数据与计算机通信(第九版)(第3-7章).pdf

第3 章 数据传输 成功的数据传输主要取决于两个因素：传输信号的质量和传输媒体的特性。本章及下一 章就是为了使读者对这两个因素的本质有直观上的认识。 第一节介绍了一些来自电气工程领域内的概念和术语，为本章后面的内容提供了充分的 背景知识。3.2 节阐明了术语“模拟”（analog ）和“数字”（digital ）的使用。不论是模拟数 据还是数字数据，都可以用模拟信号和数字信号传输。再者，源和目的之间通常要执行一个 中间过程，而这一过程可能是模拟的，也可能是数字特性的。 3.3 节简单介绍了传输过程中存在的各种损伤，这些损伤有可能会导致数据产生误差。 主要的损伤包括衰减、衰减失真、时延失真和各种形式的噪声。最后，我们将讨论信道容量 这个重要概念。 3.1 概念和术语 这一节中所介绍的这些概念和术语，在本章其余部分，事实上在整个第二部分中都会经 常涉及。 3.1.1 传输术语 数据传输发生在由某种传输媒体连接的发送器和接收器之间。传输媒体可分为导向的 ( guided media)和非导向的( unguided media)两类。在这两种情况下，通信都是以电磁波的形 式进行的。对导向媒体而言，电磁波在导线引导下沿某一物理路径前进。导向媒体的例子有 双绞线、同轴电缆和光纤。非导向媒体也称为无线传播，它提供了传输电磁波的方式，但并 不引导它们的传播方向，例如通过空气、真空和海水的传播。 术语“直连链路”( direct link)指的是在两个设备之间，除了一些用于增加信号强度的放 大器和转发器之外，再没有其他中间设备存在，信号传播可直接从发送器到达接收器的传输 路径。注意，这个术语对导向媒体和非导向媒体都适用。 如果导向媒体在两个设备之间提供了一条直连链路，并且它仅被这两个设备共享，那么 这个导向传输媒体就是点对点( point-to-point) 的。在多点 （multipoint ）导向媒体的设置中， 有两个以上的设备共享同一传输媒体。 传输过程可能是单工 （simplex ）、半双工 （half-duplex ）或全双工 （full-duplex ）的。在 单工传输方式中，信号仅向一个方向传输，一个站点是发送器，而另一个站点则是接收器。 在半双工操作中，两个站点都可以发送信号，但在同一时间允许一方发送。在全双工操作中， 两个站点可同时发送信号。在最后一种情况下，媒体在同一时间向两个方向传送信号。在适 当的时候我们会解释它是如何实现的。应当注意到，以上给出的定义都是美式常用术语（由 ANSI 定义）。在其他一些地方（由ITU-T 定义），术语“单工”对应于前面定义的术语“半 双工”，术语“双工”则与前面定义的术语“全双工”对应。 3.1.2 频率、频谱和带宽 在本书中，我们讨论的是作为传输数据的一种手段的电磁信号。在图1.5 中的点3，由 发送器生成信号并通过媒体传输。这个信号是一个时间的函数，但它也可以用一个频率的函 数来表示。也就是说，信号是由不同频率成分组成的。实际上，要了解数据传输，用频域 ( frequency domain)的观点解释信号比用时域( time domain)的观点解释信号重要得多。在此 我们对这两种观点一一介绍。 1 时域概念 从时间函数的观点来看，电磁信号不是模拟的就是数字的。如果经过一段时间，信号的 强度变化模式是平滑的，这种信号就是模拟信号。换言之，就是信号没有中断或不连续。如 果在一段时间内信号强度保持某个常量值，然后在下一时段又变化到另一个常量值，这种信 号称为数字信号。图3.1 所示为上面两种信号的例子。这里的连续信号可能代表了一段讲话， 而离散信号则可能代表了二进制的0 和1。 最简单的信号是周期信号，它是指经过一段时间，不断重复相同信号模式的信号。图 3.2 所举的例子就是一个周期连续信号（正弦波）和一个周期离散信号（方波）。从数学的角 度看，当且仅当信号s(t)可表示为 S t  T   s(t) t  信号s(t)才是周期信号。这里的常量T 是信号周期（T 是满足该等式的最小值），否则该 信号是非周期的。 图3.1 模拟波形和数字波形 图3.2