计算机网络，物理层通信是样的，你知道吗？（中级篇）值得收藏

计算机网络中的编码，你知道多少？

常见编码方式

• 不归零制：正电平代表1，负电平代表0。它是最简单的编码方式，通过二进制的数字信号转换成正负频段的振幅。
• 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。那么怎么看它的正负性呢？突出来的代表正脉冲，凹进去代表负脉冲。
• 曼彻斯特编码 : 位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。但代表也可以反过来定义。
• 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。

从信号波形中我们可以看出，曼彻斯特编码产生的信号频段比不归零制高。从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫作没有自同步能力），而曼彻斯特编码具有自同步能力。不归零制其自身的不归零很难判断其中的0和1的比特流。

基本的带通调制方法

最基本的调制方法

为了我们更加方便的将数字信号调制成模拟信号，将有以上的调制方法。

• 调幅（AM）,即载波的振幅随随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于五载波或有载波输出。
• 调频（FM）,即载波的频率随随基带数字信号而变化。例如0或1分别对应于频率F1或F2。
• 调相（PM），即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。

为了达到更高的信息传输速率，必须采用更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法。例如正交振幅调制（QAM)。

信道的极限容量

那我们在传输信号时会存在失真的现象，这属于正常现象。只有接收端在接收时还可以正常分辨出信号的波形就是可识别的信号。但只要码元传输的速率越高，传输距离越远，噪声干扰越大或传输媒体质量越差，在接收端波形的失真就会越严重——一般我们把这种现象称为码间串扰

奈氏准则

在1924年奈奎斯特提出了著名的奈氏准则，而这是在理想的通信信道下

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2 W Baud，w是信道带宽，单位是hz 只有在奈氏准则，香农定理中带宽单位采用hz，其他时候都是bit/s

• 通常在信道中，码元的传输是有上限的，超过了这个上限，就会产生码间干扰。
• 理论上来讲，信道的频带宽度越宽或信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。但是我们都知道这是理论层面上的，而真实的信道频带宽是达不到ISP（网络服务提供商）给到我们的最大值的。因为这里还受到信道的吞吐量的限制。
• 由于码元的传输速率受奈氏准则制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元携带更多的信息量，这就需要采用多元制的调制方法。

信噪比

噪声是存在于所有的电子设备和通信信道中的，但是由于噪声是随机产生的，它的瞬间值有时是很大的，因此噪声会影响接收端对于码元的判断。那么如果信号相对较强，噪声的影响就相对较小。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，常记作S/N，并用分贝(db)作为度量单位

即：信噪比（db）= 10log10（S/N）数值等价

香农定理：在带宽受限且有噪声的情况下，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值

信道的极限数据传输速率=Wlog2（1+S/N） b/s

1. 带宽或者信噪比越大，信息的传输速率就越高

2. 只要信息的传输速率低于信息的极限传输速率，就一定有方法来实现无差错传输

3. 香农定理得到的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率比他低不少。

所以在信道带宽一定的情况下，根据奈氏准则和香农公式，想要提高信息的传输速率就必须采用多元制（更好的调制方法）和努力提高信道中的信道比。