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可以說，物理層是整個網絡通信過程的基礎，高層的所有數據，最后對應的每個比特都要在物理層進行處理然后傳輸。因此物理層要解決的問題從根本上來說就是一個個比特的傳輸問題。從根本上來看就是通信問題。

數據通信系統

數據通信主要是指以計算機產生的數據作為信源，最終去往以計算機為主要代表的信宿，數據形式一般是二進制形式。前面說過，計算機網絡是典型的數據通信系統。

• 信源：將消息轉換為信號的設備，如計算機等

• 發送設備：將信源產生的信號進行適當的變換的裝置，使之適合于在信道中傳輸。主要包括編碼和調制

• 信道：信號傳輸通道，如物理介質

• 噪聲: 自然界和通信設備中所產生的干擾

• 接收設備：完成發送設備反變換，還原原始發送信號

• 信宿: 信號終點，將信號轉換為供人們能識別的消息

常見數據通信術語

• 數據(data): 傳送消息的實體。比如文本、圖像、聲音、視頻等等

• 信號(signal): 數據的電氣的或電磁的表示。最典型的形式是正弦波信號： 

• 數據有模擬的，也有數字的，信號也是。

• “模擬的”(analogous): 參數的取值是連續的

• “數字的”(digital): 參數的取值是離散的

• 碼元(code): 信號基本波形(信號基本單元)。比如一個脈沖就是一個信號基本單元、一個正弦波的一個周期就一個信號基本單元等等

• 頻帶(Spectrum): 信號頻率范圍。有信號的頻帶和信道的頻帶的區分。信號的頻帶是信號的頻率范圍，對信道來說，就是能夠通過這個信道的頻率的范圍。注意頻帶的單位是赫茲

• 帶寬(Bandwidth): 有效帶寬。即頻帶主要頻率的范圍

• 數據通信方式: 單工、半雙工、全雙工。即單向、交替雙向、同時雙向。

• 并行通信 vs 串行通信

異步通信 vs 同步通信

異步通信 和同步通信要解決的問題是一樣的，即發送方和接收方的時鐘同步問題。解決方案有兩種：

• 異步通信：發送方和接收方的時鐘是各自獨立的。每次只傳輸一個字符，通常來說是5到8個比特。在傳輸的過程中，開始的時候雙方的時鐘要對齊。即每次傳輸的時候都先對齊一下。

• 最大的優點是比較簡單，成本不高。但是也有一些缺點，比如說每一個字符傳輸至少有一個起始位、結束位，因此每個字符會有2到3個比特的開銷，這樣數據的傳輸效率不會很高

• 因此適合短距離、低速率的數據傳輸。比如鍵盤和主機之間的通信

• 同步通信：特點是每次傳輸一大塊數據。比如數據幀、數據報等等。最重要的就是時鐘同步問題，這就需要發送方和接收方之間使用相同的時鐘信號。在實際情況中，典型的解決方案是把時鐘信號和數據編碼在一起。因為通信總是要傳輸數據，那在傳輸數據的同時將時鐘信號傳過去那不就一舉兩得了嘛

• 效率更高。發送器和接收器至少在一大塊數據傳輸的過程中時鐘是保持一致的

模擬通信 vs 數字通信

在遠距離傳輸過程中傾向于采用數字通信

信源編碼

典型的信源編碼：PCM

PCM包括三個步驟:采樣—>量化—>編碼

• 采樣: 目的就是要用一系列在時間上離散的采樣值，代替時間上連續的模擬數據，即實現時間上的離散化

• 量化:就是使采樣值在取值上離散化

• 編碼:就是將量化后的采樣值用一定位數的二進制數碼來表示如果量化級數為N，則每個采樣值就編碼成log2N位二進制碼

經過這樣的過程之后就可以把連續的模擬數據轉換為離散的二進制數字數據。

比如：

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