一、物理层基本概念
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，而不是指具体的传输媒体。
==作用：==尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
一个数据通信系统可划分为三大部分：源系统、传输系统、目的系统
二、四大特性
机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。
电气特性：指明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的意义。
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
三、两种信号与码元
1.信号：数据的电气的或电磁的表现
模拟信号 (analogous signal)：代表消息的参数的取值是连续的。 抗干扰能力弱
数字信号 (digital signal)：代表消息的参数的取值是离散的。不是1就是0，抗干扰能力强
2.码元：
在使用时间域（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。
使用二进制编码时，只有两种不同的码元：0 状态，1 状态。
四、信道的基本概念
1.信道：
一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
2.单向通信（单工通信）：
只能有一个方向的通信，没有反方向的交互。
3.双向交替通信（半双工通信）：
通信的双方都可以发送信息，但双方不能同时发送（当然也就不能同时接收）。
4.双向同时通信（全双工通信）：
通信的双方可以同时发送和接收信息。
五、调制与编码
1.基带信号（即基本频带信号）
来自信源的信号。
包含有较多的低频成分，甚至有直流成分。
2.基带调制（编码）：
数字信号转换
步骤：采样 量化 编码
仅对基带信号的波形进行变换，把数字信号转换为另一种形式的数字信号。把这种过程称为编码 (coding)。
常用编码方式
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：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。
差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1。
信号频率：
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高。
自同步能力：
不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫做没有自同步能力）。
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。
3.带通调制（调制）：
模拟信号的转换
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。经过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
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，必须对基带信号进行调制 (modulation)。
基本的调制方法
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。
六、信道的极限容量
1.任何实际的信道都不是理想的，都不可能以任意高的速率进行传送。
2.码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在接收端的波形的失真就越严重。
3.限制码元在信道上的传输速率的两个因素：信道能够通过的频率范围和信噪比。
4.具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道。
1.奈氏准则：
码元传输的最高速率 = 2W （码元/秒）
在带宽为 W (Hz) 的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是 2W (码元/秒)。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
2.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) 作为度量单位。即：
例如：当 S/N =10 时，信噪比为10dB，而当 S/N =1000 时，信噪比为30dB。
3.香农公式
信道的极限信息传输速率 C 可表达为：
其中：
W 信道的带宽 (Hz)；
S 为信道内所传信号的平均功率；
N 为信道内部的高斯噪声功率。
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，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
4.奈式准则与香农公式的意义
七、物理层下面的传输媒体
传输媒体是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。
非导引型传输媒体：指自由空间。非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。
1.导引型传输媒体
1.双绞线
最古老但又最常用的传输媒体。
把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合 (twist) 起来就构成了双绞线。
绞合度越高，可用的数据传输率越高。
①无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)：
无屏蔽层。
价格较便宜。
②屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)：
带屏蔽层。
都必须有接地线。
2.同轴电缆
由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）以及保护塑料外层所组成。
具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。
3.光纤光缆
光纤是光纤通信的传输媒体。通过传递光脉冲来进行通信。其传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。
发送端：要有光源，在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。
光源：发光二极管，半导体激光器等。
接收端：要有光检测器，利用光电二极管做成，在检测到光脉冲时还原出电脉冲。
光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射
①多模光纤
可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。
光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，只适合于近距离传输。
②单模光纤
直径减小到只有一个光的波长(几个微米)，可使光线一直向前传播，不会产生多次反射。
制造成本较高，但衰耗较小。
光源要使用昂贵的半导体激光器，不能使用较便宜的发光二极管。
光纤优点
(1) 通信容量非常大
(2) 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
(3) 抗雷电和电磁干扰性能好。
(4)无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。
(5) 体积小，重量轻。
现在已经非常广泛地应用在计算机网络、电信网络和有线电视网络的主干网络中。
2.非引导型传输媒体
利用无线电波在自由空间的传播可较快地实现多种通信，因此将自由空间称为“非导引型传输媒体”。
无线传输所使用的频段很广： LF ~ THF （30 kHz ~ 3000 GHz）
常见的有无线，红外或大气激光
多径效应：基站发出的信号可以经过多个障碍物的数次反射，从多条路径、按不同时间等到达接收方。多条路径的信号叠加后一般都会产生很大的失真。
八、信道复用技术
复用 (multiplexing) ：允许用户使用一个共享信道进行通信。
1.频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
最基本的复用方式，将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。所有用户在同样的时间占用不同的带宽（即频带）资源。
频分多址：让 N 个用户各使用一个频带，或让更多的用户轮流使用这 N 个频带。这种方式称为频分多址接入 FDMA (Frequency Division Multiple Access)。
2.时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)
将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。
每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
每一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）的。
TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号。
所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。
时分多址：让 N 个用户各使用一个时隙，或让更多的用户轮流使用这 N 个时隙。这种方式称为时分多址接入 TDMA (Time Division Multiple Access)。
当用户暂时无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态。
时分复用会导致信道复用率不高
3.统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
4.波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)
光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
5.码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)
每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。
当码分复用 CDM 信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。
CDMA：
将每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。
为每个站指派一个唯一的 m bit 码片序列。
发送比特 1：发送自己的 m bit 码片序列。
发送比特 0：发送该码片序列的二进制反码。
例如：S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。
1 -> 00011011
0 -> 11100100
码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
要发送信息的数据率 = b bit/s，实际发送的数据率 = mb bit/s，同时，所占用频带宽度也提高到原来的 m 倍。
扩频通常有 2 大类：
==直接序列扩频 DSSS ==(Direct Sequence Spread Spectrum) 。
跳频扩频 FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)。
CDMA重要特点：
九、数字传输系统
早期，电话网长途干线采用频分复用 FDM 的模拟传输方式。
目前，大都采用时分复用 PCM 的数字传输方式。
现代电信网业务括话音、视频、图像和各种数据业务。因此需要一种能承载来自其他各种业务网络数据的传输网络。
在数字化的同时，光纤开始成为长途干线最主要的传输媒体。
最初在数字传输系统中使用的传输标准是脉冲编码调制PCM。现在高速的数字传输系统使用同步光纤网SONET（美国标准）或同步数字系列SDH（国际标准）。
十、宽带接入技术
美国联邦通信委员会 FCC 定义：宽带下行速率达 25 Mbit/s，宽带上行速率达 3 Mbit/s。
从宽带接入的媒体来看，划分为 2 大类：
有线宽带接入。
无线宽带接入。
1.非对称数字用户线 ADSL技术
用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。
2.光纤同轴混合网（HFC 网）
HFC (Hybrid Fiber Coax) 网基于有线电视网 CATV 网。
改造：把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤
3.FTTx 技术
代表多种宽带光纤接入方式。
FTTx 表示 Fiber To The…（光纤到…），例如：
光纤到户 FTTH (Fiber To The Home)：在光纤进入用户的家门后，才把光信号转换为电信号。
光纤到大楼 FTTB(Fiber To The Building)
光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)
光纤到小区 FTTZ(Fiber To The Zone)
光纤到办公室 FTTO (Fiber To The Office)
光纤到桌面 FTTD(Fiber To The Desk) 等。