可以說，物理層是整個網(wǎng)絡(luò)通信過程的基礎(chǔ)，高層的所有數(shù)據(jù)，最后對應(yīng)的每個比特都要在物理層進行處理然后傳輸。因此物理層要解決的問題從根本上來說就是一個個比特的傳輸問題。從根本上來看就是通信問題。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

數(shù)據(jù)通信主要是指以計算機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為信源，最終去往以計算機為主要代表的信宿，數(shù)據(jù)形式一般是二進制形式。前面說過，計算機網(wǎng)絡(luò)是典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

• 信源：將消息轉(zhuǎn)換為信號的設(shè)備，如計算機等

• 發(fā)送設(shè)備：將信源產(chǎn)生的信號進行適當?shù)淖儞Q的裝置，使之適合于在信道中傳輸。主要包括編碼和調(diào)制

• 信道：信號傳輸通道，如物理介質(zhì)

• 噪聲: 自然界和通信設(shè)備中所產(chǎn)生的干擾

• 接收設(shè)備：完成發(fā)送設(shè)備反變換，還原原始發(fā)送信號

• 信宿: 信號終點，將信號轉(zhuǎn)換為供人們能識別的消息

常見數(shù)據(jù)通信術(shù)語

• 數(shù)據(jù)(data): 傳送消息的實體。比如文本、圖像、聲音、視頻等等

• 信號(signal): 數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表示。最典型的形式是正弦波信號： 

• 數(shù)據(jù)有模擬的，也有數(shù)字的，信號也是。

• “模擬的”(analogous): 參數(shù)的取值是連續(xù)的

• “數(shù)字的”(digital): 參數(shù)的取值是離散的

• 碼元(code): 信號基本波形(信號基本單元)。比如一個脈沖就是一個信號基本單元、一個正弦波的一個周期就一個信號基本單元等等

• 頻帶(Spectrum): 信號頻率范圍。有信號的頻帶和信道的頻帶的區(qū)分。信號的頻帶是信號的頻率范圍，對信道來說，就是能夠通過這個信道的頻率的范圍。注意頻帶的單位是赫茲

• 帶寬(Bandwidth): 有效帶寬。即頻帶主要頻率的范圍

• 數(shù)據(jù)通信方式: 單工、半雙工、全雙工。即單向、交替雙向、同時雙向。

• 并行通信 vs 串行通信

異步通信 vs 同步通信

異步通信 和同步通信要解決的問題是一樣的，即發(fā)送方和接收方的時鐘同步問題。解決方案有兩種：

• 異步通信：發(fā)送方和接收方的時鐘是各自獨立的。每次只傳輸一個字符，通常來說是5到8個比特。在傳輸?shù)倪^程中，開始的時候雙方的時鐘要對齊。即每次傳輸?shù)臅r候都先對齊一下。

• 最大的優(yōu)點是比較簡單，成本不高。但是也有一些缺點，比如說每一個字符傳輸至少有一個起始位、結(jié)束位，因此每個字符會有2到3個比特的開銷，這樣數(shù)據(jù)的傳輸效率不會很高

• 因此適合短距離、低速率的數(shù)據(jù)傳輸。比如鍵盤和主機之間的通信

• 同步通信：特點是每次傳輸一大塊數(shù)據(jù)。比如數(shù)據(jù)幀、數(shù)據(jù)報等等。最重要的就是時鐘同步問題，這就需要發(fā)送方和接收方之間使用相同的時鐘信號。在實際情況中，典型的解決方案是把時鐘信號和數(shù)據(jù)編碼在一起。因為通信總是要傳輸數(shù)據(jù)，那在傳輸數(shù)據(jù)的同時將時鐘信號傳過去那不就一舉兩得了嘛

• 效率更高。發(fā)送器和接收器至少在一大塊數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中時鐘是保持一致的

模擬通信 vs 數(shù)字通信

在遠距離傳輸過程中傾向于采用數(shù)字通信

信源編碼

典型的信源編碼：PCM

PCM包括三個步驟:采樣—>量化—>編碼

• 采樣: 目的就是要用一系列在時間上離散的采樣值，代替時間上連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)，即實現(xiàn)時間上的離散化

• 量化:就是使采樣值在取值上離散化

• 編碼:就是將量化后的采樣值用一定位數(shù)的二進制數(shù)碼來表示如果量化級數(shù)為N，則每個采樣值就編碼成log2N位二進制碼

經(jīng)過這樣的過程之后就可以把連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為離散的二進制數(shù)字數(shù)據(jù)。

比如：

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