计算机网络笔记（四）

奈氏准则和香农定理

失真

失去真实性，指信号因为受干扰而扭曲变形无法被识别

因素：马原传输速率（越大越失真）  信号传输距离  噪声干扰  传输媒体质量

前三个正相关 后一个负相关

码间串扰-----失真的一种现象

接收端收到的信号波形失去了码间清晰界限的现象（马原传输速率太快（码元之间界线不清楚）或者太慢（信号容易被磨没））

奈氏准则

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，极限码元传输速率位2w Baud，W是信道带宽 单位是HZ  

码元传输慢：信号之间就很清楚，接收端就容易分清楚每一个码元

过快：接收端分不清码元，达不到识别每一个码元的目的

理想低通信道下额定极限数据传输率 = 2Wlog2（V） b/s

W 是带宽 Hz  V为几种码元/码元的离散电平数目

1. 在任何信道中，码元传输速率有上限，若超过这上限，就会出现严重码间串扰问题
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进行有效传输
3. 奈氏准则给出了码元传输速率限制，但并没有对信息传输速率给出限制
4. 码元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，这就要采用多元制的调制方法

香农定理

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 = 10log10（SN）

香农定理：在带宽受限而且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速有上限值

极限数据传输速率 = Wlong2（1+S/N） b/s

W 带宽 S/N 信噪比

1. 信道的带宽或信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高
2. 对一定的传输宽带和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定
3. 只要信息的传输速率要低于信道的极限传输速率，就一定能找到一种方法实现无差错的传输
4. 香农定理的出的极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要更低
5. 看公式可以得出，W和S/N没有极限那么计算数据传输速率就没极限，实际不可能

编码&调制

基带信号与宽带信号

为信道上传输信号的两种形式

基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，在送到数字信道上传输（基带传输）来自信源的信号,像计算机输出代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。

宽带信号 将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。再传送到模拟信道上去传输（宽带传输）

把基带信号经过载波调制（类似于改变频率一样）后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）

传输距离近，计算机网络采用基带传输方式（近距离衰减小，信号内容不易发生改变）

较远：宽带传输

编码与调制

数据——>数字信号（编码）

数据——>模拟信号（调制）

数字数据——>数字信号  编码 工具：数字发送器

数字数据——>模拟信号  调制 工具：调制器

模拟数据——>数字信号  编码 工具：PCM编码器

模拟数据——>模拟信号  调制 工具：放大调制器

，

编码&调制（二）

数字数据编码为数字信号

1. 非归零编码【NRZ】高1低0 没有检测功能且无法判断一个码元开始和结束切发送双方难以保持同步（不常用）
2. 曼彻斯特编码
3. 差分曼彻斯特编码
4. 归零编码（RZ）信号电平在一个码元内都要归为0,不推荐使用
5. 反向不归零编码（NRZI）信号电平翻转表示零 不反转表示1
6. 4B/5B编码

曼彻斯特编码：将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为低后为高表示2，反之则是码元0。也可以采用相反的规定，该信号的特点是在每一个码元中间出现电平跳变，位中间的跳变既做时钟信号（可用于同步发送方知道你发送了几个bit），又作数据信号，但它所占的频带宽度是原始基带宽度的两倍。

差分曼特斯特：

常用于局域网传输，其规则是：若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同。若为0，则相反。该编码的特点是，在每个码元的中间，都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性强于曼彻斯特编码

4B/5B编码：在比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1，就是用5比特表示4比特的数据，之后再传给接收方。效率为80％。

数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术再发送端将数字信号转换为模拟信号，在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调的过程。

分为 调幅（ASK）：例如及带信号 0 1 0 1 0 1，0的话就没有幅度，1的话就又幅度

调频（FSK）：010101  0的话波形比较稀疏就是低频 1的话波形比较密集就是高频

调相（PSK）：对相位的一种调制，010101  0对应正弦波  1 对余弦波

条幅＋调相（QAM）

模拟数据编码为数字信号

计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列（即实现音频数字化）

PCM脉码调制：

1. 抽样：对模拟信号周期性扫面，把时间连续的信号变成时间上离散的信号采样定理：f（采样频率）>= 2f信号频率
2. 量化：把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值，并取整数，这样就把连续的电平幅值转化为离散的数字量
3. 编码：把量化的结果转换为与之相对应的二进制编码

最后

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