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。