03.第03节课第2章物理层
好同学们，我们今天呢来为大家介绍一下。计算机网络当中。我们根据。采用osi和tci pip这样一个折中方法。使用的五层协议当中的物理层的这样一个内容。我们首先呢？讨论一下物理层的基本概念，然后介绍一下数据通信的重要概念以及各种传输媒体的主要特点。我们这一章呢，比较重要的内容呢，是物理层的任务，以及了几种常用的信道复用技术以及了。几种常用的宽带接入技术。我们首先来看一下。物理层呢？的主要任务呢是描述。为确定与传输媒体接口的一些特性。比如说。机械特性。指明接口所用接线器的形状和尺寸，引线的数目和排列，固定和锁定装置等等。电气特性呢，是指能在接口电缆上的各条线出现的电压范围。功能特性呢，是指你某条线上出现的某一电瓶的电压表示的何种意义。过程特性呢，是指明对于不同功能可能出现的各种事件的这样一个顺序。物理层呢，
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。使用的协议呢，也称为物理层规程。那么，其实物理层规程呢？也就是物理层协议。那么，大家知道数据在计算机内部传输了？它通常呢，采用的是并行传输方式，但数据在通信链路上传输的一般是串行传。传输也就是说即逐个比特呢，按照时间顺序传输，
因此呢，物理层还要完成传输功能的转换。我们来首先看一下。物理层的。几个术语？第一个呢，是数据。数据呢？是运送消息的实体。信号是数据或电器或电池的表现。模拟的代表消息的参数呢？它的取值呢？是连续的。数字的表明，消息的参数的取值呢？
是离散的。马原呢，在使用时间域的波形表示，数字信号时代表不同，离散值的基本波形。比如说我们来看一下。这样一个图当中。一个通信系统呢，可以分为三个部分，比如说原系统。传输系统。以及了。接目的系统。原系统呢，一般呢，
包含两个部分，一个是原点，一个呢是发动器。原点设备产生主要要传输的数据。发送器呢，通常原点生成的数字比特流要通过发送器编码后呢，才能在传输系统中呢进行传输。目的系统呢，也分为两个部分，一个呢是接收器。接收器呢？传输。系统送来的信号，并把它转化成我们被目的设备处理的信号。终点呢？
终点设备从接收器呢？获取传出来的数字比特流，然后把信息输出。在原系统和目的系统之间呢，这样一个传输系统呢，可以是简单的传输线。可以是连接在原系统和固定系统当中的复杂复杂网络。那么，这是我们数据通讯的这样一个模型。根据信号中表示的参数的取值方式不同。信号呢，可以分为两类。模拟的。或连续信号。表示呢，
消息的参数取值呢，是连续的。数字的离散信号表示，消息的参数的取值是离散的。接下来我们再看一下这个。信道的这样一个部分。训到了。它和电路呢并不相同。信道一般都是用来表示朝某一个方向传送信息的媒体，因此呢，一条通信链路往往包含一条发送信道。和一条接收信道。从通信双方的信息交互的方式来看呢，那么有三种基本方式。第一种呢，
称为单向通信或者说单攻通信。只能有一个方向的通信，而没有反方向的交互。比如说信息呢，只能朝一个方向传输，而不能反方向传输，比如说我们举一个例子。我们的。广播。或者说。电视好吧，就是我们的单工通信。那我们再看一下双向交替通信，也就是我们半双工通信，就说通信的双方呢，
都可以发送信息。但是呢，不能同时发送，当然。当然了，也不能同时接收。这种通讯方式是一方发送，另一方接收。过一段时间后呢，可以再反过来。比如说我们举一个例子，对讲机。对讲机呢，就是半双工通信，它只能呢一方发送信息，
另一方接收，或者说反过来另一方发送信息，一方接收，那么这样一个部分。还有一种呢，是双向同时通信，比如说全双工通信，通信的双方呢，可以同时发送和接收信息，比如说我们举个例子。比如说打电话，打电话就是全双工通信，通信的双方呢，可以同时发送和接收信息。单项性到了。
