本章最重要的內容是:
(1)物理層任務。
(2)幾種常見的信道復用技術。
(3)幾種常見的寬帶接入技術，主要是ADSL和FTTx。
1，物理層介紹
(1)物理層在連接各種計算機的傳輸介質上傳輸數據比特流，而不是特定的傳輸介質。
(2)物理層的作用是盡可能屏蔽傳輸介質和通信手段的差異。
(3)物理層使用的協議通常稱為物理層規程，但實際上，物理層規程就是物理層協議。
2.物理層的主要任務是確定與傳輸介質接口相關的壹些特性。
(1)機械特性:表示接口所用連接器的形狀和尺寸、插針的數量和排列、固定和鎖定裝置等。
(2)電氣特性:表示接口電纜每條線上出現的電壓範圍。
(3)功能特性:表示某壹線路上出現某壹電平電壓的意義。
(4)過程特性:為不同的功能指明各種可能事件的順序。
3、物理層完成傳輸模式的轉換。
(1)數據在計算機中多為並行傳輸。
(2)數據在通信線路(傳輸介質)上的傳輸方式壹般是串行傳輸，即按時間順序逐位傳輸。
(3)物理連接方式:點對點、多點連接或廣播連接。
(4)傳輸介質類型:架空明線、雙絞線、對稱電纜、同軸電纜、光纜、各種頻段的無線信道。
1，數據通信系統的組成
壹個數據通信系統可以分為三個部分:源系統(或發送方，發送方)，傳輸系統(或傳輸網絡)和目的系統(或接收方，接收方)。
(1)源系統:壹般包括以下兩部分:
(2)目的地系統:壹般也包括以下兩部分:
(3)傳輸系統:可以是簡單的傳輸線，也可以是連接在源系統和目的系統之間的復雜網絡系統。
2.交流中的常用術語
(1)通信的目的是傳遞消息，數據是承載消息的實體。
(2)數據是以特定方式表達的信息，通常是有意義的符號序列。
(3)信息的表征可以由計算機或其他機器(或人)處理或生成。
(4)信號是數據的電或電磁表示。
3.信號的分類:信號中代表信息的參數值不同。
(1)模擬信號/連續信號:代表消息的參數值是連續的。
(2)數字信號/離散信號:代表消息的參數值是離散的。
1，頻道
(1)信道壹般用來表示在某個方向上傳輸信息的介質。
(2)通信電路通常包含壹個發射通道和壹個接收通道。
(3)單向通信只需要壹個通道，雙向交替通信或雙向同時通信需要兩個通道(每個方向壹個)。
2、溝通的基本方式:
(1)單向通信也稱單工通信，只能單向通信，不能反向交互。例如無線電廣播、有線廣播和電視廣播。
(2)雙向交替通信也叫半雙工通信，即雙方都可以發送信息，但不能同時發送/接收。
(3)雙向同時通信也叫全雙工通信，即雙方可以同時發送和接收信息。
3.調節；調整
(1)基帶信號:來自信號源的信號，即基帶信號。許多信道無法傳輸基帶信號，必須進行調制。
(2)調制的分類
4、基帶調制常用的編碼方法(如圖2-2所示)
(1)不歸零制:正電平代表1，負電平代表0。
(2)歸零制:正脈沖代表1，負脈沖代表0。
(3)曼徹斯特:編碼位周期中心向上跳變代表0，位周期中心向下跳變代表1。也可以反過來定義。
(4)差分曼徹斯特:代碼總是在每個比特的中心跳躍。在位起始邊界處的轉變表示0，而在位起始邊界處沒有轉變表示1。
5.帶通調制的基本方法
(1)調幅(AM)是指載波的幅度隨基帶數字信號而變化。例如，0或1分別對應無載波或載波輸出。
(2)調頻(FM)是指載波的頻率隨基帶數字信號而變化。例如，0或1分別對應於頻率f1或f2。
(3)相位調制(PM)是指載波的初始相位隨著基帶數字信號而變化。例如，0或1分別對應於相位0或180。
