信號是數(shù)據(jù)的電磁編碼，信號中包含了所要傳遞的數(shù)據(jù)。信號一般以時(shí)間為自變量，以表示消息(或數(shù)據(jù))的某個(gè)參量(振幅、頻率或相位)為因變量。信號按其自變量時(shí)間的取值是否連續(xù)，可分為連續(xù)信號和離散信號;按其因變量的取值是否連續(xù)，又可分為模擬信號和數(shù)字信號。信號具有時(shí)域和頻域兩種最基本的表現(xiàn)形式和特性。時(shí)域特性反映信號隨時(shí)間變化的情況。頻域特性不僅含有信號時(shí)域中相同的信息量，而且通過對信號的頻譜分析，還可以清楚地了解該信號的頻譜分布情況及所占有的頻帶寬度。為了得到所傳輸?shù)男盘枌邮赵O(shè)備及信道的要求，只了解信號的時(shí)域特性是不夠的，還必須知道信號的頻譜分布情況。信號的時(shí)域特性表示出信號隨時(shí)間變化的情況。由于信號中的大部分能量都集中在一個(gè)相對較窄的頻帶范圍之內(nèi)，因此我們將信號大部分能量集中的那段頻帶稱為有效帶寬，簡稱帶寬。任何信號都有帶寬。一般來說，信號的帶寬越大，利用這種信號傳送數(shù)據(jù)的速率就越高，要求傳輸介質(zhì)的帶寬也越大。下面我們將簡單介紹常見信號的頻譜和帶寬。聲音信號的頻譜大致在20 Hz～2000 kHz的范圍(低于20 Hz的信號為次聲波，高于2000 kHz的信號為超聲波)，但用一個(gè)窄得多的帶寬就能產(chǎn)生可接受話音的重現(xiàn)，因而話音信號的標(biāo)準(zhǔn)頻譜為300 Hz～3400 Hz，其帶寬為3 kHz。電視信號的頻譜為0～4 MHz，因此其帶寬為4 MHz。作為一個(gè)特殊的例子，單穩(wěn)脈沖信號的帶寬為無窮大。而對于二進(jìn)制信號，其帶寬一般依賴于　信號波形的確切形狀以及0、1的次序。信號的帶寬越大，它就越忠實(shí)地表示著數(shù)字序列。

截止頻率與帶寬根據(jù)傅立葉級數(shù)我們知道，如果一個(gè)信號的所有頻率分量都能完全不變地通過信道傳輸?shù)浇邮斩?，那么在接收端由這些頻率分量疊加起來而形成的信號則和發(fā)送端的信號是完全一樣的，即接收端完全恢復(fù)了發(fā)送端發(fā)出的信號。但現(xiàn)實(shí)世界上，沒有任何信道能毫無損耗地通過所有頻率分量。如果所有的傅立葉分量都被等量衰減，那么接收端接收到的信號雖然在振幅上有所衰減，但并沒有發(fā)生畸變。然而所有的傳輸信道和設(shè)備對不同的頻率分量的衰減程度是不同的，有些頻率分量幾乎沒有衰減，而有些頻率分量被衰減了一些，這就是說，信道也具有一定的振幅頻率特性，因而導(dǎo)致輸出信號發(fā)生畸變。通常情況是頻率為0到fc赫茲范圍內(nèi)的諧波在信道傳輸過程中不發(fā)生衰減(或其衰減是一個(gè)非常小的常量)，而在此fc頻率之上的所有諧波在傳輸過程中衰減很大，我們把信號在信道傳輸過程中某個(gè)分量的振幅衰減到原來的0.707(即輸出信號的功率降低了一半)時(shí)所對應(yīng)的那個(gè)頻率稱為信道的截止頻率(cut-off frequency)。截止頻率反映了傳輸介質(zhì)本身所固有的物理特性。另一些情況下，則是因?yàn)槿藗冇幸獾卦诰€路中安裝了濾波器以限制每個(gè)用戶使用的帶寬。有些時(shí)候，由于在信道中加入雙通濾波器，因而信道對應(yīng)著兩個(gè)截止頻率f1和f2，它們分別被稱為下截止頻率和上截止頻率。而這兩個(gè)截止頻率之差f2-f1被稱作信道的帶寬。如果輸入信號的帶寬小于信道的帶寬，則輸入信號的全部頻率分量都能通過信道，因而信道輸出端得到的輸出波形將是不失真的。但如果輸入信號的帶寬大于信道的帶寬，則信號中某些頻率分量就不能通過信道，這樣輸出得到的信號將與發(fā)送端發(fā)送的信號有些不同，即產(chǎn)生了失真。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，必須限制信號的帶寬。2.2.3 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率單位時(shí)間內(nèi)能傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)稱為數(shù)據(jù)傳輸率。數(shù)據(jù)傳輸率的提高意味著每一位所占用的時(shí)間的減小，即二進(jìn)制數(shù)字脈沖序列的周期時(shí)間會(huì)減小，當(dāng)然脈沖寬度也會(huì)減小。前一節(jié)里我們已經(jīng)知道，即使二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號通過帶寬有限的理想信道時(shí)也會(huì)產(chǎn)生波形失真，而且當(dāng)輸入信號的帶寬一定時(shí)，信道的帶寬越小，輸出的波形失真就會(huì)越大。