计算机网络技术基础：5.数据通信系统

一、数据通信的基本概念

1.信息

        信息是对客观事物的运动状态和存在形式的反映，可以是客观事实的形态、大小、结构、性能等描述，也可以是客观事物与外部之间的联系。信息的载体可以是数字、文字、语音、图形和图像等。计算机及其外围设备产生和交换的信息都是由二进制代码表示的字母、数字或控制符号的组合。

2.数据

        数据是传递信息的实体，是信息的一种表现形式。在计算机网络中，数据分为模拟数据和数字数据两种。其中，用于描述连续变化量的数据称为模拟数据，如声音、温度等；用于描述不连续变化量的数据称为数字数据，如文本信息、整数等。

3.信号

        信号是携带信息的介质，是数据的一种电磁编码。信号一般以时间为自变量，以表示信息（或数据）的某个参量（振幅、频率或相位）为因变量。信号按其因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字信号。

        模拟信号是指信号的因变量完全随连续信息的变化而变化的信号，其因变量一定是连续的。例如，电视图像信号、语音信号、温度传感器的输出信号及许多遥感遥测信号等。

        数字信号是指表示信息的因变量是离散的，其自变量时间的取值也是离散的信号。数字信号的因变量的状态是有限的，如计算机数据信号、数字电话信号和数字电视信号等。

        虽然数字信号和模拟信号有着明显的差别，但是它们在一定条件是可以相互转化的。模拟信号可以通过采样、量化、编码等步骤变成数字信号，而数字信号也可以通过解码、平滑等步骤变成模拟信号。

        信息、数据和信号三者的关系是：信息一般用数据来表示，而数据通常需要转变为信号进行传输。

二、数据通信系统模型

1.数据通信系统的组成

        信息的传递是通过数据通信系统来实现的，一个完整的数据通信系统一般由信源、信号变换器、通信信道、信宿等构成。

（1）信源和信宿

        信源就是信息的产生和发送端，是发出待传送信息的人或设备。信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。大部分信源和信宿设备都是计算机或其他数据终端设备。

（2）通信信道

        通信信道是传送信号的一条通路，由传输线路和传输设备组成。同一个传输介质上可以同时存在多条信号通路，即一条传输线路上可以有多个通信信道。信道类型是由所传输的信号决定的，用来传输模拟信号的信道称为模拟信道，用来传输数字信号的信道称为数字信道。

（3）信号变换器

        信号变换器的作用是将信源发出的数据变成适合在信道上传输的信号，或将信道上传来的信号变换成可供信宿接收的数据。发送端的信号变换器可以是编码器或调制器，接收端的信号变换器相对应的就是译码器或解调器。

（4）噪声

        信号在传输过程中受到的干扰称为噪声。噪声可能来自外部，也可能由信号传输过程本身产生。噪声虽然不算严格意义上的数据通信系统的组成部分，但噪声过大将影响被传送信号的真实性或正确性。

2.数据通信系统的主要技术指标

        描述数据通信系统数据传输速率大小和传输质量的好坏，往往需要运用信道带宽、波特率、比特率、信道容量、误码率、信道的传播延迟和信噪比等技术指标。

（1）信道带宽

        信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，即传输信号的最高频率与最低频率之差。例如，某通信线路可以不失真地传送2MHz~10MHz的信号，则该通信线路的信道带宽为8MHz。

（2）波特率

        波特率又称波形速率或调制速率，它是指数据传输过程中，在线路上每秒钟传送的波形个数。其单位是波特，记作baud。

        设一个波形的持续周期为T,则波特率B可按照下式计算：B=1/T(baud)。

(3)比特率

        比特率又称数据传输速率，是指数字信号的传输速率，用每秒钟所传输的二进制代码的有效位数表示，单位为比特/秒（记作b/s或bps）。比特率S可按下式计算：S=Blog2N(bps)。B是波特率，N是一个波形代表的有效状态数。

（4）信道容量

        信道容量一般是指物理信道能够传输信息的最大能力，它的大小由信道的带宽、可使用的时间、传输速率及信道质量（即信号功率与噪声功率之比）等因素决定。

（5）误码率

        误码率，也称出错率，是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输可靠性的重要指标。误码率等于传输出错的码元数占传输总码元数的比例。在计算机网路中一般要求数字信号误码率低于10^-6。

（6）信道的传播延迟

        信号在信道中的传输，从信源到信宿需要一定的时间，这个时间叫做传播延迟（也叫时延）。传播延迟与信源和信宿间的距离有关，也与具体的通信信道中的信号传播速度有关。

（7）信噪比

        在信道中，信号功率与噪声功率的比值称为信噪比。如果用S表示信号功率，用N表示噪声功率，则信噪比应表示为S/N。

        在实际传输中，更多地使用10log10（S/N）来表示信噪比，单位是分贝（dB）。对于S/N等于10的信道，则称其信噪比为10dB；同理，如果信道的S/N等于100，则称其信噪比为20dB；以此类推。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，因此信噪比越高越好。