Communication 版 (精华区)

发信人: skale (空水澄鲜), 信区: Communication
标  题: [Ch.2]模拟&数字通信
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Tue Oct 11 18:33:10 2005)

发信人: Able (泡泡龙·诚实进攻), 信区: EE 
标 题: [Ch.2]模拟&数字通信 
发信站: 北大未名站 (2003年03月24日12:42:04 星期一), 转信 

一、通信信道与信道容量(Communication Channel Channel Capacity) 

　　通信信道(Communication Channel) 是数据传输的必由之路，在计算机网络中信 
道分为物理信道和逻辑信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它由传输介 
质与有关通信设备组成；逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收数据信号的双 
方通过中间结点所实现的逻辑“联系”，由此为传输数据信号形成的逻辑通路。逻辑 
信道可以是有连接的，也可以是无连接的。 
　　物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道，也可按传输数据 
类型的不同分为数字信道和模拟信道。 
　　信道容量(Channel Capacity)指信道传输信息的最大能力：对于数字信道一般用 
单位时间可以传输的最大二进制位(比特bit)数来表示，对于模拟信道则由信道的带 
宽表示。信道容量的大小还受信道质量和可使用时间的影响，当信道质量较差时，实 
际传输速率将降低。 

二、模拟数据通信和数字数据通信(Analog Data Communication & Digital Data C 
ommunication) 

　　1.模拟数据与数字数据 
　　我们一般将数据分为模拟数据和数字数据两大类。 
　　模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力 
，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。 
　　数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机 
中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。目前，ASCII美国信息交换标 
准码(American Standard Code for Information Interchange)已为ISO国际标准化 
组织和CCITT国际电报电话咨询委员会所采纳，成为国际通用的信息交换标准代码， 
使用7位二进制数来表示一个英文字母、数字、标点或控制符号；图形、音频与视频 
数据则可分别采用多种编码格式。 

　　2.模拟信号与数字信号 

　　(1)模拟信号与数字信号 
　　不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号( 
Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波 
)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(D 
igital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示 
二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。 
　　当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作 
为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模 
拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。 
　　当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆 
或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。 

　　(2)模拟信号与数字信号之间的相互转换 
　　模拟信号和数字信号之间可以相互转换：模拟信号一般通过PCM脉码调制(Pulse 
Code Modulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的 
二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位 
或30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相(Phase Shift)的方法转换为模拟信 
号。 
　　计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，目前在计算机广域网 
中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更 
具应用发展前景的是数字信号。 

