物理层的一些概念

1 波特率和比特率
发送信号的速度以波特(Baud)为单位，每秒发送一个信号称为1波特。
信号中包含的信息量(信号由多少个二进制位表示)若是1个二进制位(Bit)，则波特率等于比特率。
若信号中包含的信息量不等于l个比特，则波特率不等于比特率。
它们之间的关系如下：
  比特率(b／s)＝波特率×信号所含比特数

 

2,  1924年Nyquist对上述问题作了如下总结：在频带宽为H的信道的输出中，每秒不可能识别多于2H个信号。
Nyquist定理：如果信号由V级离散值组成，V＝2L，其中L为信号所含比特数。
最大数据传输速率＝2Hlg2 V 。 

 

3.Shannon定理
实际信道都有噪声。用N表示噪声，S表示信号，S／N表示信噪比。
1948年香农 (Shannon)得出了关于噪声通道的重要结论：
对于频带宽为H，信噪比为S／N的通道
最大数据传输速率＝Hlg2(1+S／N) 。 

 

例如，典型的电话线路，频带宽为3kHz，信噪比为30dB(表示101g(S／N)＝30dB，即S／N＝ 1000)。
在这种信道上，不管采样多少次，不管用多少级矩形波信号，其数据传输速率不会超过理论上限30kb／s。 
经Nyquist或Shannon公式计算出的最大数据传输速率谓之理论信道容量。
 

4  多路复用
为了节省通信设备与费用，常常需要在一条物理通道上同时传送多路信息，这种技术称为多路复用(Multiplexing) 或称为多路共传。
多路共传有两种基本方案，即频分多路复用(FDM)和时分多路复用(TDM)。

  频分多路复用FDM
FDM(Frequency Division Multiplexing)将一条物理通道的频带分成若干段，每段形成一条逻辑通道(信道)。
在一条逻辑通道上可发送一路信息，多条逻辑通道可同时传送，从而实现在一条物理通道上多路信息同时共传。调幅无线电广播是FDM的一个范例，中波频带宽约 1MHz，即500～1600kHz，不同的电台分配不同的频率，尽管同时广播，收音机也能把指定台的信号挑选出来。
多路载波电话也是FDM的范例，常将12路电话的音频信号(每个信号的频带宽限制在0.03—3kHz)调制成(频带在60—108kHz)一个基群(Group)信号。
5个基群形成超群，5个超群(CCITT标准)或10个超群(Bell系统)共传构成主群。

 

 

5 时分多路复用TDM
TDM(Time Division Multiplexing)将时间区间分成若干段，每段对应一条逻辑通道。
例如，Bell系统的T1载体，如图2—15所示，它将24个音频通道一起多路传输。
按Nyquist定理，频带宽为4kHz的音频通道，只要每秒采样8000次(每125μs采一次)就能捕捉其全部信息。

每次采样经量化编码产生一个7bit的数据，24条音频通道的一次采样数据放进一个赖中，帧的长度为193bit，每条逻辑通道占8bit(7bit数据，1bit控制信号)，第193bit用于帧同步。
T1载体每秒传送8000个这样的帧，故要求物理通道的信道容量大于193×8000b／s＝1.544Mb／s。

 

 模拟信号的频带一般较窄，适合在宽频带线路上采用频分多路传输。
数字信号的频带很宽，  不宜采用频分多路共传，但数字脉冲信号的持续时间极短，适于时分多路共传。