第02章数据通信的基础知识2
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第02章数据通信的基础知识2
2.1 数据通信的基本概念
•2.1.1 信息、数据与信号
• 信息的载体可以包含语音、音乐、图形图像、文 字和数据等多种媒体。计算机的终端产生的信息一般 是字母、数字和符号的组合。 • 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、 数字、符号的二进代码0和1比特序列的过程。
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第02章数据通信的基础知识2
3. 信道带宽与信道容量
信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用 的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（Hz）表示。 信道带宽是由信道的物理特性所决定的。例如，电话线路的频率 范围在300～3400Hz，则它的带宽范围也在300～3400Hz。
宽带传输的优点：一是传输距离远，最远可达几十公里； 二是可同时提供多个信道。但它的技术较复杂，其传输系统的 成本也相对较高。
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第02章数据通信的基础知识2
2.3 数据传输的同步方式
1、异步方式
在异步传输方式中，每传送1个字符（7或8位）都要在每个字符码前加1个起 始位，以表示字符代码的开始；在字符代码和校验码后面加1或两个停止位，表示 字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从而起到 通信双方的同步作用，如图所示。
异步方式的实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用2～3 位，所以适合于低速通信。
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第02章数据通信的基础知识2
2. 同步方式
通常，同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位 组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位， 而 是 在 发 送 一 组 字 符 或 数 据 块 之 前 先 发 送 一 个 同 步 字 符 SYN( 以 01101000表示)或一个同步字节（01111110），用于接收方进行 同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之 后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再 使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束，如图所示。
的数 字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，而通 常需要进行数字编码。
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3、专用信道和公用信道
专用信道：专用信道是一种连接于用户设备之间的 固定电路，它可以由用户自己架设和向电信部门租用。 专用电路一般用于短距离与数据传输量比较大的网络
公用信道：也称公共交换信道。它是一种通过交换 机转接、为大量用户提供服务的信道。公共电话交换网 就属于公共交换信道。
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• 多点线路的连接方 式
第02章数据通信的基础知识2
2.2.3 信道的通信方式
按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式可 以分为单工、半双工和全双工三种。
1. 单工通信
单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传 输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送， 任何时候都不能改变信号传送方向，如图2－10所示。例如，无 线电广播和电视都属于单工通信。
一般来说，对于采用M进制信号传输信号时，信息速率和码元速率 之间的关系是：
Rb＝RBlog2M
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2. 误码率和误比特率 误码率是指码元在传输过程中，错误码元占总传输码
元的概率。在二进制传输中，误码率也称为误比特率。
误码率Pe ＝ 传输出错的码元数/传输的总码元率 误比特率Pb ＝ 传输出错的比特数/传输的总比特数
需要一条传输信道，易
于实现，成本低，但速
度比较低。串行通信通 过计算机的串行口得到
•图2－7 串行通信
广泛的应用，而且在远程通信中一般采用串行通信方式。
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2.2.2 通信电路的连接方式
1、点对点的线路连接
• 点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路
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2.4 数据的编码和调制技术
在计算机中，数据是以离散的二进制“0”、“1”比特序 列方式来表示的。数据的编码方法包括数字数据的编码与调制 和模拟数据的编码与调制，如图所示。
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2.4.1 数字数据的调制
典型的模拟通信信道是电话通信信道。它是当前世界 上覆盖面最广、应用最普遍的通信信道之一。传统的电 话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频 300～3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了 利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据 的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，也就是 要对数字数据进行调制。
连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路和交换线路，如 图2－8所示。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理 上比较分散的站点之间传输数据，比如，通过公用电话交换网 实现点－点的连接。
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•图2－8 点到点的线路连接
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2. 多点线路连接
多点线路连接是 指各个站点通过一条 公用通信线路连接， 如图2－9所示。在多 点线路连接方式中， 一条线路被所有的站 点共享，若所有的站 点可以同时发送数据， 则这条线路在空间上 是共享的。
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2.1.4 数据通信的技术指标
1、数据通信速率（传输速率）
传输速率是指数据在信道中传输的速度。它分为两种：码元速率 和信息速率。
码元速率RB：每秒钟传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s）， 又称为波特率。每一个离散值就是一个码元。
信息速率Rb：每秒钟传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又 称为比特率。
若进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需 要一个同时具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）， 这一过程如图所示。
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由于模拟信号是具有一定频率的连续的载波波形，可
以用Acos（2πft＋φ）表示，其中A表示波形的幅度，f代
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2、模拟信道与数字信道
模拟信道：能传输模拟信号的信道称之为模拟信道。模拟 信号的电平随时间连续变化。语音信号是典型的模拟信号。如果 利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的 变换（A/D变换器）。调制解调器就是用于完成这种变换的。
数字信道：能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离 散的数字信号在计算机中是指由“0”和“1”的二进制代码组成
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• 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式：分为模拟通信系统与数
字通信系统两种。 • 电话线上传送的为模拟信号（Analog Signal）。模拟信号的电平是连续 变化的，其波形如图（a）所示。 • 计算机中所产生的电信号是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电 压脉冲信号，这种电信号称为数字信号（Digital Signal）。数字信号的波形 如图（b）所示。
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3. 宽带传输
宽带传输常采用75Ω的同轴电缆（CATV）或光纤作为传输 媒体，宽带为300MHz。使用时通常将整个带宽划分为若干个子 频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字 信号。
因此，可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一 体化传输，这也就是通常所说的“三网合一”，三网是指语音 网、数据网和电视网。另外，使用Cable Modem上网就是基于宽 带传输系统实现的。
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调制：在发送端将数字数据信号变换成模拟信号的过程称为调 制（Modulation），调制设备就称为调制器（Modulator).