(4)多分量幅相混合調制法:正交調幅(QAM)。
1，信號失真
(1)信號在信道上傳輸時，不可避免地會產生失真，但只要在接收端能夠從失真的波形中識別並恢復出原符號信號，這種失真就不會影響通信質量。
(2)符號傳輸速率越高，或者信號傳輸距離越遠，或者噪聲幹擾越大，或者傳輸介質質量越差，接收端的波形失真越嚴重。
2.限制信道上符號傳輸速率的因素。
(1)通道可以通過的頻率範圍。
(2)信噪比
3.香農公式
(1)香農公式:c = w * log2 (1+s/n)(比特/秒)
(2)香農公式表明，信道的帶寬或信道中的信噪比越大，信息的極限傳輸速率越高。
(3)香農公式指出了信息傳輸速率的上限。
(4)香農公式的含義:只要信息傳輸速率低於信道的極限信息傳輸速率，就壹定有辦法實現無差錯傳輸。
(5)實際信道中能達到的信息傳輸速率遠低於香農極限傳輸速率，因為香農公式推導中沒有考慮傳輸中產生的脈沖幹擾、失真等信號損傷。
1，傳輸介質
傳輸介質，也稱為傳輸介質或傳輸媒介，是數據傳輸系統中發送方和接收方之間的物理路徑。
2.傳輸介質的分類
(1)引導傳輸介質:電磁波被引導沿固體介質(雙絞線、同軸電纜或光纖)傳播。
(2)無導向傳輸介質:指自由空間，電磁波的傳輸通常稱為無線傳輸。
1，雙絞線
(1)雙絞線也叫雙絞線，即兩根絕緣銅線並排排列，然後按規則方式絞合而成。絞合可以減少對相鄰電線的電磁幹擾。
(2)電纜:通常由壹定數量的雙絞線捆紮而成，外面有護套。
(3)屏蔽雙絞線(STP):在雙絞線外面增加壹層用金屬絲編織的屏蔽層，提高了雙絞線的抗電磁幹擾能力。價格比UTP(非屏蔽雙絞線(UTP))貴。
(4)模擬傳輸和數字傳輸都可以使用雙絞線，其通信距離壹般為幾到十公裏。
(5)雙絞線布線標準
(6)雙絞線的使用
2.同軸電纜
(1)同軸電纜由內導體銅芯線(單根實芯線或多股絞合線)、絕緣層、網織外導體屏蔽層(也稱單線)和防護塑料外層組成。
(2)同軸電纜由於外導體有屏蔽層，具有良好的抗幹擾特性，廣泛用於傳輸高速數據。
(3)同軸電纜主要用於住宅區的有線電視網絡。
(4)同軸電纜的帶寬取決於電纜的質量。目前優質同軸電纜的帶寬接近1GHz。
3.光纜
(1)光纖通信是利用光纖(簡稱光纖)傳輸光脈沖進行通信。有光脈沖，是1，沒有光脈沖，是0。
(2)光纖是光纖通信的傳輸介質。
(3)多模光纖:可以有多條光線以不同角度入射，在壹根光纖中傳輸。光脈沖在多模光纖中傳播時會逐漸展寬，造成失真，多模光纖只適合短距離傳輸。
(4)單模光纖:如果把光纖的直徑縮小到只有光的壹個波長，那麽光纖就像波導壹樣，可以使光向前傳播，而不需要多次反射。單模光纖的纖芯很細，直徑只有幾微米，所以制造成本很高。
(5)光纖通信中常用的三個波段中心:850nm、1300nm、1550nm。
(6)光纜:壹根光纜只有壹根光纖，可以包括幾十根到幾百根光纖，加上加強芯和填充物，必要時可以放入遠程電源線，最後加上膠帶層和外護套。
(7)光纖的優勢
1，無線傳輸
(1)無線傳輸利用無線信道傳輸信息，可以使用的頻段很廣。
(2)LF、MF、HF分別為低頻(30kHz-300kHz)、中頻(300kHz-3MH z)、高頻(3MHz-30MHz)。
(3)V、U、S、E分別為VHF (30MHz-300MHz)、UHF (300MHz-3GHz)、UHF (3GHz-30GHz)和UHF (30GHz-300GHz)，最高頻段的T是巨大的。
