数据通信第一步：数据→信号 From data to signals
模拟信号和数字信号 Analog and Digital Signals

信号 (signals) 数据的电气或电磁表示方 式 有模拟信号或数字信号两 种形式。 模拟信号 (analog signals) 信号波形随时间连续变化； 通常用连续变化的电压值 表示。 数字信号(digital signals) 瞬时跳变直方形； 只有有限个特定的电压值。
数字信号的时域和频域 Digital Signals: time & frequency domains
周期数字信号和非周期数字信号的时域和频域 （P49 图 3.17）
带宽:无穷大
频率: 离散的
带宽:无穷大
频率: 连续的
二进制数字信号 Binary Digital Signals

计算机通信所传输的方波信号(二进制数字信号) 都是非周期性的。 借助傅里叶分析，网络通信中需要传送的数字信号，是带宽无穷大 且由连续频率构成的复合模拟信号。

无限大带宽：可以准确传送数字信号 宽带宽：可以较准确传送数字信号 窄带宽：只能近似传送数字信号
什么是“调制”？ Concept of Modulation

调制：将输入信号 s(t)和频率为fc的载波信号叠加后， 生成一个带宽以fc为中心频率的调制信号m(t)。
基带传输的参考定义 More about Baseband Transmission

任何传输介质都只能传输某些频率范围内的信号，即具 有一个有限的带宽。 如果介质带宽小于信号的有效带宽，接收将会失真。
3.3 数字信号 Digital Signals
数字信号: 有限电平 Digital Signals: limited levels
P47 图3.16
如果传输信 号具有L个电 平，则每个 电平可以传 送的比特位 数为: Log2L
3.1 模拟与数字 Analog and Digital
模拟数据和数字数据 Analog and Digital Data

数据 (data) 各种需要传输和处理的信息（文字， 图像、声音、动作等）。 有模拟数据和数字数据两种形式。 模拟数据 (analog data) 具有可连续变化的值,通常用各种测 量单位表示 时间、身高、体重、温度、教师上课 的声音等。
频率为0
频率为∞
时域和频域 Time-domain and Frequency-domain

研究电磁信号的方法
时域 (time domain)
显示信号振幅随时间变化的情况 信号随时间变化的情况（时间的函数） 通常由电子线路设计师使用

频域 (frequency domain)
显示信号振幅随频率变化的情况 信号中频率分量的组成情况（频率的函数） 通常由通信系统设计师使用
宽带传输 Broadband Transmission

用高频信号（载波）把数字信号转换为高频带模拟信号 传输（使用载波发送调制过的数字信号） 宽带传输的通道：带宽下限频率不为0（带通通道） 带通通道（连续频率范围f1 → f2, f1 》0 Hz）

宽带传输 Broadband Transmission Note 如果可用通道是“带通通道”，我们不能直接将数 字信号发送到通道上，而需先将数字信号转换为模 拟信号。 If the available channel is a bandpass channel, we cannot send the digital signal directly to the channel; we need to convert the digital signal to an analog signal before transmission.
信号分析之路：分解成简单信号 Signal Analysis: Decomposition
信号的分析通常是非常复杂的。 为了便于信号分析，常用的做法是把复杂信号分解成一 些基本信号的组合。 最简单的信号是正弦信号。 借助于数学工具，可以把任意信号分解成有限个（对周 期信号）或无限个（对非周期信号）的组合或叠加。


数字数据 (digital data) 具有离散值且可以计数的。 听课同学的人数，教室电灯开关的状 态等。
数据和信号 Data and Signals
Note
数据要进行传输, 必须将其转换为电磁信号。 To be transmitted, data must be transformed to electromagnetic signals.

