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信号
计算机通信的目的是传送 消息(message)。如话音、文字、图像、视频等都是消息。数据(data)则是运送消息的实体,通常是有意义的符号序列;这种信息的表示可用计算机处理或产生,而信号(signal)则是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:
- 模拟信号/连续信号:代表消息的参数的取值是连续的。
- 数字信号/离散信号:代表消息的参数的取值是离散的。
信道
信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此,一条通信电路往往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:
- 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。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
- 双向交替通信/半双工通信:即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)。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。
- 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。
单向通信只需要一条信道,而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道(每个方向各一条)。显然,双向同时通信的传输效率最高。
调制
信号在信道中传输还需要调制,调制的原因是
基带信号(来自信源的信号常称为基带信号(即基本频带信号)。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。)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) 。
调制可分为两大类:
- 基带调制: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。变换后的信号仍然是基带信号。这类调制称为 基带调制。由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号,因此大家更愿意把这种过程称为编码(coding)。
- 带通调制:另一类调制则需要使用载波(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。经过载波调制后的信号称为带通信号(即仅在一段频率范围内能够通过信道),而使用载波的调制称为带通调制。
基本的带通调制方法有如下几种:
- 调幅(AM) :即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如,0 或 1 分别对应于无载波或有载波输出。
- 调频(FM) :即载波的频率随基带数字信号而变化。例如,0 或 1 分别对应于频率 f1 或 f2。
- 调相(PM) :即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如,0 或 1 分别对应于相位 0 度或 180 度。
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,正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)。
编码方式
常见编码方式如上图所示,即:
- 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(这叫做没有自同步能力),而曼彻斯特编码具有自同步能力。
参考文档
- 《计算机网络》—— 谢希仁