第二章 物理层
1.物理层的基本概念
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。
物理协议：
- 机械特性：指名接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
- 电气特性：指名在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
- 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
- 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2.物理层下面的传输媒体
导引型传输媒体
同轴电缆、双绞线、光纤、电力线
非导引型传输媒体
无线电波、微波、红外线、可见光
3.传输方式
串行传输、并行传输
同步传输、异步传输
单工、半双工、全双工
4.编码与调制
码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
常用编码：
差分曼彻斯特：码元开始处有电平变化表示0，没有表示1
例题：
若下图为10BaseT网卡接收到的信号波形图，则该网卡收到的比特串是
A.0011 0110 ? B.1010 1101 ? C.0101 0010 ? D.1100 0101
答案：A
10BaseT以太网使用的是曼彻斯特编码，正跳变和负跳变分别表示0还是1，可以自行假设。
5.信道的极限容量
奈氏准则
在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元传输速率是有上限的。
- 理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud
- 理想带通信道的最高码元传输速率 = W Baud
W: 信道带宽（单位Hz）
Baud：波特，即码元/秒
- 码元传输速率又称为波特率、调制速率、波形速率或符号速率，它与比特率有一定的关系：
当1个码元只携带1比特的信息量时，则波特率与比特率在数值上相等
当1个码元携带n比特的信息量时，则波特率转换成比特率时，数值要乘以n
- 要提高信息传输速率，就必须设法使每一个码元能携带更多个比特的信息量，这需要多元制。
- 实际信道所能传输的最高码元速率，要明显低于奈氏准则给出的这个上限数值。
香农公式
带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率。
c : 信道的极限信息传输速率
W ：信道带宽
S/N : 信噪比，使用分贝作为度量单位信噪比（dB) = 10 * log10 (S/N)
信道带宽或信道中信噪比越大，信息的极限传输速率越高。
在实际信道上能够达到的信息传输速率要比该公式的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤，如各种脉冲干扰、信号在传输中的衰减和失真等，这些因素在香农公式中并未考虑。
例题
- 下列因素中，不会影响信道数据传输速率的是
A.信噪比 B.频率带宽 C.调制速度 D.信号传播速率
答案：D
A、B香农公式，C奈氏准则
- 在无噪声情况下，若某通信链路的带宽为3kHz,采用4个相位，每个相位具有4种振幅的QAM调制技术，则该通信链路的最大数据传输速率是
答案：24 kbps
无噪声说明是低通信道，根据奈氏准则可知，在通信链路的最高码元传输速率 = 2 *3k=6k Baud
采用4个相位，每个相位具有4种振幅的QAM调制技术 调制出 4 * 4 = 16 个不同的基本波形；采用二进制对这16个不同码元进行编码，需要使用4个比特，即每个码元可以携带的信息量为4比特
最大数据传输速率 = 6k * 4 = 24 kbps
- 若某通信链路的数据传输速率为2400bps，采用4相位调制，则该链路的波特率是
答案：1200波特
采用4相位调制，可以调制出4种相位不同的波形，采用二进制对这4个不同的码元进行编码，需要使用2个比特。
- 若连接R2和R3链路的频率带宽为8kHz,信噪比为30dB,该链路实际数据传输速率约为理论最大数据传输速率的50%，则该链路的实际数据传输速率约是
答案： 40 kbps
由信噪比的公式可得 S/N = 1000，由香农公式可得 c = 80 kpbs
路实际数据传输速率约为理论最大数据传输速率的50%，则该链路的实际数据传输速率约是
答案： 40 kbps由信噪比的公式可得 S/N = 1000，由香农公式可得 c = 80 kpbs