知识结构

• 奈奎斯特定理
• 香农定理
• 几种数字编码信号
• 电路交换、分组交换、报文交换
• 虚电路、数据报服务

其他细节

• 基带传输：数字信号在数字信道上传输；适用于传输距离较近（信号不容易发生变化）；
• 频带传输：基带信号调制后在模拟信道传输；适用于传输距离较远；
• 基带信号：由信源发出的没有经过调制（进行变换）的原始电信号；可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应的，信源也可分为数字信源、模拟信源），这取决于信源；
• 信道极限容量：信道的最高码元传输速率或极限信息传输速率；
• 码元传输速率（码元速率、波形速率）：单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（脉冲个数或信号变化的次数）；
• 波特率与信息传输速率：一个码元携带nnn比特信息量，则MMM波特率的码元传输速率对应信息传输速率为Mnbit/sMn\ bit/sMnbit/s；
• 调制：数据变为模拟信号
• 编码：数据变为数字信号

  以太网是曼彻斯特编码传输数据的；一个bit需要两个脉冲，而码元速率可定义为单位时间脉冲个数；所以传输信息速率与码元速率之比是1:21:21:2，所以选BBB；
对于4B/5B4B/5B4B/5B编码，每444比特被编码成555编码，12.5MBaud12.5MBaud12.5MBaud对应传输速率10Mb/s10Mb/s10Mb/s;

  这题考察波特率几个概念，没得说的；

• 采样频率：将模拟量转换为数字量时对信号转换的频率（即每秒采集次数），这个频率越高，单位时间内对信号的采集就越多，信号中的信息就保留越多，丢失信息就少，转换出的数字量就能准确反映信号的数值.

  当采样频率大于模拟数据频带带宽（最大变化率）的二倍时，这些离散的采样点能够完全表示原信号；否则就会导致丢失数据；那么显然的，当采样频率大于二倍频带带宽时，它的最大传输数据率已经达到了极限（受模拟数据频带带宽的限制），再大也只能更准确的还原；

  由于题目说无噪声，那么根据奈奎斯特公式2Wlog2V=48kb/s2Wlog_2V=48kb/s2Wlog2​V=48kb/s；

  首先需要知道这样一点，模拟信号数据传输率<采样得到数据传输率；

奈奎斯特定理

在没有噪声（理想情况下）、极限码元传输率为2W2W2W波特，WWW为理想低通信道的带宽，单位HzHzHz，VVV表示有多少种码元；则极限数据率为：2Wlog2V(b/s)2Wlog_2V\ (b/s)2Wlog2​V(b/s)；它没有对一个码元最多可以对应多少个二进制位进行限制；

对于奈氏准则，有以下结论：

• 信道中码元传输速率有上限，若超过上限，则会出现码间串扰；
• 信道频道带宽越宽，就可用更高的速率进行码元的有效传输；
• 未给出一个码元携带多少二进制位的限制；

香农定理

带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率；极限信息数据传输速率为：Wlog2(1+S/N)Wlog_2(1+S/N)Wlog2​(1+S/N)，信噪比=10log10(S/N)(dB)=10log_{10}(S/N)(dB)=10log10​(S/N)(dB)，W为信道带宽；如果题目给出信噪比，则需要反求出S/NS/NS/N，然后用香农公式；

有以下结论：

• 带宽、信噪比越大，极限传输速率越大
• 对一定的带宽和信噪比，信息传输速率上限是确定的
• 只有信息传输速率低于信道的极限传输速率，就能找到方法实现无差错传输

编码与调制

数字数据编码为数字信号

• 归0编码（RZ）：高电平1，低电平0，每个时钟周期中间跳变为0，提供了自同步机制，归0需要占据一些带宽，见课本信号波形；
• 非归0（NRZ）：无跳变，无同步机制；无损失带宽
• 反向归0（NRZI）：信号反转表示0，不变表示1；能够实现时钟同步，又不损失带宽；USB2.0编码使用NRZI；
• 曼彻斯特编码：高到低表1，低到高表0，中间的跳变信号可作为时钟信号，码元传输速率是数据传输速率的2倍；
• 差分曼彻斯特：码元为1，则前半个码元的电平与上个码元的电平相同，若为0，则相反，可实现自同步，抗干扰能力较好；
• 4B/5B；

数字数据调制为模拟信号

QAM：数据传输速率R=Blog2(mn)（b/s）R=Blog_2(mn)（b/s）R=Blog2​(mn)（b/s），B为波特率，mmm个相位，每个相位有nnn种振幅；

模拟数据编码为数字信号

典型的例子是对音频信号进行编码的PCM，包含采样、量化、编码；

模拟数据调制为模拟信号

用于电话机、本地局交换机；

三种数据交换方式

用例：

• 电路交换：电话网
• 报文交换：电报通信
• 分组交换：因特网

电路交换

分为三个步骤：建立连接、数据传输、释放连接；

优点

• 适合实时通信（音频应用）
• 无冲突，不同通信双方拥有不同的信道；
• 适用于模拟信号、数字信号
• 控制简单：电路交换的交换设备（交换机）及控制简单
• 无存储转发

缺点

• 不同类型、规格、速率终端很难通信，且无差错控制；

报文交换

传输单位为报文，携带目的地址、源地址，采用存储转发；

优点

• 提高了线道利用率
• 一个报文可同时发给对多个目的地址

缺点

• 每次存储转发的都是完整的报文
• 需要经历存储转发，有转发时延，不适合实时通信
• 对于报文大小没有限制

分组交换

优点

• 线道利用率高
• 分组固定，便于存储管理（相对报文交换）
• 分组逐个传输，流水线方式，传输较快
• 减少了出错概率和重发数据
• 分组交换适用于突发数据传输网络

缺点

• 需要传输额外信息量
• 采用数据报时，可能会出现失序、丢失、重复重组，分组倒达时，要进行排序；采用虚电路，无失序，但有建立、传输、释放过程；

虚电路与数据报

这两种方式都由网络层提供，是分组交换的两种方式

数据报

• 无连接，发送方可随时发送，网络中节点可随时接受；
• 尽最大努力交付，传输不保证可靠性，可能丢失，分组不按序到达
• 分组要包括发送接收方地址
• 中间结点存储转发需要排队

虚电路

发送方、接受方建立一条逻辑上的虚电路；同电路交换，有建立、传输、释放；

• 每个分组需要有分组号、校验和等控制信息，还有通过的虚电路号，来区别其他虚电路上的分组；
• 需要建立和释放，不适用于交互式应用和小量的短分组，对长时间、频繁的数据交换效率高；
• 提供了可靠通信，保证分组正确且有序到达，还可进行流量控制（接收方来不及接受，通知发送发延缓发送）
• 仅在建立连接时使用目的地址，之后使用虚电路，所以分组不包括目的地址
• 虚电路不是专用的