计算机网络：模拟信号与数字信号通信

2023-10-19 理论教育版权反馈

【摘要】：在通信系统中，模拟数据表示的信号称作模拟信号，由数字数据表示的信号称作数字信号，二者是可以相互转化。模拟信号依赖于信号波形的连续变化。数字信号发送最突出的优点是比一般模拟信号发送便宜，而且很少受噪声干扰；最主要的缺点是数字信号比模拟信号易衰减。为了利用现有的模拟线路传输数字信号，必须将数字信号转化为模拟信号，将这一过程称作调制。在另一端，接收到的模拟信号要还原成数字信号，这个过程称作解调。

在通信技术中存在着两种数据传输的方式，一种是模拟信号传输；另一种是数字信号传输。模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而也可以用这些形式来传播。在通信系统中，模拟数据表示的信号称作模拟信号，由数字数据表示的信号称作数字信号，二者是可以相互转化。作为计算机网络上的数据来说，最好采用数字信号。

【做一做】

下图是模拟数据、数字数据、数字信号、模拟信号的对应表示，请仔细观察后完成下面的表格。

1.模拟信号传输

在通信领域中，很早就有了模拟通信，最典型的就是电话系统，它完全基于模拟传输方式。模拟信号依赖于信号波形的连续变化。在模拟传输中，使用的信号通常是正弦波，如右图。当然，实际传输的信号不可能是标准的正弦波形信号，要复杂得多。

在通信系统中，利用电信号把数据从一个点传到另一个点。模拟信号是一种连续变化的电磁波，这种电磁波可以按照不同频率在各种介质上传输。模拟数据在时间上和幅度取值上都是连续的，其电平随时间连续变化。例如，语音是典型的模拟信号，由模拟传感器接收到的信号如温度、压力、流量等也是模拟信号。

2.数字信号传输

随着数字电子设备和计算机的出现及大量使用，数字通信开始在通信技术中广泛应用。数字信号发送最突出的优点是比一般模拟信号发送便宜，而且很少受噪声干扰；最主要的缺点是数字信号比模拟信号易衰减。数字信号是一系列的电压脉冲，在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的，它一般是由0、1的二进制代码组成的数字序列。通常用恒定的正电压来表示二进制1，用恒定的负电压来表示二进制0。

【做一做】

仔细阅读上面关于数字信号传输与模拟信号传输的内容，对下面传输方式进行比较。

利用调制解调器（Modem）可以将数字信号转换成模拟信号传输，也可以将传输到达的模拟信号转换成数字信号。传统的电话通信信道是传输语音一级的模拟信道，无法直接传输计算机的数字信号。为了利用现有的模拟线路传输数字信号，必须将数字信号转化为模拟信号，将这一过程称作调制。在另一端，接收到的模拟信号要还原成数字信号，这个过程称作解调。通常由于数据的传输是双向的，因此，每端都需要调制和解调。

【做一做】

下面是网络工程师在安装网络时与客户的一段对话，有一些说法不太准确，请将不理解和不准确的地方勾画出来请老师进行讲解，然后将老师的讲解写在后面。

客　户：我想让我家里的计算机能上网，应怎么办呢?

工程师：现在上网的形式很多，你想使用哪种?

客　户：我不懂，请你给我介绍一下。

工程师：目前上网有电信宽带、联通宽带、移动宽带、广电宽带等。其中，电信宽带、联通宽带还分了LAN和ADSL的，你想用哪种呢?(www.chuimin.cn)

客　户：哪种都行，只要上网稳定、价格合理。

工程师：你想上网速度快一点，还是有什么特别要求呢?

客　户：当然快一点好。我就想上网找一些资料、娱乐一下，没什么其他特别要求?

工程师：我们提供的带宽有10Mbit/s、20Mbit/s、60Mbit/s等几种，一般客户都选择带宽为10Mbit/s/20Mbit/s，既经济上网速度也较快。

客　户：那就选10Mbit/s。听说安装时还要免费赠送一个什么光纤路由器?

工程师：安装时我们会为你免费提供光纤路由器。

客　户：谢谢!

知识窗

●根据所允许的传输方向，数据通信方式可分成以下3种：

◇单工通信　数据只能沿一个固定方向传输，即传输是单向的。

◇半双工通信　允许数据沿两个方向传输，但在每一时刻信息只能在一个方向传输。

◇双工通信　允许信息同时沿两个方向传输，这是计算机通信常用的方式，可大大提高传输速率。

●数据通信中的基本概念：

◇带宽　带宽是信道中的信号在传输或处理过程中频带宽度（频率范围）的简称，它是传输信号的最高频率与最低频率之差，单位为Hz。一般来说，信道的带宽是由传输介质、接口部件、传输协议以及传输信息的类型等多种因素共同决定，在一定程度上体现了信道的性能，是衡量传输系统的一个重要指标。当所有其他因素不变时，信号的带宽越宽，数据传输率越高。

◇基带　在数据通信中，电信号所固有的基本频率称为基本频带，简称为基带。将原始的数据或信息经取样得到的电信号称为“模拟信号”，再用模拟/数字（A/D）转换器对其完成量化和编码得到的二进制数字信号就是基带数字信号。再将其以一串串电压脉冲序列插入到基带同轴电缆上，就可以实现信号的单信道双向传输。通常用于基带数字信号传输的基带同轴电缆阻抗为50Ω，其数据传输速率为0～10Mbit/s。

◇宽带　在网络中，“宽带”是指它的通频带相比基带信号的通频带（窄带）更宽。在宽带同轴电缆上主要传输的是模拟信号，而宽带信号的频谱因此可以分割成多条逻辑信道或者段，使信道的频分复用（FDM）成为可能，如典型的多套电视节目信号同时在电视同轴电缆中传输就是采用的FDM方式。实际上，分割成的多信道支持数据传输、视频和无线电信号的单向传输，从而实现模拟信号的宽带传输。宽带同轴电缆的阻抗为75Ω，其数据传输速率可达0～400Mbit/s。

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