数据通讯（物理层）
1、 基本概念
信息源
- 信息源可以是任意类型：存储在计算机中的位，音频，视频
- 一种形式可以转换为另一种形式
- 传输使用物理系统，利用自然现象：电，电磁辐射，光等
- 多种信息来源可以共享基础媒体
- 通讯系统：接受来自一个或多个来源的输入，将信息从给定来源传递到指定目的地（信息来源可以是任意的，而不仅仅是计算机！）
模拟信号和数字信号
- 模拟信号：连续，通过所有可能的中间值从一个值变为另一个
- 数字信号：不连续，瞬间从一个级别移动到另一个级别
周期性和非周期性信号
- 正弦波：许多自然现象会产生与时间相关的正弦波信号
- 正弦波四个重要特性： 频率：每单位时间的振荡次数（秒），以赫兹（Hz）为单位测量
振幅：最大和最小信号高度之间的差异
相位：正弦波的开始距离参考时间有多远
波长：信号在介质中传播时的周期长度
复合信号
- 大多数信号是复合信号
- 信号可以分解为一组简单的正弦波
- 消息源共享通信介质是很常见的：因此信号必须以某种方式组合调制
- 可以将复合信号分解为其组成部分
2、 传输媒介
2.1 电信号–铜线
- 常见，价格便宜，易于安装，但有干扰
- 双绞线：UTP，STP
- 同轴电缆
2.2 光信号-光纤
- 细玻璃管可内部反射光，并涂有塑料以提高灵活性
- 发射器使用LED或激光，接收器使用光敏晶体管
特点
优点：
- 无电气干扰
- 传输的信号远比铜传输的信号远
- 一次携带更多信息
- 只需要一根光纤-不像铜需要一对光纤来形成电路
缺点：
- 但很难找到休息
2.3 光信号-红外线
- 点对点
- 最初用于遥控器
- 可用于将计算机连接至外围设备，例如 打印机
优点：
- 便携式-无需天线
- 价格便宜
缺点：
- 范围有限
- 对发射器到接收器的方向敏感
2.4 光信号-激光
- 使用光通过空气传播信息（不需要光纤）
- 点对点
- 激光束会长时间聚焦：因此，发送和接收设备必须精确对准
- 要求视线一致，很容易被挡住（例如雾气）。
2.5 电磁辐射（EM）-无线电，卫星，微波
- 在空中广播电磁波以无线电频率（RF）： 〜3KHz-300GHz
- 每台计算机都使用天线-无需直接连接
- 属性根据频率而变化
- 天线的大小决定了范围-整个城镇或在房间
- RF传输优于光：可以穿越很长一段距离并穿透墙壁
- 微波–比RF更高的频率
定向
比RF可以携带更多信息
无法穿透金属结构，因此需要具有直视线的高塔
信号传播
- 电磁波的频率决定了电磁波的传播方式，功率要求，对噪声的敏感性
- 不能随意选择用于无线网络技术的频率：如使用政府控制的频谱
扩大卫星范围
- 微波不会绕地球弯曲，因此需要长距离的卫星
- 卫星价格昂贵-每颗卫星都会以不同的频率与许多客户打交道
- 地球同步卫星和一组低地球轨道卫星
地球同步轨道卫星
- 轨道与地球自转同步
- 海拔约为。 20,000英里（高地球轨道）
- 相同频率需要角间隔（4-8°）
低地球轨道卫星
- 大约 200-400英里高度
- 轨道通常为1.5小时
- 可用性有限+跟踪复杂的问题
- 60颗覆盖地球的卫星阵列
3、媒体类型之间的权衡
- 费用：材料，安装，操作，维护
- 数据速率：每秒位数
- 延迟：信号传播或处理所需的时间
- 对信号的影响：衰减和失真
- 环境：易受干扰和电噪声
- 安全性：容易被窃听
4、 奈奎斯特定理-噪声
- 干扰导致噪音
- 在无错误（无噪声）的介质上发送数据的最大速度存在理论上的限制,但是我们永远无法实现这一目标！
为什么？ 由于噪音 - 奈奎斯特定理鼓励工程师探索对信号上的位进行编码的方法。
巧妙的编码允许每单位时间传输更多位
5、拓展：
第5-7章，“计算机网络和互联网”，Douglas Comer，第6版，2015年