第02章 数据通信的基础知识

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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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. 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 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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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。
数据通信的基础知识
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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
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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
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。
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2. ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
幅度 A 幅度 ωt 时间 连续的模拟信号
(a) 4
1
0
1
0
1
1 时间
φ
离散的数据信号
(b)
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
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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信道容量
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 。
这一过程如图所示。
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2.4.2 数字数据的编码
利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法，称 作数字信号的基带传输。而数字数据在传输之前需要进
行数字编码。
在数字基带传输中，数据信号的编码方式主要有：不 归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码三种。
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1. 不归零编码（NRZ,Non－Return to Zero）
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。
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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。
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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。
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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).
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），
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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。
NRZ编码可以用负电平表示逻辑“1”，用正电平表示逻辑“0”，反之亦 然。 NRZ编码的缺点是发送方和接收方不能保持同步，需采用其他方法才 能保持收发同步。