基本概念

1. 数据 -> 信息的载体, 传送信息的实体
2. 信号 -> 数据传输过程中的存在形式(电气或电磁表现) -> 比如数字信号, 模拟信号
3. 码元 -> 固定时长的信号(一个信号)波形 -> 携带$\log_2 {k }$ bit信息, 其中k表示信号种类
4. 信源,信宿 -> 数据的来源和”归宿”
5. 信道 -> 信号的传输介质 -> 分为模拟信道和数字信号(传输信号不同)/无线信号和有线信号(传输介质不同)
6. 速率 -> 码元传输速率的单位为波特(码元/s), 信息传输速率的单位为bit/s
7. 带宽 -> 在模拟通信中表示信号所能传输信号的频率范围(最高频率与最低频率之差Hz); 但是在数字通信或计算机网络中, 带宽表示通信线路所能传输数据的能力(最大数据传输速率b/s)

信道的极限容量

1. 奈奎斯特定理
   • 适用条件 -> 理想低通信道(无噪声,带宽有限, 如果频率过高会导致码间串扰)
   • 极限码元传输速率 = $2W$波特, W为信道频率带宽
   • (如果要转换成)信息传输速率 = $2Wlog_2k$ bit/s
   • 结论 ->
     1. 码元传输速率存在上限(频率/带宽有限)
     2. 信道带宽越大, 传输能力越强
     3. 但是信息传输速率k没有限制, 可以梦
2. 香农定理
   • 适用条件 -> 带宽受限且有高斯噪声干扰的信道
   • 极限速率传输速率 = $W\log_2 (1+S/N)$ bit/s
   • S/N(信噪比) = 信号的平均功率/噪声功率 = $10 \log_{10}(S/B)$ dB
   • 可能会设计信噪比的无单位与分贝之间的转换
   • 结论 ->
     1. 带宽和信噪比是极限信息传输速率的限制因素, 给定即锁死了信息传输速率的上限
     2. 只要实际信息传输速率低于该极限值, 就能找到某种方法实现近似无差错传输
     3. 香农定理为理论极限, 实际信道能达到ID传输速率要少不少

根据两个定理可以得到一个结论, k还是有限的

编码与调制

数字数据编码为数字信号

其实可以这样看 ->

1. 可以把编码分为”静态”和”动态”表示信息 -> 如果是数据信息映射到电平高低表示则为静态(NRZ,RZ), 如果是数据信息映射到电平跳变上则为动态(NRZI,曼彻斯特,差分曼彻斯特)
2. 只有NRZ没有自同步功能; kimi说NRZI的冗余位是在(跳0不跳1)多1时插入0当作时钟同步信号(这样才能解释为什么不归零编码不采用这种方式), 和王道讲的不太一样
3. 按照中跳否可以把编码分为不跳(NRZ,NRZI),跳零(RZ)和跳反(两种曼彻斯特编码, 具有强抗干扰能力), 同时, 中跳就可能浪费带宽, 冗余位也会浪费一点点带宽

数字数据调制为模拟信号

• 调制方式
  1. 幅移键控(Amplitude Shift Keying) -> 抗干扰差
  2. 频移键控(FSK) -> 抗干扰强
  3. 相移键控(PSK) -> 抗干扰性随着多进制调制的进制增加会下降 -> 还有Differential-PSK, B/Q/8/16/…-PSK
  4. 正交幅度调制(Quadrature A Modulation) -> 同时调制相位和振幅, 形成复合信号, 从而在有限带宽内实现更高的数据传输效率 -> 可以查看QAM-16/QAM-64的星座图 -> 此时传输速率$R=B\log_2 (m\times n)$, m,n表示采用了多少的相位和振幅

模拟数据

• 编码为数字信号 -> 脉冲编码调制PCM ->
  1. 采样 -> 将器从时间连续变为时间离散, 采样频率不得低于信号最高频率的两倍(奈奎斯特定理)
  2. 量化 -> 对采样所得幅值按预设分级取整, 将连续的模拟电平转换为离散的数值
  3. 编码 -> 量化后的数值转换为二进制码
• 直接可以传输为模拟信号, 无须数字化 如果通过高频信道(无线电波等)传输, 则可采用模拟调制技术将信号加载到高频载波上

总结

1. 奈奎斯特定理中可能出现系数2, 香农定理中可能出现参数10(信噪比以dB为单位的计算公式中); 注意波特与bit/s的转化没有系数
2. 仅凭波形不能可靠区分曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码, 因此如果没有给定协议的情况下, 完全相反的两个二进制码都是错的
3. 波特率又称调制速率, 单位波特