比特率用来反映数字信号的数据传输速率，即每秒传送的比特数 （二进制数位数），单位：bps (b/s) 或 Mbps。
【重要结论】网络通信中，需要传送的计算机信号带宽无穷大
基带传输 Baseband Transmission
通过低通通道发送没有调制的数字或模拟信号 基带传输的通道：带宽下限频率为0（低通通道） 低通通道（理想频谱：0→∞的连续频率范围）
P38图3.1


信号的转换 Converting Signals

模拟信号和数字信号之间是可以互相转换的
周期信号 Periodic Signals
非周期信号 Nonperiodic Signals
3.2 周期模拟信号 Periodic Analog Signals
最简单的周期模拟信号： 正弦波 Simplest Analog Signal: Sine Wave

通道：用于传输信号的通信通路（包括传输线路 和传输设备）
本章主要内容 Contents 3.1 模拟与数字 (Analog and Digital )
3.2 周期模拟信号 (Periodic Analog Signals)
3.3 数字信号 (Digital Signals) 3.4 传输减损 (Transmission Impairment) 3.5 最大数据速率计算 (Data Rate Limits) 3.6 性能指标 (Performance)
基带传输与通道带宽 Baseband Transmission and Channel Bandwidth
P50 图3.20
全真传输: 需要无限带宽的通道 Perfect Transmission: Require Infinite Bandwidth
Note
实现数字信号的无失真基带传输，要求使用 带宽无限大的低通通道。 Baseband transmission of a digital signal that preserves the shape of the digital signal is possible only if we have a low-pass channel with an infinite bandwidth.
第3章 数据和信号
Chapter 3 Data and Signals
本章讲什么 What’s about This Chapter？

本章研究:
数字信号的有关特性
什么是数字信号？ 如何分析数字信号？ 数字信号传输速率与传输通道带宽的关系

数字信号传输通道的有关特性
影响通信精度的通道因素 如何估算通道的最大数据速率？ 通道的主要性能指标
信号表示法：频域图 Frequency -Domain Plot

显示信号振幅(amplitude)随频率变化的情况 示例: 周期性复合信号(方波) 非周期性复合信号(单方波)
复合信号 Composite Signals Note
单一频率的正弦波在数据通信中没有用处； 我们需要发送复合信号, 一个复合信号由许 多简单的正弦波组成。 A single-frequency sine wave is not useful in data communications; we need to send a composite signal, a signal made of many simple sine waves.
宽带传输的参考定义 More about Broadband Transmission

在复用通道、无线通道和光通道中，数字基带信号必须经 过调制,将信号频谱搬移到高频处才能在通道中传输，我们 把这种传输称为数字信号的“宽带传输”或“频带传输”。 宽带传输 在发送端通过调制使基带信号频谱搬移到适合通道的载 波频带，并在接收端通过解调恢复基带信号频谱的传输 方式。 载波 频率的选取与使用的传输介质相兼容。 特点 通过载波进行通信；同一时间同一通道可同时传输多路 信号；主要用于无线传输、光纤传输和远程传输。

P44 例3.8
频谱与带宽 Spectrum and Bandwidth

信号的频谱(spectrum) 信号所包含的频率范围。 带宽(bandwidth) 频谱的宽度（最高频率减最低频率） 信号的绝对带宽(absolute bandwidth) 信号的频谱宽度。 信号的带宽(bandwidth) 信号频谱的某一窄小频带范围集中了信号的绝大部分能 量。这一频带称为“有效带宽”或者“带宽”。 请注意：此处指的是信号的带宽

简单信号（正弦波）: 时域和频域 Example: Simple Signal (sine wave)
示例: 三个正弦信号时 Examples：Three Sine Waves
P43 图 3.8 三个正弦波的时域和频域
信号表示法：时域图 Time-Domain Plot

显示信号振幅随时间变化的情况 示例: 周期性复合信号(方波) 非周期性复合信号(单方波)

在局域网之类的短距离传输中，通常可以不经过调制和解调 过程而让数字基带信号直接进行传输，我们称之为数字信号 的“基带传输”。 基带 由未经调制变换的信号所占的频带(下限为0 Hz) 基带信号 未经调制的模拟或数字信号,其有效带宽频谱从0 Hz开始 基带传输 不搬移信号频谱的传输方式 特点 不使用载波;由于频谱下限都是从0 Hz开始，所以同一时 间同一点上只能传输一路信号；主要用于有线LAN。