夏杰

[摘 ?要：數(shù)據(jù)通信技術(shù)是數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。為了更深入地了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于數(shù)據(jù)通信的基本概念和基本理論的學(xué)習(xí)是十分必要的，本文淺談一下數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：通信基礎(chǔ);帶寬;信道]

數(shù)據(jù)通信是指通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)信息的通信過(guò)程，也就是數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方的過(guò)程，但傳送數(shù)據(jù)的方式是多種多樣的。

廣泛的通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，我們將計(jì)算機(jī)和其他生成數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal Equipment，DTE），它是數(shù)據(jù)的出發(fā)點(diǎn)和目的地，可分別稱為源點(diǎn)和終點(diǎn)。源點(diǎn)是產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端，而終點(diǎn)是接受信息的一端。

從通信雙方信息交互的方式來(lái)看，可以有以下兩種基本方式。單工（simplex）通信：一端只發(fā)送，而另一端只接收;雙工（duplex）通信：此時(shí)信源與信宿合為一體，變換器與反變換器也合為一體。又分為全雙工（full duplex）和半雙工（half duplex），全雙工是指通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，半雙工是指雙方都可以發(fā)送信息，但是不能同時(shí)發(fā)送和接收。

數(shù)據(jù)是運(yùn)送信息的實(shí)體，可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。信號(hào)（Signal）是數(shù)據(jù)的電磁波表示形式，可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可用這兩種信號(hào)來(lái)表示。模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，信號(hào)的取值是連續(xù)的，數(shù)字信號(hào)的取值都是離散的，如計(jì)算機(jī)通信所用的二進(jìn)制代碼“0”和“1”組成的信號(hào)。

信道一般用來(lái)表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒質(zhì)。因此，一條通信線路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。一個(gè)信道可以看成是一條線路。信道是傳輸信號(hào)的通道，可以是有線的傳輸介質(zhì)，也可以是無(wú)線的傳輸介質(zhì)，可以是簡(jiǎn)單的傳輸線，也可以是連接在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。和信號(hào)的分類相似，信道也可以分成傳送模擬信號(hào)的模擬信道和傳送數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信道兩大類。但是應(yīng)注意，數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)數(shù)模變換后就可以在模擬信道上傳送，而模擬信號(hào)在經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換后也可以在數(shù)字信道上傳送。

此外，信息在信道中傳輸時(shí)，可能會(huì)受到外界的干擾，我們稱之為噪聲。如信號(hào)在無(wú)屏蔽雙絞線中傳輸時(shí)會(huì)受到電磁場(chǎng)的干擾。

通信系統(tǒng)中傳輸信息的信道具有一定的頻率范圍（即頻帶寬度），稱為信道帶寬，信道的帶寬是由傳輸媒體和有關(guān)的附加設(shè)備與電路的頻率特性綜合決定的。

信道的主要技術(shù)指標(biāo)是用數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量和質(zhì)量來(lái)衡量的。數(shù)量指標(biāo)主要指?jìng)鬏數(shù)乃俣?，包括?shù)據(jù)傳輸速率、信道容量等，質(zhì)量指標(biāo)是指數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，一般用?shù)據(jù)傳輸?shù)某鲥e(cuò)率來(lái)衡量。

信道容量是指信道能夠傳送的最大的數(shù)據(jù)率，它與采用的傳輸介質(zhì)、信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法、交換器的性能等密切相關(guān)，是描述信道的主要指標(biāo)之一。當(dāng)信道上傳送的數(shù)據(jù)率大于信道允許的數(shù)據(jù)率時(shí)，信道根本就不能傳送信號(hào)，所以，信道容量是信道的一個(gè)極限參數(shù)。傳輸速率受限的原因是任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來(lái)多種干擾。碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。

奈式準(zhǔn)則：理想低通信道的最高碼元傳輸速率C=2WBaud。其中，W是理想低通信道的帶寬，單位為赫（Hz），每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個(gè)碼元。Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個(gè)碼元。實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出的上限數(shù)值。其中波特（Baud）和比特（bit）是兩個(gè)不同的概念。波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€(gè)碼元）。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號(hào)速率，而比特是信息量的單位。

香農(nóng)公式表明：信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬W 或信噪比 S/N 沒(méi)有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒(méi)有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)公式的極限傳輸速率低很多。

信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒(méi)有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒(méi)有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)公式的極限傳輸速率低很多。

所以要提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，就必須設(shè)法使每一個(gè)碼元攜帶更多比特的信息量，這就需要采用多進(jìn)制的調(diào)制方法，不過(guò)信道的極限數(shù)據(jù)率是無(wú)法達(dá)到的。

傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息的物理通道，它的性能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的通信、速度、距離、價(jià)格以及網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)和可靠性都有很大影響。因此，必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的具體要求，選擇適當(dāng)?shù)膫鬏斀橘|(zhì)。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有很多種，一般可分為兩大類：一類是有線傳輸介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纖等;另一類是無(wú)線傳輸介質(zhì)，如微波和衛(wèi)星通信等。