解调：在接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称 为解调(Demodulation),解调设备就称为解调器(Demodulator).
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•单工通信
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2. 半双工通信
半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一 个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行。 当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换，如图所示。
半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使用的 “对 讲机”和军队使用的“步话机”。半双工方式在计算机 网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。
平，“1”代表高电平。这种矩形波固有的频带称为基带，矩形
波信号称为基带信号。因此，基带实际上就是数字信号所占用
的基本频带。 2. 频带传输
在实现远距离通信时，经常需要借助于电话线路，此时 应使用频带传输方式。所谓频带传输，在发送端就是将数字信 号调制成音频信号后再进行发送和传输，当音频信号到达接收 端时，再把音频信号解调成原来的数字信号。
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•并行通信
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串行通信是指数据以串行方式在一条信道上传输，如图2－7 所示。由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前， 要将计算机中的字符进行并/串变换，在接收端再通过串/并变换， 还原成计算机的
字符结构，这样才能实
现串行通信。串行通信
的优点是收、发双方只
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3. 全双工通信
全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行 双向传输，如图所示。
例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。
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2.2.4 信号的传输方式
1.基带传输 就数字信号而言，它是一个离散的矩型波，“0”代表低电
1.模拟通信系统
•普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统
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• 模拟通信系统的结构模型
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2. 数字通信系统
• 在我们现实生活中的计算机通信、数字电话以及数字 电视都属于数字通信系统。具体数字通信系统的工作过程 如下图如示：
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•数字通信系统的结构模型
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2.1.3 通信信道的分类
信道的分类方法，常用的有以下三种： 1、有线信道与无线信道
使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信 道。它包括电话线、双绞线、同轴电缆、光缆和电力线 等。
无线信道：以电磁波在空间传播方式传送信息的信 道称之为无线信道。它包括无线电、微波、红外线和卫 星通信信道等。
信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道 容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用比特每秒 （bit/s）表示。当传输速率超过信道的最大信号速率时就会产 生失真。
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第02章数据通信的基础知识2
通常，信道容量和信道带宽具有正比的关系，带宽 越大，容量越高，所以要提高信号的传输率，信道就要 有足够的带宽。从理论上看，增加信道带宽是可以增加 信道容量的，但在实际上，信道带宽的无限增加并不能 使信道容量无限增加，其原因是在一些实际情况下，信 道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加。
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2.2 数据的通信方式
2.2.1 并/串行通信
并行通信是指数据以成组的方 式在多个并行信道上同时进行传输。
常用的方式是将构成1个字符代 码的几位二进制比特分别通过几个并 行的信道同时传输，比如，并行传输 中一次传送8个比特。并行通信的优 点是速度快，但发送端与接收端之间 有若干条线路，费用高，仅适合于近 距离和高速率的通信。并行通信在计 算机内部总线以及并行口通信中已经 得到广泛应用。
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•(a)
•(b)
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2.1.2 数据通信系统的基本结构
数据通信系统的基本结构可以用一个简单的通信模型来表示。 产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与 信宿通过通信线路进行通信。在数据通信系统中，也将通信线路 称为信道。
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第02章数据通信的基础知识2
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2020/11/24
第02章数据通信的基础知识2
第2章 数据通信的基础知识
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第02章数据通信的基础知识2
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本章主要内容:
➢ 基本概念
➢ 数据的传输 ➢ 数据传输的同步方式 ➢ 数据的编码和调制技术 ➢ 数据交换技术 ➢ 信道复用技术 ➢ 传输媒体的类型与特点 ➢ 差错控制技术
2.1 数据通信的基本概念
•2.1.1 信息、数据与信号
• 信息的载体可以包含语音、音乐、图形图像、文 字和数据等多种媒体。计算机的终端产生的信息一般 是字母、数字和符号的组合。 • 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、 数字、符号的二进代码0和1比特序列的过程。
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3. 信道带宽与信道容量
信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用 的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（Hz）表示。 信道带宽是由信道的物理特性所决定的。例如，电话线路的频率 范围在300～3400Hz，则它的带宽范围也在300～3400Hz。
宽带传输的优点：一是传输距离远，最远可达几十公里； 二是可同时提供多个信道。但它的技术较复杂，其传输系统的 成本也相对较高。
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2.3 数据传输的同步方式
1、异步方式
在异步传输方式中，每传送1个字符（7或8位）都要在每个字符码前加1个起 始位，以表示字符代码的开始；在字符代码和校验码后面加1或两个停止位，表示 字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从而起到 通信双方的同步作用，如图所示。
异步方式的实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用2～3 位，所以适合于低速通信。
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2. 同步方式
