【计算机网络】物理层 : 总结 ( 物理层特性 | 码元速率 | 通信方式 | 数据传输方式 | 信号类型 | 编码与调制 | 奈氏准则 | 香农定理 | 传输介质 | 物理层设备 ) ★★★(三)

本文涉及的产品
数据传输服务 DTS,数据迁移 small 3个月
推荐场景:
MySQL数据库上云
数据传输服务 DTS,数据同步 1个月
简介: 【计算机网络】物理层 : 总结 ( 物理层特性 | 码元速率 | 通信方式 | 数据传输方式 | 信号类型 | 编码与调制 | 奈氏准则 | 香农定理 | 传输介质 | 物理层设备 ) ★★★(三)

七、香农定理 ★★


1 . 香农定理公式 :


信 道 极 限 数 据 传 输 速 率 = W l o g 2 ( 1 + S / N ) 信道极限数据传输速率 = W log_2( 1 + S/N )

信道极限数据传输速率=Wlog

2


(1+S/N)


单位是 比特/秒 ( b/s )


W WW 带宽 , 单位 是 赫兹 ( Hz ) ;


S / N S/NS/N 是信噪比


S SS 是信道内信号的平均功率


N NN 是信道内的高斯噪声功率 ;



信噪比计算 :


数值 信噪比 : 如果给出的信噪比是 数值 , 没有单位可以直接代入 , 代替上述 S / N S/NS/N ;

分贝 信噪比 : 如果给出的信噪比是 dB 值 , 那么需要 根据 信 噪 比 ( d B ) = 10   l o g 10 ( S N ) 信噪比 ( dB ) = 10 \ log_{10}(\cfrac{S}{N})信噪比(dB)=10 log

10


(

N

S


) 公式 , 计算出 S / N S/NS/N 的值 ;



2 . 香农定理计算示例


信道带宽 3000 H z 3000 Hz3000Hz , 信噪比 30 d B 30 dB30dB , 根据香农定理 计算 数据极限传输速率 ? ??



计算 S / N S/NS/N :


先根据 信 噪 比 ( d B ) = 10   l o g 10 ( S / N ) 信噪比 ( dB ) = 10 \ log_{10}( S/N)信噪比(dB)=10 log

10


(S/N) 公式计算出 S / N S/NS/N 值 ;


信 噪 比 ( d B ) = 10   l o g 10 ( S / N ) = 30 信噪比 ( dB ) = 10 \ log_{10}( S/N) = 30信噪比(dB)=10 log

10


(S/N)=30

信 噪 比 ( d B ) = l o g 10 ( S / N ) = 3 信噪比 ( dB ) = log_{10}( S/N) = 3信噪比(dB)=log

10


(S/N)=3

S / N = 1 0 3 = 1000 S/N = 10^{3} = 1000S/N=10

3

=1000



信道 极限传输速率 计算 :


信 道 极 限 数 据 传 输 速 率 = W l o g 2 ( 1 + S / N ) 信道极限数据传输速率 = W log_2( 1 + S/N )信道极限数据传输速率=Wlog

2


(1+S/N)


信 道 极 限 数 据 传 输 速 率 = 3000   l o g 2 ( 1 + 1000 ) ≈ 30000 b / s = 30 k b / s 信道极限数据传输速率 = 3000 \ log_2( 1 + 1000 ) \approx 30000 b/s = 30kb/s信道极限数据传输速率=3000 log

2


(1+1000)≈30000b/s=30kb/s



参考博客 : 【计算机网络】物理层 : 香农定理 ( 噪声 | 信噪比 | 香农定理 | “香农定理“公式 | “香农定理“ 计算示例 | “奈氏准则“ 与 “香农定理“ 对比 与 计算示例)★






八、奈氏准则 与 香农定理 ★★


1 . “奈氏准则” 核心是针对 内部问题 :


① 使用环境 : 带宽受限 , 没有外部的噪声干扰 ;


② 针对问题 : 为了避免 码间串扰 , 将 码元的传输速率 上限设置成 2W 波特 ( Baud ) ;


理想状态下信道的极限传输速率 = 2 W l o g 2 V 2W log_2V2Wlog

2


V 比特 / 秒


提高数据传输速率 :


提高带宽

采用更好的编码技术 , 使单个码元携带更多信息量 ;



"香农定理" 核心是针对 外部问题 :


① 使用环境 : 带宽受限 , 外部有噪声干扰 ;


② 针对问题 : 在外部干扰下 , 为 信息传输速率 设置上限 ;


非理想状态下信道的极限传输速率 = W l o g 2 ( 1 + S / N ) W log_2( 1 + S/N )Wlog

2


(1+S/N) 比特 / 秒 ;


提高数据传输速率 :


提高带宽

提高信噪比



2 . 计算示例


计算 信息极限传输速率 :


如果给了 码元信息个数 , 就用奈氏准则计算 ;

如果给了 信噪比 , 就用 香农定理公式计算 ;

如果 码元信息量 和 信噪比都给出来 , 那么计算两个 数据传输速率 , 取最小值 ;


二进制信号 , 在信噪比 127 : 1 127:1127:1 的 4000 H z 4000Hz4000Hz 的信道上传输 , 求 最大数据率 ? ??



