计算机网络（2.3）物理层-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。信道与电路并不等同。

通俗的说，信道就是传输信号的通道。通常对信道由两种理解：一种是指信号的传输介质，如双绞线、光缆等，称为狭义信道。另一种是将传输介质和信号转换设备都归集在一起， 则称这种扩大范围的信道为广义信道。习惯上，又把信道称为线路、链路等。信道也可以是逻辑上的概念。

信道的频带宽度是指信号能无失真的传送的频带范围，即该频带范围的最高值减去最低值，简称为带宽。

狭义信道的带宽由传输介质的物理特性决定；而广义信道的带宽还要受信号转换设备的限制。

• 单向通信（单工通信-simplex）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线广播、有线广播及电视广播。

• 双向交替通信（半双工通信-half duplex）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。步话机。

• 双向同时通信（全双工通信-full deplex）——通信的双方可以同时发送和接收信息。目前主要的数据通讯方式。

设计一个数据通信系统，必须先决定数据信息是沿一个方向传输，还是来回双向传输。 要是来回双向传输，还要决定发送接受设备是否同时进 行发送和接受，即是否双向同时传输。

单工通信、半双工通信 和全双工通信

基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。 像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。

基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制 (modulation)。

调制分为两大类：

基带调制：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。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 (coding)。

带通调制：使用载波 (carrier)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，这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 带通信号：经过载波调制后的信号。

(1) 常用编码方式

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 1。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 (Manchester) 编码和差分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（这叫作没有自同步能力）， 而曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。

(2) 基本的带通调制方法

基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制(modulation)。

最基本的二元制调制方法有以下几种：

• 调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。
• 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。
• 调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。

正交振幅调制QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法。

例如：可供选择的相位有12 种，而对于每一种相位有1或 2 种振幅可供选择。总共有 16 种组 合，即16 个码元。由于4 bit 编码共有16 种不同的组合，因此 这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的 编码。数据传输率可提高4 

不是码元越多越好。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难，出错率增加。

 QAM是一种矢量调制，将输入比特先映射（一般采用格雷码）到 一个复平面（星座）上，形成复数调制符号，然后将符号的I、Q 分量（对应复平面的实部和虚部，也就是水平和垂直方向）采用 幅度调制，分别对应调制在相互正交（时域正交）的两个载波 （coswt和sinwt）上。这样与幅度调制(AM)相比，其频谱利用率 将提高1倍。QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载 波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下 可实现更高的频带利用率，QAM最高已达到1024-QAM（1024个样 点）。样点数目越多，其传输效率越高，例如具有16个样点的 16-QAM信号，每个样点表示一种矢量状态，16-QAM有16态，每4 位二进制数规定了16态中的一态，16-QAM中规定了16种载波和相 位的组合，16-QAM的每个符号和周期传送4比特。

脉码调制（PCM）

增量调制（DM）

增量调制简称ΔM或增量脉码调制方式 （DM），它是继PCM后出现的又一 种模拟信号数字化的方法。1946年由法国工程师De Loraine 提出，目的在于简化模拟信号的数字化方法。主要在军 事通信和卫星通信中广泛使用，有时也作为高速大规模集成电路中的A/D转换器使用。 

总结

（1）数字数据编码为数字信号： 不归零制、归零制、曼彻斯特编码、 差分曼彻斯特编码、4b5b、7b8b等。

（2）模拟信号转换为数字信号： PCM（脉冲编码调制）、DM（增量调制）

（3）数字数据调制为模拟信号 ： 调幅、调频、调相。

（4）模拟数据转换为模拟信号： 调幅、调频、调相
 

最后

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