【计算机网络笔记】物理层——信道与信道容量

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
IP分片
IP编址与有类IP地址
IP子网划分与子网掩码
CIDR与路由聚合
DHCP协议
网络地址转换(NAT)
ICMP（互联网控制报文协议）
IPv6简介
路由算法之链路状态路由算法
路由算法之距离向量路由算法
路由算法之层次路由
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

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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

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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

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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:

  

• 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

香农(shannon)信道容量公式：

• 有噪声信道的信道容量:

• 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: