2.1.1计算机网络(奈氏准则香农定理码元速率波特带宽物理层概念通信方式传输方式)

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-10-01 21:23 16阅读 0赞

**目录**

物理层基本概念

1.机械特性

2.电气特性

3.功能特性

4.规程特性

数据通信基础知识

1.典型的数据通信模型

2.数据通信相关术语

三种通信方式

1.单工通信

2.半双工通信

3.全双工通信

传输方式

串行传输&并行传输

码元 速率 波特 带宽

码元

速率

带宽

奈氏准则 香农定理

失真

失真的一种现象---码间串扰

奈氏准则(奈奎斯特定理)

香农定理

--------------------

## 物理层基本概念 ##

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传**输数据比特流**，而不是指具体的传输媒体。  
物理层主要任务:确定与传输媒体**接口**有关的一些特性→**定义标准**

#### 1.机械特性 ####

定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。

![afc8991666744be1a5b8610bccef1378.png][]

![db84d39b55fd47a5965b518bd7cb0b74.png][]

####    2.电气特性 ####

规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。

![7a3b2b71aad94805b131854ee12c8d0e.png][]

#### 3.功能特性 ####

指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。

![ff172adc42314939a0273fd1f0274755.png][]

####  ####

#### 4.规程特性 ####

(过程特性)定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

## 数据通信基础知识       ##

#### 1.典型的数据通信模型    ####

![watermark,type\_d3F5LXplbmhlaQ,shadow\_50,text\_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9,size\_20,color\_FFFFFF,t\_70,g\_se,x\_16][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

####  ####

#### 2.数据通信相关术语 ####

通信的目的是传送消息(消息:语音、文字、图像、视频等)。  
**数据data**:传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。

**信号:**数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。

数字信号/离散信号:代表消息的参数的取值是离散的。

![de4d56592ee24eec81451682770671d5.png][]

模拟信号/连续信号:代表消息的参数的取值是连续的。

![e033a65912c24b31b61ec7f30d193efd.png][]

**信源**:产生和发送数据的源头。  
**信宿**:接收数据的终点。  
**信道**:信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道 。.

![watermark,type\_d3F5LXplbmhlaQ,shadow\_50,text\_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9,size\_14,color\_FFFFFF,t\_70,g\_se,x\_16][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_14_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

### 三种通信方式    ###

从通信双方信息的交互方式看，可以有三种基本方式:

####    1.单工通信 ####

只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。

####    2.半双工通信 ####

通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。

####    3.全双工通信 ####

通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。

### 传输方式 ###

####    串行传输&并行传输   ![watermark,type\_d3F5LXplbmhlaQ,shadow\_50,text\_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9,size\_20,color\_FFFFFF,t\_70,g\_se,x\_16][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2] ####

### 码元 速率 波特 带宽 ###

####       码元 ####

**码元**是指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，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时(M大于2)，此时码元为M进制码元。  
**1码元可以携带多个比特的信息量**。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。

![watermark,type\_d3F5LXplbmhlaQ,shadow\_50,text\_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9,size\_18,color\_FFFFFF,t\_70,g\_se,x\_16][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_18_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

#### 速率 ####

速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。  
**1)码元传输速率**:别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(也可称为脉冲个数或信号变化的次数)，单位是波特(Baud) 。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。

![watermark,type\_d3F5LXplbmhlaQ,shadow\_50,text\_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9,size\_16,color\_FFFFFF,t\_70,g\_se,x\_16][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16]

![e8c7e2efed4c4d74925481027af84699.png][]

**2)信息传输速率**:别名信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信系统传输的:二进制码元个数(即比特数)，单位是比特/秒(b/s) 。

**关系:**若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为

M\*n bit/s。

#### 带宽 ####

**带宽**:表示在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**”，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。

## ![watermark,type\_d3F5LXplbmhlaQ,shadow\_50,text\_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9,size\_19,color\_FFFFFF,t\_70,g\_se,x\_16][watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_19_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16] ##

###  ###

## 奈氏准则 香农定理    ##

### 失真 ###

### ![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4][] ###

影响失真程度的因素:

1.码元传输速率 2.信号传输距离 3.噪声干扰 4.传输媒体质量

### 失真的一种现象---码间串扰    ###

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_19_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

码间串扰:接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。

### 奈氏准则(奈奎斯特定理) ###

###  ###

**奈氏准则**:在理想低通(无噪声，带宽受限)条件下，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，单位是Hz。

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_17_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

1.在任何信道中，码元传输的速率是有**上限**的。若传输速率超过此，上限，就会出现严重的**码间串扰**问题，使接收端对码元的完全正确识别成为不可能。  
2.信道的**频带越宽**(即能通过的信号高频分量越多)，就可以用更高的速率进行码元的有效传输。  
3.奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制。  
4.由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法。

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

### 香农定理    ###

**噪声**存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声随机产生，它的瞬时值有时会很大，因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，若信号较强，那么噪声影响相对较小。因此，信噪比就很重要。

信噪比=**信号**的平均功率/**噪声**的平均功率，常记为S/N，并用分贝(dB) 作为度量单位，即:

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_19_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]

1.信道的**带宽**或信道中的**信噪比**越大，则信息的极限传输速率就**越高**。  
2.对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。  
3.只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一-定能找到某种方法来实现无差错的传输。  
4.香农定理得出的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少。  
5.从香农定理可以看出，若信道带宽W或信噪比S/N没有上限(不可能)，那么信道的极限信息传输速率也就没有上限。

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![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LiA5Liq54Ot54ix57yW56iL55qE5bCP55m955m9_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6][]

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