換個(gè)角度說，當(dāng)信道的帶寬一定時(shí)，輸入信號的帶寬越大，輸出信號的失真就越大，因此當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率提高到一定程度時(shí)(信號帶寬增大到一定程度)，在信道輸出端上的信號接收器根本無法從已失真的輸出信號中恢復(fù)出所發(fā)送的數(shù)字序列。這就是說，即使對于理想信道，有限的帶寬也限制了信道數(shù)據(jù)傳輸率。早在1924年，H. Nyquist(奈奎斯特)就認(rèn)識到這個(gè)基本限制的存在，并推導(dǎo)出表示無噪聲有限帶寬信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率的公式。在1948年，C. Shannon(香農(nóng))把奈奎斯特的工作進(jìn)一步擴(kuò)展到了信道受到隨機(jī)噪聲干擾的情況。這里我們不加證明地簡述這些視為經(jīng)典的結(jié)果。奈奎斯特證明，任意連續(xù)信號f(t)通過一個(gè)無噪聲的帶寬為B的信道后，其輸出信號為一個(gè)帶寬為B的時(shí)間連續(xù)信號g(t)。如果要輸出數(shù)字信號，還必須以一定的速率對g(t)進(jìn)行等間隔的抽樣。抽樣速度高于每秒2B次是無意義的，因?yàn)樾盘栔懈哂谛诺缼払以外的高頻分量已被信道衰減掉。如果g(t)由V個(gè)離散化的電平組成，即每次抽樣的可能結(jié)果為V個(gè)離散化電平之一，則該信道的最大的數(shù)據(jù)傳輸率Rmax 為：Rmax = 2Blog 2V(比特/秒)例如，一個(gè)無噪聲帶寬為3000 Hz的信道不能傳送速率超過6000比特/秒的二進(jìn)制數(shù)字信號。前面我們僅僅考慮了無噪聲的理想信道。對于有噪聲的信道，情況將會(huì)迅速變壞。信道中熱噪聲用信號功率與噪聲功率之比來度量，信號功率與噪聲功率的比值稱為信噪比(Signal-to-Noise Ratio)。如果我們用S表示信號功率，用N表示噪聲功率，則信噪比應(yīng)被表示為S/N。但人們通常不使用信噪比的絕對值，而是使用10 log10S/N來表示，單位是分貝( dB)。對于S/N等于1 0的信道，則稱其信噪比為1 0 d B;同樣的道理，如果信道的S/N等于100，則稱其信噪比為20 dB;以此類推。香農(nóng)關(guān)于有噪聲信道最大數(shù)據(jù)傳輸率的結(jié)論是：對于帶寬為BHz，信噪比為S/N的信道，其最大數(shù)據(jù)傳輸率Rmax為：Rmax = Blog2 (1 + S/N)(比特/秒)例如，對于一個(gè)帶寬為3 kHz，信噪比為30 dB的信道，無論其使用多少個(gè)量化電平，也不管采樣速度多快，其數(shù)據(jù)傳輸率不可能大于30 000比特/秒。香農(nóng)的結(jié)論是根據(jù)信息論推導(dǎo)出來的，適用的范圍非常廣，要想超越這一結(jié)論就好比想要發(fā)明永動(dòng)機(jī)一樣，幾乎是不可能的。值得注意的是，香農(nóng)的結(jié)論僅僅給出了一個(gè)理論極限，而實(shí)際上，要接近這個(gè)極限也是相當(dāng)困難的。

總結(jié)信號是消息(或數(shù)據(jù))的一種電磁編碼，信號中包含了所要傳遞的消息。信號按其因變量的取值是否連續(xù)，可分為模擬信號和數(shù)字信號，相應(yīng)的也可將通信分為模擬通信和數(shù)字通信。傅立葉已經(jīng)證明：任何信號(不管是模擬信號還是數(shù)字信號)都是由各種不同頻率的諧波組成的，任何信號都有相應(yīng)的帶寬。而且任何信道在傳輸信號時(shí)都會(huì)對信號產(chǎn)生衰減，因此，任何信道在傳輸信號時(shí)都存在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸率的限制，這就是奈奎斯特定理和香農(nóng)定理所要告訴我們的結(jié)論。傳輸介質(zhì)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信的最基本的組成部分，它在整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的成本中占有很大的比重。為了提高傳輸介質(zhì)的利用率，我們可以使用多路復(fù)用技術(shù)。多路復(fù)用技術(shù)有頻分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用三種，它們用在不同的場合。數(shù)據(jù)交換技術(shù)包括電路交換、報(bào)文交換和分組交換三種，它們各自有優(yōu)缺點(diǎn)。Modem是用于在模擬電話網(wǎng)上傳輸計(jì)算機(jī)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的設(shè)備。Modem的調(diào)制方式有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及正交幅度調(diào)制，而且Modem還支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮和差錯(cuò)控制。