2.2 数据通信的基础知识

1 数据通信系统的模型

　　一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）、和目的系统（或接收端、接收方）

　　源系统一般包括以下两个部分：

• • 源点（源站、信源）：源点设备产生要传输的数据。
  • 发送器：通常，源点产生的比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。

　　目的系统一般也包括两部分：

• • 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转化为目的设备能够处理的信息。 典型的接收器就是解调器。
  • 终点（目的站、信宿）：终点设备从接收器获取传送来的比特流，然后把信息输出。

　　在源系统和目的系统之间的传输系统可能是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络。

　　一些常用术语：

　　　　消息：如话音、文字、图像、视频等都是消息

　　　　数据：数据时运送消息的实体，通常是有意义的符号序列

　　　　信号：数据的电气或电磁的表现；根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为两大类：

　　　　　　（1）模拟信号（连续信号）：代表消息的参数的取值是连续的。

　　　　　　（2）数字信号（离散信号）：代表消息的参数的取值是离散的。

2 有关信道的几个基本概念

　　信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体，因此，一条通信电路一般包含一条发送信道和一条接收信道。

　　从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：

　　　　（1）单向通信（单工通信）：即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播、电视广播就是这种。

　　　　（2）双向交替通信（半双工通信）：即通信的双方都可以发送消息，但不能双方同时发送。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。

　　　　（3）双向同时通信（全双工通信）：即通信的双方可以同时发送和接收信息。

　　除了单向通行，其他两个都需要两条信道（每个方向各一条）

　　来自信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）。为了解决信号中可能包含有低频分量或直流分量的情况，我们需要对基带信号进行调制（modulation）。

　　调制可分为两大类：

　　　　一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应；变幻后的信号任然是基带信号。这类调制称为基带调制（编码）。

　　　　另一类调制则需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号。经过载波调制后的信号称为带通信号，而使用载波的调制叫做带通调制。

3 信道的极限容量

　　从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：

　　（1）信道能够通过的频率范围

　　　　具体的信道所能通过的频率范围总是有限的，我们需要知道：在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判别成为不可能。

　　（2）信噪比

　　　　信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N，计算公式：

　　　　信噪比（dB）= 10log₁₀(S/N)（dB）

　　　　48年，信息论创始人香农推导出著名的香农公式，指出信道的极限信息传输速率C是：

　　　　C = Wlog₂(1+S/N) (b/s)

　　　　式中，W为信道的宽带，S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。