第二章 数据通信
学习目标：
1、 了解模拟信号和数字信号的特点及数据的数字化技术。
2、 理解基带编码技术与宽带调制技术
3、 了解同步技术
4、 理解单工与双工的工作模式
5、 理解带宽的含义
本章重点：
l 数字信号和模拟信号
l 基带传输与宽带传输
l 基带的信号发送与接收
l 载波信号的调制与解调
l 宽带调制技术
l 同步化
l 带宽
本章难点：
l 带宽
l 同步
l 基带的信号发送与接收
讲授方式：面授，
课时分配：4
思考题：习题集二
讲授内容：
数据要通过传输介质(Media)从发送端传递到接收端，先按照传输介质的特性，将数据转换成传输介质上所承载的信号(Signal)。接收端自传输介质取得信号后，再将其还原成数据。不同传输介质所承载的信号类型各不相同，信号的物理特性也各异但无论各种信号之间的差异有多大，将数据转换成各类信号的方式却大致相同，有共通的脉络可循。
2-1数字与模拟
一、数字与模拟
“数字”泛指一切可数的信息，“模拟”则是那些只能通过比较技巧进行区分的不可数信息。
二、
信号：指的是所需的电压、光模式或调制的电磁波
模拟信号：可以用波形进行图示，因为他们是逐渐的持续的发生变化的，模拟信号是一种能持续变化的电磁波。（电话系统）
模拟信号具有以下特征：
1、 波动性
2、 持续变化的电压-时间图
3、 反映事物的本质特征
4、 在电信业已经被广泛使用了超过100年
三、数字信号：几乎能瞬时的从一个状态转换为另一个状态。（现代的局域网数字传输技术）
数字信号具有以下特征：
1、 离散的、或跳跃的电压-时间图
2、 反映技术的本质特征而不是时间的本质特征
四、数字信号和模拟信号
通常数字信号是描述传输计算机数据的一种非常近似的格式，因此绝大多数网络使用数字信号的描述方法。
数字信号的优点：
1、 制造数字设备，较模拟设备便宜
2、 数字信号开启或关闭的离散状态不会像一个连续波形那样容易受到一个较小的失真的影响。
模拟信号的优点：
1、 容易进行多路复用，也就是联合起来增加带宽。
2、 不容易衰减但放大信号时，噪声和信号也一起随之放大。
五、数据的数字化
模拟数据经过采样过程后就变成了数字信息，这种取样过程也常被称为“数字化”(digitize)过程。
2．2基带传输与宽带传输
一、基带传输与宽带传输
信号的传输方式分为两大类:“基带(BASEband)传输”与“宽带(Broadband)传输”。其中基带传输是“直接控制信号状态”的传输方式；宽带传输则是“控制载波(Carder)信号状态”的传输技术。未经调制的电脉冲信号呈现方波形式，在直接和低频条件下就可传输，称为基带信号，在近距离范围内，基本信号功率衰减不大，故局域网都采用基带传输。而在远程传输中，必须经高频调制后才能在信道进行传输，称为数字基带信号的载波传输或宽带传输。
二、基带的信号发送与接收
基带(BASEband)传输是“直接控制信号状态”的传输方式，是直接改变电位状态来传输数据(见图2-6)。
三、载波信号的调制与解调
载波是指“可以用来载送数据的信号”。
1、发送端的载波产生器输出正弦波信号给调制器。
2、调制器根据数据内容改变正弦波信号的物理特性，送出信号。
3、解调器收到信号后，拿它跟接收端载波产生器所输入正弦波信号相比较，过滤出物理特性上的变动。
4、解调器根据信号物理特性上的变动，还原出数据内容。
上述将数据放上载波的操作称为“调制(Modulation)”，执行调制操作的装置或程序称为“调制器(Modulator)”；而将数据与载波分离的操作称为“解调(Demodulation)”执行解调制操作的设备或程序称为“解调器(Demodulator)”。
四、载波传输不等于模拟传输、载波传输不等于单向传输
2．3基带编码技术
一、编码是指把1和0转换成某种真实的和物理的事务，比如：
l 一条线路上的电脉冲
l 一根光纤上的光脉冲
l 进入空间的电磁波
二、二阶基带信号的编码方式
