计算机网络(四) 物理层
传输介质的四大特性
- 机械特性: 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
- 电气特性: 指明接口的电缆各条线上出现的电压范围、传输速率、距离限制等。
- 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
编码
不归零制编码
这种编码简单地将 0 和 1 与低、高电平对应起来。
同步问题：不归零制编码的每个码元之间不会有间隔，如果发送 100 个 1 信号，编码后的波形就是一条不振荡的直线，如果接收方和发送发的时钟信号不同，接收的信号可能出错。
归零制编码
归零制编码的码元之间会归零一次，解决了同步问题。但是它的编码效率低、抗干扰能力差。
曼切斯特编码
曼切斯特编码的每个比特势必有一次跳变，例如先低后高电平表示 0 ，先高后低表示 1。这使得曼切斯特编码具有自同步能力，但编码效率变为 50% (因为一个数据需要两个波段表示)，浪费带宽。
反向非归零编码
“跳 0 不跳 1”：对于每一比特，跳变代表 0，没有跳变代表 1。这种编码可以添加冗余位来进行时钟信号同步。信号的第 1 位和每 8 位之间会增加 1 个冗余位，冗余位后面的第一位是否跳变决定该位是 0 还是 1。
差分曼切斯特编码
“跳 0 不跳 1”：根据每个位的开头信号是否跳变来决定当前比特是 0 还是 1。
调制
基本调制方式: 频移键控、幅移键控、相移键控。
正交振幅调制 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)，这是一种结合了调频和调相的调制方式。
如果一个 QAM 使用了 n 个相位、m 个频率，那么码元的信号种数就是 n\cdot m 个，用 QAM-{n\cdot m} 表示（例如 QAM-16），能表示 \log_{2}(nm) 个比特
星座图是 QAM 调制的极坐标图像，图像中每个点表示一个信号，点到原点的距离 A 就是调制后的幅度，夹角 φ 就是调制后的相位。
奈氏准则
奈氏准则指明了：带宽有限、没有噪声的的情况下，码元的传输速率（波特率）也是有限的。如果波特率过高，会发生码间串扰。奈氏准则没有对码元最多可以携带的比特数做出解释。
奈氏准则公式：
其中 W 为信道带宽。
香农公式
香农公式指明了：在带宽有限、有噪声的情况下，码元能携带的最大比特数也是有限的。
香农公式：
其中 W 为信道带宽；\frac{S}{N} 称为信噪比，是有效信息的功率和噪声功率的比值，有两种表示方式，一种是不带单位的纯数据方式，如 10^{19}，另一种使用分贝 dB 作为单位，10\cdot n(dB)=10^{n}。例如，10^{19}=190(dB)。
复用技术(多址技术)
多个通信设备通过复用器可以将信息合并在一条信道中传输，在末端可以通过分用器将信息分发给目标通信设备。广域网大多是高带宽、少信道的网络结构，因此广域网广泛低采用了复用技术。
信道复用
最基本的信道复用技术包括频分复用、时分复用。频分复用即将信号调制到不同的频率位置，各路信号在同一时间占用不同的带宽资源。时分复用则是将时间划分为等长的时分复用帧（TDM帧），每一路信号在 TDM 帧中占用固定序号的时序。
码分复用 CDM
码分复用的简单理解：有一个正交向量集，每个用户使用其中的一个向量。将原始数据（一个标量）与自己的向量相乘，得到新的向量。将所有用户处理后的向量叠加，便得到需要在信道上传输的数据。最终，接收到数据后，用户再求出数据再各自向量上的的投影，便能还原出原始数据。CDMA 的详细原理可以看这篇文章。
码分复用可以通过为用户重新分配码序列（即正交向量集中的向量）的方式动态分配信道资源，而无需重新配置频率划分和时序同步。