一些基本概念

信道

不等同于电路。信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。信道是信号传输的载体
单向通信（单工通信），即只有一个方向的通信而没有反向的交互。如无线电广播。只需占用一条信道
双向交替通信（半双工通信），通信双方都可以通过发送或接受信息，但不可同时发送或同时接受。占用两条信道
双向同时通信，（全双工通信），双发可以同时发送和接收信息。占用两条信道

数字信号

数字信号自变量是离散的、因变量也是是离散的。比特流在计算机底层之间的传递就是依靠这样的数字信号。信号本身就代表了0110这样的比特流。各部件通过特定的解码操作读取数字信号所表示的比特流，再进行相关操作。

模拟信号

关于模拟信号，为什么是模拟的知乎问答
模拟信号是指用连续变化的物理量(如电流大小)表示的信息，其信号的幅度，或频率，或相位随时间作连续变化，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。如图

码元

如何形象理解码元-知乎问答
在数字信号处提到了，信号本身就代表了0101这样的bit流。不过也不是直接说表示就能表示的。中间有码元这么一个概念。事实上可以这么理解，我们将bit装入码元，用码元来代表bit，而不同的码元体现到信号上就是不同波形的信号。码元长度指的是一个码元持续的时间间隔。
如果一个码元表示一个bit，如1，0。那么就有两种码元。在信号中的表示也就是两种不同的波形，其码元长度就是发送一个bit所需要的时间。若一个码元表示三个bit，那么就有000，001，011，111，110，100，101，010这八种组合。相应的就有8种码元。在信号中就表示为8种不同的波形(通过调频，调相，调幅等操作实现)，码元长度就是发送3个比特所需要的时间。

数据通信系统模型

如图所示，计算机物理部件之间的通信
源点产生需要传输的数据，如从键盘键入计算机的汉字，计算机产生与汉字对应的数字比特流(数字信号)，随后该比特流传送至发送器（调制解调器）处经发送器处理成为模拟信号，在传输系统上传输，模拟信号到达接收方的接受器(调制解调器)，接收器将模拟信号转为数字比特流(数字信号)传递给接收方计算机(终点)。

基带信号

也称基本频带信号，指从信源(源点)发送过来的信号。这种信号带有较多的低频分量或直流分量。为解决这一问题需要对基带信号进行调制。
调制分为两类，基带调制与带通调制
基带调制(编码)，仅仅是对基带的波形进行变换，使其与特定的信道相适应。变换后仍是一种基带信号，更普遍的称呼是编码

• 不归零制 正电平代表 1，负电平代表0。
• 归零制 正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。
• 曼彻斯特编码 位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表上。但也可反过来定义。
• 差分曼彻斯特编码 在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。

从信号波形中可以看出，曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高。
从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（无自同步能力)，而曼彻斯特编码具有自同步能力。

带通调制，使用载波调制，将基带信号的频率范围搬运至更高的频段，并转换为模拟信号。经载波调试的信号称为带通信号(仅在一段频率范围内能够通过信道)

调幅：载波振幅随数字信号变化。调频：载波的频率随数字信号变化。调相：载波的初始相位随数字信号变化
除以上三种方式外，为了提高信息传输速率，还有正交振幅调制QAM。

信道极限容量

在有以上概念的基础上来讨论信道的极限容量。在信道中传输时，我们可以以码元作为传输的单位
信号在信道中的传递是会受到干扰(如传输距离，噪声干扰，传输媒体质量)的，当信号收到严重干扰，其波形会严重失真，导致接收方无法识别信号中所蕴涵的信息。
我们的追求是 在保障高速率的传输时，同时要能保证传输质量
高速率的传输影响因素有两个

• 信道能够通过的频率范围

信道能够通过的频率范围总是有限的，对于频率过高(每秒钟传送的码元过多)的分量，会在传输时受到严重干扰，导致接收方无法识别信息。因此在任何信道中，码元的传输速率是有上限的，传输速率过高会导致严重的信号失真，使接收端判别信息称成为不可能。

• 信噪比

噪声存在于所有的电子设备和通信信道中，随机产生，瞬时值可以很大。因此减少噪声的影响是很有必要的。这时候，如果增大信号的强度，而噪声的强度那噪声对信号的影响就会变小。很自然就有信噪比的概念，即信号平均功率(S)与噪声平均功率(N)的比值。可见越大，噪声影响越小。为了数学上的简便，对取对数。

香农公式

其中C为信道的极限传输速率，W为信道的带宽(频率范围Hz)，S为信道中信号的平均功率，N为信道中噪声的平均功率
香农公式指出信道中的带宽(频带宽度)或信噪比越大，信息的极限传输速率就越高
其意义在于 只要信息的传输速率低于极限速率，就一定有某种办法实现无差错的传输

此处的某种方法：
香农的信道编码定理奠定了信道编码的理论基础，并为人们从理论上指出了信道编码的努力方向。信道编码的基本思想就是在 数字信号序列中加入一些冗余码元，这些冗余码元不含有通信信息，但与信号序列中的信息码元有着某种制约关系，这种关系在一定程度上可以帮助人们发现或纠正在信息序列中出现的错误（也就是误码），从而起到降低误码率的作用 。
今天炙手可热的5G也是在香农公式的基础上发展的。5G相对于4G进一步提高了频率范围(带宽)，从而实现了比4G更高速率的传输。

除了香农公式所指明的，提高信噪比与提高信道带宽，可以提高信息传输速率，还可以通过增加码元所携带的信息量来提高传输速率(即码元传输速率不变的情况下，提高码元携带信息量，可以提高信息传输速率)