2.短波通信:即高頻通信，主要靠電離層的反射傳播到地面很遠的地方，通信質量很差。
3.無線電微波通信
(1)微波的頻率範圍為300M Hz-300GHz(波長1m-1mm)，但主要使用2-40 GHz的頻率範圍。
(2)微波在空間中直線傳播，穿透電離層進入空間，傳播距離有限，壹般只有50km左右。
(3)傳統的微波通信主要有兩種方式，即地面微波中繼通信和衛星通信。
(4)微波中繼通信:在壹條微波通信信道的兩端之間建立若幹中繼站。中繼站將前壹站發出的信號放大後再發送到下壹站，所以稱為“中繼”，可以傳輸電話、電報、圖像、數據等信息。
(5)衛星通信:壹種利用高空人造同步地球衛星作為中繼器的微波中繼通信。
(6)無線局域網使用ISM無線電頻段中的2.4GHz和5.8GHz頻段。
(7)紅外通信和激光通信也使用非導向介質，可用於短距離筆記本電腦相互傳輸數據。
1原理及復用技術
(1)通過在發送端使用多路復用器，可以使用* * *共享信道進行通信。
(2)在接收端復用解復用器，將合並後的信息分別發送到相應的目的地。
(3)復用器和解復用器總是成對使用，它們之間是用戶享受的高速通道。
(4)解復用器的作用:對高速信道傳輸的數據進行解復用，分別發送給相應的用戶。
2、最基本的重用
(1)頻分復用(FDM)
(2)時分復用(TDM):
3.統計時分復用STDM(統計TDM)
(1)統計時分復用(STDM)是壹種改進的時分復用，可以明顯提高信道利用率。
(2)集中器:將多個用戶的數據集中起來，通過高速線路發送到遠程計算機。
(3)統計時分復用使用STDM幀傳輸數據，每個STDM幀中的時隙數小於集中器連接的用戶數。
(4)STDM幀不固定分配時隙，而是按需動態分配時隙，提高了線路的利用率。
(5)統計復用也叫異步時分復用，普通時分復用叫同步時分復用。
(6)6)STDM幀中的每個時隙都必須有用戶的地址信息，這是統計時分復用所必需的，也是不可避免的。
(7)TDM幀和STDM幀都是在由物理層傳輸的比特流中劃分的幀。和數據鏈路層幀是完全不同的概念。
(8)采用統計時分復用的集中器，也叫智能復用器，可以提供存儲和轉發整個報文的能力，使用戶通過排隊更合理地享用信道。此外，許多集中器還可能具有路由、數據壓縮和前向糾錯的功能。
1，波分復用(WDM)
波分復用(Wavelength division multiplexing，WDM)是光的頻分復用，兩個光載波信號在壹根光纖上按波長復用。
2.密集波分復用(DWDM)
密集波分復用(DWDM)是在壹根光纖上復用幾十個或更多的光載波信號。
1，碼分復用
(1)每個用戶可以同時在相同的頻帶上通信。
(2)用戶使用特別選擇的不同代碼，因此用戶之間不會有幹擾。
(3)碼分復用最初用於軍事通信，現在已經廣泛應用於民用移動通信，尤其是無線局域網。
2.碼分多址(CDMA)。
(1)在CDMA中，每個比特時間被細分成m個稱為碼片的短間隔。通常m的值是64或128。
(2)使用CDMA的每個站被分配壹個唯壹的m比特碼片序列。
(3)如果壹個站發送比特1，它發送壹個M比特的碼片序列。如果發送位0，則發送碼片序列的二進制補碼。
(4)傳輸信息的每壹位都要轉換成m位的碼片，這就是擴頻通信中的直接序列擴頻DSSS。
(5)由5)CDMA系統分配給每個站的碼片序列必須不同並且正交。
(6)6)CDMA的工作原理:現在假設有壹個X站接收S站發送的數據。
(7)擴頻可分為直接序列擴頻(DSSS)和跳頻擴頻(FHSS)。