通常，同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位 组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位， 而 是 在 发 送 一 组 字 符 或 数 据 块 之 前 先 发 送 一 个 同 步 字 符 SYN( 以 01101000表示)或一个同步字节（01111110），用于接收方进行 同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之 后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再 使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束，如图所示。
的数 字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，而通 常需要进行数字编码。
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3、专用信道和公用信道
专用信道：专用信道是一种连接于用户设备之间的 固定电路，它可以由用户自己架设和向电信部门租用。 专用电路一般用于短距离与数据传输量比较大的网络
公用信道：也称公共交换信道。它是一种通过交换 机转接、为大量用户提供服务的信道。公共电话交换网 就属于公共交换信道。
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• 多点线路的连接方 式
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2.2.3 信道的通信方式
按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式可 以分为单工、半双工和全双工三种。
1. 单工通信
单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传 输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送， 任何时候都不能改变信号传送方向，如图2－10所示。例如，无 线电广播和电视都属于单工通信。
一般来说，对于采用M进制信号传输信号时，信息速率和码元速率 之间的关系是：
Rb＝RBlog2M
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2. 误码率和误比特率 误码率是指码元在传输过程中，错误码元占总传输码
元的概率。在二进制传输中，误码率也称为误比特率。
误码率Pe ＝ 传输出错的码元数/传输的总码元率 误比特率Pb ＝ 传输出错的比特数/传输的总比特数
需要一条传输信道，易
于实现，成本低，但速
度比较低。串行通信通 过计算机的串行口得到
•图2－7 串行通信
广泛的应用，而且在远程通信中一般采用串行通信方式。
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2.2.2 通信电路的连接方式
1、点对点的线路连接
• 点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路
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2.4 数据的编码和调制技术
在计算机中，数据是以离散的二进制“0”、“1”比特序 列方式来表示的。数据的编码方法包括数字数据的编码与调制 和模拟数据的编码与调制，如图所示。
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第02章数据通信的基础知识2
2.4.1 数字数据的调制
典型的模拟通信信道是电话通信信道。它是当前世界 上覆盖面最广、应用最普遍的通信信道之一。传统的电 话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频 300～3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了 利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据 的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，也就是 要对数字数据进行调制。
连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路和交换线路，如 图2－8所示。使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理 上比较分散的站点之间传输数据，比如，通过公用电话交换网 实现点－点的连接。
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•图2－8 点到点的线路连接
第02章数据通信的基础知识2
2. 多点线路连接
多点线路连接是 指各个站点通过一条 公用通信线路连接， 如图2－9所示。在多 点线路连接方式中， 一条线路被所有的站 点共享，若所有的站 点可以同时发送数据， 则这条线路在空间上 是共享的。
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第02章数据通信的基础知识2
2.1.4 数据通信的技术指标
1、数据通信速率（传输速率）
传输速率是指数据在信道中传输的速度。它分为两种：码元速率 和信息速率。
码元速率RB：每秒钟传送的码元数，单位为波特/秒（Baud/s）， 又称为波特率。每一个离散值就是一个码元。
信息速率Rb：每秒钟传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又 称为比特率。
若进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需 要一个同时具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）， 这一过程如图所示。
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第02章数据通信的基础知识2
由于模拟信号是具有一定频率的连续的载波波形，可
以用Acos（2πft＋φ）表示，其中A表示波形的幅度，f代
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2、模拟信道与数字信道
模拟信道：能传输模拟信号的信道称之为模拟信道。模拟 信号的电平随时间连续变化。语音信号是典型的模拟信号。如果 利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的 变换（A/D变换器）。调制解调器就是用于完成这种变换的。
数字信道：能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离 散的数字信号在计算机中是指由“0”和“1”的二进制代码组成
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• 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式：分为模拟通信系统与数
字通信系统两种。 • 电话线上传送的为模拟信号（Analog Signal）。模拟信号的电平是连续 变化的，其波形如图（a）所示。 • 计算机中所产生的电信号是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电 压脉冲信号，这种电信号称为数字信号（Digital Signal）。数字信号的波形 如图（b）所示。
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3. 宽带传输
宽带传输常采用75Ω的同轴电缆（CATV）或光纤作为传输 媒体，宽带为300MHz。使用时通常将整个带宽划分为若干个子 频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字 信号。
因此，可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一 体化传输，这也就是通常所说的“三网合一”，三网是指语音 网、数据网和电视网。另外，使用Cable Modem上网就是基于宽 带传输系统实现的。
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第02章数据通信的基础知识2
调制：在发送端将数字数据信号变换成模拟信号的过程称为调 制（Modulation），调制设备就称为调制器（Modulator).