单向通信只需要一条行道。而双向交替通信或双向同时通信呢，则需要两条信道，那么显然呢，双向同时通信呢，它的。它的效率呢？最高。接下来我们看一下基带信号和代工信号。期待值。基带信号呢，来自信源的信号，我们称之为基带信号。像计算机输出的各种表示文字图像的这样一个数据信号呢，都属于基带信号。
基站信号呢，往往包含了较多的低频成分，甚至有低直流成分，而许多信道呢，并不能传输这种低频分量或者直流分量。为了解决这些问题呢，就必须对基带信号呢进行调制。调制可分为两大类，一类呢，是仅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。变化后的信号呢，仍然是基带信号。我们把这种调制呢，称为基带调制。
由于这种基带调制呢，是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，那么这种过程呢，也可以称为编码。另一种调制呢，则需要采用载波进行调制，把信道信号的频率范围呢，调用到较高的频段。并转换为模拟信号，这样呢，就能更好的在模拟信当中传输。经过载波调之后的信道呢。了称为代通信号使用载波的调制，称为代通调制。我们来看一下。
最基本的。二元制。调制方法。比如说条幅。比如说正载波的振幅呢？随鸡蛋数字而变化。这是最基，这是基本的代通调制方法。还有一种基本的代通调制方法呢，是调频就是载波的频率呢，随基带数字信号而变化。还有一种代工调整方法呢，是调项就是代工的初始项位呢，属于基带数字信号而变化。这是最基本的二遍调试方法。
我们来看一下对基带数字信号的几种调试方法，那么常用的编码方法，比如说基带信号呢？比如说我们呢，要对这些比特流零一零零一一一零零进行进行编码。那么我们可以呢，用这样一个我们的这样一个调基带信号进行调调制方法的这样一个。部分那么这是我们的。常用的这样一个编号，这样一个调制的，这样一个方法，比如说这是我们基带信号。基带信号呢，是这样一个部分，那么我们要去调这样一个。
代工调制的方法呢？进行调制，那么调幅呢？那么就是当。遇到一的时候呢，那么也可以遇到零的时候也可以那么遇到一的时候呢，我们的这样一个振幅呢？随着数字基带信号而变化，那么调频呢？是它的频率。随着数字基带信号而变化。调项呢，就是债报的初始项位。随着记载数字信号而变化。那么，
这是我们的调频，调幅和调向。接下来我们看一下新达的极限容量。那么，从概念上讲呢？限制马原呢，在信道上的传输速率的因素呢，主要有两个，第一个呢是信道能通过的频率范围。第二个呢，是信噪比。具体的信道呢，能通过的范围呢，频率呢，总是有限的。
信号中许多高频分量呢？往往不能通过训到。如果信号中的高频分量在传输时受到衰减，那么在接收端的波形前沿和后沿呢，就不不进不那不进行陡峭。每一个马原所占用的时间界限呢，也不是很明确这样呢，在接收端接到的信号，波形就失去了马原间的清晰界限，这叫做马间串扰。为了避免马云串扰呢，马云的传输速率呢？那么，一位科学家呢？给出了这个上限值。
比如说在任何训导中。马原的传输速率呢，是有上限的。传输速率超过此上限，我们就会出现严重的码间串扰的问题，使得接收段呢，对码源的接收呢成为不可能。另外呢？还有续账比。噪声存在于所有电子设备和通信系统中。由于噪声是随机产生的，它的瞬时值呢，有时会很大。因此，造成了对接收端。
对马原的判决呢，产生错误，但是噪声呢，是影响是相对的，如果信号相对较强，那么造成的影响呢，就较小。因此呢，信噪比就比较重要，所谓的信噪比呢，是信号的平均功率与噪声的平均功率之比。记做s比n。那么香农呢？为用信息论的理论呢？推导出了带宽受限，
带有高斯白噪声干扰的信道的极限无差错。的信息传输速率那么信道的极限信息传输速率c呢？可表示为c=w×log 2 e+s bn。大家要记住这个公式c=w log 2+1+log二一+s比n。那么这个公式啊，就是c=w log二一+sdn，其中呢，w为信道的带宽。s呢为信道内所传信号的平均功率。n为信道内部的高斯噪声功率。那么，大家记住这个公式s bn呢？就是信噪一那么这个公式那么可以表示为呢c=log一。w log二一加信噪比那么这样一个部分，那么通过这个公式呢，
