1.通信系统的基本组成

信源：信息的发出者；

信宿：信息的接收者；

载体：信息的传送通道；

变换器：将信息变换成载体上可传输的信号；

反变换器：将载体上传输的信号变换成信宿可识别的信息；

噪声：干扰信号

信道：信息单向传输通道，含传输媒体和中继通信设施；

1.传输媒体类型划分—形式：  

◆ 有线信道：双绞线/缆、同轴电缆、光纤/缆等，能量集中导线附近；  

                                                                    

同轴电缆：以电磁波形式传输信号；      

—粗缆：10Base-5，AUI，单段长度500米，最长5段达2.5公里。    

 —细缆：10Base-2，BNC，单段长度185米，最长5段达925米。

                  

光纤/缆：以光波形式传输信号

由传导光波的高纯石英玻璃纤维和保护层构成，纤芯的折射率大于包层折射率，保证光信号在纤芯内折射传输。多根光纤封装于外壳中，形成多芯光缆。

光纤的工作原理：

多模光纤与单模光纤：

◆ 无线信道：自由空间，红外、微波等，能量向空间发散。

以无线电频率（射频—RF）形式传输信号；无线传输所使用的频段很广。

低频LF、中频MF波段电波沿地表传播；

高频HF和甚高频VHF波段电波通过电离层反射实现长距离传输；

红外线与毫米波传输：不能穿透障碍物，适用于室内

微波传输：在空间主要是直线传播。能量集中，天线必须对准。（地面微波接力通信 、 卫星通信）

激光传输：不能穿透雨或浓雾。

2.传输媒体类型划分—方式：  

◆ 模拟信道：支持模拟信号传输，如双绞线、同轴电缆等；  

◆ 数字信道：支持数字信号传输，如光纤、双绞线等；

1：计算机仅能产生数字信号，处理信息；    

2：阻抗导致信号衰减，线间电容导致信号畸变，长距离传输时必须放大（补充能量）和整形。

2.信道带宽与信道容量（信道的物理特性）

信道带宽（H）： 信道可以不失真地传输信号的频率范围；（Hz）信道带宽取决于信道的质量，设计信道的指标。

信道容量（B）： 信道在单位时间内可以传输的最大信号量 （码元数）（Baud  波特

 数据传输速率（C）： 信道在单位时间内可以传输的最大比特数。 (bps，b/s)

信道容量和信道带宽成正比：带宽越大，容量越大    局域网：10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps    广域网：64Kbps、2Mbps、155Mbps、622Mbps            2.5Gbps,…

3.信道带宽、信道容量、信道速率的关系

奈奎斯特（Nyquist ）定理

无噪声下的信道容量（B）与信道带宽（H） 的关系：

B = 2*H（波特）      

无噪声下的数据传输速率（C）与信道带宽（H）的关系：

C=2*H*log2N (bps)  其中：N为一个码元可取的离散值个数

例：普通电话线路带宽约3kHz，对应的信道容量为：

B = 2*H = 2*3k = 6k （Baud）

若每个码元可取 16 个不同值，对应信道数据速率为： C = 2*3k*log216 = 24kbps。

4.香农定理

香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

信道的数据传输速率（ C）和信道带宽（H）之间的关系为：

H 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； 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。 S/N：信噪比，通常把信噪比表示成 10*lg(S/N) 分贝(dB)。

例：已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求信道的最大数据传输速率。

∵ 10lg(S/N)=30    →     lg(S/N)=3    →      S/N=103 =1000

∴ C = 3k*log2(1+1000) ≈ 30k bps

信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

对于带宽已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值！ 如何提高信息的传输速率, 可以用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

信道的差错率/误码率

由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号在传输过程中可能发生失真

差错率/误码率：        传输比特总数与其中出错比特数的比值；     Pe = 出错比特数传输/比特总数     例：  传输10000比特, 有2比特出错，             Pe ＝ 2/10000            差错率越高表示信道的质量越差  信道的差错率与信号的传输速率                          和传输距离成正比

5.模拟传输系统/数字传输系统

（1）模拟传输系统：模拟信道构成的传输系统，如电话网、X.25分组交换网等；  

（2）数字传输系统：数字信道构成的传输系统，如宽带ISDN等

                    

6.调制/解调与编码/解码

调制/解调：利用模拟信道支持数据信息传输的技术    

调制：将数据信息变换成适合于模拟信道上传输的电磁波（载波）信号/码元，（数字-->模拟）   解调：将从模拟信道上收取的载波信号还原成数据信息。（模拟-->数字）    

调制解调器（ Modulator- Demodulator) ：具有调制/解调功能的通信设备。

1.调制依据

（1）任何周期为T的函数g(t)都可以展开为Fourier级数（n次谐波叠加），即模拟信号可由三角函数表示

（2）模拟信号可由三个要素（幅度、频率和相位）予以定义

2.调制方法-调幅

调幅：（幅度调制或移幅键控法ASK）：将不同的数据信息（0和1）调制成不同幅度但相同频率的载波信号

, 不同n产生不同幅度的载波信号。

                    

                                      

