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1.几个术语的解释
1)数据－定义为有意义的实体。数据可分为模拟数据和数字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的值；数字数据是离散的值。
2)信号－是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。可选择适当的参量来表示要传输的数据。
3)信息－是数据的内容和解释。
4)信源－通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。
5)信宿－通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。
6)信道－信源和信宿之间的通信线路。
2.模拟信号和数字信号的表示
模拟信号和数字信号可通过参量(幅度)来表示：
图2.1 模拟信号、数字信号的表示
3.模拟数据和数字数据的表示
模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输。
1)模拟数据可以用模拟信号来表示。模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。这种数据可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示。模拟电话通信是它的一个应用模型。
2)数字数据可以用模拟信号来表示。如Modem可以把数字数据调制成模拟信号；也可以把模拟信号解调成数字数据。用Modem拨号上网是它的一个应用模型。
3)模拟数据也可以用数字信号来表示。对于声音数据来说，完成模拟数据和数字信号转换功能的设施是编码解码器CODEC。它将直接表示声音数据的模拟信号，编码转换成二进制流近似表示的数字信号;而在线路另一端的CODEC,则将二进制流码恢复成原来的模拟数据。数字电话通信是它的一个应用模型。
4)数字数据可以用数字信号来表示。数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示，但为了改善其传播特性，一般先要对二进制数据进行编码。数字数据专线网DDN网络通信是它的一个应用模型。
4.数据通信的长距离传输及信号衰减的克服
1)模拟信号和数字信号都可以在合适的传输媒体上进行传输(如图2.2)；
图2.2 模拟数据、数字数据的模拟信号、数字信号的传输表示
2)模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据,在传输一定距离后都会衰减。克服的办法是用放大器来增强信号的能量，但噪音分量也会增强，以至引起信号畸变。
3)数字信号长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信号恢复为"0、1"的标准电平后继续传输。
2.1.2 数据通信中的主要技术指标
1.数据传输速率
1)数据传输速率--每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。
计算公式: S=1/T*log2N(bps) ......⑴
式中 T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒；
N为一个码元所取的离散值个数。
通常 N=2K，K为二进制信息的位数，K=log2N。
N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。
2)信号传输速率--单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud。
计算公式: B=1/T (Baud) ......⑵
式中 T为信号码元的宽度，单位为秒．
信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。
由⑴、⑵式得： S=B*log2N (bps) ......⑶
或 B=S/log2N (Baud) ......⑷
[例1]采用四相调制方式，即N=4，且T=833x10-6秒，则
S=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400 (bps)
B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)
2.信道容量
1)信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps)
信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。
2)离散的信道容量
奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系：
B=2*H (Baud) ......⑸
奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式：
C=2*H*log2N (bps) ......⑹
式中 H为信道的带宽，即信道传输上、下限频率的差值，单位为Hz；
N为一个码元所取的离散值个数。
[例2]普通电话线路带宽约3kHz，则码元速率极限值B=2*H=2*3k=6kBaud ；
若码元的离散值个数N=16，则最大数据传输速率C=2*3k*log216=24kbps。
3)连续的信道容量
香农公式--带噪信道容量公式：
C=H*log2(1+S/N) (bps) ......⑺
式中 S为信号功率，
N为噪声功率，
S/N为信噪比，通常把信噪比表示成10lg(S/N)分贝(dB)。
[例3]已知信噪比为30dB，带宽为3kHz，求信道的最大数据传输速率。
∵ 10lg(S/N)=30 ∴ S/N=1030/10=1000
∴ C=3klog2(1+1000)≈30k bps
3.误码率--二进制数据位传输时出错的概率。
它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。
误码率公式：
Pe=Ne/N ......⑻
式中 Ne为其中出错的位数；
N 为传输的数据总数。
2.1.3 通信方式
1.并行通信方式
并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。这种方法的优点是传输速度快，处理简单。
图2.3 并行数据传输
2.串行通信方式
串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并--串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。
图2.4 串行数据传输
3.串行通信的方向性结构
串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。
图2.5 单工、半双工、全双工
单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；
半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；
全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力 |
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