【正文】 第2章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本內(nèi)容數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)信息、數(shù)據(jù)、信號數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸方式串行通信、并行通信單工通信、半雙工通信、全雙工通信基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸數(shù)據(jù)的同步技術(shù)異步傳輸、同步傳輸數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號模擬傳輸幅移鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK數(shù)字傳輸不歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼模擬數(shù)據(jù)信號模擬傳輸調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相數(shù)字傳輸脈沖編碼調(diào)制PCM多路復(fù)用技術(shù)時分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用、波分多路復(fù)、碼分多路復(fù)用數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換、報文存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換、報文分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換（數(shù)據(jù)報方式、虛電路方式）傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)類型與特點(diǎn)差錯控制技術(shù)檢錯碼、糾錯碼和差錯控制機(jī)制信息、數(shù)據(jù)和信號 l 通信的目的是交換信息。信息的載體可以是多媒體，包含語音、音樂、圖形圖像、文字和數(shù)據(jù)等。計算機(jī)的終端產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字和符號的組合。為了傳送這些信息，首先要將每一個字母、數(shù)字或括號用二進(jìn)制代碼表示。目前常用的二進(jìn)制代碼有國際5號碼（IA5）、擴(kuò)充的二、十進(jìn)制交換碼EBCDIC碼和信息交換用標(biāo)準(zhǔn)代碼 ASCII碼等。l 被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱為數(shù)據(jù)（Data）。l 信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電信號的表示形式。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)l 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本通信模型：產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源與信宿通過通信線路進(jìn)行通信，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，也將通信線路稱為信道； l 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，而傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng) l 模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿以及噪聲源組成。信源所產(chǎn)生的原始模擬信號一般都要經(jīng)過調(diào)制再通過信道傳輸。到達(dá)信宿后，通過解調(diào)器將信號解調(diào)出來。l 普通的電話、廣播、電視等都屬于模擬通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng) l 數(shù)字通信系統(tǒng)由信源、信源編碼器、信道編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器、信宿、噪聲源以及發(fā)送端和接收端時鐘同步組成。l 計算機(jī)通信、數(shù)字電話以及數(shù)字電視都屬于數(shù)字通信系統(tǒng)。通信信道的分類 l 信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?，包括傳輸媒體和通信設(shè)備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等，也可以是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。信道可以按不同的方法分類：l 有線信道與無線信道；l 模擬信道與數(shù)字信道；l 專用信道和公用信道；有線信道與無線信道 l 信道按所使用的傳輸介質(zhì)分類，可以分為有線信道與無線信道； l 有線信道l 使用有形的媒體作為傳輸介質(zhì)的信道稱之為有線信道。有線信道包括電話線、雙絞線、同軸電纜和光纜等；l 無線信道l 以電磁波在空間傳播方式傳送信息的信道稱之為無線信道。無線信道包括無線電、微波、紅外線和衛(wèi)星通信信道等。模擬信道與數(shù)字信道l 按傳輸信號的類型分類，信道可以分為模擬信道與數(shù)字信道；l 模擬信道l 能傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道。模擬信號的電平隨時間連續(xù)變化，語音信號是典型的模擬信號。如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號，則必須經(jīng)過數(shù)字與模擬信號之間的變換（A/D變換器）。調(diào)制解調(diào)器就是完成這種變換的。l 數(shù)字信道l 能傳輸離散數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道。離散的數(shù)字信號在計算機(jī)中指由“0”和“1”的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列。當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號時不需要進(jìn)行變換，通常需要進(jìn)行數(shù)字編碼。專用信道和公用信道 l 信道按使用方式可以分為專用信道和公用信道：l 專用信道l 專用信道是一種連接于用戶設(shè)備之間的固定電路，它可以由用戶自己架設(shè)或向電信部門租用。l 公用信道l 也稱公共交換信道，它是一種通過交換機(jī)轉(zhuǎn)接、為大量用戶提供服務(wù)的信道。數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo) l 數(shù)據(jù)通信速率（傳輸速率）：傳輸率是指數(shù)據(jù)在信道中傳輸?shù)乃俣?。?shù)據(jù)通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。