這就是信道容量的問題。例如，在xDSL系統中，我們使用的傳輸介質是僅有幾兆帶寬的電話線，而上面要傳送幾兆、十幾兆甚至幾十兆帶寬的數據，如此高的速率能保證在幾兆帶寬的雙絞線上可靠傳輸嗎？或者說從另一個角度說，在給定通頻帶寬(Hz)的物理信道上，到底可以有多高的數據速率(b/S)來可靠傳送信息？

其實早在1924年，AT&T的工程師奈奎斯特（Henry Nyquist）就認識到在任何信道中，碼元傳輸的速率都是有上限的，并推導出一個計算公式，用來推算無噪聲的、有限帶寬信道的最大數據傳輸速率，這就是今天的奈奎斯特定理。

由于這個定理隻局限在無噪聲的環境下計算信道最大數據傳輸速率，而在有噪聲的環境下仍然不能有效計算出信道最大數據傳輸速率，因此在 1948年，香農（Claude Shannon）把奈奎斯特的工作進一步擴展到了信道受到随機噪聲幹擾的情況，即在有随機噪聲幹擾的情況計算信道最大數據傳輸速率，這就是今天的香農定理。下面分别介紹這兩個定理。

奈奎斯特證明，對于一個帶寬為W赫茲的理想信道，其最大碼元（信号）速率為2W波特。這一限制是由于存在碼間幹擾。如果被傳輸的信号包含了M個狀态值（信号的狀态數是M），那麼W赫茲信道所能承載的最大數據傳輸速率（信道容量）是：

假設帶寬為W赫茲信道中傳輸的信号是二進制信号（即信道中隻有兩種物理信号），那麼該信号所能承載的最大數據傳輸速率是2Wbps。例如，使用帶寬為3KHz的話音信道通過調制解調器來傳輸數字數據，根據奈奎斯特定理，發送端每秒最多隻能發送2×3000個碼元。如果信号的狀态數為2，則每個信号可以攜帶1個比特信息，那麼話音信道的最大數據傳輸速率是6Kbps；如果信号的狀态數是4，則每個信号可以攜帶2個比特信息，那麼話音信道的最大數據 傳輸速率是12Kbps。

奈奎斯特考慮了無噪聲的理想信道，而且奈奎斯特定理指出，當所有其他條件相同時，信道帶寬加倍則數據傳輸速率也加倍。但是對于有噪聲的信道，情況将會迅速變壞。現在讓我們考慮一下數據傳輸速率、噪聲和誤碼率之間的關系。噪聲的存在會破壞數據的一個比特或多個比特。假如數據傳輸速率增加了，每比特所占用 的時間會變短，因而噪聲會影響到更多比特，則誤碼率會越大。

通常信噪比在接收端進行測量，因為我們正是在接收端處理信号并試圖消除噪聲的。如果用S表示信号功率，用N表示噪聲功率，則信噪比表示為S/N。為了方便起見，人們一般用10log10（S/N）來表示信噪比，單位是分貝（dB）。S/N的值越高，表示信道的質量越好。例如，S/N為1000，其信噪比為30dB；S/N為100，其信噪比為20dB；S/N為10， 其信噪比為10dB。

對于通過有噪聲信道傳輸數字數據而言，信噪比非常重要，因為它設定了有噪聲信道一個可達的數據傳輸速率上限，即對于帶寬為W赫茲，信噪比為S/N的信道，其最大數據傳輸速率（信道容量）為：

例如，對于一個帶寬為3KHz，信噪比為30dB（S/N就是1000）的話音信道，無論其使用多少個電平信号發送二進制數據，其數據傳輸速率不可能超過30Kbps。值得注意的是，香農定理僅僅給出了一個理論極限，實際應用中能夠達到的速率要低得多。其中一個原因是香農定理隻考慮了熱噪聲（白噪聲），而沒有考慮脈沖噪聲等因素。

香農定理給出的是無誤碼數據傳輸速率。香農還證明，假設信道實際數據傳輸速率比無誤碼數據傳輸速率低，那麼使用一個适當的信号編碼來達到無誤碼數據傳輸速率在理論上是可能的。遺憾的是，香農并沒有給出如何找到這種編碼的方法。不可否認的是，香農定理确實提供了一個用來衡量實際通信系統性能的标準。

說完上面這兩個定理，在說說對編碼和調制的解說。

信源與信宿是網絡中的兩個專業名詞，其實，信源與信宿可簡單地理解為信息的發送者和信息的接收者。信息傳播的過程一般可描述為：信源→信道→信宿。在傳統的信息傳播過程中，對信源的資格有嚴格的限制，通常是指廣播電台、電視台等機構，采用的是有中心的結構。而在計算機網絡中，對信源的資格并無特殊限制，任何一個網絡中的計算機都可以成為信源，當然任何一個網絡中計算機也可以成為信宿。

