计算机网络 - 信道

基本概念

  • 信道一般是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。

交互方式

  • 单向通信 : 又称单工通信,即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。(例如:无线电广播

  • 双向交替通信 :又称半双工通信,即通信的双反个都可以发送信息,但不能同时发送也不能同时接收。一般是一方发送一方接收,过段时间再反过来。

  • 双向同时通信 : 又称全双工通信,即双方都可以同时发送和接收信息。

    单向通信只需一条信道,而双向通信则需要两条信道。
    来自信源的信号常称为基带信号(例如计算机输出的代表各种文字或图像的数据信号都属于
    基带信号)

    基带信号往往包含较多低频部分,甚至有直流成分,而许多信道不能传输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。
    

调制

调制可分为两大类

  • 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。变换后仍是基带信号,亦称编码
  • 带通调制 : 使用载波进行调制,把基带信号的频率搬移到更高的频段,并转换为模拟信号,经载波调制后的信号成为带通信号(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。

常用编码方式

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  • 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 。但也可以反过来定义
  • 差分曼彻斯特编码 : 在每一位的中心处始终都有跳变,位开始便捷又跳变代表0 ,而位开始边界没有跳变代表1 。

基本的带通调制方法

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  • 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。
    

信道能通过的频率范围

  • 码间串扰:如果信号中的高频分量在传输时收到衰减,那么接收端收到的波形前沿和后沿就不那么陡峭,接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限。
    在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,传输速率超过此上限,
    就会出现严重的码间串扰问题,使接收端对码元的判决(识别)称为不可能。

信噪比

由于噪声在所有的电子设备和通信信道中随机产生,它的瞬时值有时很大。因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。

但噪声的影响是相对的,如果信号较强,则噪声影响较小,因此信噪比就很重要。

  • 信噪比: 信号的平均功率和噪声的平均功率之比。用分贝作度量单位。

即信噪比(dB) = 10lg(S/N)

香农公式

信道的极限信息传输速率C = Wlog2 (1+S/N) (b/s)
式中W为信道的带宽;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。

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