«计算机网络»笔记：第2章 物理层
2.1 通信的基本概念
信道、带宽、低通信道与带通信道、基带信号与通带信号、基带传输与通带传输
时延（发送时延、传播时延等）、误码率
单工通信、双工通信、半双工通信、同步传输与异步传输等基本概念
2.2 数据通信的理论基础
有限带宽信号、信道的最大数据传输速率分析，包括奈奎斯特准则、香农定理。
数据传输速率的计算（注意区分含义与应用条件）
（1） 奈奎斯特准则： 有限带宽无噪声信道的最大数据传输速率=2Blog2V（bps）
（2） 香农定理：有噪声信道的最大数据传输速率=Blog2（1+S/N）（bps）
（3） 码元速率(调制速率、采样速率)=1/T， 数据传输速率=码元速率×log2V
采样定理
（奈奎斯特–香农采样定理）：采样率应是信号最高频率的至少两倍。
混杂：采样频率不够导致反推出错：
$$
采样率 = 2信号频率
$$
而一个信号如果用 2 种电平，就可以传输 1 个 bit。
用 V 种电平，就可以传输 $\log_2V$ 个 bit。
所以无噪声时：
$$ R_{\max} = 2W \log_2V $$$R_\max$ 最大传输比特率 b/s。
$W$ 信号频率（带宽）Hz
$V$ 离散电平数
香农定理
信息：不确定性的消除。
信息量：$\log_2 (1/p)$，$p$ 是概率
信噪比：$S/N$（Signal over noise）
信噪比（dB）：$10\log_{10}(S/N)$
香农定理：带宽受限，有噪声时，信息传输速率上限时：
$$ R_\max = W\log_2(1+S/N) $$$R_\max$ 最大传输比特率 b/s。
$W$ 信号频率（带宽）Hz
$S/N$ 信噪比
实际上就说明，最大离散电平数量是 $A/N$，其中 $A$ 是信息总量 = S+N。这两个公式是一个意思。
T1 信号
-
1.544MHz 的信号
-
1.536Mbps 速率
2.3 传输介质
（1）有线传输介质
双绞线（RJ-45）、同轴电缆、光纤、无线传输，各类传输介质的结构原理、传输特性（带宽、时延、最大传输距离、误码率(抗干扰性)）、分类与典型应用。
（2）无线传输与卫星
电磁波谱、跳频扩频与直序扩频、微波(直线传播)、卫星、红外线（视线传播）、可见光（视线传播）。
2.4 数字调制技术
（1）数字基带传输：典型信道编码（线路编码）方案NRZ、曼彻斯特码Manchester和AMI码的特性（带宽效率、时钟恢复以及平衡性）。
（2）数字调制技术：ASK,FSK,PSK,QAM,QPSK 能读懂星座图。
给出星座图：会计算速率，可以识别采用的调制技术等。
NRZ 编码：高电平表示 1，低电平表示 0
NRZ-L 不归零编码：高电平表示 0，低电平表示 1
NRZ-I 逆转不归零编码 ：在位间隔或者位开头有跳变表示 1，无跳变表示 0
曼彻斯特编码：低变高表示 0，高变低表示 1（约定不同）
2.5 多路复用技术
多路复用（FDM、TDM、CDM、WDM与CDM）原理
TDM包括：同步时分复用(公用交换电话网使用，即PSTN网使用)和统计时分复用（计算机网络使用）
2.6 电话系统
（1）本地回路（调制解调器、ADSL和光纤）的组成，各设备功能。
l 调制解调器modem和ADSL modem的基本工作原理、功能及部署方式。
注意：电话线带宽4KHz（默认）
| 调制解调器 | ADSL Modem | |
|---|---|---|
| 功能 | 拨号上网，将数字信号调制成适合带宽传输的模拟信号 | 拨号上网，将数字信号调制成适合带宽传输的模拟信号 |
| 传输介质 | 电话线（3类双绞线，与普通电话机的线路相同） | 电话线（3类双绞线，与普通电话机的线路相同） |
| 信道带宽 | 3100Hz、4KHz(引入滤波器，限制带宽在300-3400Hz之间，目标是专用来优化传输人类语音) | 1.1MHz（物理介质的带宽，不存在滤波器） |
| 工作层次 | 物理层设备 | 物理层设备 |
| 通信方式 | 全双工调制传输，以字符为单位 | 全双工调制传输，以字符为单位，PPP协议 |
| 调制速率 | 2400****波特 | 4000****波特 |
| 最大速率 | 33.6kbps（两个本回路的信道条件下，香农极限35kbps） | 256条信道(每条4KHz) 0：语音，1-5：空闲，250条数据和控制 |
| 56kbps（只使用一个本地环路，提高信噪比） | 8M下行，1M上行 |
l 编码解码器（Codec）
功能：将模拟信号数字化；
原理：采样（奈奎斯特采样定理）、量化（均匀量化与非均匀量化）、编码（一般是压缩编码）。
应用：PCM信号，语音信号（4kHz模拟信号）转为64kbps的数字信号
l ADSL用户环路相关设备：ADSL Modem，DSLAM, Codec, Splitter
（2）中继线与多路复用: 同步时分复用，PCM，WDM与DWDM
（3）交换：电路交换与数据分组交换
两种交换技术的工作原理、时延的计算（会计算）
电路交换的时延主要在连接建立阶段，包交换的时延在传输过程中（参考课后计算题）。
2.7 物理层标准的内容
四个特性：机械（物理）特性、电气特性、功能特性和规程特性。要求理解四个特性所涉及的内容。
二、相关协议和设备
1、协议和标准：物理层标准RS-232, RJ-45
2、设备**：调制解调器Modem**，ADSL Modem，编码/解码器Codec, DSLAM，多路复用器Multiplexer，中继器Repeater(放大整形信号)，放大器Amplifier（放大信号）。