我们可以计算出信噪的极限传输速率。相同公式表明的。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，传输速率就一定可以呢，找到某种办法来实现无差错的传输。若信道带宽w，或信道比sdn呢，没有上限，那么则信道的极限传输速率呢，也没有上限，那么当然了，实际信道呢，这样不可能是这样的。
实际上，信达能够达到的信息传输速率呢？要比相同期限传输速率低。对于裙带宽度已确定的信道，如果信道比了不能再提高了，并且码原。传输数据呢，已达到了上限值，那么还有办法呢？提高信息的传输速率，就是采用编码的方式呢？让。让一个码源携带更多比特的信号量，那么这是采用编码的方式。我们来看一下物理层下面的传输媒体，
传输媒体呢，也称为传输介质或传输媒介。它是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路传输媒体呢，可分为两大类，比如说导引型传输媒体和非导引型传输媒体。在导引性传输媒体中呢，电磁波被导引着向固体媒体传播，而非导引性媒体呢，就是指自由空间。在非导引性传输媒体中的媒体了，这样一个电磁波呢传输。常称为无线传输。那么，这样一个图呢？就是我们电信领域使用的电磁波的这样一个频谱。
导引性传输媒体呢，有双绞线，包括我们的屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线，以及呢同轴电缆50欧，同轴电缆和75欧同轴线缆。以及我们的光光缆。我们再看一下非档案性传输媒体无线传输呢，所使用的频道很广，广播通信呢，主要靠电力层的反射。电短波通信的通信质量较差，微波在空间主要是靠直线传播，地面微波接地通信以及呢，卫星通信。接下来我们看一下啊。
信信道复用技术。信道复用技术呢，由我们的十分评分复用，十分复用。多分复用，满分复用，那么统计十分复用等。复用呢是通信技术中的这样一个基本概念。比如说我们这个图当中。a1，b1，c1。分别使用一个单独的星道a2B2C2进行通信，主要有三个主要的需要三个星道。但如果在发送端呢，
使用一个复用器就可以让大家合起来，共用一个共享信道进行通信。在接收端呢，再使用分用器就可以让大家。把这把把合起来传输的信息呢，分别送到相应的终点，那么这是我们的复用器。复用和分用的这样一个方式。那么，最基本的附庸呢？就是平分复用。和十分复用。评分复用呢，最简单用户在分配一定的平贷后呢，在自始至终呢，
都占用这个平贷。评分复用，所有的用户呢，在相同的时间内。占用不同的带宽资源。而是这是我们的评分复用，那么就是我们的评分复用的所有用户呢？在相等的时间内占用不同的带宽资源。那么，我们就是把我们的这样一个平淡。好吧，分成各个频率不同的，这样一个频段，各个范围不同的，这样一个频段，
然后分配给用户。用户呢，在同样的时间占用不同的带宽资源，这是我们的评分复用。那么，接下来我们看一下十分复用。十分复用呢，则是将时间划分为一段段等长的十分复用帧t dm帧，每一个十分复用的用户呢，在每一个t dm帧呢。再用固定的序号。每一个用户所占用的时隙呢，是周期性的出现的，其周期呢，也就是t dm的长度。
cdm信号呢，也称为等式信号，十分复用的所有用户呢，是在不同的时间占用同样的品牌宽度。那么也就是说，我们的十分复用呢？十分复用，是将时间呢划分成为一段一段的等长的。十分复用帧，每一个十分复用的用户呢？在一个t dm帧中占固定序号的时隙。那么，这是我们的十分复用，也就是说，十分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的屏带宽度。
