第二章 物理层

书上关于物理层的篇幅并不多，学习时，老师对这一章也只是进行粗略的介绍，往往给人一种物理层没什么内容并且也不重要的错觉。但其实物理层的内容是非常多的，其地位也是非常重要的。之所以粗略进行介绍，是因为这部分内容实在太多而且自成体系，属于通信专业专门研究的范围。

2.1 基本概念

物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉传输媒体和通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。
物理层协议众多而且非常复杂，不可能进行详细的描述，接下来只对物理层重要的概念进行介绍。

2.2 数据通信的基础知识

一个数据系统可以划分为三部分：发送端、信道和接收端。下图给出了数据通信系统的基本模型和物理层主要研究的一些问题（具体名词的含义不展开，有兴趣的可自行搜索）。

通信双方信息交互方式具体有三种：
单工通信：只有一个方向上的通信，没有反方向的通信。比如无线电广播、电视广播。
半双工通信：通信双方都可以收发信息。但通信双发不能同时发送，也不能同时接受。
全双工通信：通信双方可以同时收发信息。注意这里的同时，是指的宏观上的一段时间内，而具体到某一瞬间可能也只有一方在发送一方在接受（TDD）。目前商用的技术中，全双工技术分为时分双工（TDD）和频分双工（FDD），这两种技术都没有真正做到同时同频全双工。

2.3 传输媒体

传输媒体可分为两大类：导引型传输媒体和非导引型传输媒体。简单来说，导引型传输媒体就是电磁波沿着固态媒体传播（有线），非导引型就是指的自由空间（无线）。
常见的导引型传输媒体有：

• 双绞线：分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线
• 同轴电缆：内导体为铜质辛线
• 光缆：由透明的石英玻璃拉成细丝

在不方便进行线路施工的地方，无线通信（非导引型传输媒体）就显得非常重要。并且无线通信也是在运动中通信的唯一手段。

2.4 通信手段

2.4.1 信道复用技术

信道复用可以理解为不同用户对信道的共享技术，具体包括：

• 频分复用：不同用户在同一时间占用不通的带宽资源。
• 时分复用：每个用户占用每个TDM帧固定序号的时隙。
• 码分复用：每个用户使用挑选的不同码型，避免互相干扰。

2.4.2 宽带接入技术

用户接入互联网，必须先接入某个ISP，以获得上网所需的IP地址。用户接入ISP的技术被称为宽度接入技术，具体包括：

• ADSL技术：非对称数字用户线技术，用数字技术对现有的模拟用户线进行改造，使其能承载宽带数字业务。
• HFC网：光纤同轴混合网，在有限电视网的基础上开发的一种宽带接入网，提供有线电视，电话，宽带业务。主干部分使用光纤，在光纤节点转换为电信号后，通过同轴电缆连接到用户家庭。
• FTTx技术：Fiber To The x。包括光纤到户，光纤到楼等等，这也是目前使用最广泛的技术。