　　3.模拟数据通信与数字数据通信 

　　(1)模拟数据通信 
　　模拟数据通信(Analog Data Communication)指用现有的模拟传输线路来传输模 
拟数据或数字数据对应的模拟信号。例如目前我们广泛使用公用电话线路来传输语音 
或计算机数字数据对应的模拟信号，我们也可以使用公共有线电视网来传输视频和计 
算机数字数据对应的模拟信号。 
　　为了用模拟数据通信的方法实现模拟数据和数字数据的远距离传输，我们一般不 
直接传输模拟信号(包括由数字信号转换而来的模拟信号)，而是在发送方使用某一频 
率的电磁波作为载波(Carrier)，然后用模拟信号或数字信号对其进行调制(Modulat 
ion)，调制后的载波信号(为模拟信号)占有以该载波频率为中心的一段频谱，并能在 
适于该载波频率的介质上传输；而在接收方则通过解调制(Demodulation)还原叠加于 
载波上的模拟信号或数字信号。我们将可同时完成调制和解调的装置称为调制解调器 
(MODEM)。 
　　载波信号可以表示为u(t)=A(t)sin(ωt+φ)，其中：振幅A、角频率ω和相位φ 
是载波的调制控制参数，我们可以通过改变这三个参量实现对载波的不同调制。 
　　模拟信号对载波的调制一般采用调幅(AM)或调频(FM)的方法；数字信号对载波的 
调制可以采用调幅(AM，即分别用幅度为1和幅度为0的载波信号代表二进制数字1和0 
)、调频(FM，即分别用两种不同频率的载波信号代表二进制数字1和0)和调相(PM，即 
分别用两种不同相位的载波信号代表二进制数字1和0，称为两相调制，其调制一次载 
波信号只能传输1位数字信号)的方法。 
　　在数字信号调制中，由于幅度调制抗干扰能力差，而频率调制的频带利用率低， 
因而很少使用；相位调制占用频带窄，抗干扰性能好，在实际中应用较多。 
　　调相又称为移相(Phase Shift)，为了每调制一次载波相位能传输多位数字信号 
，对于数字信号一般采用多相调制的方法。例如：将数字信号按两个比特一组进行编 
码(每组编码调制一次载波相位)，两位二进制数可以有22=4种不同的数(00，01，10 
，11)，每种数对应1种调制相位，因此称为四相调制，其调制一次载波相位则传输2 
位数字信号；依次类推，将数字信号按三个比特一组进行编码，三位二进制数可以有 
23=8种不同的数(000，001，010，011，100，101，110，111)，每种数对应1种调制 
相位，因此称为八相调制，其调制一次载波相位则传输3位数字信号；......。 
　　显然，调制本身就可以将数字信号转换为模拟信号。为了使数字数据能在普通的 
音频电话线上传输，目前微机上使用的调制解调器一般选用音频作为载波频率，它可 
以实现数字信号与音频模拟信号之间的调制与解调制转换。 

　　(2)数字数据通信 
　　数字数据通信(Digital Data Communication)指直接利用数字传输技术在数字设 
备之间传输数字数据，或模拟数据对应的数字信号。由于计算机使用二进制数字信号 
，因而计算机与其外部设备之间，以及计算机局域网、城域网大多直接采用数字数据 
通信。此外，目前北美采用的24路PCM脉码调制(速率为1.544Mpbs)，以及欧洲和我国 
采用的30路PCM脉码调制(速率为2.048Mbps)电话系统均是数字数据通信系统。 
　　由于数字数据通信传送的是离散的数字信号，即逐位传送二进制数字代码，因此 
要求系统应能确知传输线上正在传送的数位是0还是1。 

　　(3)数字数据通信的优点 
　　与模拟数据通信相比较，数字数据通信具有下列优点： 
数字技术比模拟技术发展更快，数字设备很容易通过集成电路来实现，并与计算机 
相结合，而由于超大规模集成电路技术的迅速发展，数字设备的体积与成本的下降速 
度大大超过模拟设备，性能价格比高； 
来自声音、视频和其他数据源的各类数据均可统一为数字信号的形式，并通过数字 
通信系统传输； 
在长距离数字通信中可以通过中继器放大和整形来保证数字信号的完整性而不累积 
噪音； 
以数据帧为单位传输数据，并通过检错编码和重发数据帧来发现与纠正通信错误， 
从而有效保证通信的可靠性； 
使用加密技术可有效增强通信的安全性； 

　　需要指出，鉴于传统公用电话网已在世界范围普及，目前家庭个人计算机用户大 
都通过电话线路与计算机网络相连；此外，随着卫星通信的发展，高容量、高宽带的 
多路复用传输也大大提高了模拟通信的传输效率。但是，如果在两台计算机的通信线 
路之间，只有部分电路采用数字通信，则数字通信的优点并不能充分地得到发挥。因 
此，为了提高通信效率，有条件的用户应安装数字数据通信专线；此外，应大力发展 
陆上和海底的洲际光缆。 

　　近20年来，数字数据通信技术已开始发展并得到广泛应用。目前，数字通信已开 
始在长距离话音和数字数据领域逐渐替代传统的模拟通信。计算机网络技术的应用发 
展，则大大推动了数字通信技术的迅速发展。可以预言，数字数据通信最终将取代模 
拟数据通信。 


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