清晨的電話用戶使用雙絞線電纜。長途幹線采用頻分復用FDM的模擬傳輸方式，現在大多采用時分復用PCM的數字傳輸方式。隨著現代電信網絡的數字化，光纖已經成為長途幹線最重要的傳輸介質。
1，早期數字傳輸系統的主要缺點:
(1)費率標準不統壹。不兼容的國際標準使得基於光纖的國際高速數據傳輸難以實現。
(2)不同步傳輸。為了省錢，各國數字網絡主要采用準同步方式。
2.數字傳輸標準
(1) SONET(同步光纖網絡)
(2)同步數字體系(SDH)
(3)SDH/SONET定義了標準光信號，規定了波長為1310nm和1550nm的激光源。幀結構在物理層中定義。
(4)隨著4)SDH/SONET標準的建立，北美、日本、歐洲三種不同的數字傳輸系統在STM-1級別上得到統壹，第壹次真正實現了數字傳輸系統的世界性標準。
在互聯網發展的早期，用戶使用電話用戶線通過調制解調器連接到ISP，最高速度只能達到56 kbit/s..
從寬帶接入的媒介來看，寬帶接入技術可以分為有線寬帶接入和無線寬帶接入。
1，ADSL(非對稱數字用戶線)
(1)ADSL技術是用數字技術改造現有的模擬電話用戶線，使其能夠承載寬帶數字業務。
(2)ADSL技術把0-4kHz的低端頻譜留給了傳統電話，把沒有使用過的高端頻譜留給了用戶上網。
(3)3)ADSL的ITU標準是G.992.1(或G.dmt，表示使用dmt技術)。
(4)“不對稱”是指ADSL的下行(從ISP到用戶)帶寬遠大於上行(從用戶到ISP)帶寬。
(5)5)ADSL的傳輸距離取決於數據速率和用戶線的線徑(用戶線越細，信號傳輸時衰減越大)。
(6)6)ADSL能獲得的最高數據傳輸速率也與實際用戶線的信噪比密切相關。
2.ADSL調制解調器的實現方案:離散多音(DMT)調制技術。
(1)ADSL在用戶線(銅線)的兩端安裝壹個ADSL調制解調器。
(2)“多音”是指“多載波”或“多子信道”。
(3)DMT調制技術利用頻分復用將40 kHz到1.1 MHz的高端頻譜分成許多子信道。
(4)ADSL啟動時，用戶線兩端的ADSL調制解調器測試可用頻率、各子信道的幹擾、各頻率信號的傳輸質量。
(5)ADSL可以選擇合適的調制方案，以獲得盡可能高的數據速率，但不能保證固定的數據速率。
3.數字用戶線接入多路復用器
(1)數字用戶線接入復用器包括許多ADSL調制解調器。
(2)ADSL調制解調器也叫ATU(接入終端單元)。
(3)ADSL調制解調器必須成對使用，所以在電話終端局記為ATU-C，在用戶家中記為ATU-R。
(4)4)ADSL最大的優點是可以使用現有電話網絡中的用戶線(銅線)，無需重新布線。
(5)ADSL調制解調器有兩個插座:
(6)DSLAM最多可以支持500-1000個用戶。
4.第二代ADSL
(1)ITU-T頒布了G系列標準，稱為第二代ADSL，ADSL2。
(1)第二代ADSL通過提高調制效率實現了更高的數據速率。
(2)第二代ADSL采用無縫速率適配技術SRA(Seamless Rate Adaptation)，可以根據線路的實時情況自適應調整數據速率，不會中斷通信和產生誤碼。
(3)第二代ADSL提高了線路質量評估和故障定位功能。
5.ADSL技術的變種。
ADSL不適合企業。為了滿足企業的需求，ADSL技術的壹個變種——xDSL應運而生。
(1)對稱DSL (SDSL):將帶寬平均分配到下行和上行方向，速度為384kbit/s或1.5Mbit/s，每個方向距離分別為5.5km或3km。
