《计网之物理层 一》

物理层的基本概念

物理层不是指具体的传输媒体，而是用来确定与传输媒体的接口有关的一些特性，尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。

物理层主要有四个特性：

1. 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置，等。平时常见的各种规格的插接件都有严格的标准化的规定。
2. 电气特性：指明在接口上电缆的各条线上出现的电压的范围。
3. 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
4. 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

数据在计算机内部多采用并行传输方式。但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输（这是出于经济上的考虑）

信道

信道和电路并不等同。信道一般用来表示向某一方向传送消息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

从通信的双方信息交互方式来看，可以由以下三种基本方式：

1. 单向信道  又称为单工信道，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
2. 双向交替信道  又称为半双工信道，即通信的双方都可以发送消息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后可以再反过来。
3. 双向同时信道   又称为全双工信道，即通信的双方都可以同时发送和接收信息。

单向信道只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条）。显然，双向同时通信的传输效率最高。

来自信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）。像计算机输出的代表各种文字和图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制（modulation）。

调制可分为两大类。一类是仅仅对基带信号的波形进行交换，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。这类调制称为基带调制。由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，因此大家更愿意把这种过程称为编码（coding）。另一类调制则需要使用载波（carrier）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信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的调制称为带通调制。

• 不归零制：正电平代表1，负电平代表0。
• 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。
• 曼彻斯特：位周期中心的向上跳代表0，位周期中心的向下跳代表1。但也可反过来定义。
• 差分曼彻斯特：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变的代表0，而位开始边界没有跳变的代表1。

从信号波形中可以看出，曼彻斯特（Manchester）编码产生的信号频率比不归零制高。从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫做没有自同步能力），而曼彻斯特编码具有自同步能力。

（2）基本的带通调制方法

图2-3给出了最基本的调制方法。

• 调幅(AM)：即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波输出。
• 调频(FM)：即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率f1或f2。
• 调相(PM)：即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。

为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法。例如，正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)。

 

参考书籍：计算机网络7