工程师都会考虑一个问题：信道上究竟能够传输多大的数据，或许指定的信道上的极限传输率是多少。这便是信道容量的问题。例如，在xDSL体系中，咱们运用的传输介质是仅有几兆带宽的电话线，而上面要传送几兆、十几兆乃至几十兆带宽的数据，如此高的速率能确保在几兆带宽的双绞线上牢靠传输吗?或许说从另一个视点说，在给定通频带宽(Hz)的物理信道上，究竟能够有多高的数据速率(b/S)来牢靠传送信息?
早在1924年，AT&T的工程师奈奎斯特(Henry Nyquist)就认识到在任何信道中，码元传输的速率都是有上限的，并推导出一个核算公式，用来核算无噪声的、有限带宽信道的最大数据传输速率，这便是 今日的奈奎斯特定理。因为这个定理只约束在无噪声的环境下核算信道最大数据传输速率，而在有噪声的环境下依然不能有用核算出信道最大数据传输速率，因此在 1948年，香农(Claude Shannon)把奈奎斯特的作业进一步扩展到了信道遭到随机噪声搅扰的状况，即在有随机噪声搅扰的状况核算信道最大数据传输速率，这便是今日的香农定理。下面别离介绍这两个定理。
1奈奎斯特定理
奈奎斯特证明，关于一个带宽为W赫兹的抱负信道，其最大码元(信号)速率为2W波特。这一约束是因为存在码间搅扰。假定被传输的信号包含了M个状况值(信号的状况数是M)，那么W赫兹信道所能承载的最大数据传输速率(信道容量)是：
C =2&TImes;W&TImes;log2M(bps)
假定带宽为W赫兹信道中传输的信号是二进制信号(即信道中只要两种物理信号)，那么该信号所能承载的最大数据传输速率是2Wbps。例如，运用 带宽为3KHz的话音信道经过调制解调器来传输数字数据，依据奈奎斯特定理，发送端每秒最多只能发送2&TImes;3000个码元。假定信号的状况数为2，则每个信 号能够带着1个比特信息，那么话音信道的最大数据传输速率是6Kbps;假定信号的状况数是4，则每个信号能够带着2个比特信息，那么话音信道的最大数据 传输速率是12Kbps。
因此关于给定的信道带宽，能够经过添加不同信号单元的个数来进步数据传输速率。可是这样会添加接纳端的担负，因为，接纳端每接纳一个码元，它不再只是从两个或许的信号取值中区别一个，而是有必要从M个或许的信号中区别一个。传输介质上的噪声将会约束M的实践取值。
2香农定理
奈奎斯特考虑了无噪声的抱负信道，并且奈奎斯特定理指出，当一切其他条件相一起，信道带宽加倍则数据传输速率也加倍。可是关于有噪声的信道，状况将会敏捷变坏。现在让咱们考虑一下数据传输速率、噪声和误码率之间的联系。噪声的存在会损坏数据的一个比特或多个比特。假定数据传输速率添加了，每比特所占用 的时刻会变短，因此噪声会影响到更多比特，则误码率会越大。
关于有噪声信道，咱们期望经过进步信号强度来进步接纳端正确接纳数据的才能。衡量信道质量好坏的参数是信噪比(Signal-to-Noise RaTIo，S/N)，信噪比是信号功率与在信道某一个特定点场所出现的噪声功率的比值。一般信噪比在接纳端进行丈量，因为咱们正是在接纳端处理信号并试 图消除噪声的。假定用S表明信号功率，用N表明噪声功率，则信噪比表明为S/N。为了便利起见，人们一般用10log10(S/N)来表明信噪比，单位是 分贝(dB)。S/N的值越高，表明信道的质量越好。例如，S/N为1000，其信噪比为30dB;S/N为100，其信噪比为20dB;S/N为10， 其信噪比为10dB。
关于经过有噪声信道传输数字数据而言，信噪比非常重要，因为它设定了有噪声信道一个可达的数据传输速率上限，即关于带宽为W赫兹，信噪比为S/N的信道，其最大数据传输速率(信道容量)为：
C = W×log2(1+S/N)(bps)
例如，关于一个带宽为3KHz，信噪比为30dB(S/N便是1000)的话音信道，不管其运用多少个电平信号发送二进制数据，其数据传输速率 不或许超越30Kbps。值得留意的是，香农定理只是给出了一个理论极限，实践运用中能够到达的速率要低得多。其间一个原因是香农定理只考虑了热噪声(白噪声)，而没有考虑脉冲噪声等要素。
香农定理给出的是无误码数据传输速率。香农还证明，假定信道实践数据传输速率比无误码数据传输速率低，那么运用一个恰当的信号编码来到达无误码数据传 输速率在理论上是或许的。惋惜的是，香农并没有给出怎么找到这种编码的办法。不可否认的是，香农定理的确供给了一个用来衡量实践通讯体系功能的规范。
说完了这两个定理，再附送下对编码和调制的说明。
信源与信宿
信源与信宿是网络中的两个专业名词，其实，信源与信宿可简略地理解为信息的发送者和信息的接纳者。信息传达的进程一般可描绘为：信源→信道→信 宿。在传统的信息传达进程中，对信源的资历有严厉的约束，一般是指广播电台、电视台等组织，选用的是有中心的结构。而在核算机网络中，对信源的资历并无特 殊约束，任何一个网络中的核算机都能够成为信源，当然任何一个网络中核算机也能够成为信宿
