软考网络工程师-数据通信

1、传输速率

码元：在使用时间域（时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元。
码元速率（波特率）：单位时间内载波参数（相位、振幅、频率等）变化的次数，单位波特，用Baud表示，简写B。
信息传输速率（比特率）：单位时间内在信道上传送的数据量，单位bit/s，简写b/s或bps。

比特率和波特率的关系：bit=baud*log2N，N是码元数

带宽计算
模拟信号带宽计算：W=f2-f1（高频-低频） 单位hz（赫兹）

数字信号带宽计算：
①　无噪音情况下（奈奎斯特定理）：
B=2W（W为带宽，B为波特率）
R=Blog2N=2Wlog2N（R为数据速率bps，N为码元种类数，B为码元速度）
②　有噪声情况下（香农定理）：
C=Wlog2（1+S/N）（C为数据速率，W为信道带宽，S为信号的平均功率，N为噪声平均功率，S/N为信噪比>一般用分贝表示）
db=10log10（S/N）

2、调制和编码

2.1、模拟信号调制为模拟信号

调幅（AM）：依据传输的原始模拟数据信号变化来调整载波的振幅；
调频（FM）：依据传输的原始模拟数据信号变化来调整载波的频率；
调相（PM）：依据传输的原始模拟数据信号变化来调整载波的初始相位；

2.2、模拟信号调制为数字信号

模拟信号调制为数字信号最常见就是脉冲编码调制（PCM），PCM脉冲编码调制技术，采样频率应大于模拟信号的最高频率的2倍。
脉冲编码的过程为采样、量化和编码。

PCM脉冲编码调制：解调是把模拟信号转换为数字信号。数字化过程（采样、量化、编码）。例如：对声音信号数字化时，语音最高频率是4kHz，所以取样频率是8kHz。对语音样本用128个等级量化，因而每个样本用7bit表示，在数字信道上传输这种数字化后的语音信号的速率是7X8000=56Kbps。
通信计算:
①　发送时延
发送时延=报文或分组长度（bit）/信道带宽（b/s）
②　传播时延
传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速度（m/s）

为了检测数据传输中的冲突，发送时延至少大于两倍传播时延
基带总线：发送时延≥传播时延X2
带宽总线：发送时延≥传播时延X4

2.3、模拟信号传送数字信号

模拟信道调制：调幅ASK、调频FSK、调相PSK、正交调幅QAM。
①　ASK：用恒定载波振幅值表示1，无载波表示0，2种码元，比特位1
②　FSK：用不同频率表示不同的值，2种码元，比特位1，典型速度1200bps
③　PSK：用载波位置表示值，0度和180度，2种码元，比特位1
④　4DPSK：四差分相移键控，每90度表示一个状态（0，90,180,270），4种码元，比特位2
⑤　QPSK：正交相移键控，每90度表示一个状态（45,135,225），4种码元，比特位2

2.4、编码

①　极性编码
单极性码：使用正级和零电平，正极表示0，零电平表示1
极性码：使用两级，正极表示0，负极表示1
双极性码：使用正负两级和零电平，零电平表示0,1表示电平在正、负极建交替翻转（平0折1）
②　归零码
码元中间的信号回归到零电平，0表示正极到零电平，1表示负极到零电平。
③　不归零码
码元信号不回归零电平，出现1时电平翻转，0时不翻转。称为差分机制。
④　双相码
不同反向的电平翻转，低到高表示0，高到低表示1，是曼彻斯特编码的基础。
⑤　曼彻斯特编码（重点）
用低到高的电平转换表示0，用高到低的电平转换表示1，常用于以太网。编码效率50%。降0升1（或者降1升0）
⑥　差分曼彻斯特编码（重点）
遇1翻转，遇0不变，常用于令牌环网，编码效率50%。

数字编码与编码效率

编码方案	说明	效率	典型应用
4B/5B	每次对4位数据进行编码	1.25波特/位，即80%	100Base-FX，100Base-TX，FDDI
8B/10B	每次对8位数据编码，转成10位符号	1.25波特/位，即80%	千兆以太网
8B/6T	8bit映射位6个三进制位	0.75波特/位	100Base-T4
64B/66B		97%	用于万兆以太网