3.调制方法-调频

调频：（频率调制或移频键控法FSK）：将不同的数据信息（0和1）调制为相同幅度, 但不同频率的载波信号；                

 不同n产生不同频率的载波信号。

4.调制方法-调相

调相：（相位调制或移相键控法PSK）：利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息值，此时的幅度和频率均不发生变化；

例如：0—相位变化180度，1—相位不变化；或者：00—不变化，01—90度，10—180度，11—270度；

 不同n产生相位变化不同的载波信号。

5.调制/解调的结果

调制设备负责将主机端的数字信号调制成可在模拟信道上传输的模拟信号（符号/码元）。 调制设备的性能影响信号调制的速率，数据传输速率。

调制速率（信道速率，或者波特率）：调制设备每秒可调制的符号/码元个数，即信道上每秒传输的符号个数。

6.编码/解码(COding and DECoding)

编码：将模拟信息转换为数字信号的过程

解码：将数字信号还原为模拟信息的逆过程

脉码调制技术（PCM）    

取样：通过某种频率的取样脉冲将模拟信息的值取出，变连续的模拟信息为离散信号。  

量化：量化的目的是确定取样出的模拟信号的数值。通过规定一定的量化级，对取样的离散值进行 “取整”量化，得到离散信号的具体数值。    

编码：将量化后的值编码成一定位数的二进制值。

依据—奈奎斯特取样定理：最大频率为 F 的模拟信号被不失真还原的前提条件是取样频率不低于 2F。

下面是编码/解码示意图：

综上所述，通过调制/解调、编码/解码技术，可以保证计算机之间以数字信号的方式进行通信：

7.数字信号的发送和接收

数字信号的表示：   二进制数字（0，1）对应两个电平（或光脉冲）

单极性脉冲： 无电压（或者无电流）“0”  恒定正电压（或者有电流）“1”

                                                                     

双极性脉冲:   数字信号“0”或者“1”  相同幅度的正电压或者负电压

                                                          

发送: 发送设备根据自身的时钟分频形成指定频率（发送频率）的数据波（脉冲序列），并发往线路；

接收：接收端设备则根据自身的时钟形成指定频率（接收频率）的取样脉冲，对信道上的数据波进行取样并通过设置阈值电平识别数据波对应的值。

数字信号的发送和接收如图所示：

8.传输编码与通信编码

1.传输编码

字符编码：利用0和1比特的特定组合来表示字符  

如：BCD码、EBCDIC码、IA5码、 ASCII码(美国信息交换标准码，P23)      

图形字符：数字、字母、运算符号、语句符号等        

控制字符：传输控制、格式控制、信息分隔字符等  

ASCII码的表示： b7b6b5 b4b3b2b1（简记X/Y 或XY: X=b7b6b5 Y=b4b3b2b1)  

例：A：1000001，记为4/1 或41（用ASCII码“41”表示字符‘A’）

ASCII码的控制字符：

传输控制字符：用于控制信息的传输      

SOH(标题开始，0000001，0/1),

STX(正文开始，0000010，0/2) 

ETX(正文结束，0/3)

EOT( 传输结束,0000100，0/4),

ENQ(询问,0/5),

ACK(确认,0000110，0/6),    

NAK(否认,1/5),

DLE(数据转义,0010000，1/0),

SYN(同步,1/6)；

格式控制字符：控制打印和显示设备的信息格式和定位

BS(退格,0001000),  

LF(换行,0001010，0/A)      

CR(回车,0001101，0/D)

信息分隔字符：用于分隔信息

US(单元分隔,1/F),

RS(记录分隔,1/E),

GS(组分隔,1/D),

FS(文卷分隔,1/C)。

2.通信编码

通信编码：利用特定的电平信号来表示0、1比特值，并通过计算机或者其它通信设备的输入输出端口传输

(1)  RS-232编码

利用不同的电平表示不同的二进制值， (双极性编码）

正电平（+15v）表示数字信号 “ 0”      

负电平（-15v）表示数字信号  “1”

(2) 不归0交替编码(NRZI)

根据相邻比特的电平变化状况确定

比特间隔发生电平变化表示     “1”

比特间隔不发生电平变化表示   “0”    

特点：编码中不含同步信息 发送/接收设备的时钟略有差异时，可能造成误差积累,造成取样脉冲的偏移，出现差错

(3) 曼彻斯特编码

一个比特时间一分为二，在比特时间内：

发生低电平到高电平的变化表示“1”（低→高）

高电平到低电平的变化表示“0”（高→低）

(4) 差分曼彻斯特编码

编码特征：一个比特时间一分为二，            

比特时间的中部发生电平变化，表示的值依赖于前一比特的最终电平状态

当前比特的前半部分电平不同于前一比特的最终电平状态（即位间电平发生变化），表示“0”       当前比特的前半部分电平相同于前一比特的最终电平状态（即位间电平不发生变化），表示“1”

(5) 4b/5b码——光纤应用，降低成本    

用5位(5b)的符号表示4位(4b)的信息(数据)

采用不归0交替编码(NRZI)表示这5位符号。    

要求每个符号中至少应有2个以上的“1”比特 跃变）出现，  

 例：0010-->01001，0110-->01110 ， 1100-->11010                1000--> 10010,  0000--> 11110

特点：内含同步信号，支持批量数据传输；编码效率较高，80%。