l 碼元速率RB：l 每秒中傳送的碼元數(shù)，單位為波特/秒（Baud/s），又稱為波特率；l 信息速率Rb：l 每秒中傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s），又稱為比特率；l 對于一個用二進(jìn)制表示的信號（兩級電平），每個碼元包含1個比特信息，其信息速率與碼元速率相等；對于一個用四進(jìn)制表示的信號（四級電平），每個碼元包含了2個比特信息，因此，它的信息速率應(yīng)該是碼元速率的2倍。 碼元速率和信息速率l 一般來說，對于采用M進(jìn)制電平傳輸信號時，信息速率和碼元速率之間的關(guān)系是：l Rb=RBlog2M誤碼率和誤比特率 誤碼率和誤比特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的重要參數(shù)。誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，誤比特率是指在傳輸中出錯比特的概率。 l 在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，電話線路在300～2400bps傳輸速率時，平均誤碼率在102～106之間，在4800～9600bps傳輸速率時平均誤碼率在102～104之間。而計算機(jī)通信的平均誤碼率要求低于109。信道帶寬與信道容量 l 信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的頻率范圍，通常稱為信道的通頻帶，單位用赫茲（Hz）表示。信道帶寬是由信道的物理特性所決定的，例如，電話線路的頻率范圍在300～3400Hz，則它的帶寬300～3400Hz。l 信道容量是衡量一個信道傳輸數(shù)字信號的重要參數(shù)。信道容量是指單位時間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，用每秒比特數(shù)（bps）表示。當(dāng)傳輸?shù)男盘査俾食^信道的最大信號速率時，就會產(chǎn)生失真。數(shù)據(jù)的串行傳輸和并行傳輸 l 并行通信l 數(shù)據(jù)以成組的方式在多個并行信道上同時進(jìn)行傳輸。l 并行通信的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)端與收端之間有若干條線路，導(dǎo)致費(fèi)用高，僅適合于近距離和高速率的通信。數(shù)據(jù)的串行傳輸和并行傳輸l 串行通信l 數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸，由于計算機(jī)內(nèi)部都采用并行通信，因此，數(shù)據(jù)在發(fā)送之前，要將計算機(jī)中的字符進(jìn)行并/串變換，在接收端再通過串/并變換，還原成計算機(jī)的字符結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)串行通信。l 串行通信的優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，但速度比較低。1通信線路的連接方式——點(diǎn)對點(diǎn)l 點(diǎn)對點(diǎn)的連接就是在發(fā)送端和接收端之間采用一條線路連接，使用的線路可以是專用線路、租用線路或交換線路。l 使用租用或交換線路的連接方式，適合于在地理上比較分散的站點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)，比如通過公用電話交換網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)點(diǎn)的連接。1通信線路的連接方式 ——多點(diǎn)線路 l 多點(diǎn)線路連接是指各個站點(diǎn)通過一條公共通信線路連接。l 在多點(diǎn)線路連接方式中，一條線路被所有的站點(diǎn)共享，若所有的站點(diǎn)可以同時發(fā)送數(shù)據(jù)，則這條線路在空間上是共享的，通常采用頻分復(fù)用或波分復(fù)用技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)；若所有的站點(diǎn)只能輪流使用線路發(fā)送數(shù)據(jù)時，那么它在時間上是共享的，通常采用時分復(fù)用技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。1信道的通信方式——單工通信 l 單工方式指通信信道是單向信道，數(shù)據(jù)信號僅沿一個方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時候都不能改變信號傳送方向。l 無線電廣播和電視都屬于單工通信。 1信道的通信方式 ——半雙工通信 l 半雙工通信是指信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時進(jìn)行。當(dāng)改變傳輸方向時，要通過開關(guān)裝置進(jìn)行切換。l 半雙工信道適合于會話式通信，比如公安系統(tǒng)使用的“對講機(jī)”和軍隊(duì)使用的“步話機(jī)”。l 半雙工方式在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中適用于終端與終端之間的會話式通信。1信道的通信方式 ——全雙工通信 全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時沿相反的兩個方向作雙向傳輸。比如，電話通話。1信號的傳輸方式——基帶傳輸l 基帶傳輸l 就數(shù)字信號而言，它是一個離散的方波，“0”代表低電平，“1”代表高電平，這種方波固有的頻帶稱為基帶，方波信號稱為基帶信號，因此，基帶實(shí)際上就是數(shù)字信號所占用的基本頻帶。基帶傳輸是在信道中直接傳輸數(shù)字信號，且傳輸媒體的整個帶寬都被基帶信號占用，雙向地傳輸信息。1信號的傳輸方式 ——頻帶傳輸l 頻帶傳輸l 所謂頻帶傳輸是指將數(shù)字信號調(diào)制成音頻信號后再發(fā)送和傳輸，到達(dá)接收端時再把音頻信號解調(diào)成原來的數(shù)字信號。可見，在采用頻帶傳輸方式時，要求發(fā)送端和接收端都要安裝調(diào)制器和解調(diào)器。l 在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時，經(jīng)常借助于電話線路，此時就需要利用頻帶傳輸方式。利用頻帶傳輸，不僅解決了利用電話系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號的問題，而且可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，以提高傳輸信道的利用率。1信號的傳輸方式——寬帶傳輸l 寬帶傳輸l 寬帶傳輸采用75Ω的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸媒體，帶寬為300MHz。使用時通常將整個帶寬劃分為若干個子頻帶，分別用這些子頻帶來傳送音頻信號、視頻信號以及數(shù)字信號。寬帶同軸電纜原是用來傳輸電視信號的，當(dāng)用它來傳輸數(shù)字信號時，需要利用電纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）把數(shù)字信號變換成頻率為幾十兆赫茲到幾百兆赫茲的模擬信號。l 可利用寬帶傳輸系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)聲音、文字和圖像的一體化傳輸，這也是通常所說的“三網(wǎng)合一”，即語音網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和電視網(wǎng)合一。另外，使用