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物理层

基本概念

物理层需要考虑如何传输比特流，而不关心到底使用何种媒体传输数据。具体传输数据的层次是第0层。

特性

• 机械特性：规格、接口形状、引线数目、引脚数量、排列情况。
• 电气特性：电压范围、阻抗匹配、传输速率、距离限制。
• 功能特性：电平意义、接口部件的用途。
• 规程特性：工作规程和时序的关系。

通信流程

信源->数字信号->调制解调器->模拟型号->广域网->模拟信号->调制解调器->数字信号->信宿。

• 数字信号：取值离散。
• 模拟限号：取值连续。
• 信源：发送数据的源头。
• 信宿：接受数据的终点。
• 信道：信号的传输媒介。
  • 模拟信道、数字信道。
  • 有线信道、无线信道。

通信方式

• 单工通信：只能单方面通信，只需一条信道。
• 半双工通信：能发送和接受，但是不能同时发送接收，需要两条信道。
• 全双工通信：都能发送与接受，需要两条信道。

传输方式

• 串行：速度慢、费用低、适合远距离。
• 并行：速度快、费用高、适合近距离。

码元

定义：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表离散数值的基本波形。这个时长内的信号就是k进制码元，时长就是码元宽度，当有M个离散状态时，成为M进制码元。

一个码元可以携带多个比特的信息。

波特（Baud）

指一秒可以传输多少个码元。一波特就是一码元一秒。

速率

分为信息传输速率与码元传输速率。

信息传输速率就是b/s，就是我们平常说的网速。

码元传输速率就是指一秒可以传输多少个码元，即单位时间内脉冲个数或信号变化的次数。码元可以理解为几个比特的集合，所以信息传输速率（网速）=码元传输速率x码元所带信息量（多少比特）。单位为波特。

码元所带信息量（比特数）=$\log2$码元进制数（码元种数）。

带宽（Band Width）

用来表示最高数据速率。

奈式准则（奈奎斯特定理、Nyquist）

信道带宽指信道最高通过频率与最低通过频率之差，单位为赫兹。

奈氏准则规定最高码元传输速率。

在理想低通条件下，避免码间串扰：

• 极限码元传输速率=2×信道带宽，单位为波特。
• 极限数据传输速率=2×信道带宽×$\log2$码元种数，单位为$b/s$。

1. 由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多的个比特量的信息，这就需要多元制的调制方法。
2. 信道频带越宽，即能通过的信号高频分量越多，就可以用更高速率进行码元的有效传输。

香农定理（Shannon）

香农定理规定最高数据传输速率。

信噪比=10$lg$(信号的平均功率/噪声的平均功率)，单位是分贝（dB）。

在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。

极限数据传输速率=信道带宽×$\log2$(1+信号的平均功率/噪声的平均功率)，单位为$b/s$。

只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方式来实现无差错传输。