这是我们的十分复用。那么，我们看一下这个十分复用，如果说我们这个十分复用呢，是把时间呢划分成为一段段等长的十分复用帧。每个时分，复用的用户呢，在每一个t dm中呢，占用固定序号的时隙。比如说我们的abcd那么这样一些。每个用户呢，占用的时期呢，周期实现周期性的出现，其周期呢，就是t dm帧的长度。
因此t dm区呢，也称为整长序号十分复用的所有用户呢，在不同的时间占用同样的平台宽度。这是我们的十分不用。十分复用了，可能会造成线路资源的浪费。使用时分复用系统呢，传送计算机数据时，由于分配的计算机数据呢？它的这样一个突发性质，用户对分配到的仔细到的利用率呢，那么一般不高。当用户呢，在一段时间内暂无数据输入时。暂无数据传输时，
那么只能让分配到手的这样一个子信道贡献，而其他用户呢，也无法使用这个暂时。空闲的线路资源。啊，比如说我们就abcd四个用户进行十分复用，复用期呢？按照abcd的顺序，对用户的实际进行扫描。然后构成一个时分复用针呃，这里呢，我们共有四个时分复用针，每个时分复用针呢，有四个时隙。那么，
在十分费用之中，以每一个数目呢，分配到了实际长度缩短了。在本。在这样一个部分当中呢，只有一个，只有四分赋之一的这样一个时隙。那么，当某用户暂无数据发送的时候呢，在十分复用帧中呢，分配给该用户的时期呢，只能处于空闲状态，比如说。那么，第一个时分，
共同征当中呢？第三个时期和第四个时期呢？就是空闲状态。那么，第二个时隙当中呢？第一个时隙呢？和第四个时隙呢？就空闲状态，那么这些时隙呢？没有在分配给没将用户暂无数据发送的时候呢？在使用复用帧当中分配给该用户的时期呢，处于空闲状态，其他数用户即使一直有数据要刷。那么，也不能够使用这些空闲的时期，
这就导致了复用后的利用率呢？不高，那么接下来我们看一下统计时分复用stdm static。thirty six dm统计十分复用呢，是一种改进的十分复用，它的明显的提高信贷的利用率。集中器呢，常使用这些，这种使统计时段复用，那么我们看一下这个使统计时段复用的这样一个原理图。一个使用同计收入费用的这样一个。统计时文复用的集中器呢？连接四个低速用户，然后把他们的数据呢集中起来，通过高速线路发送到一个远地计算机。
统计时分复用呢，使用了stdm帧的传用，复用的速度在每一个stdm帧中呢，持续了。小于连接在集中器上的这样一个。用户数。用户有了数据了，就集中发往机械器的某个缓存。然后呢，集中去按顺序依次扫描，输入缓存，把缓存中的数据呢，放入stm帧。对于没有数据的缓存呢，就跳过去当一个真的数据。
放满了，我们就发送出去，因此呢，STD工程呢？不是固定分配时序，而是按需了动态分配时序，因此统计时分复用了。可以提高限度的利用率。那么，这是我们的统计时分复用。接下来我们看一下多分复用。wem.波分复用呢，其实呢，就是光的平分复用。
光纤技术的应用呢，使得数据的传输速率呢提高，现在呢，可以借助传统的载波电话的平衡复用的概念。就能使一根光线呢，同时用来传输多个频率很接近的光载波信号，这里就是光线的传输能力了，那么。提到提高。那么，这是汪村妇幼？光分复用了。就是我们的。多分复用。多分复用呢，
其实呢，就是光的平分复用，那么这里大家注意。接下来我们再看一下码分，复用码分，复用呢CPM。常用的名词呢，是CDMA马分多指。每一个用户呢，可以在同样的时间使用相同的平台进行通信。由于各用户经过特殊挑选的不同码型。因此，各用户之间呢，不会造成干扰。这是我们的满分复用。
保证作用呢，最初用于军事，军事通信，因为这种系统发送的信号之间呢，有很强的抗干扰能力。是频谱了类似于百草声，不易被敌人发现。那么，这是我们的CDMA，那么我们看一下它的这样一个。原理CDMA。每一个比特时间呢，被划分为m个短的间隔，称为马片。通就是我们说的这种码片的部分。
