一、通信基础

1. 基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流，不指定具体的传输媒体
主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性 → 定义标准
接口特性：
1. 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。
2. 电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。（eg.电平使用具体数值表示的二进制位）
3. 功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部位的信号线的用途。（eg.引脚处于高电平时的含义）
4. 规程(过程)特性：定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

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通信的目的：传送消息(语音、文字、图像、视频等)。
数据通信：在不同计算机之间传输表示信息的二进制数0、1序列的过程。
数据data：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。
1. 数字/离散信号：消息的参数的取值是离散的
2. 模拟/连续信号：消息的参数的取值是连续的
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接收数据的终点
信道：信号的传输媒介，一般表示向某一个方向传送信息的介质
1. 一条通信连路包含：1个发送信道+1个接收信道
2. 按传输信号分：模拟信道、数字信道
3. 按传输介质分：无线信道、有线信道

同步/区块传输：以一个数据区块block为单位，同步时钟。在传送数据时，需先送出1个或多个同步字符，再送出整批的数据。
异步传输：将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送发可以在任何时刻发送这些比特组，接收方不知道他们会在什么时候到达，传送时，需加一个字符起始位和一个字符终止位。

码元：用一个固定时长的信号波形(数字脉冲)代表不同离散数值的基本波形，这个时长内的信号成为k进制码元，该时长称为码元宽度。k进制码元——离散状态k个——不同的信号波形表示位log₂K
速率/数据率：数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。
1. 码元传输速率，码元速率，波形速率，调制速率，符号速率：表示单位时间内数字通信系统所传输码元个数（脉冲个数/信号变化的次数），单位B/Baud；码元速率与进制无关，只与码元长度T有关
2. 信息传输速率，信息速率，比特率：单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数，即比特数，单位比特/秒(b/s)
3. 关系：若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M * n bit/s
波特：设备每秒钟发生信号变化的度量，表示每秒钟内通信线路状态改变的次数。代表信号的变化，而不是传输数据的多少
带宽Bandwidth：
1. 模拟信号系统中：最高频率和最低频率的差值，单位赫兹Hz
2. 数字设备：单位时间内通过链路的数量，表示网络通信线路所能传输的能力，单位比特每秒bps，bit/s

影响失真程度的因素：码元传输速率；信号传输距离；噪声干扰；传输媒体质量
失真的一种现象：码间串扰
1. 信道带宽：信道能通过的最高频率和最低频率之差
2. 码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象
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2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz
1. 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的
2. 信道的频带越宽(即能通过的信号高频分量越多)，就可用更高的速率进行码元的有效传输
3. 奈氏准则给出码元传输速率的限制，但没有对信息传输速率给出限制
4. 要提高数据的传输速率，需使每个码元携带更多个比特的信息量，即采用多元制的调制方法
理想低通信道下的极限数据传输率 = 2 W log₂V (b/s)

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信道：信号的传输媒介，表示向某一个方向传送信息的介质，包含1条发送信道 + 1条接收信道
1. 传输信号：模拟信道(传送模拟信号)，数字信道(传送数字信号)
2. 传输介质：无线信道，有限信道
信道上传送的信号
1. 基带信号：来自信源的信号，发出的直接表达了要传输信息的信号；将数字信号1、0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输（基带传输）
2. 宽带信号：把基带信号经过载波调制后，将信号频率范围搬移到更高的频段以便传输；将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再送到模拟信道上去传输（宽带传输）
近距离：基带传输(信号不易变化)；远距离：宽带传输(过滤出基带信号)