物理層（中篇）
物理層（下篇）

物理層（上篇）

• • 1.物理層的主要功能以及特性
  • • 1.1物理層的主要功能
    • 1.2物理層的主要特性
  • 2.數(shù)據(jù)通信相關的幾個術語
  • • 2.1 數(shù)據(jù)通信基本概念
  • 3.信道有關的基本概念
  • • 3.1信道：
    • 3.2調制分類
    • 3.3常用調制編碼方式
    • 3.4.基帶調制常用編碼方式
    • • 3.4.1不歸零碼（NRZ：Non-Return to Zero）
      • 3.4.2曼徹斯特碼（Manchester），也稱相位編碼
      • 3.4.3差分曼徹斯特碼（Differential Manchester）
    • 3.5.帶通調制

1.物理層的主要功能以及特性

1.1物理層的主要功能

• 在傳輸介質上為通信的網(wǎng)絡結點建立、管理和釋放物理連接；
• 實現(xiàn)透明的比特流的傳輸。
• 注意：
• 物理層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元是”0、1”比特；
• 物理層不關心比特流里攜帶數(shù)據(jù)的信息，只關心比特流的正確傳輸。

1.2物理層的主要特性

機械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排 列等等。如RJ45水晶頭的形狀、尺寸、線對的排列順序等等。

電氣特性 指明接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。

功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。

規(guī)程特性 指明對亍丌同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。

2.數(shù)據(jù)通信相關的幾個術語

2.1 數(shù)據(jù)通信基本概念

• 數(shù)據(jù)(data)——運送消息的實體。

  • 模擬數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)的取值連續(xù)變化。
  • 數(shù)字數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)的取值為不連續(xù)數(shù)值。

• 信號(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 是數(shù)據(jù)的載體，是數(shù)據(jù)在傳輸 介質上傳輸過程中的表示形式

  • “模擬的”(analogous)——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。

  • “數(shù)字的”(digital)——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。

• 碼元(code)——在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。

  • 使用二進制編碼時，只有兩種不同的碼元，一種代表0狀 態(tài)，一種代表1狀態(tài)。

• 數(shù)據(jù)通信——指在不同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進 制代碼0、1比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程。

• 調制——將數(shù)字信號轉換為模擬信號的過程。

• 解調——將模擬信號轉換為數(shù)字信號的過程。

3.信道有關的基本概念

3.1信道：

信道表示向某一個方向傳送信息的媒體。它不等價于通信電路，一條可 雙向通信的電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。

信道的幾個基本概念–信道 從通信雙方信息交換的方式來看，有以下三種基本方式：

• 單向通信（單工通信）——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。
• 雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不 能 雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。
• 雙向同時通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息

來自信源的信號稱為基帶信號（即基本頻帶信號）。基帶信號往往含有較多 的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流 分量。因此必須對基帶信號進行調制(modulation)。

3.2調制分類

調制分為兩大類：

基帶調制（編碼）：僅對基帶信號的波形進行變換，使它能夠與信 道特性相適應，變換后的信號仍是基帶信號。

帶通調制：使用載波調制，將基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻 段，并轉換為模擬信號。

3.3常用調制編碼方式

3.4.基帶調制常用編碼方式

1）不歸零碼NRZ

2）曼徹斯特碼（manchester）

3）差分曼徹斯特碼（difference manchester）

3.4.1不歸零碼（NRZ：Non-Return to Zero）

原理：

用兩種不同的電平分別表示二進制位“0”和“1”，高電平表示 “0”，低電平表示“1”。

優(yōu)點：容易實現(xiàn)。

缺點：缺乏同步功能，難以分辨一位的結束和另一位的開始；

? 發(fā)送方和接收方必須有時鐘同步；

若信號中“0”或“1”連續(xù)出現(xiàn)，信號直流分量將累加。

3.4.2曼徹斯特碼（Manchester），也稱相位編碼

原理：每一位中間都有一個跳變，從低跳到高表示“1”，從高跳到低表示 “0”。也可以反過來定義。

優(yōu)點：克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變既可作為數(shù)據(jù)，又可作 為時鐘，能夠自同步。

3.4.3差分曼徹斯特碼（Differential Manchester）

原理：每一位中間都有一個跳變，每位開始時有跳變表示“0”，無跳 變表示“1”。位中間跳變表示時鐘，位前跳變表示數(shù)據(jù)。

優(yōu)點：時鐘、數(shù)據(jù)分離，便于 提取。

3.5.帶通調制

使用載波調制，將基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段， 并轉換為模擬信號。

最基本的二元制調制方法有以下三種：

• **調幅(AM)：**載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。
• 調頻(FM)：**載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。
• 調相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。

為了達到更高的信息傳輸速率，可采用多元制的振幅相位混合調制方法

如圖為正交振幅調制(QAM)

• ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。

總結

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