码片序列啊，是每个站被指派一个唯一的m比特码片，比如说发送比特一就发送自己的m比特码片序列。发送比特林就发送该码片的序列的二进制反码。这是我们的法律序列，比如说。s站的巴比特码片序列呢，是零零零一一零一一发送比特一时呢。就发送序列，它的码片序列零零零一一零一一发送比特临时了，就发送序列发送它的二进制反码。一零零一零零，这是我们的码片序列。所以说我们s3的码片序列呢，就是负一负一负一正一正一负一正一正一。
我们呢，就按惯例呢，将码片中的零写为负一将一呢写为正一，那么这就是我们s这样的码片序列。每个站呢，分配的马篇序列必须各不相同，而且还必要必须要相互正交。在实际的系统中呢，使用的是尾随均码片序列，尾随均码序列。那么我们看一下。我们令这s向量s表示，在s的码分向量令ti表示其他任何这样的码分向量。两个不同这样的码片序列的正交，也就是说。
向量s和向量t的规格化类积呢？是零，也就是说s绳点绳t。等于m分之一sigma I，等于一到msi。ti就是它的这样一个。对应的这样一个码片相乘，它的和呢，加起来除以m那么等于零。也就是说，不同站的码片序列正交，比如说s向量s和向量t的规格化率就为零。就是说我们的码片序列的这样一个码片序列的这样一个性质。那么，接下来我们看一个例子。
我们另啊。下列s为负一，负一，负一，正一，正一，负一，正一，正一，向量t呢？为负一，负一，正一，负一，正一，
正一，正一，负一。我们把它们的各分量值呢带入我们之前这个式子，就是说s减乘t等于m分之一sigma I等于一的MS it I。可以得到了，这他们是等于他们的这样的规划立体呢，是为零的，所以说这两个马匹序列呢，是正交的。并且呢，正确我们码片序列的码片向量的另外一个性质了，是任何一个码片向量。和该版型向量自己的规格化列举了。都是一那么就说s减乘s等于m分之一，
I等于一到msi乘si。那么等于m分之一sigma I等于一的m正负一的平方，那么等于一那么它的自己的规格化列举呢都是一。另外呢，一个码片向量与该码片向量反码的向量的规格化的依据呢是负一。比如说s呢，就是我们的。一个码片向量和该码片向量反码的规格化类型呢？那么是负一。好，我们来看一下s。CDMA的工作原理。那么，我们首先呢，由码片。
数字马马，原比特一一零。s站的码片序列呢s呢？有m个码片s站呢就发送sx。西站呢？发送信号tx那么总的发送信号呢？那么就是我们这图当中的这样一个颜色，这样一个部分。那么我们收到了这样一个信息之后呢？我们用。规格化内需。s眼神x。进行规格化类型的计算，那么这样呢，我们就得到了。
s.变深。x.啊，就得到了这样一个部分，得到了一一零的这样一个部分。那么，规格化类级呢s变身？tx.那么，这是我们这样一个。序列的。这样一个部分。那么，规格化类级了s11s点成tx了，
那么就是我们规格化类级了，那么。这低规划列举，那么规划列举了，那么得到的是我们这样一个值的部分。那么，这样的当天，比如说。设s站呢，要发送一一零三个码源，再设CDMA了。将每一个码源扩展为八个码片，那么s3呢？选用一个码片序列s3呢？发送一个信号呢？
为sx。那么，基站呢？发送信号为tx。仅因为所有的站呢，都使用相同的频率，因此每一个站呢，都能收到所有站发送的破屏信号。那么，我们所有的站呢？收到的都是叠加的信号sx+tx，当接收站呢？打算接收s的发送信号时。就用s站的这样一个码片序列，你收到的信号呢？
求规格化列级。那么，这相当于分别计算s点乘xs x和s点乘tx，显然呢，s点乘sx就是s这样发出的数据比特。而s点乘tx呢？那么就是零。啊，这是我们的。马丁底特的这样一个部分。啊，这是我们的cdm的工作原理的这样一个部分。接下来我们看一下数字传输系统。脉冲调制pcm体制呢，最初是为了在电话使用的中继线上传送多路的电话。
那么，由于历史的原因呢？pcm有两个互不兼容的国际标准，比如说北美的24路pcm和欧洲的30路pcm，那么我国采用的是欧洲的一一标准。一一的速度是二点零四八MB。每秒而t的速度是一点五四四点5t每秒，当需要有高的数据呢？可以采用复用的方式。那么，旧的数字传输系统呢？存在着这样一些缺点，主要方面呢，是速度，标率，
