本章目錄

1. 物理層的基本概念
2. 資料通訊的基本知識
3. 物理層下面的傳輸媒體
4. 通道複用技術
5. 數字傳輸系統
6. 寬頻接入技術

物理層的基本概念
可以將物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體的介面有關的一些特性：

1. 機械特性：指明介面所用的接線器的形狀和尺寸、引腳數和排列、固定和碎釘裝置等
2. 電器特性：指明在介面電纜的各條線上出現的電壓範圍
3. 功能特性：指明在介面電纜上出現的某一電平的電壓表示何種意義
4. 過程特性：指明對於不同功能的各種事件的出現順序

資料通訊的基本知識
一個數據通訊系統可劃分為三大部分：源系統（或傳送端、傳送方）、傳輸系統和目的系統
源系統一般包括兩部分：源點（產生資料）和傳送器（傳送資料）
目的系統主要包括兩部分：接收器和終點
通訊的目的是傳送訊息，資料是運送訊息的實體，訊號則是資料的電氣或電磁的表現
模擬訊號：是連續的訊號
數字訊號：是離散的訊號

從通訊互動方式看，有三種基本方式：1.單向通訊（單工），2.雙向交替通訊（半雙工），3.雙向同時通訊（全雙工）
來自信源的訊號稱為基帶訊號

對基帶訊號進行調製可分為兩大類：一類是僅僅對基帶訊號的波形進行變換，變換後仍然是基帶訊號，稱為基帶調製。另一類是使用載波進行調製，把基帶訊號的頻率範圍搬移到較高的頻段以
便在通道中傳輸，經過載波調製後的訊號稱為帶通訊號，該調製稱為帶通調製

基本的帶通調製方法有：調幅AM，調頻FM，調相PM

為了達到更高的資訊傳輸速率，採用技術上更加複雜的多元制的振幅相位混合調製發，例如：正交振幅調製QAM

限制碼元在通道上傳輸速率的因素有兩個：

1. 通道能夠通過的頻率範圍，在接收端收到的訊號波形失去了碼元之間的清晰接線，稱為碼間串擾
2. 噪音，噪音的影響是相對的，如果訊號相對較強，噪音影響相對較小，信噪比很重要，是訊號的平均功率和噪音的平均功率之比，記作S/N
   
   1948年資訊理論創始人夏農推匯出夏農公式，夏農公式支出：通道的極限資訊傳輸速率C是
   
   如果信噪比無法再提高，可以讓一個碼元攜帶更多的位元資訊量來實現更高傳輸速率

物理層下面的傳輸媒體
傳輸媒體分成兩類：導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體

導向傳輸媒體：

1. 雙絞線
2. 遮蔽雙絞線STP
3. 非遮蔽雙絞線UTP
   
   
   同軸線纜：有銅芯線導體、絕緣層、網狀遮蔽層和保護塑料外層構成
   
   光纖：多模光纖和單模光纖
   
   
   
   光纖通過T型介面連線到計算機，T型介面有兩種：無源的和有源的

非導向傳輸媒體：

1. 短波通訊：主要靠電離層反射
2. 無線電微波通訊，微波範圍300MHz~300GHz：地面微波接力通訊和衛星通訊，
3. 微波通訊主要特點有：1.波段頻率高，通訊容量大，2.受到干擾小，傳輸質量高，3.同等容量和4. 長度的電纜載波通訊，微波投資少，見效快
4. 微波通訊缺點：1.相鄰站點必須直視，不能有障礙物。2.會受到惡劣天氣影響。3.微波比電纜通6. 信的隱蔽性和保密性差。4.對大量的中繼站點的使用和維護要耗費大量人力物力

通道複用技術
最基本分複用是頻分複用FDM和時分複用TDM。
頻分複用中使用者在分配到一定頻帶後，在通訊過程中自始至終都佔用這個頻帶，可見頻分複用的所有使用者在同一時間佔用不同的頻寬資源。

時分複用使用者是在不同的時間佔用同樣的頻寬資源

在進行通訊時，複用器和分用器成對使用。

統計時分複用STDM：統計時分複用使用STDM幀來傳送複用的資料，每一個STDM幀中的時隙數小於連線在集中器上的使用者數。個使用者隨時都可以傳送資料到集中器的輸入快取，然後集中器按順序依次掃描輸入快取，把快取中的輸入資料放入STDM幀中，對沒有資料的快取就跳過。當每一個幀的資料放滿了就傳送出去。

使用統計時分複用的集中器也叫智慧複用器
波分複用就是光的頻分複用WDM

摻鉺光纖放大器EDFA：一種光放大器，不需要進行光電轉換而直接對光訊號進行放大。
光復用器、光分用器
碼分複用CDM，分碼多重進接CDMA：在CDMA中每一個位元時間再劃分為m個短的間隔，稱為碼片。通常m的值是64或128
CDMA的流程：每一個佔被指派一個唯一的m bit碼片序列，如果該佔要傳送1。則傳送他自己的碼片序列，例如，S站的8 bit碼片序列是00011011。當S傳送位元1時，它就傳送碼片序列00011011，如果傳送位元0時，就傳送11100100。這樣每一個位元變成m位元的碼片，資料率提高mb b/s，同時S站所佔的頻頻寬度也提高到原來數值的m倍。這種通訊方式是擴頻通訊中的一種。
擴頻通訊有兩大類：直接序列擴頻DSSS，跳頻擴頻FHSS

碼分複用原理：現在有兩個站，S和T，碼片序列分別為00011011（-1 -1 -1 1 1 -1 1 1）和00101110（-1 -1 1 -1 1 1 1 -1）；如果兩個站都發送位元1，則實際傳送的資料為X=(-2 -2 0 0 2 0 2 0)。接收方接收到都獲得S站的資料就用X與S的碼片序列規格化內積 (2+2+0+0+2+0+2+0)/8 = 1

數字傳輸系統
脈碼調製PCM：在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。
脈碼調製傳輸系統的缺點：速率標準不統一，不是同步傳輸
1988年美國推出同步光纖網SONET
SONET層次自上而下為：光子層，段層，線路層，路徑層

寬頻接入技術
xDSL有幾種型別：ADSL非對稱數字使用者線，HDSL高速數字使用者線，SDSL 是1對線的數字使用者線，VDSL是甚高速數字使用者線，ISDN綜合業務數字網使用者線
我國採用的調變解調器實現方案是離散多音調DMT調製技術
數字使用者線接入複用器DSLAM
接入端接單元ATU