Chapter2 物理层

目录

• 2.1 物理层基本概念
• 2.2 数据通信的基础知识
• 2.3 物理层下面的传输介质
• 2.4 信道复用技术
• 2.5 数字传输系统
• 2.6 宽带接入技术
  • 2.6.1 xDSL技术
  • 2.6.2 HFC
  • 2.6.3 FTTx

2.1 物理层基本概念

物理层的主要任务：如何在传输介质上传输比特流

物理层涉及的四个特性：【如何理解】

1. 机械特性
2. 电气特性
3. 功能特性
4. 过程特性

2.2 数据通信的基础知识

术语和概念：

1. 信道（channel）：表示向某一方向传送信息的介质

2. 通信的目的：传递消息（message），如语音、文字、图像等

3. 消息的实体：数据（data）

4. 信号（signal）：数据的电气的或电磁的表现

   • 模拟信号
   • 数字信号

5. 码元：在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形

   1. 码元速率：单位时间内通过信道的码元个数，单位是波特(baud)
   2. 数据速率：单位时间内通过信道的信息量(比特数)，单位b/s或bps

注意：码元速率和数据速率两个不同的概念，对同一信道，仅当使用二进制编码时二者相等????????

我们希望用一个码元携带尽可能多的比特，以提高信道的数据速率

有关信号的几个基本概念

通信双方的交互方式：

1. 单工通信：
2. 半双工通信：
3. 双工通信

基带信号和带通信号：

1. 基带信号：即 基本频带信号，来自信源的信号。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，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制
2. 带通信号：基带信号 经过 载波调试 后，信号频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）

最基本的二元制调制方法

1. 调幅
2. 调频
3. 调相
4. 多元制的混合调制方法 QAM

信道的容量极限：

1. 信道能够通过的频率范围：奈奎斯特定理【重点】

2. 信噪比、香农公式

2.3 物理层下面的传输介质

传输介质：（传输媒体/传输媒介），指的是数据传输系统中 发送器和接收器之间的 物理通路

分为两类

1. 导引型传输介质
   1. 双绞线
      1. 屏蔽双绞线
      2. 无屏蔽双绞线
   2. 同轴电缆
   3. 光纤
2. 非导引型传输介质：指可传播无线电波的自由空间
   1. 短波通信
   2. 微波通信
   3. 卫星通信
   4. 地面微波通信

2.4 信道复用技术

复用：就是在一个信道上传输多路信号

最基本的复用方法：

• 频分多路复用：FDM

  • 不同的用户占用不同的频带资源

• 时分多路复用：TDM

  • 将时间划分成一段段等长的时隙，每个用户使用不同的时隙

• 波分复用：WDM

  • 光的频分复用
  • 专门用于光纤通信

• 码分复用：CDM

  • 码分多址：CDMA

  • 用于无线通信

  • 基本原理：

2.5 数字传输系统

• 脉冲调制系统：PCM
• 同步光纤网SONET和同步数字系列SDH

2.6 宽带接入技术

接入（access）：通常指远程用户访问网络的技术

宽带接入：泛指超越传统的modem+电话线拨号上网的技术

典型的宽带接入技术

• 以家庭现有线路为基础：基于电话线的xDSL、基于有线电视线的HFC
• 基于光纤传输：典型的FTTH

2.6.1 xDSL技术

xDSL：通过改造现有的模拟电话用户线的传输方式，使其能够承载宽带业务

xDSL的几种类型

• ADSL
• HDSL
• SDSL
• VDSL

ADSL的主要特点：

• 仍然使用现有电话线
• 低端频谱留给电话使用，高端频谱用作网络接入
• 带宽非对称：上行(用户 to ISP)和下行(ISP to 用户)带宽不同

ADSL的组成

2.6.2 HFC

Hybrid Fiber Coax光纤混合同轴网

以有线电视网CATV为基础的宽带接入技术

主要特点：

• 主干路采用光纤

• 采用结点体系结构

• 具有比CATV网更宽的频谱，双向传输

• 每个家庭要安装一个用户接口盒UIB (User Interface Box)

  • 提供三种连接方式：同轴电缆连接到机顶盒(set-top box)、双绞线连接到

    用户的电话机、电缆调制解调器连接到用户的计算机

2.6.3 FTTx

Fiber To The x

基于光纤传输的宽带接入技术

• FTTH：光纤到户
• FTTB：光纤到大楼
• FTTC：光纤到路边

目前用于光纤到户的技术： 无源光网络PON—Passive Optical Network