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面试题目丨计算机网络面试笔试基础知识总结 · 四

😺😺😺 这篇总结聚焦物理层的内容(上)(下篇传送门),涉及到很多通信方面的知识点,如果不是找通信方向的工作的话也不用了解太多,所以不重要的点一笔带过,如果有探究欲强的童鞋建议找通信原理相关资料来学习哦~本系列适用于计算机方向岗位的笔试题和面试题的复习(预习),楼主平时妥妥手残党小白一枚,欢迎大家提出宝贵修正意见~~


1. 通信双方信息交互方式

单工通信:只有一个方向的通信,也就是发送方和接收方是固定不变的,只需要一条信道。比如无线电广播、电视广播就是这种类型。
半双工通信:通信双方都可以作为发送方和接收方,但任何一方不能做到同时发送和接受,所以需要两条信道。比如有些对讲机就是这种类型。
全双工通信:通信双方可以同时发送和接收,也需要两条信道。

2. 奈圭斯特定理

🍓 奈圭斯特定理又称奈氏准则,他指出在理想低通(没有噪声、带宽有限)的信道中,极限码元传输速率是2W波特,其中W是理想低通信道的带宽,单位为Hz。
🌸 注意:这里需要区分码元和比特。码元是指用一个固定时长的信号波形表示一位k进制数字,1个码元可以携带多个比特的信息量。比如,如果要用码元表示四进制数字,就需要每个码元中有两位比特,这样可以组成00,01,10,11四种数字。如果表示二进制数字,那么码元中有一位比特即可,即0,1。
所以,

理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2Vb/s理想低通信道下的极限数据传输率 = 2*Wlog_2V (b/s)

🍓 从奈圭斯特定理可得出的结论

  • 任何信道中,码元传输速率是有上限的。如果传输速率超过此上限,就会产生码间串扰(接收端接受的信号波形失去了码元之间的明显界限,分不清单个码元),使得传输效率降低;
  • 信道频带越宽,极限码元传输速率就越高,就可用更高的速率进行码元传输;
  • 奈氏准则只给出码元传输速率的限制,但并未对信息传输速率给出限制。可以设法让每个码元携带更多信息,即占用更多的比特位数,通过多元调制方法来传递信息。

3. 香农定理

🍓 香农定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输速率。当用不超过此极限的速率传输时,可以不产生误差。其公式为:

信道的极限传输速率=Wlog21+S/N)(b/s信道的极限传输速率 = W*log2(1+S/N) (b/s)

其中,W为信道带宽,S是信道中所传信号的平均功率,N微信道中高斯白噪声的平均功率。S/N是信噪比,通过公式:信噪比 = 10log10(s/n)可将单位转化为dB。比如S/N=10时信噪比为10dB,S/N=1000时,信噪比为30dB。
🌸 注意:在香农公式中做计算时,S/N要通过dB单位转化成比例值再代入。

🍓 根据香农定理可以得出的结论有:

  • 信道的带宽或信噪比越大,信息的极限传输速率越高;
  • 对于一定的带宽和信噪比,信息传输速率的上限是一定的;
  • 只要传输速率不超过这个上限,就可以实现无差错的传输;
  • 香农定理得到的是极限传输速率,实际情况下由于各种条件限制,并不能达到这么高的速率。

4. 奈氏准则和香农定理的区别与联系

奈氏准则主要考虑避免码间串扰的问题,而香农定理考虑了带宽和噪声对传输质量的影响,所以二者计算的极限传输速率是从两个角度进行的考虑。在实际计算或应用中,如果知道信噪比或噪声功率与信号功率,我们可以用香农公式做计算,而如果只知道带宽,就可以从奈氏准则方向去考虑。也有很多情况,需要用这两个定理做计算,最后取较小值当作极限传输速率。

5. 数据变成信号的方式

数据为了传输必须变成信号,变成模拟信号的过程称为调制,变成数字信号的过程称为编码。进一步细分,数字数据可以通过数字发送器转换为数字信号,也可以通过调制器转换为模拟信号;模拟数据可以通过PCM编码器转换成数字信号,也可以通过放大器调制器转换成模拟信号

🍓 数字信号 模拟信号
数字数据 Eg:归零编码、非归零编码、曼彻斯特编码等等。 Eg:调幅、调频、调相的某一种或几种结合。
模拟数据 Eg:脉冲编码调制PCM,分为抽样、量化、编码三个步骤。 Eg:频分复用。

😺😺😺 后续总结会有一系列,欢迎大家点赞评论收藏,春招来啦一起加油鸭🦆!!!

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