上述给出了 码元信息量 , 二进制码元 , 因此可以使用 奈氏准则 求 数据极限传输速率 :


2 W l o g 2 V = 2 × 4000 × l o g 2 2 = 8000   b / s 2W log_2V = 2 \times 4000 \times log_2 2 = 8000 \ b/s2Wlog

2


V=2×4000×log

2


2=8000 b/s



上述还给出了 信噪比 127 : 1 127:1127:1 , 这是一个数值 , 没有单位 , 因此该值是 S / N S/NS/N , 可以直接在香农定理中使用 ; 计算过程如下 :


W l o g 2 ( 1 + S / N ) = 4000 × l o g 2 ( 1 + 127 / 1 ) = 4000 × 7 = 28000   b / s W log_2( 1 + S/N ) = 4000 \times log_2 ( 1 + 127 / 1 ) = 4000 \times 7 = 28000 \ b/sWlog

2


(1+S/N)=4000×log

2


(1+127/1)=4000×7=28000 b/s



上述计算的两个 极限传输速率 取最小值 , 即 8000 b / s 8000b/s8000b/s ;



参考博客 : 【计算机网络】物理层 : 香农定理 ( 噪声 | 信噪比 | 香农定理 | “香农定理“公式 | “香农定理“ 计算示例 | “奈氏准则“ 与 “香农定理“ 对比 与 计算示例)★






九、传输介质


参考博客 : 【计算机网络】物理层 : 传输介质 ( 导向性传输介质 | 双绞线 | 同轴电缆 | 光纤 | 非导向性传输介质 | 无线电波 | 微波 | 红外线 、激光 )






十、物理层设备


中继器 , 集线器



参考博客 : 【计算机网络】物理层 : 物理层设备 ( 中继器 | 中继器两端 | 中继器使用规则 5-4-3 规则 | 集线器 )


相关实践学习
RocketMQ一站式入门使用
从源码编译、部署broker、部署namesrv,使用java客户端首发消息等一站式入门RocketMQ。
Sqoop 企业级大数据迁移方案实战
Sqoop是一个用于在Hadoop和关系数据库服务器之间传输数据的工具。它用于从关系数据库(如MySQL,Oracle)导入数据到Hadoop HDFS,并从Hadoop文件系统导出到关系数据库。 本课程主要讲解了Sqoop的设计思想及原理、部署安装及配置、详细具体的使用方法技巧与实操案例、企业级任务管理等。结合日常工作实践,培养解决实际问题的能力。本课程由黑马程序员提供。
目录
相关文章
|
16天前
计算机网络——物理层相关习题(计算机专业考研全国统考历年真题)
计算机网络——物理层相关习题(计算机专业考研全国统考历年真题)
12 0
|
16天前
计算机网络——物理层-信道的极限容量(奈奎斯特公式、香农公式)
计算机网络——物理层-信道的极限容量(奈奎斯特公式、香农公式)
15 0
|
17天前
|
算法 网络架构
计算机网络: 点对点协议 PPP
计算机网络: 点对点协议 PPP
16 0
|
1天前
|
机器学习/深度学习 网络协议 网络性能优化
[计算机网络]深度学习传输层TCP协议
[计算机网络]深度学习传输层TCP协议
7 1
|
16天前
|
网络协议 C语言 网络架构
计算机网络——数据链路层-点对点协议(组成部分、PPP帧格式、透明传输、差错检测、工作状态)
计算机网络——数据链路层-点对点协议(组成部分、PPP帧格式、透明传输、差错检测、工作状态)
41 7
|
16天前
|
缓存
计算机网络——数据链路层-可靠传输的实现机制:回退N帧协议GBN(无差错情况、累积确认、有差错情况、发送窗口尺寸)
计算机网络——数据链路层-可靠传输的实现机制:回退N帧协议GBN(无差错情况、累积确认、有差错情况、发送窗口尺寸)
14 0
计算机网络——数据链路层-可靠传输的实现机制:回退N帧协议GBN(无差错情况、累积确认、有差错情况、发送窗口尺寸)
|
1天前
|
机器学习/深度学习 安全 数据安全/隐私保护
【计算机网络】深度学习HTTPS协议
【计算机网络】深度学习HTTPS协议
5 0
|
1天前
|
机器学习/深度学习 前端开发 JavaScript
【计算机网络】深度学习使用应用层的HTTP协议
【计算机网络】深度学习使用应用层的HTTP协议
4 0
|
1月前
|
算法
计算机网络:CSMA/CA协议
计算机网络:CSMA/CA协议
61 9
|
1月前
|
网络协议 Linux Android开发
计算机网络:MAC地址 & IP地址 & ARP协议
计算机网络:MAC地址 & IP地址 & ARP协议
54 7