计算机网络 - 物理层

物理层考虑的是怎样才能在链接各类计算机的传输媒体（介）上 传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体（介）。
物理层的做用是要尽量地 屏蔽掉不一样传输媒体和通讯手段的差别。
用于物理层的协议也常称为 物理层规程 (procedure)。

数据通讯基础知识

调制

基带信号：来自信源的信号。像计算机输出的表明各类文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
基带信号每每包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频份量或直流份量。所以必须对基带信号进行调制 (modulation)。

下图为带通调制，使用载波 (carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号。

除了带通调制，还有一种调至类型为 基带调制，它仅对基带信号的 波形进行变换，使它可以与信道特性相适应。变换后的信号 仍然是基带信号。把这种过程称为 编码 (coding)。

信道

信道可以经过的频率范围

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，不然就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
1924年，奈奎斯特 (Nyquist) 就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。

信噪比

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) 做为度量单位。
1984年，香农 (Shannon) 用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率（香农公式）。

由香农公式可知，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，就必定能够找到某种办法来实现无差错的传输。

信道复用技术

复用 (multiplexing) 是通讯技术中的基本概念。
它容许用户使用一个共享信道进行通讯，下降成本，提升利用率。

频分复用（FDM）

频分复用的全部用户在一样的时间占用不一样的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用（TDM）

时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每个时分复用的用户在每个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
每个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。
时分复用的全部用户是在不一样的时间占用一样的频带宽度。

统计时分复用（Statistic TDM）

STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。所以统计时分复用能够提升线路的利用率。

波分复用（WDM）

波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。

码分复用（CDM）亦称为码分多址（CDMA）

每个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。
每一个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。

如发送比特 1，则发送本身的 m bit 码片序列。
如发送比特 0，则发送该码片序列的 二进制反码。

每一个站分配的码片序列不只必须各不相同，而且还必须互相正交 (orthogonal)。

所以，站点接收信号时有三种状况:
一、发送端与接收端为两个不一样站点；
因为两个不一样站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积 (inner product) 等于 0：

二、接收端接收到比特“1”
码片向量和该码片向量本身的规格化内积都是 1：

三、接收端接收到比特“0”
码片向量和该码片反码的向量的规格化内积是 –1：