计算机网络物理层通信基础（1）

1.基本概念
数据：传送信息的实体，是指数据的电气或者电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式
模拟数据（模拟信号）：连续变化的数据或者信号
数字数据（数字信号）：取值仅允许为有限的几个离散数值称为数字信号或者数字数据

传输方式：
串行传输：一个一个的比特按照时间顺序传输
并行传输：多个比特通过多条通信信道同时传输

码元：一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一个K进制数字，代表不同离散数值的基本波形。这个时长内的信号称为K进制码元，该时长称为码元宽度

信源：产生和发送数据的源头

信道：发送端信源发送的信息经过变换成合适的信号在信号上传输到信宿
信道是信号的的传输媒介
噪声源是指信道上的噪声（对信号的干扰），及分散在通信系统其它各处的噪声的集中表示。

信宿：接收数据的终点

信源、信道、信宿食一个通信系统的组成部分

信号传输形式的不同
传送模拟信号的模拟信道
传送数字信号的数字信道

传输介质的不同
无线信道
有线信道

通信交互方式：
单工通信：只有一个方向的通信，没有反方向的交互（无线电广播、电视广播）
半双工通信：通信双方都可以发送或者接受信息，但是任何一方不能同时发送和接收信息（需要两条信道）
全双工通信：通信双方可以同时发送和接收信息，需要两条信道

速率：
数据的传输速率，单位时间内传输的数据量
码元传输速率（码元速率，波形速率）：单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（单位是波特）
信息传输速率（信息速率，比特率）：表示单位内数字通信系统传输的二进制码元个数（比特数）单位是比特/秒

带宽：网络的通信线路所能传输数据的能力（b/s)

2.奈奎斯特定理与香农定理

奈奎斯特定理：理想低通（没有噪声，带宽有限）的信道中，极限码元传输速率为2W波特（W是理想低通信道的带宽，单位是HZ）
理想低通信道下的极限数据传输速率=（单位为b/s）
结论：任何信道中，码元的传输速率是有上限的，信道的频带越宽，就可以用更高的速率进行码元的有效传输，奈氏准则给出了码元传输速率的限制，没有给出信息传输速率的限制（即一个码元可以对应多少个二进制位给出限制）

香农定理：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限传输率
信道的极限数据传输率=（单位为b/s）W为信道的带宽，S为信道所传输信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。S/N为信号的平均功率和噪声的平均功率之比
结论：信道的带宽或者信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高。对一定的传输宽带和一定的信噪比，信息传输速率的上限是确定的。只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就能找到某种方法来实现无差错的传输。香农定理特出的是极限信息传输速率，实际信道的传输速率要比他低很多。

3.编码与调制

概念：
调制：数据变换为模拟信号的过程
编码：数据变换为数字信号的过程

数字数据编码为数字信号：
数字数据编码用于基带传输中，在不改变数字信号频率的情况下，直接传输数字信号
非归零编码
曼彻斯特编码
查分曼彻斯特编码
4B/5B编码

数字数据调制为模拟信号
幅移键控（ASK）
频移键控（FSK）
相移键控（PSK）
正交振幅调制（QAM）

模拟数据编码为数字信号
采样
量化
编码

模拟数据调制为模拟信号