通信基础
通信基础
物理层是计算机网络体系结构的最底层,负责在物理传输介质上传输原始比特流。要理解物理层的工作原理,首先需要掌握通信的基本概念。
1. 信道
信道是传输数据的物理通路,是信息传输的媒介。
特点:
- 可以是有线介质(如双绞线、光纤)
- 可以是无线介质(如无线电波、微波)
- 具有特定的传输特性(带宽、衰减、噪声等)
分类:
- 按传输方向:单工、半双工、全双工
- 按复用方式:时分复用、频分复用、码分复用
2. 信号
信号是数据的载体,是携带信息的物理量。
模拟信号
- 连续变化的信号
- 可以取无限多个值
- 如:声音信号、电视信号
数字信号
- 离散的信号
- 只能取有限个值(通常是 0 和 1)
- 如:计算机数据
信号转换:
模拟信号 ←→ 数字信号
↑ ↓
调制 解调
3. 带宽
带宽是信道可通过的最高频率范围,决定了最大数据传输速率。
单位: Hz(赫兹)
特点:
- 带宽越大,传输速率越高
- 带宽受传输介质限制
- 实际传输速率通常小于理论带宽
示例:
- 电话线:3.4kHz
- 以太网:100MHz
- 光纤:可达 THz 级别
4. 码元、波特、速率
码元(Symbol)
- 信号的最小单位
- 一个码元可以携带多个比特
- 如:4PSK 调制中,一个码元携带 2 个比特
波特(Baud)
- 每秒传输的码元数
- 单位:波特(Baud)
- 表示信号的调制速率
速率(Bit Rate)
- 每秒传输的比特数
- 单位:bps(比特/秒)
- 实际的数据传输速率
关系:
速率 = 波特 × 每码元比特数
示例:
- 如果波特率为 1000,每码元携带 2 个比特
- 则速率为:1000 × 2 = 2000 bps
5. 信源与信宿
信源(Source)
- 信息的发送方
- 产生要传输的数据
- 如:计算机、手机、传感器
信宿(Sink)
- 信息的接收方
- 接收并处理数据
- 如:服务器、显示器、执行器
通信模型:
信源 → 信道 → 信宿
↑ ↓
数据发送 数据接收
6. 通信系统的基本组成
一个完整的通信系统包括:
- 信源:产生信息
- 发送设备:将信息转换为信号
- 信道:传输信号的媒介
- 接收设备:将信号转换回信息
- 信宿:接收信息
- 噪声源:干扰信号传输的各种因素
通信系统模型:
信源 → 发送设备 → 信道 → 接收设备 → 信宿
↑
噪声源
总结
通信基础是理解物理层的前提,掌握这些基本概念有助于:
- 理解传输原理:知道数据是如何在物理介质上传输的
- 分析传输性能:能够计算和评估传输速率
- 选择传输方案:根据需求选择合适的传输介质和方式
- 解决传输问题:能够诊断和解决传输中的问题
这些概念为后续学习传输理论、编码调制等技术奠定了坚实的基础。