计算机网络――物理层

1、物理层的任务
2、常用的信道复用技术
3、常用的宽带接入技术，主要是ADSL和FTTx

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
物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异
主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性

一个数据通信系统包括三大部分：源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）

常用术语

数据―― 运送消息的实体
信号―― 数据的电气的或电磁的表现
模拟信号―― 代表消息的参数的取值是连续的
数字信号―― 代表消息的参数的取值是离散的
码元―― 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形

信道 ―― 一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体
单向通信（单工通信）――只能有一个方向的通信而没有反方向的交互
双向交替通信（半双工通信）――通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)
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
基带信号（即基本频带信号）―― 来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号

调制分为两大类

基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码

带通调制：使用载波进行调制，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，这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）

曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力（不能从信号波形本身中提取信号时钟频率）

最基本的二元制调制方法

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

码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重

从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有两个：信道能够通过的频率范围，信噪比
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能
如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰

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
实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少

对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高，码元传输速率达到上限值，可以用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量

复用是通信技术中的基本概念，它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率

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
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）

时分复用则是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）
时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度

使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的

波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰
每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片。每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列
如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列；如发送比特 0，则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
发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
发送比特 0 时，就发送序列 11100100

码片序列实现了扩频
码分多址 CDMA的重要特点

每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交
在实用的系统中是使用伪随机码序列

非对称数字用户线 ADSL技术就是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
ADSL 技术把 0 ~ 4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用

DSL(数字用户线)类型

ADSL：非对称数字用户线

HDSL：高速数字用户线

SDSL：对线的数字用户线

VDSL：甚高速数字用户线

RADSL：速率自适应 DSL，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率

ADSL 的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）

ADSL 的特点

上行和下行带宽做成不对称的。上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户

ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调制解调器

我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”

ADSL的数据率

由于用户线的具体条件往往相差很大（距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同），因此 ADSL 采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率

当 ADSL 启动时，用户线两端的 ADSL 调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量

ADSL 不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通 ADSL

通常下行数据率在 32 kbit/s 到 6.4 Mbit/s 之间，而上行数据率在 32 kbit/s 到 640 kbit/s 之间