基本概念

数据、信号与码元

通信的目的是传输信息，如文字、图像和视频等。

• 数据：传送信息的实体。
• 信号：数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式。

数据和信号都有模拟或数字之分：

• 模拟数据/信号：取值连续
• 数字数据/信号：取值离散

在通信系统中，常用一个固定时长的信号波形表示一个 k 进制数，这个时长内的信号称为码元（可称 k 进制码元），而该时长称为码元宽度（也称信号周期）。

1 码元可携带若干比特的信息量。

【例】在一个信号周期内可能出现 2 个信号，每个信号对应一个二进制数（1bit）；若一个信号周期内可能出现 4 个信号，则每个信号就对应一个四进制数（2bit）。

信源、信道与信宿

下图为一个单向通信系统的模型，实际的通信系统大多数是双向的，可进行双向通信。

数据通信系统主要划分为 信源、信道 和 信宿 三部分。

• 信源：产生和发送数据的源头
• 信宿：接收数据的终点

信源和信宿通常都是计算机或其他数字终端装置。

• 信道：信号的传输介质

一条双向通信的线路包含一个发送信道和一个接收信道。

发送端信源发出的信息需要通过变换器转换成适合在信道上传输的信号，而通过信道传输到接收端的信号首先由反变换器转换成原始信息，然后发送给信宿。噪声源是信道上的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。

信道按传输信号形式的不同，分为:

• 传送模拟信号的模拟信道
• 传送数字信号的数字信道

信道按传输介质的不同分为:

• 无线信道
• 有线信道

信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分。

• 基带信号是由信源发出的未经过调制的原始电信号，当在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输；
• 宽带信号首先将基带信号进行调制，形成频分复用模拟信号，然后送到信道上传输，称为宽带传输。

数据传输方式分为串行传输和并行传输。

• 串行传输：逐比特地按序依次传输
• 并行传输：若干比特通过多个通信信道同时传输

串行传输适用于长距离通信，如计算机网络；并行传输适用于近距离通信，常用于计算机内部，如 CPU 与主存之间。

从通信双方信息的交互方式看，可分为三种基本方式：

• 单向通信

  只有一个方向的通信而没有反方向的交互，如无线电广播、电视广播等。

• 半双工通信

  通信双方都可发送或接收信息，但任何二方都不能同时发送和接收信息。

• 全双工通信

  通信双方可同时发送和接收信息。

单向通信只需一个信道，而半双工通信或全双工通信都需要两个信道，每个方向一个信道。

速率、波特与带宽

速率是指数据传输速率，表示单位时间内传输的数据量，常有两种描述形式。

• 码元传输速率

  又称波特率或调制速率，表示数字通信系统每秒传输的码元数，单位是波特（Baud）。码元既可以是多进制的，也可以是二进制的，码元速率与进制无关。

• 信息传输速率

  又称比特率，表示数字通信系统每秒传输的比特数，单位是比特/秒（b/s）。

【注】波特和比特是两个不同的概念，但波特率与比特率在数量上又有一定的关系。若一个码元携带 $n$ 比特的信息量，则波特率 $M$ Baud 对应的比特率为 $Mn\mathrm{b}/\mathrm{s}$ 。

在模拟信号系统中，带宽（又称频率带宽）用来表示某个信道所能传输信号的频率范围，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）。

在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力，即最高数据率，显然，此时带宽的单位不再是 Hz ，而是 $\mathrm{b}/\mathrm{s}$ 。