解调：在接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称 为解调(Demodulation),解调设备就称为解调器(Demodulator).
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•单工通信
第02章数据通信的基础知识2
2. 半双工通信
半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一 个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行。 当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换，如图所示。
半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使用的 “对 讲机”和军队使用的“步话机”。半双工方式在计算机 网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。
平，“1”代表高电平。这种矩形波固有的频带称为基带，矩形
波信号称为基带信号。因此，基带实际上就是数字信号所占用
的基本频带。 2. 频带传输
在实现远距离通信时，经常需要借助于电话线路，此时 应使用频带传输方式。所谓频带传输，在发送端就是将数字信 号调制成音频信号后再进行发送和传输，当音频信号到达接收 端时，再把音频信号解调成原来的数字信号。
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•并行通信
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串行通信是指数据以串行方式在一条信道上传输，如图2－7 所示。由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前， 要将计算机中的字符进行并/串变换，在接收端再通过串/并变换， 还原成计算机的
字符结构，这样才能实
现串行通信。串行通信
的优点是收、发双方只
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3. 全双工通信
全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行 双向传输，如图所示。
例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。
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2.2.4 信号的传输方式
1.基带传输 就数字信号而言，它是一个离散的矩型波，“0”代表低电
1.模拟通信系统
•普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统
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• 模拟通信系统的结构模型
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2. 数字通信系统
• 在我们现实生活中的计算机通信、数字电话以及数字 电视都属于数字通信系统。具体数字通信系统的工作过程 如下图如示：
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•数字通信系统的结构模型
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2.1.3 通信信道的分类
信道的分类方法，常用的有以下三种： 1、有线信道与无线信道
使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信 道。它包括电话线、双绞线、同轴电缆、光缆和电力线 等。
无线信道：以电磁波在空间传播方式传送信息的信 道称之为无线信道。它包括无线电、微波、红外线和卫 星通信信道等。
信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道 容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用比特每秒 （bit/s）表示。当传输速率超过信道的最大信号速率时就会产 生失真。
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通常，信道容量和信道带宽具有正比的关系，带宽 越大，容量越高，所以要提高信号的传输率，信道就要 有足够的带宽。从理论上看，增加信道带宽是可以增加 信道容量的，但在实际上，信道带宽的无限增加并不能 使信道容量无限增加，其原因是在一些实际情况下，信 道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加。
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2.2 数据的通信方式
2.2.1 并/串行通信
并行通信是指数据以成组的方 式在多个并行信道上同时进行传输。
常用的方式是将构成1个字符代 码的几位二进制比特分别通过几个并 行的信道同时传输，比如，并行传输 中一次传送8个比特。并行通信的优 点是速度快，但发送端与接收端之间 有若干条线路，费用高，仅适合于近 距离和高速率的通信。并行通信在计 算机内部总线以及并行口通信中已经 得到广泛应用。
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•(a)
•(b)
第02章数据通信的基础知识2
2.1.2 数据通信系统的基本结构
数据通信系统的基本结构可以用一个简单的通信模型来表示。 产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与 信宿通过通信线路进行通信。在数据通信系统中，也将通信线路 称为信道。
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本章主要内容:
➢ 基本概念
➢ 数据的传输 ➢ 数据传输的同步方式 ➢ 数据的编码和调制技术 ➢ 数据交换技术 ➢ 信道复用技术 ➢ 传输媒体的类型与特点 ➢ 差错控制技术