标速率，标准不统一。如果不对高次值的这样一个数字传输速率呢，进行标注的话，国际范围的高速数据传输就很难实现。那么，不是同步传输，要在过去相当的长的时间呢？为了节约经费，各国的数字网呢？主要采用同步存同步的方式。最后呢，我们来看一下宽带接入技术ADSL，技术ADSL，技术呢，
就是用数字技术呢，对现有模拟电话用户呢进行改造。使它们存在光宽带业务。标准模拟电话信号的频率限制在300至3400赫兹的范围，在用户上本身呢，是空中通过的信号频率呢，仍然超过1M赫兹。ADSL技术呢，就是把零到4000赫兹的低频谱呢留给电话使用。而把原来没有被利用的高频组了，留在网上用户上网使用。dsl呢，就是用户数据线，用数字用户线。这ADS co呢，
大家注意一下这个名称。它的名称呢？是非对称数字用户线，大家要知道它的这样一个中这个ADS co呢？它的。一个中文的名称，它的名称呢？就是非对称数字用户线，这是我们的ADSL。ADSL的极限传输距离呢？与数据力及用户的线性都有很大的关系，而所能得到的最高数据传输速率呢？与实际的用户线上的性价比呢密切相关。a dsu呢，上行和下行带宽都做成不对称的上行指数，
用户的ISP下行指数。是从ISP到用户ad so呢？在用户线的两端，各按一个ad so调试解调器。这是我们的ADSL的这样一个部分。ADSL的数据率呢？由于用户限的这样一个具体条件呢？往往相差很大，因此呢，ADSL呢？采用自适应调整技术呢？使用户线能够传输尽可能高的数据率，当ADSL启动时，用户线两端的ADSL的调制解调器呢？就测试可用的频率，
各自新到车的干扰情况，以及呢，在每一个频率上，测试信号的这样一个传输质量。ADSL呢，不能保证固定的数据率，对于质量之差的用户线呢，甚至无法开通sad dsl。接下来我们看一下光纤同轴混合网。fhfc.hfc网呢是目前覆盖面很广的有线电视网。catv的基础上开发的一种名著。宽带接入网。hfc呢，除了传统ce tv外，
还提供电话，数据和其他宽带交互业务，那么现有的ce tv网呢，是树形拓扑结构的同轴电缆网络。它采用模拟技术的评分作用呢，对概述节目进行单向阐述，而h CF呢hfc呢，则需要对CTO进行改造。而hcfc的主要特点呢是hfc，我们的主干线路呢，采用光纤。啊，这样一些部分。好同学们，那么今天呢？
我们为大家介绍了这样一个。物理层那么这样一些概念，那么我们这一章的主主要的这样一个。比较重要的这样一些内容呢，是物理层的任务，以及呢几种常用的信道复用技术，比如说我们的评分复用。码分复用，波分复用，十分复用，统计十分复用等，那么大家要了解了。比如说评分复用它的这样一个概念，那么比如说多分复用它的这样一个，它的这样一个概念，
以及呢，统计十分复用它的这样一个作用。以及呢，我们的码分复用这样一个码分，多指它的这样一个运算的，这样一个方式。它的这样一个码片的这样一个运算的这样一个部分，以及呢，还有几种常见的宽带接入技术，比如说ADSL和fttx。那么大家另外呢，还要了解我们的编码，我们的编码的方式，比如说我们的。编码我们编码这样一个部分，
比如说以及呢我们的。带通调制的方法，比如说调幅，调频以及调向，那么这样一些部分，那只有我们基本的带通调制，以及呢，我们的。通讯。的这样一个基本方式，比如说单向通信，双向通信，双向同时通信，也就说我们单工半双工和全双工，以及他们的这样一个各自的这样一个例子。
那么，这是我们今天的内容，那么大家呢？呃，下来的时候呢，再看一下我们这样一个基本概念以及数据通信的基本概念，以及呢，各种传输媒体的主要特点。那么下来的时候大家来看一下，进行一个了解和熟悉好，我们今天的课呢，就讲到这里好，谢谢大家。
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