Note7- 物理层

知识点

数据、信号、码元、信道

数据：传送信息的实体

信号：数据在传输过程中的电磁或电气表现形式

码元：用一个固定时长的信号波形表示一个 k 进制的数字，时长称为码元宽度

信道：信号的传输媒介

速率、波特

波特率：单位时间传输的码元个数

比特率：单位时间传输的二进制码元个数

若一个码元携带 $n$ 比特信息量，则比特率为波特率的 $n$ 倍

三种通信方式

单工通信：仅需一条信道，单方向。
半双工：双方都可发送接收，但不能同时，需两条信道。
全双工：可以两边同时发送和接收，需两条信道。

奈奎斯特定理

理想低通（无噪声、带宽有限）的信道中，令 W 为信道带宽，V 为码元状态数，则为避免码间干扰，码元传输速率上限为 2W 波特，极限数据传输速率为 $2 W {log}_{2} V$ 。理想带通信道的最高码元传输速率为 W 波特

香农定理

给出了带宽受限且由高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输速率，当用此速率传输时，可以做到不产生误差，为 $W {log}_{2} (1 + S / N)$

W 为信道带宽，S 为信道所传信号的平均功率，N 为信道内部的高斯噪声功率，信噪比为 $10 {log}_{10} (S / N)$

数字数据编码为数字信号的方式

归零编码 (RZ)：一个码元前半段代表数据，后半段归零。含同步信息。
非归零编码 (NRZ)：不用归零，一个周期可以全部用来传输数据。不含同步信息。
反向非归零编码 (NRZI)。用信号的翻转代表 0，保持不变代表 1。（USB2.0 使用）含同步信息。
曼彻斯特编码：一个码元前一半高后一半低表示 1，前一般低后一半高则表示 0。（以太网使用）含同步信息。
差分曼彻斯特：下一个为 1，下一的前半和这一后半相同，反之不同。抗干扰性好。含同步信息。
4B/5B 编码：将所有 4 比特的数据用 5 比特编码。

数字数据调制为模拟信号的方式

幅移键控 (ASK)。改变振幅表示 1 和 0。抗干扰能力差。
频移键控 (FSK)。改变频率表示 1 和 0。容易实现，抗干扰能力强。
相移键控 (PSK)。改变相位表示 1 和 0。
正交振幅调制 (QAM)。

导引型传输媒体

同轴电缆
双绞线
光纤

非导引型传输媒体

无线电波
微波

参考资料