计算机网络物理层：数字信号传输与信道特性

“数字信号通过实际的信道-计算机网络课件谢希仁（第二章）” 在计算机网络中，第二章主要探讨了物理层，这是网络五层模型的最底层，负责数据在传输媒体上的实际传输。物理层的基本概念包括定义了与传输媒体接口的四个特性：机械特性、电气特性、功能特性和过程特性，这些特性确保了设备间的物理连接和通信的正确进行。 数据通信的基础知识是理解物理层的关键。一个典型的数据通信系统由源点、发送器、传输系统、接收器和终点组成。数据经过发送器转化为信号，通过传输系统在信道上传输，然后由接收器转换回数据。根据信号的形式，数据通信可分为模拟通信和数字通信。模拟信号的参数是连续变化的，而数字信号则表现为离散的值。码元是数字信号在时域中的基本表示单位。 实际的信道并非理想，它受到带宽限制、噪声、干扰和失真的影响。这导致发送的信号在传输过程中可能会失真，严重时甚至无法识别。例如，数字信号在通过带宽受限的信道时，其波形会发生改变，接收端接收到的信号可能与原始信号有显著差异。 信道的极限容量和信息传输速率是通信系统设计的重要考虑因素。香农定理给出了信道容量的理论上限，表明了在特定噪声水平下，信道能够无错误传输的最大信息速率。 物理层下面的传输媒体分为两类：导向传输媒体（如双绞线、同轴电缆和光纤）和非导向传输媒体（如无线电波和微波）。每种媒体都有其独特的优点和限制，如导向媒体能提供较高的数据传输速率和较低的干扰，但受制于物理连接；而非导向媒体则灵活性高，但易受环境影响。 信道复用技术是提高信道利用率的有效手段，包括频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和统计时分复用（STDM），以及波分复用（WDM）和码分多址（CDMA）。这些技术允许多个信号在同一信道上同时传输，提高了通信系统的效率。 数字传输系统是现代通信的核心，确保数据在模拟信道上的准确传输。其中，xDSL技术（如ADSL、VDSL等）利用电话线提供高速互联网接入，光纤同轴混合网（HFC）结合了光纤和同轴电缆的优点，FTTx（光纤到某处）技术如FTTH（光纤到户）和FTTC（光纤到路边）则进一步推进了光纤的应用。 这一章详细介绍了物理层的基本概念、数据通信的基础知识、传输媒体的类型、信道复用技术和数字传输系统，这些都是构建和理解计算机网络底层通信机制不可或缺的部分。