對應(yīng)的是低頻，1 對應(yīng)的是高頻
調(diào)相就是0 對應(yīng)一種波形，1 對應(yīng)一種波形

調(diào)幅：通過改變載波信號的振幅來表示數(shù)字信號1，0，載波的頻率和相位不發(fā)生改變，比較容易實現(xiàn)，抗干擾能力強
調(diào)頻：通過改變載波信號的頻率來表示數(shù)字信號0，1，載波的振幅和相位不發(fā)生改變，容易實現(xiàn)，抗干擾能力強，應(yīng)用廣泛
調(diào)相：改變載波信號的相位來表示數(shù)字信號0，1，載波的振幅和頻率不發(fā)生改變，又分為絕對調(diào)相和相對調(diào)相。
調(diào)頻+調(diào)相：頻率相同的情況下，將調(diào)幅和調(diào)相結(jié)合起來形成疊加信號

模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號

PCM脈碼調(diào)制

首先對于一個不規(guī)則的模擬信號先對他進行掃描，然后來抽樣，每一個相等的周期，對信號進行采樣一次，就是看這個時候所對應(yīng)的電壓是多少，將采集到的電壓值取整，并且按照一定的范圍進行劃分為幾種狀態(tài)，再將這些狀態(tài)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的二進制編碼即可，這里來解釋一下F(采樣頻率)>=2f(信號最高頻率)，對于所有的模擬信號，都是由一系列的正弦波疊加而成的，所以就可以將模擬信號過濾出它所對應(yīng)的幾種正弦波，若是最高頻的波形都能確定，自然其他的波形也就能確定，要確定一個正弦函數(shù)，頻率是已知的，所以y=Asin(wt+u) 其中w已知，我們只需要再有兩個點便可確定函數(shù)，

模擬數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號

腦圖時刻

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-471322.html

到了這里，關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò)第二章——物理層（上）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！