极简笔记——计算机网络-2

物理层有关的一些计算量

• 码元

• 专业定义：用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号的种类k称为k进制码元（或者码元的离散状态数），而该时长称为码元宽度

• 一码元可以携带一至多个比特数的信息量

• 速率

• 或数据率，指数据的传输速率，单位时间内传输的数据量，可以用码元传输速率和比特传输速率来表示

• 码元传输速率

• 亦作码元速率、波形速率、调制速率、符号速率；指单位时间内数据通信系统所输出的码元个数（亦可称为脉冲个数或信号变化次数），单位是波特Baud，1 Baud = 1 码元/秒

• 简易理解：1s内传输多少个码元

• 比特传输速率

• 亦作信息速率、比特率；指1s内传输多少个比特

• 二者之间的关系：若一个码元携带n比特信息，则m Baud的码元速率对应比特速率为nm bit/s

• 带宽

• 表示网络通信线路所能传输数据的能力，单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，单位是bit/s

• 失真

• 由于受现实中的信道带宽受限、有噪声的干扰、传输距离远、传输媒体等因素的干扰，接收到的波形信号和原波形信号难免会有不同，这就是失真

• 信道带宽：可以表示成信道能通过的最高频率与最低频率之差

• 码间串扰：接收端收到的信号失去了码元之间清晰界限的现象

• 奈氏准则

• 在理想低通（无噪声、限制带宽）的信道中，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽，注意这里的带宽单位是Hz

• 奈氏准则规定了码元的极限传输速率，但是没有限制比特的传输速率

• 可以看出，信道的频带越宽，就有更高的码元传输速率，因为码元传输速率受限，所以要提高数据传输速率，就要采用多进制码元

• 在奈氏准则的规定下，比特的最高传输速率应为2W*log2（V），V是码元的进制

• 香农定理

• 学习香农定理，我们需要先了解一下信噪比

• 信噪比：

• 编码与调制

• 基带信号：将0或1经过编码对应成电平的变化在信道上传播，传播数字信号，适合近距离传输

• 宽带信号：对基带信号进行载波调制，把信号频率搬移到高频率，在信道上传输模拟信号，适合远距离传输

• 编码：将数据变为数字信号，对数字数据用数字发送器，模拟数据用PCM编码器

• 调制：将数据变为模拟信号，对数字数据用调制器，对模拟数据用放大器调制器

• 数字数据编码为数字信号：

• 非归零编码NRZ：高1低0，难以保持同步

• 曼彻斯特编码：高到低为1，低到高为0，也可以相反规定，频带宽度是原始基带宽度的两倍，码元速率（调制速率）是数据传输速率的2倍

• 差分曼彻斯特编码：起始段电平改变为0，不改变为1，抗干扰性强

• 归零编码：每一个时钟周期都要归零

• 反向不归零编码：电平翻转表示0，电平不变表示1

• 4B/5B编码：编码效率80%，用5个比特来编码4个比特的数据

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• 数字数据调制成模拟信号

• 调制解调器，调幅、调频、调相、QAM（调幅＋调相）4种

• 模拟数据编码成数字信号

• PCM工作过程：

• 抽样：采样频率 >= 2倍信号最高频率

• 量化：把连续的电平幅值转换成离散的幅值

• 编码：把量化结果种类用二进制编码

• 模拟数据调制成模拟信号：主要就是频率的调节，电话机和本地交换机采用的模传模这种方式，声音数据是模拟数据