编码与调制
因为传输介质及其格局的约束，通讯两边的信号不能直接进行传送，有必要经过必定的办法处理之后，使之能够合适传输媒体特性，才能够正确无误地传送到意图地。
调制是指用模仿信号承载数字或模仿数据;而编码则是指用数字信号承载数字或模仿数据。
现在存在的传输通道首要有模仿信道和数字信道两种，其间模仿信道一般只用于传输模仿信号，而数字信道一般只用于传输数字信号。有时为了需求，也或许需 要用数字信道传输模仿信号，或用模仿信道传输数字信号，此刻，咱们就需求先对传输的数据进行转化，转化为信道能传送的数据类型，即模仿信号与数字信号的转 换，这是编码与调制的首要内容。当然模仿数据、数字数据怎么经过通道发送的问题也是编码与调制的重要内容。下面咱们别离从模仿信号运用模仿信道传送、模仿 信号运用数字信道传送、数字信号运用模仿信道传送和数字信号运用数字信道传送四个方面来介绍数据的调制与编码。
1.模仿信号运用模仿信道传送
有时候模仿数据能够在模仿信道上直接传送，但在网络数据传送中这并不常用，人们依然会将模仿数据调制出来，然后再经过模仿信道发送。调制的意图是将模 拟信号调制到高频载波信号上以便于远距离传输。现在，存在的调制办法首要有调幅(Amplitude Modulation，AM)、调频(Frequency Modulation，FM)及调相(Phase Modulation，PM)。
2.模仿信号运用数字信道传送
使模仿信号在数字信道上传送，首要要将模仿信号转化为数字信号，这个转化的进程便是数字化的进程，数字化的进程首要包含选用和量化两步。常见的将模仿 信号编码到数字信道传送的办法首要有：脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation，PAM)、脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)、差分脉冲编码调制(Differential PCM，DPCM)和增量脉码调制办法(Delta Modulation，DM)。
3.数字信号运用模仿信道传送
将数字信号运用模仿信道传送的进程是一个调制的进程，它是一个将数字信号(二进制0或1)表明的数字数据来改动模仿信号特征的进程，行将二进制数据调制到模仿信号上来的进程。
一个正弦波能够经过3个特性进行界说：振幅、频率和相位。当咱们改动其间任何一个特性时，就有了波的另一个方法。假定用本来的波表明二进制1，那么波 的变形就能够表明二进制0;反之亦然。波的3个特性中的恣意一个都能够用这种办法改动，从而使咱们至少有3种将数字数据调制到模仿信号的机制：幅移键控法 (Amplitude-Shift Keying，ASK)、频移键控法(Frequency-Shift Keying，FSK)以及相移键控法(Phase-Shift Keying，PSK)。别的，还有一种将振幅和相位改变结合起来的机制叫正交调幅(Quadrature Amplitude Modulation，QAM)。其间正交调幅的功率最高，也是现在一切的调制解调器中常常选用的技能。
4.数字信号运用数字信道传送
要是数字信号在数字信道上传送，需求对数字信号先进行编码。例如，当数据从核算机传输到打印机时，一般是选用这种办法。在这种办法下，首要须进行对数 字信号编码，即由核算机产生的二进制0和1数字信号被转化成一串能够在导线上传输的电压脉冲。对信源进行编码能够下降数据率，进步信息量功率，对信道进行 编码能够进步体系的抗搅扰才能。
现在，常见的数据编码办法首要有不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码三种。
(1)不归零码(NRZ，Non-Return to Zero)：二进制数字0、1别离用两种电平来表明，常用-5V表明1，+5V表明0。缺陷是存在直流重量，传输中不能运用变压器;不具备自同步机制，传输时有必要运用外同步。
(2)曼彻斯特编码(Manchester Code)：用电压的改变表明0和1，规定在每个码元的中心产生跳变。高→低的跳变代表0，低→高的跳变代表1(留意：某种教程中关于此部分内容有相反的 描绘，也是正确的)。每个码元中心都要产生跳变，接纳端可将此改变提取出来，作为同步信号。这种编码也称为自同步码(Self- Synchronizing Code)。其缺陷是需求双倍的传输带宽(即信号速率是数据速率的2倍)。
(3)差分曼彻斯特编码：每个码元的中心仍要产生跳变，用码元开端处有无跳变来表明0和1。有跳变代表0，无跳变代表1(留意：某种教程中关于此部分内容有相反的描绘，也是正确的)。