(2)HDSL(高速DSL):使用壹對或兩對線路的對稱DSL是用於替代T1線路的高速數字用戶線路，數據速率為768KBit/s或1.5Mbit/s，距離為2.7-3.6km
(3)VDSL(甚高速DSL):比ADSL快，用於短距離傳輸(300-1800m)，即甚高速數字用戶線，是ADSL的快速版本。
1，HFC(混合光纖同軸電纜)
HFC (1)光纖同軸混合網是在有線電視網的基礎上發展起來的住宅寬帶接入網。
(2)混合光纖同軸網HFC可以傳輸電視節目，提供電話、數據等寬帶互動業務。
(3) CATV網絡最初是壹個樹狀拓撲的同軸電纜網絡，采用模擬技術的頻分復用進行單向廣播傳輸。
2.光纖同軸混合網絡中HFC的主要特點:
(1)HFC網絡用光纖代替了原有線電視網絡中的同軸電纜幹線，光纖從頭端接入光纖節點。
(2)光纖節點處的光信號被轉換成電信號，然後通過同軸電纜傳輸到每個用戶家中。
(3)HFC網絡具有雙向傳輸功能，擴展了傳輸頻帶。
(4)連接到光纖節點的典型用戶數量約為500，但不超過2000。
3.有線通
(1)模擬電視機要接收數字電視信號，需要在同軸電纜和電視機之間連接機頂盒的設備。
(2) Cable modem:用於用戶接入互聯網，在上行信道中傳輸交互式數字電視所需的壹些信息。
(3)有線調制解調器可以做成單獨的設備，也可以內置安裝在電視的機頂盒中。
(4)電纜調制解調器不需要成對使用，只需要安裝在客戶端即可。
(cable modem必須解決* * *共享信道中可能出現的沖突，比ADSL modem復雜得多。
信號在陸地上的長距離傳輸已經基本實現了光纖。長距離傳輸介質使用光纜。只有在用戶家附近才改成銅纜(用戶線和電話同軸電纜)。
1，多種寬帶光纖接入方式FTTx
(1)各種寬帶光纖接入方式FTTx，X可以代表不同的光纖接入位置，也就是光電轉換的地方。
(2) FTTH(光纖到戶):將光纖壹路鋪設到用戶家中，光纖進入用戶後將光信號轉化為電信號，使用戶獲得最高的上網速率。
(3)光纖到路邊FTTC(C代表路邊)
(4) FTTZ(Z從光纖到小區(Z代表區域)
(5) FTTB(B從光纖到建築(B代表建築)
(6) FTTF(F從光纖到地板(F代表地板)
(7) FTTO(O代表辦公室)
(8) FTTD(D從光纖到桌面(D代表桌面)
2.無源光網絡
(1)光分配網絡(ODN):在光纖幹線和用戶之間鋪設壹個交換設備，讓幾十個家庭用戶* * *享受壹條光纖幹線。
(2)無源光網絡(PON)，即無源光分配網絡。
(3)無源:指不需要給光分配網絡配備電源，所以基本不需要維護，長期運行成本和管理成本都很低。
(4)光分配網絡采用波分復用，上行和下行分別使用不同的波長。
(5)光線路終端(OLT)是連接到光纖幹線的終端設備。
(6)無源光網絡PON下行數據傳輸
(7)無源光網絡PON上行數據傳輸
當ONU發送上行鏈路數據時，它首先將電信號轉換為光信號。光分路器匯總每個ONU發送的上行數據，以TDMA方式發送給OLT。發送時間和長度由OLT集中控制，有序享受光纖主幹。
(8)從ONU到用戶的個人電腦，壹般采用以太網連接，傳輸介質采用5類電纜。
(9)從大趨勢來看，光網絡單元ONU離用戶家越來越近，即“光進銅退”。
3.無源光網絡的類型
(1)以太網無源光網絡
(2)吉比特無源光網絡GPON(吉比特無源光網絡)