72数据通信基础.docVIP

7.2数据通信基础 7.2.1 数据通信的基本概念 从某种意义上讲，计算机网络是建立在数据通信系统之上的资源共享系统。因为计算机网络的主要功能是为了实现信息资源的共享与交换，而信息是以数据形式来表达的，所以计算机网络必须要解决数据通信的问题。 1.信息、数据、信号 信息是指有用的知识或消息，计算机网络的通信目的就是为了交换信息。而数据则是运送信息的实体，是信息的表达方式，可以是数字、文字、声音、图像和图像多种不同形式。在计算机系统中，统一以二进制代码表示数据的不同形式。而当以二进制代码表示的数据要通过物理介质和器件进行传输时，还需要将其转变为物理信号，信号（Signal）则是数据在传输过程中的电气的或电磁的表现形式。 2.模拟信号与数字信号 作为数据的电磁波表达形式，信号一般以时间为自变量，以表示数据的某个参量如振幅、频率、相位为因变量。并且按其因变量对时间的取值是否连续被分为模拟信号和数字信号。模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号，如图7-1所示。电视图像信号、语音信号、温度压力感传感器的输出信号以及许多遥感遥测信号都是模拟信号。数字信号是指信号的因变量不随时间的连续变化的信号，通常表现为离散的脉冲形式，可以表示为x(nt),如图7-2所示。显然，在数字信号中，因变量取值状态是有限的。计算机数据、数字电话和数字电视等都可看成是数字信号。 虽然模拟信号与数字信号有着明显的差别，但二者之间在一定条件下是可以相互转化的，转换可以通过调制解调器来完成。模拟信号可以通过采样、编码、等步骤变成数字信号，而数字信号也可以通过解码、平滑等步骤转变为模拟信号。 图7-1 模拟信号 图7-2 数字信号 3.数据通信 发送方将要发送的数据转换成信号通过物理信道传输到数据接收方的过程称为数据通信。由于信号可以是离散变化的数字信号，也可以是连续变化的模拟信号，所以数据通信被分为模拟数据通信和数字数据通信。所谓模拟数据通信，是指在模拟信道上以模拟信号形式传输数据；而数字数据通信则是指利用数字信道以数字信号的方式来传输数据。 4.源点、终点和信道 在数据通信中，通常将数据的发送方称为源点。源点又称为源站，或信源。而将数据的接收方称为终点。终点又称目的站，或信宿。源点和终点一般是计算机或其他一些数据终端设备。 为了在源点和终点之间实现有效的数据传输，必须在源点和终点之间建立一条传输信号的物理通道，这条通道被称为物理信道，简称信道。信道建立在传输介质上，但包括了传输介质和附属的通信设备。通常，同一传输介质上可提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。按传输介质的类型来划分，信道可被划分为有线信道和无线信道；按信道中所传输的信号类型来划分，信道被分为模拟信道和数字信道。 7.2.2数据编码 数字数据的数字信号编码 数字信号编码的任务是如何将二进制比特转换成适合在数字信道上传送的数字信号。数字数据可以由多种不同的电脉冲信号的波形来表示，数字信号是离散的电压或电流的脉冲序列，每个脉冲代表一个信号单元（或称码元）。最普遍且最容易的方法是用两种码元分别表示二进制数字符号“0”和“1”，每位二进制符号和一个码元相对应，表示二进制数字的码元形式不同，产生的编码方法也不同。 不归零（NRZ,Non-Return to Zero）编码是以高电平表示逻辑“1”，低电平表示逻辑“0”。由于不能判断位的开始与结束，收发双发不能保持同步，需要用另一个信道同时传送同步信号，这也是不归零编码的特点，如图7-3(a)所示。 曼彻斯特（Mancherster）编码的编码方法是将每一个码元再分成两个相等的间隔。当为“0”时，在间隔的中间时刻，从低电平变为高电平；当为“1”时，在间隔的中间时刻，从高电平变为低电平。这种编码的特点就是任何两次电平跳变的时间间隔是T/2或T，提取电平跳变信号可作为收发双方的同步信号，不需要另外的同步信号。即“自含时钟编码”，如图7-3(b)所示。 差分曼彻斯特编码的编码方法是在每个码元的时间间隔内，无论为“0”或为“1”，在间隔的中间都有电平的跳转。但为“0”时，间隔开始时刻有跳转；当为“1”时，间隔开始时刻无跳转。与曼彻斯特编码的不同之处在于每位中间的跳转作为同步时钟信号，而取值是“0”还是“1”则根据每一位的起始处有没有变化来判断，如图7-3(c)所示。 （a）不归零编码 （b）曼彻斯特编码 （c）差分曼彻斯特编码 图7-3 数字信号编码 数字数据的模拟信号编码 在计算机网络远程通信中通常采用频带传输。若要将基带信号进行远程传输，要先将其变为频带信号，再通过模拟信道上进行传输，这个变换就是数字数据的模拟信号的编码过程，也称为调制过程。 所谓调制，就是进行波形变换，利用基带信号对高频震荡载