計算機網絡 - 物理層

物理層考慮的是怎樣才能在鏈接各類計算機的傳輸媒體（介）上 傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體（介）。
物理層的做用是要儘量地 屏蔽掉不一樣傳輸媒體和通訊手段的差別。
用於物理層的協議也常稱爲 物理層規程 (procedure)。

數據通訊基礎知識

調製

基帶信號：來自信源的信號。像計算機輸出的表明各類文字或圖像文件的數據信號都屬於基帶信號。
基帶信號每每包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道並不能傳輸這種低頻份量或直流份量。所以必須對基帶信號進行調製 (modulation)。

下圖爲帶通調製，使用載波 (carrier)進行調製，把基帶信號的頻率範圍搬移到較高的頻段，並轉換爲模擬信號。

除了帶通調製，還有一種調至類型爲 基帶調製，它僅對基帶信號的 波形進行變換，使它可以與信道特性相適應。變換後的信號 仍然是基帶信號。把這種過程稱爲 編碼 (coding)。

信道

信道可以經過的頻率範圍

在任何信道中，碼元傳輸的速率是有上限的，不然就會出現碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成爲不可能。
1924年，奈奎斯特 (Nyquist) 就推導出了著名的奈氏準則。他給出了在假定的理想條件下，爲了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率的上限值。

信噪比

信噪比就是信號的平均功率和噪聲的平均功率之比。常記爲 S/N，並用分貝 (dB) 做爲度量單位。
1984年，香農 (Shannon) 用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率（香農公式）。

由香農公式可知，信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。
只要信息傳輸速率低於信道的極限信息傳輸速率，就必定能夠找到某種辦法來實現無差錯的傳輸。

信道複用技術

複用 (multiplexing) 是通訊技術中的基本概念。
它容許用戶使用一個共享信道進行通訊，下降成本，提升利用率。

頻分複用（FDM）

頻分複用的全部用戶在一樣的時間佔用不一樣的帶寬資源（請注意，這裏的「帶寬」是頻率帶寬而不是數據的發送速率）。

時分複用（TDM）

時分複用則是將時間劃分爲一段段等長的時分複用幀（TDM 幀）。每個時分複用的用戶在每個 TDM 幀中佔用固定序號的時隙。
每個用戶所佔用的時隙是週期性地出現（其週期就是 TDM 幀的長度）。
TDM 信號也稱爲等時(isochronous)信號。
時分複用的全部用戶是在不一樣的時間佔用一樣的頻帶寬度。

統計時分複用（Statistic TDM）

STDM 幀不是固定分配時隙，而是按需動態地分配時隙。所以統計時分複用能夠提升線路的利用率。

波分複用（WDM）

波分複用就是光的頻分複用。使用一根光纖來同時傳輸多個光載波信號。

碼分複用（CDM）亦稱爲碼分多址（CDMA）

每個比特時間劃分爲m個短的間隔，稱爲碼片(chip)。
每一個站被指派一個惟一的 m bit 碼片序列。

如發送比特 1，則發送本身的 m bit 碼片序列。
如發送比特 0，則發送該碼片序列的 二進制反碼。

每一個站分配的碼片序列不只必須各不相同，而且還必須互相正交 (orthogonal)。

所以，站點接收信號時有三種狀況:
一、發送端與接收端爲兩個不一樣站點；
因爲兩個不一樣站的碼片序列正交，就是向量S和T的規格化內積 (inner product) 等於 0：

二、接收端接收到比特「1」
碼片向量和該碼片向量本身的規格化內積都是 1：

三、接收端接收到比特「0」
碼片向量和該碼片反碼的向量的規格化內積是 –1：