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【计算机网络笔记】物理层——信道与信道容量

news 2025/7/5 6:52:20

系列文章目录

什么是计算机网络？
什么是网络协议？
计算机网络的结构
数据交换之电路交换
数据交换之报文交换和分组交换
分组交换 vs 电路交换
计算机网络性能（1）——速率、带宽、延迟
计算机网络性能（2）——时延带宽积、丢包率、吞吐量/率
计算机网络体系结构概念
OSI参考模型基本概念
OSI参考模型中非端-端层（物理层、数据链路层、网络层）功能介绍
OSI参考模型中端-端层（传输层、会话层、表示层、应用层）功能介绍
TCP/IP参考模型基本概念，包括五层参考模型
网络应用的体系结构
网络应用进程通信
网络应用对传输服务的需求
Web应用之HTTP协议（涉及HTTP连接类型和HTTP消息格式）
Cookie技术
Web缓存/代理服务器技术
传输层服务概述、传输层 vs. 网络层
传输层——多路复用和多路分用
传输层——UDP简介
传输层——可靠数据传输原理之Rdt协议
传输层——可靠数据传输之流水线机制与滑动窗口协议
传输层——TCP特点与段结构
传输层——TCP的可靠数据传输
TCP连接管理（图解三次握手和四次挥手）
传输层——拥塞控制原理与解决方法
TCP的拥塞控制机制
网络层服务与核心功能
网络层服务模型——虚电路网络
网络层服务模型——数据报网络
Internet网络的网络层——IP协议之IP数据报的结构
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IP编址与有类IP地址
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DHCP协议
网络地址转换(NAT)
ICMP（互联网控制报文协议）
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数据链路层概述
数据链路层——差错编码
多路访问控制(MAC)协议——随机访问MAC协议
ARP协议
以太网
交换机
虚拟局域网(VLAN)
PPP协议
802.11无线局域网
物理层——数据通信基础
物理层——物理介质

  • 系列文章目录
  • 信道传输特性
  • 信道容量

信源产生的原始消息或者说数据通常对应的是基带信号，这时需要通过编码器对它进行适当的编码。编码以后也不一定能在这个传输介质上进行传输，也许能够直接传输，那就不用经过调制器直接发射。这种是基带传输。也许不适合在这个传输介质上传输，那就需要进行调制，将信号调制到特定的频率上，特定频率的载波适合于特定的传输介质，这时再通过发射设备将调制后的信号发送到传输介质上进行传输。接收设备接收到以后要进行解调，将载波上的信号卸载下来，然后在译码，最终交给信宿。

  • 狭义信道：就只是给信号提供一个传输途径，也就是物理介质
  • 广义信道：除了物理介质，还包括信号传输介质和通信系统的一些变换装置，如发送设备、接收设备、天线、调制器等。比如上面图中的调制信道和编码信道的划分

信道传输特性

  • 恒参信道传输特性：它的很多参数很少随时间变化，比较稳定

    • 各种有线信道和部分无线信道，如微波视线传播链路和卫星链路等，都属于恒参信道
    • 理想的恒参信道是一个理想的无失真传输信道
    • 对信号幅值产生固定的衰减
    • 对信号输出产生固定的时延

  • 随参信道传输特性：参数变化时随机的

    • 许多无线信道都是随参信道
    • 信号的传输衰减随时间随机变化
    • 信号的传输时延随时间随机变化
    • 存在多径传播现象

信道容量

也就是描述信道的传输能力的一个指标。具体地说，信道容量是指信道无差错传输信息的最大平均信息速率。

奈奎斯特(Nyquist)信道容量公式：

  • 理想无噪声信道的信道容量:

    在这里插入图片描述

  • 其中:C为信道容量，单位为b/s (或bps);B为信道带宽，单位为Hz;M为进制数，即信号状态数

  • 理想信道的极限容量

在这里插入图片描述

香农(shannon)信道容量公式：

  • 有噪声信道的信道容量: 在这里插入图片描述

  • 其中:S/N为信噪比，即信号能量与噪声能量之比

  • S/N通常以分贝 (dB) 为单位描述:在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

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