OSI的物理层 数据通信 数据通信系统的模型 信道的基本概念 编码方式 调制方法 香农公式 信噪比 硬核解析 图解刨析 宫廷解释_物理层信道模型

 物理层的基本概念

    物理层的协议 也为：物理层规程（ procedure）

      物理层的特性：

            机械特性、电气特性、功能特性、过程特性

        计算机内部传输方式：并行传输，如：皇上用膳，公公齐来送饭，不并齐就斩

        通信线路传输方式：串行传输，如：皇上用膳，公公排队送饭，不挺直就斩

数据通信系统的模型

     数据通信系统三部分：源系统( 发送端、发送方 )、 传输系统( 传输网络 )、目的系统( 接收端、接收方 )

      源系统：

               源点（源站、信源、source）： 源点设备产生要传输的数据，如 键盘输入字符，如：皇上写的妃子招聘

              发送器：将源点的数据通过 发送器编码后，在到传输系统中进行传输，如 调制器，如：妃子招聘就被公公打包发出去

    目的系统：

            接收器：接收传输系统传送过来的信号 并 转换为 被目的设备处理的信息，如 解调器，如：拿到包的士兵，把包打开

           终点（ 目的站、信宿、destination）：终点设备从接收器获取传送来的数据， 并把信息输出，如：把妃子招聘贴在城墙上，然后美女们就都知道了

         通信的目的：传送消息（ message）

        信号：

          模拟信号：连续信号，消息的参数的取值是连续，调制解调器到调制解调器，如：这途中 让骑马的人拿着包一直跑，没有停下

          数字信号：离散信号，消息的参数的取值是离散，计算机到调制解调器，如：这途中 人人传递包，有停顿

                     码元：不同离散数值的基本波形

 信道的基本概念

      信道：表示向某一个方向传送信息的媒体

    通信的基本方式：

          单向通信( 单工通信 )：一个方向的通信而没有反方向的交互，如：皇上打公公，公公不能打皇上

          双向交替通信( 半双工通信 )：双方都可以发送信息， 但不能双方同时发送，如：皇上打妃子一下，妃子打皇上一下

          双向同时通信( 全双工通信 )：通信的双方可以同时发送和接收信息，传输效率最高，如：皇上和皇后互相打，更激烈

        基带信号( 基本频带信号 )：信源的信号

      为解决不能传输这种低频分量或直流分量，基带信号进行调制( modulation )，如：皇上发现招聘妃子的次数少了就要公公写

      基带调制( 编码、coding )：把数字信号转换为另一种形式的数字信号

       带通调制：模拟信号转换为 模拟信号

   数字信号常用的编码方式：

             不归零制：正电平：1， 负电平：0

             归零制：正脉冲：1， 负脉冲：0

            曼彻斯特( Manchester )编码：高到低：1，低到高：0

            差分曼彻斯特编码：开始边界不跳变：1，开始边界跳变：0

          信号波形看：曼彻斯特编码的信号频率比 不归零制 高

          同步能力看：曼彻斯特编码有自同步能力

最基本的三种调制方法：

           调幅（ AM）：振幅随基带数字信号而变化，0：无载波，1：有载波输出

           调频（ FM）：频率随基带数字信号而变化，0：频率 f1，1：频率 f2

           调相（ PM）：初始相位随基带数字信号而变化，0：0度，1：180度

         如：公公看皇上的招聘妃子，他就一下按这个方法写，一下按那个方法写

信道的极限容量

      信道能够通过的频率范围

           码间串扰：接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限

           奈氏准则：避免码间串扰， 码元的传输速率的上限值

    信噪比

          信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，单位：分贝( dB )

                                                      $dB = 10 log_{10}(S/N)(dB)$

    香农公式：信道的极限信息传输速率C：

                                                  $C = Wlog_{2}(1 + S/N)(bit/s)$

             W：信道的带宽(单位：Hz)

            S：信道内传输信号的平均功率

             N：信道内的高斯噪声功率