第2章 数据通信基础

•信号传输速率 信号传输速率
信号传输速率即是每秒钟发送的码元数，（又称 “信号速率”或“调制速率”、波形速率），单位是波 特（baud），信号传输速率又称为波特率。如果设T为 数字脉冲信号的宽度或周期，单位为秒，则波特率 B=1/T（baud）。
•误码率 误码率
误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下传输 可靠性指标，它定义为传输出错的码元数占传输总码元 数的比例。假设传输总码元数为N，传输出错的码元数 为Ne,则误码率Pe为：Pe=Ne/N。
按信号传送方向划分的通信方式
2.5 信道复用技术
目前广泛采用的复用技术有：频分多路复用（FDM）、 时分多路复用（TDM）、码分多路复用（CDM）以及在光 纤传输网中广泛采用的波分复用（WDM）。
频分多路复用
频分多路复用（frequency division multiplexing， FDX）就是将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小 频带的子信道，每个子信道供一个用户使用。这样在信 道中就可同时传送多个不同频率的信号。
频分复用
•时分多路复用 时分多路复用
时分多路复用（time division multiplexing，TDM） 是将一条物理信道的传输时间分成若干个时间片轮流地 给多个信号源使用，每个时间片被复用的一路信号占用。 这样，当有多路信号准备传输时，一个信道就能在不同 的时间片传输多路信号。
• 码分多路复用
2.并行通信 2.并行通信 并行通信方式是将8位、16位或32位的数据按 数位宽度同时进行传输，每一个数位都有自己的 数据传输线和发送、接收设备。在计算机设备内 部或主机与高速外设（如打印机、磁盘存储器） 之间，一般都采用并行通信，它可以获得很高的 数据传输速度。并行通信一般只限于1米以内的极 短距离内进行。如果要进行远距离的并行通信， 则要求采用多元调制或复用的信号编码与变换技 术。
数据通信的基本概念 数据（ 数据（Data）是由数字、字符和符号等组成，是一 ） 种承载信息的实体，它涉及事务的具体形式。 信息 （Information）是对数据的解释，是数据的 ） 内容和含义。 数据和信息是有区别的。数据是独立的，是尚未 组织起来的事实的集合，而信息是经过加工处理 的数据，按照一定的要求以一定的格式组织起来 的、具有一定意义的数据。数据是信息的表现形 式，信息是数据形式的内涵。数据可分为模拟数 据和数字数据。 信号（Signal）是数据的表示形式，或称数据的电 信号（ ） 磁或电子编码，它使数据以适当的形式在介质上 传输。信号按其编码机制可分为模拟信号和数字 信号两种。
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1.调幅 调幅 调幅方式也称为移幅键控ASK（Amplitude Shift Keying），即载波的振幅随基带数字信号而变化。两种不 同幅度来表示二进制数的1和0，通常1对应有载波输出， 则0对应无载波输出。 调幅方式的特点是实现容易，设备简单，但抗干扰能力差。 2.调频 调频 调频方式也称移频键控FSK（Frequency Shift Keying），它是用载波信号的两种不同频率来表示二进制 数的1和0，0对应频率，而1对应于频率。 调频方式的特点是，实现简单，抗干扰能力优于调幅方式， 广泛应用于高频的无线电传输，甚至也能用于较高频率的 局域网。
信号数字化的转换过程包括采样、量化和编码3个步 骤。 （1）采样。每个固定的时间间隔，取出模拟数据的 瞬时值，作为本次抽样到下次抽样之间该模拟数据 的代表值。就是采样处理后的脉冲调幅信号。 （2）量化。把抽样取得的电平幅值按照一定的分级 标准转换成对应的数字值，并取整数，这样把连续 的电平幅值转换成离散的数字。 （3）编码。它是将量化后的整数值表示为一定位数 的二进制数。 在发送端，经过信号数字化处理过程后，就可 把模拟信号转换成二进制数码脉冲序列，然后经过 信道进行传输。在接收端将接收到的信号解码成， 再通过逆量化获得信号，最后平滑之后的信号就是 还原的模拟信号。与之差就是量化的误差。
串行通信与并行通信 数据的传递和交换可以发生在计算机内部各部件之间， 计算机与各种外围设备之间或者计算机与计算机之间。 数据的传递和交换有两种基本方式：并行通信和串行通 信。 1. 串行通信 串行通信是在一根数据传输线上，每次传送一位二 进制数据，即数据一位接一位地传送，在传输距离远和 传输数字数据时，都采用串行通信方式。在同样的时钟 频率下，与同时传输多位数据的并行通信相比，串行通 信方式的速度要慢得多。但由于串行通信节省了大量通 信设备和通信线路，在技术上更适合远距离通信。因此， 计算机网络普遍采用串行通信方式传输数据。
1．源系统 ． 源系统一般包括：信源和信号变换器。信源就是 发出待传送信息的人或设备。信号变换器的作用是将 信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。例 如调制解调器。 2．目的系统 ． 目的系统一般包括信宿和信号变换器。信宿是接 收所传送信息的设备。大部分信源和信宿都是计算机 或其它的DTE。 3．传输系统 ． 传输系统是由通信线路及其附属设备组成的，为通 信两端的道。也可以是简单的传输线或复杂的网络系 统。 一个通信系统客观上是不可避免地存在噪声干扰的， 这些干扰分布在数据传输的各个部分。
