通俗讲用一句话概括物理层功能:将数据以某种形式在信道上以某种方式进行某种通信方式的传输。
比如:发送方将数据以数字信号形式在数字信道上以并行方式进行单工通信向接收方发送数据。
接下来对这句话进行拆分讲解。
数据:用0/1表示的比特流。
数据的表现形式:数字信号(数据是离散的)、模拟信号(数据是连续的)
信道:信号的传输媒介。
按传输信号分:模拟信道、数字信道
按传输介质分:无线信道(电磁波)、有线信道(光纤)。
数据在信道上的传输方式:
串行传输:比特流通过一个信道通往接收方。
并行传输:发送方发送同时接收方接收(多通道)。
双方的通信方式:
单工通信:只有一个方向的通信,而没有反方向交互。(一条信道)
半双工通信:通信双方都可以发送或接收信息,但任何一方都不能同时发送和接收信息。(两条信道)
全双工通信:通信双方可以同时发送和接收信息。(两条信道)
数据在传输过程中出现的问题:
- 数字信号和模拟信号之间的转换
编码:将数字数据或模拟数据转换成数字信号
调制:将数字数据或模拟数据转换成模拟信号
数字数据-->数字信号:采用非归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
数字数据-->模拟信号(数字数据调制技术):在发送端将数字信号调制为模拟信号,在接收端将模拟信号解调为数字信号。
2、失真:由于码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量等因素导致信号衰减或变形。
比如:码间串扰。由于信号带宽超出信道带宽范围(小于或大于),导致接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。
信号带宽过低:它震动的频率太低了,在这个复杂的电话线上,很容易受到损耗,因此就不容易通过。信号带宽过高:它震动的频率过高,接收端不容易区分波形的差异。
如何避免:为了避免出现码间串扰,提出了奈氏准则(码元)和香农定理(比特)为信道设定了上限值来避免失真。
知识补充:
码元:用二进制数表现数字信号的不同表现形式。
信号带宽:指一个信号的频率。
信道带宽:是信道能通过的最高频率和最低频率之差。
奈氏准则:在理想低通(无噪声、带宽受限)条件下,为了避免码间串扰,极限码元传输速率为2W比特,W是信道带宽,单位是HZ。
香农定理:再带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限。