二阶信号:指信号上仅能区分出两种逻辑状态。以电流脉冲来说，便是两端电位的“高”与“低”
二阶基带信号的编码方式种类及每种的编码规则（p28-30）
三、多阶基带信号的编码方式
就三阶的电流脉冲而言，信号通常区分成三种电位状态，分别为：“正电位”、“零电位”、“负电位”。三阶的基带传输方式有：
> Bipolar Alternate Mark Inversion(BiDolar-AMI，双极交替记号反转)：早期T-Carrier网络采用这种传输方式。
>Bipolar-8-ZeroSubstitution(B8ZS，双极信号八零替换)：新式T-Cartier网络采用这种传输方式。
>High density bipolar 3(HDB3，高密度双极信号3)：E-Carrier网络采用这种传输方式。
2．4宽带调制技术
一、调制：发送端根据数据内容命令调制器(modulator)改变载波的物理特性使其能够携带信息。
“调制”常通过改变载波的“振幅、频率、相位”三种物理特性来完成。控制载波振幅的技术称为“振幅调制”技术；控制载波频率的技术则为“频率调制”技术；控制载波相位的技术便是“相位调制”技术。
二、振幅调制技术
控制载波振幅的调制技术为“振幅调制”(AmplitudeModulation，AM)技术，数字振幅调制技术称为“振幅键控”(Amplitude SlliftKeying，ASK)调制技术，它以振幅较弱的信号状态代表O，以振幅较强的信号状态代表1(p31图2-23)。
三、频率调制技术
控制载波频率的调制技术为“频率调制”(FrequencyModulation，FM)技术，数字频率调制技术称为“频移键控”(Frequency shiftKeying，FsK)调制技术，它以频率较低的信号状态代表0，以频率较高的信号状态代表l(见p31图2-24)。
四、相位调制技术
控制载波相位的调制技术为“相位调制”(PhaseModulation，PM)技术，调制相位调制技术则称为“相移键控”(Phase ShiftKeying，PSK)调变技术，它以信号相位状态的改变代表1，以信号相位状态不变代表O(见p32图2-25)
五、正交幅度调制技术
QAM是一种结合ASK与PSK的综合型调制技术，同时控制载波的“振幅强度”与“相位偏移量”，让同一个载波信号得以呈现出更多的逻辑状态。
2．5同步化
接收端要顺利将信号转换成原先的数据，必须知道两件事:“从哪个时间点开始检测信号的逻辑状态”与“传输一位所占用的时间”。
为解决第一个问题，传输控制机制都会定义一种“闲置(Idle)状态”。不传送数据时，传输介质便处于闲置状态下。一旦开始传送数据，便进入“数据传输状态”，并开始检测信号的逻辑状态。
要解决第二个问题，只需让发送端与数据端参考同一套时钟(Clock)即可。但除非传送端通过另一条传输线路将时序信号传送给接收端，让接收端得以随时修正时序。这个程序，便是“同步化”。否则只要双方的时钟有些微的误差，长时间传输累积下来，便会使得取样过程出错，解译出错误的数据。
2．6单工与双工
进行信号传送的数据通道有三种方式：单工、半双工、全双工
一、单工：在此传输模式下，发送端只能发送信息出去，不能接收调制；接收端只能接收信息，不能发送信息出去。例:电视
二、半双工(HaIf DUOIex)
可在两个方向上传送流量，但某一时刻只能有一方进行传输。即半双工传输方式使信号能朝任一方向传送，但不能朝两个方向同时传送，例：对讲机
三、全双工
在此传输模式下通讯端可以同时进行数据的接收与发送操作。例：电话
2．7带宽
带宽：用来描述在一个给定的时间内有多少信息能够从一个地方传输到另一个地方。包括模拟信号带宽和数字信号带宽。
模拟信号：信号带宽——信号频率的变动范围
数字信号：线路带宽——线路传输速率（重点）
信息的最基本单位是比特，时间的最基本单位是秒，所以线路带宽的单位为b／s(Bit Per Second，每秒传输位数)。