PCM原理
• 数字数据的数字信号编码
数字数据转换成数字信号，最简单的方法就是用 两种不同的电平脉冲序列来表示，如是正逻辑，高电 平为1，低电平为0。有时为了使信号具有一些有用的 特点，如消除直流分量、便于提取时钟等需要使用一 些特殊的码型。
数字数据的数字信号编码
2.3数据通信的主要技术指标 数据通信的主要技术指标
•信道容量 信道容量 信道容量用来表征一个信道传输数字信号的 能力，它以数据传输速率作为指标，它表示一个 信道的最大数据传输速率，单位是“比特每秒” （b/s）。信道容量与数据传输速率的区别是， 前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输 数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。
2.4 数据通信方式
•同步通信与异步通信 同步通信与异步通信 数字通信中必须解决的一个重要问题，就 是要求通信的收发双方在时间基准上保持一 致。即接收方必须知道它所接收的数据每一 位的开始时间与持续时间，这样才能正确地 接收发送方发来的数据。从这点出发，数据 通信可分为同步通信和异步通信两大类。
单工、半双工、全双工通信 单工、半双工、 数据通信按信号传送方向，可以有以下三个基本方式： 1.单工通信 单工通信 在通信线路上，数据只可按一个固定的方向传送而不 能进行相反方向传送的通信方式称为单工通信，如无线电 广播或有线电广播、电视广播就属于这种类型。 2.半双工通信 半双工通信 通信的双方都可以发送信息，但双方不能同时发送（当 然也不能同时接收）。称为半双工通信。对讲机就属于这 种类型。 3.全双工通信 全双工通信 通信的双方可以同时发送和接收信息称为全双工通信。 日常生活中使用的电话就属于这种类型。 单项通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时 通信则都需要两条信道（每个方向各一条）。显然，双向 同时通信的传输效率最高。
波分复用
2.6 数据交换技术
• 在一个网络系统中，通常采用的数据 交换技术有3种，即电路交换、报文 交换和分组交换。
•电路交换 电路交换 电路交换要求通信双方之间建立起一条实际的物理通 路，并在整个通信过程中，这条通路被独占。电话交换系 统的交换的方式一直都是电路交换。 在使用电路交换打电话之前，必须先建立拨号连接。 当拨号的信令通过许多交换机到达被叫用户所连接的交换 机时，该交换机就使用户的电话机振铃。在被叫用户摘机 且摘记信令传送回到主叫用户所连接的交换机后，呼叫即 完成。这时，从主叫端到被叫端就建立了一条连接（物理 通路）。此后主叫和被叫双方才能通话。通话完毕挂机后， 挂机信令告诉这些交换机，使交换机释放刚才使用的这条 物理通路。这种必须经过“建立连接→通信→释放连接” 三个步骤的连网方式称为面向连接的（connectionoriented）。电路交换必定是面向连接的。
第2章数据通信基础 章
2.1 数据通信系统模型及概念 2.2 数据编码技术 2.3数据通信的主要技术指标 数据通信的主要技术指标 2.4 数据通信方式 2.5 信道复用技术 2.6 数据交换技术
2.1 数据通信系统模型及概念
数据通信系统模型
一个数据通信系统可划分为三大部分：源系统、 传输系统和目的系统。图2-1是一个简单的数据通信 系统模型。实际上数据通信系统的组成因用途而异。
2.2 数据编码技术
•数字数据的模拟信号编码 数字数据的模拟信号编码
将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道种 传输的频谱。一般通过以下几种不同载波特性的调制 方法对数字数据进行编码：振幅、频率、相位或者这 些特性的某种组合。下图给出了对数字数据的模拟信 号进行调制的3种基本形式。
基本调制方式
数据通信与信道 数据通信（ 数据通信（Data Communication）是依照一定的通 ） 信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信 息的一种通信方式和通信业务。 信道（ 信道（channel)信道和电路并不等同。信道一般都是 用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通 信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一个信 道可以看成是一条电路的逻辑部件。 信道可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数 字信号的数字信道两大类。将数字数据转换为模拟信号 的过程叫作调制（D/A）。反过来将模拟数据转换为数 字信号的过程叫作解调（A/D）。 信道上传送的信号还有基带（baseband）信号和 宽带（broadband）信号之分
•模拟数据的数字信号编码 模拟数据的数字信号编码
对模拟数据的数字信号编码常用的是脉冲编 码调制技术（PCM，Pulse Code Modulation）。 PCM基于以下采样定理：如果在规定时间间隔内， 以有效信号最高频率的两倍或两倍以上的速率对 该信号进行采样的话，则这些采样值包含了无混 叠而又便于分离的全部原始信号信息。利用低通 滤波器可不失真地从这些采样值中重新构造出有 效信号。