以太网如何以电信号传输数据 | AI生成和翻译
以下是以太网通过双绞线铜缆（如Cat5e、Cat6等）实现电信号传输并转换为数字比特的实际原理：
1. 基本原理：电压变化代表1和0
以太网通过改变铜缆上的电压来传输数据。
不同的电压水平或跳变对应不同的比特值。
2. 以太网中的双绞线布线（例如Cat5e/Cat6）
标准以太网线包含4组双绞线（共8根导线）。
现代以太网（100 Mbps及以上速率）通常使用2组或全部4组双绞线进行双向通信。
3. 电信号如何转换为比特（按速率区分）
10BASE-T与100BASE-TX（传统技术，易于理解）
- 采用曼彻斯特编码（10 Mbps）或4B5B+MLT-3编码（100 Mbps）
- 电压跳变同时承载时钟信号与数据
- 正/负电压或其跳变代表1或0
- 原理直观：可在线路上直接观测到携带数字信息的电压跃变
1000BASE-T（铜缆千兆以太网）——精妙之处在此体现
- 四组双绞线同时进行双向传输
- 采用PAM-5编码（5种电压等级：-2V、-1V、0V、+1V、+2V）
- 每对线每秒传输1.25亿个符号
- 每个符号承载2比特→单对线速率250 Mbps×4对=1000 Mbps
- 以太网PHY芯片通过回波消除与数字信号处理技术，在同一对线上分离发送与接收信号，实现全双工通信
2.5GBASE-T、5GBASE-T、10GBASE-T（现代高速以太网）
- 采用PAM-16（16级电压）与LDPC前向纠错
- 通过更精细的电压阶跃实现更高比特密度
- 运用尖端DSP技术消除噪声、回波和线间串扰
4. 硬件内部运作机制（PHY芯片）
网卡或交换机中的PHY（物理层）芯片实现以下流程：
- MAC层（第二层）提供比特流（数据帧）
- PHY根据编码规则（PAM-5、PAM-16等）将比特转换为模拟电压波形
- 数模转换器将数字信号转换为精确电压输出至双绞线
- 线性驱动芯片通过变压器（实现电气隔离）推送约±2.5V电压至线缆
- 接收端处理流程：
- 变压器→模拟前端→高速模数转换器（每秒数亿次电压采样）
- DSP技术消除噪声、去除自身发送信号的回波、补偿长距离传输的高频衰减
- 解码器将处理后的电压信号还原为纯净数字比特
5. 双绞线的高效传输原理
- 双绞结构抵消电磁干扰
- 差分信号传输：每对线承载+V与-V电压，接收端仅识别差值（共模噪声被抑制）
- 两端磁性元件（变压器）提供电气隔离，防护地电位差与浪涌冲击
简易总结
电信号本身并非直接变成比特。
以太网PHY芯片通过特定模式与电平的电压变化，在接收端持续监测电压值，结合编码规则与复杂数字信号处理，精确还原发送的比特信息。
完整流程：
数字比特→编码→精确电压/时序→铜缆传输→接收采样→DSP处理→还原数字比特
正是通过这种机制，每秒百亿比特的数据才能稳定穿越价格亲民的普通双绞线铜缆。