由于傳輸介質及其格式的限制，通信雙方的信号不能直接進行傳送，必須通過一定的方式處理之後，使之能夠适合傳輸媒體特性，才能夠正确無誤地傳送到目的地。

調制是指用模拟信号承載數字或模拟數據；而編碼則是指用數字信号承載數字或模拟數據。

目前存在的傳輸通道主要有模拟信道和數字信道兩種，其中模拟信道一般隻用于傳輸模拟信号，而數字信道一般隻用于傳輸數字信号。有時為了需要，也可能需要用數字信道傳輸模拟信号，或用模拟信道傳輸數字信号，此時，我們就需要先對傳輸的數據進行轉換，轉換為信道能傳送的數據類型，即模拟信号與數字信号的轉 換，這是編碼與調制的主要内容。

當然模拟數據、數字數據如何通過通道發送的問題也是編碼與調制的重要内容。下面我們分别從模拟信号使用模拟信道傳送、模拟 信号使用數字信道傳送、數字信号使用模拟信道傳送和數字信号使用數字信道傳送四個方面來介紹數據的調制與編碼。

有時候模拟數據可以在模拟信道上直接傳送，但在網絡數據傳送中這并不常用，人們仍然會将模拟數據調制出來，然後再通過模拟信道發送。調制的目的是将模 拟信号調制到高頻載波信号上以便于遠距離傳輸。目前，存在的調制方式主要有調幅（Amplitude Modulation，AM）、調頻（Frequency Modulation，FM）及調相（Phase Modulation，PM）。

使模拟信号在數字信道上傳送，首先要将模拟信号轉換為數字信号，這個轉換的過程就是數字化的過程，數字化的過程主要包括采用和量化兩步。常見的将模拟 信号編碼到數字信道傳送的方法主要有：脈沖幅度調制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）、脈沖編碼調制（Pulse Code Modulation，PCM）、差分脈沖編碼調制（Differential PCM，DPCM）和增量脈碼調制方式（Delta Modulation，DM）。

将數字信号使用模拟信道傳送的過程是一個調制的過程，它是一個将數字信号（二進制0或1）表示的數字數據來改變模拟信号特征的過程，即将二進制數據調制到模拟信号上來的過程。

一個正弦波可以通過3個特性進行定義：振幅、頻率和相位。當我們改變其中任何一個特性時，就有了波的另一個形式。如果用原來的波表示二進制1，那麼波的變形就可以表示二進制0；反之亦然。

波的3個特性中的任意一個都可以用這種方式改變，從而使我們至少有3種将數字數據調制到模拟信号的機制：幅移鍵控法 （Amplitude-Shift Keying，ASK）、頻移鍵控法（Frequency-Shift Keying，FSK）以及相移鍵控法（Phase-Shift Keying，PSK）。另外，還有一種将振幅和相位變化結合起來的機制叫正交調幅（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）。其中正交調幅的效率最高，也是現在所有的調制解調器中經常采用的技術。

要是數字信号在數字信道上傳送，需要對數字信号先進行編碼。例如，當數據從計算機傳輸到打印機時，一般是采用這種方式。在這種方式下，首先須進行對數 字信号編碼，即由計算機産生的二進制0和1數字信号被轉換成一串可以在導線上傳輸的電壓脈沖。對信源進行編碼可以降低數據率，提高信息量效率，對信道進行 編碼可以提高系統的抗幹擾能力。

目前，常見的數據編碼方式主要有不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼三種。

（1）不歸零碼（NRZ，Non-Return to Zero）：二進制數字0、1分别用兩種電平來表示，常用-5V表示1， 5V表示0。缺點是存在直流分量，傳輸中不能使用變壓器；不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步。

（2）曼徹斯特編碼（Manchester Code）：用電壓的變化表示0和1，規定在每個碼元的中間發生跳變。高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1（注意：某種教程中關于此部分内容有相反的 描述，也是正确的）。每個碼元中間都要發生跳變，接收端可将此變化提取出來，作為同步信号。這種編碼也稱為自同步碼（Self- Synchronizing Code）。其缺點是需要雙倍的傳輸帶寬（即信号速率是數據速率的2倍）。

（3）差分曼徹斯特編碼：每個碼元的中間仍要發生跳變，用碼元開始處有無跳變來表示0和1。有跳變代表0，無跳變代表1（注意：某種教程中關于此部分内容有相反的描述，也是正确的）。

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