本章最重要的内容是：
（1）物理层的任务。
（2）几种常用的信道复用技术。
（3）几种常用的宽带接入技术，重点是FTTx。
2.1物理层的基本概念
- 物理层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。
- 物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。
- 用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。
-
物理层的主要任务，确定与传输媒体的接口的一些特性。4 个特性：
- 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
- 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
- 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
- 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2.2数据通信的基础
2.2.1 数据通信系统的模型
1.通信的目的是传送消息（message）
2.数据（data）是运送消息的实体
3.信号 (signal)则是数据的电气的或电磁的表现
- 模拟信号 (analogous signal)：代表消息的参数的取值是连续的。
- 数字信号 (digital signal)：代表消息的参数的取值是离散的。
4.码元，在使用时间域（简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
使用二进制编码时，只有两种不同的码元： 0 状态，1 状态。
2.2.2有关信道的几个基本概念
（1）常用编码方式
信号频率：
- 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高。
自同步能力：
- 不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫做没有自同步能力）。
- 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。
（2）基本的带通调制方法
混合调制举例一正交振幅调制QAM
■QAM-16：12种相位；每种相位有1或2种振幅可选；可以调制出16种码元(波形) ,每种码元可以对应表示4个比特。码元与4个比特的对应关系采用格雷码，任意两个相邻码元只有1个比特不同。
2.2.3信道的极限容量
1.失真因素
码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量
2.限制码元在信道上的传输速率的两个因素：
- 信道能够通过的频率范围。
- 信噪比。
3.信道能够通过的频率范围/奈氏准则
在假定的理想条件下，为了避免码间串扰（码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限），码元传输速率是有上限的。
奈氏准则：最高码元传输速率= 2W Baud = 2W码元/秒
W:信道带宽(单位为Hz) Baud:波特，即码元/秒
- 在带宽为 W (Hz) 的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是 2W (码元/秒)。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
- 码元传输速率又称为波特率、调制速率、波形速率或符号速率。它与比特率有一定关系:当1个码元只携带1比特的信息量时，则波特率(码元/秒)与比特率(比特/秒)在数值上是相等的;当1个码元携带n比特的信息量时， 则波特率转换成比特率时,数值要乘以n。
- 要提高信息传输速率 (比特率)，就必须设法使每一 个码元能携带更多个比特的信息量。这需要采用多元制。
4.信噪比/香农公式
信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。即：
香农公式：信道的极限信息传输速率。
香农公式表明：信道带宽或信道中信噪比越大，信息的极限传输速率越高。
- 在信道带宽一定的情况下， 根据奈氏准则和香农公式，要想提高信息的传输速率就必须采用多元制(更好的调制方法)和努力提高信道中的信噪比。
- 自从香农公式发表后，各种新的信号处理和调制方法就不断出现，其目的都是为了尽可能地接近香农公式给出的传输速率极限。
2.3物理层下面的传输媒体
传输媒体：
（1）导引型传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤
（2）非导引型传输媒体：微波通信（2~40GHz）无线传输
1.导引型传输媒体
（1）同轴电缆
基带同轴电缆(50Ω)：数字传输，过去用于局域网
宽带同轴电缆(75Ω)：模拟传输，目前主要用于有线电视
（2）双绞线
绞合的作用：抵御部分来自外界的电磁波干扰，减少相邻导线的电磁干扰。绞合度越高，可用的数据传输率越高。
（3）光纤
纤芯直径：多模光纤: 50微米，62.5微米
单模光纤: 9微米
包层直径125微米
光纤的优点：通信容量大 (25000~ 30000GHz的带宽)；传输损耗小，远距离传输时更加经济。抗雷电和电磁干扰性能好。 这在大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。无串音干扰，保密性好，不易被窃听。体积小，重量轻。
光纤的缺点：割接需要专用设备。光电接口价格较贵。
2.非导引型传输媒体
（1）无线电波
（2）微波
（3）红外线
（4）可见光
2.4信道复用技术
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用
1.频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
- 最基本。
- 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
- 所有用户在同样的时间占用不同的带宽（即频带）资源。
2.时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)
- 将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。
- 每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
- 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）的。
- TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号。
- 所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。
3.频分多址接入 FDMA (Frequency Division Multiple Access)
可让 N 个用户各使用一个频带，或让更多的用户轮流使用这 N 个频带。这种方式称为频分多址接入 FDMA (Frequency Division Multiple Access)，简称为频分多址。
4.时分多址 接入 TDMA (Time Division Multiple Access)
可让 N 个用户各使用一个时隙，或让更多的用户轮流使用这 N 个时隙。这种方式称为时分多址接入 TDMA (Time Division Multiple Access)，简称为时分多址。
5.统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
！在进行通信时，复用器 (multiplexer) 和分用器 (demultiplexer)成对使用。
2.4.2波分复用
2.4.3 码分复用
CDMA 工作原理
CDMA 的重要特点
CDMA 工作原理
2.6宽带接入技术
从宽带接入的媒体来看，划分为 2 大类：
- 有线宽带接入。
- 无线宽带接入。
- 非对称数字用户线 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 技术：用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。
- 光纤同轴混合网（HFC 网）
- FTTx 技术