第二章 01通信基础的基本概念（王道）

一、知识总览

• 核心概念：信源、信宿、信号、信道、码元、速率、波特、带宽
• 考研重点：标红概念（信源、信宿、信号、信道、码元、速率、波特）需重点掌握

二、数据的传输过程

物理层任务：实现相邻节点之间比特(0或1)的传输

三、通信基础基本概念

3.1 信源、信宿、信号、信道

• 信源：信号的来源，即数据的发送方（如节点A）
• 信宿：信号的归宿，即数据的接收方（如节点B）
• 信号：数据的载体，分为数字信号（离散值）和模拟信号（连续值）
• 信道：信号的传输通道，物理线路通常包含两条信道（发送/接收信道）
• 实例说明：电脑与路由器通过网线连接时，网线包含发送和接收两条信道

3.2 数字信号、模拟信号

• 数字信号：
  • 特征：信号值离散（如y=−1对应0，y=1对应1）
  • 示例：传输”01001110″时，每秒固定输出-1V或1V电压
• 模拟信号：
  • 特征：信号值连续（如y=sin⁡(2πt)对应1，y=sin⁡(2πt+π)对应0）
  • 示例：通过连续变化的电压波形传递信息
• 物理量：可用电压、电磁波振幅等作为信号载体

3.3 码元的概念

• 定义：表示二进制编码的元素，一个信号周期称为一个码元宽度
• 进制关系：
  • 二进制码元：1码元=1比特（2种信号状态）
  • 四进制码元：1码元=2比特（4种信号状态，如−2V→11，−1V→10等）
  • 通用公式：1码元=log₂K bit（K进制码元）
• 设计权衡：
  • 优点：高阶码元提升传输效率
  • 代价：需增强信号功率（电压范围从±1V扩大到±2V）且信道要求更高

3.4 用模拟信号设计 4 进制码元

3.5 码元与比特的关系（重点）

3.6 速率

• 波特率：
  • 定义：每秒传输的码元数，单位：波特(Baud)
  • 示例：10波特=每秒传输10个码元
• 比特率：
  • 定义：每秒传输的比特数，单位：bit/s(bps)
  • 换算：比特率=波特率×log₂K（K进制码元）
• 实例：采用4进制码元（1码元=2比特）时，10波特=20bps

四、知识回顾与重要考点

• 信号分类：
  • 数字信号：计算机内部处理（离散值）
  • 模拟信号：传统电话线路（连续值）
• 信道类型：
  • 数字信道：传输数字信号
  • 模拟信道：传输模拟信号
• 核心公式：
  • 码元承载量
  • 速率换算
• 易错点：
  • 电压值可为负（电势差概念）
  • 模拟信号也可设计多进制码元（如通过不同波形函数区分状态）