物理层

计算机网络

数据通信基础知识

数据通信系统模型

• 源点：产生要传输的数据。
• 发送器：由源点生成的数字比特流需要通过发送器编码，例如调制器。
• 接收器：将传输系统传输过来信号转换为信息。
• 终点：接受数字比特流。

信道

• 单工通信：只能一个方向通信。
• 半双工通信：双方都可以发送和接受信息，但是不能同时发送。半双工通信依然需要两条信道。
• 全双工通信：双方可以同时发送和接收信息。

调制

基带调制仅仅对基带信号的波形进行变化，又称编码。
常用基带调制方式：

• 不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。
• 归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。
• 曼彻斯特编码：位周期中心向上跳代表 0，位周期中心向下跳代表 1，也可以反过来定义。
• 差分曼彻斯特编码：每一位的中心都有跳变，位开始边界有跳变代表 1，位开始边界没有跳变代表 2。

带通调制把基带信号的频率范围搬移到较高频段，并转换为模拟信号。
基本带通调制方法：

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

信道极限容量

信噪比：$S/N$
S：信号功率 N：噪声功率

极限信息传输速率：$C=W·log_2(1+S/N)$
W：信道的带宽

传输媒体

导引型传输媒体

• 双绞线：3类线、5类线
• 同轴电缆：主要用在有线电视网
• 光缆：用于长距离传输

非导引型传输媒体

• 短波通信：靠电离层的反射进行通信，衰落现象和多径效应严重。只能低速传输。
• 微波接力通信：利用中继站放大信号发送到下一站，会受到障碍物和恶劣气候的影响。
• 卫星通信：通信容量大，通信稳定，传播时延大。

信道复用

信道复用的发送端需要复用器，接收端需要分用器。

• 频分复用：为用户分配不同的频带。
• 时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。普通时分复用中所有用户占用的时隙周期性出现，异步时分复用利用智能复用器自动分配。
• 波分复用：在光缆中利用不同波长的光传输信号。
• 码分复用：将一个比特时间划分为多个码片，为每一个站指定一个唯一的码片序列，安全性高，减少干扰。出于可分离性的考虑，每一个码片序列必须正交。

数字传输系统

宽带接入技术

• ADSL 技术：用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，把 0 ~ 4 kHz 的低端频谱留给传统电话使用，把剩余高端频谱留给用户上网使用。需要 ADSL 调制解调器。在端局通过 ATU-C 调制，在用户家通过 ATU-R 解调，再通过电话分离器分离信号。
• 光纤同轴混合网（HFC 网）：将原有线电视网中的同轴电缆主干部分改为光纤。头端通过光纤连接到光纤结点，光信号在光纤结点转换为电信号，再通过同轴电缆连接到用户家。用户家中需要安装电缆调制解调器（机顶盒）。
• FTTx技术：光线路终端把从光纤干线收到的下行数据传输到光分路器，光分路器将信息广播到所有光网络单元，光网络单元将光信号转换为电信号，光网络单元通常在在距离用户家有一定距离的地方。