數(shù)據(jù)通信簡介

　　數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。要在兩地間傳輸信息必須有傳輸信道，根據(jù)傳輸媒體的不同，有有線數(shù)據(jù)通信與無線數(shù)據(jù)通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數(shù)據(jù)終端與計算機(jī)聯(lián)結(jié)起來，而使不同地點的數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)軟、硬件和信息資源的共享。

　　傳輸手段

　　電纜通信雙絞線、同軸電纜等。市話和長途通信。 調(diào)制方式：SSB/FDM?；谕S的PCM時分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)。 光纖將逐漸取代同軸。

　　微波中繼通信比較同軸電纜，易架設(shè)、投資小、周期短。模擬電話微波通信主要采用SSB/FM/FDM調(diào)制，通信容量6000路/頻道。數(shù)字微波采用BPSK、QPSK及QAM調(diào)制技術(shù)。采用64QAM、256QAM等多電平調(diào)制技術(shù)提高微波通信容量，可在40M頻道內(nèi)傳送1920~7680路PCM數(shù)字電話。

　　光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸?shù)奶匦赃M(jìn)行的，具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強(qiáng)的特點。目前用于本地、長途、干線傳輸，并逐漸發(fā)展用戶光纖通信網(wǎng)。目前基于長波激光器和單模光纖，每路光纖通話路數(shù)超過萬門，光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來，光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速，并有各種設(shè)備應(yīng)用，接入設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。光纖通信設(shè)備有光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)字信號處理單元兩部分組成。

數(shù)據(jù)通信百科

　　數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。要在兩地間傳輸信息必須有傳輸信道，根據(jù)傳輸媒體的不同，有有線數(shù)據(jù)通信與無線數(shù)據(jù)通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數(shù)據(jù)終端與計算機(jī)聯(lián)結(jié)起來，而使不同地點的數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)軟、硬件和信息資源的共享。

　　傳輸手段

　　電纜通信雙絞線、同軸電纜等。市話和長途通信。 調(diào)制方式：SSB/FDM。基于同軸的PCM時分多路數(shù)字基帶傳輸技術(shù)。 光纖將逐漸取代同軸。

　　微波中繼通信比較同軸電纜，易架設(shè)、投資小、周期短。模擬電話微波通信主要采用SSB/FM/FDM調(diào)制，通信容量6000路/頻道。數(shù)字微波采用BPSK、QPSK及QAM調(diào)制技術(shù)。采用64QAM、256QAM等多電平調(diào)制技術(shù)提高微波通信容量，可在40M頻道內(nèi)傳送1920~7680路PCM數(shù)字電話。

　　光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸?shù)奶匦赃M(jìn)行的，具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強(qiáng)的特點。目前用于本地、長途、干線傳輸，并逐漸發(fā)展用戶光纖通信網(wǎng)。目前基于長波激光器和單模光纖，每路光纖通話路數(shù)超過萬門，光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來，光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速，并有各種設(shè)備應(yīng)用，接入設(shè)備、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。光纖通信設(shè)備有光電轉(zhuǎn)換單元和數(shù)字信號處理單元兩部分組成。

　　衛(wèi)星通信通信距離遠(yuǎn)、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前，成熟技術(shù)使用模擬調(diào)制、頻分多路及頻分多址。 數(shù)字衛(wèi)星通信采用數(shù)字調(diào)制、時分多路及時分多址。

　　移動通信移動通信（Mobile communication）是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。移動體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機(jī)等在移動狀態(tài)中的物體。移動通信系統(tǒng)由兩部分組成：（1） 空間系統(tǒng)（2）地面系統(tǒng)：①衛(wèi)星移動無線電臺和天線；②關(guān)口站、基站。移動通信系統(tǒng)從20世紀(jì)80年代誕生以來，到2020年將大體經(jīng)過5代的發(fā)展歷程，而且到2010年，將從第3代過渡到第4代（4G）。到4G，除蜂窩電話系統(tǒng)外，寬帶無線接入系統(tǒng)、毫米波LAN、智能傳輸系統(tǒng)（ITS）和同溫層平臺（HAPS）系統(tǒng)將投入使用。未來幾代移動通信系統(tǒng)最明顯的趨勢是要求高數(shù)據(jù)速率、高機(jī)動性和無縫隙漫游。實現(xiàn)這些要求在技術(shù)上將面臨更大的挑戰(zhàn)。此外，系統(tǒng)性能（如蜂窩規(guī)模和傳輸速率）在很大程度上將取決于頻率的高低?？紤]到這些技術(shù)問題，有的系統(tǒng)將側(cè)重提供高數(shù)據(jù)速率，有的系統(tǒng)將側(cè)重增強(qiáng)機(jī)動性或擴(kuò)大覆蓋范圍。從用戶角度看，可以使用的接入技術(shù)包括：蜂窩移動無線系統(tǒng)，如3G；無繩系統(tǒng)，如DECT；近距離通信系統(tǒng)，如藍(lán)牙和DECT數(shù)據(jù)系統(tǒng)；無線局域網(wǎng)（WLAN）系統(tǒng)；固定無線接入或無線本地環(huán)系統(tǒng)；衛(wèi)星系統(tǒng)；廣播系統(tǒng)，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。

　　通信系統(tǒng)

　　脫機(jī)數(shù)據(jù)傳輸是簡單地利用電話或類似的鏈路來傳輸數(shù)據(jù)，不包括計算機(jī)系統(tǒng)。這樣一條鏈路兩端所使用的設(shè)備不是計算機(jī)的部件，或至少不是立刻把數(shù)據(jù)提供給計算機(jī)處理，即數(shù)據(jù)在發(fā)送或接收時是脫機(jī)的。這種數(shù)據(jù)通信相對來說比較便宜和簡單。

　　遠(yuǎn)程批處理一詞適用于這樣一種方法：采用數(shù)據(jù)通信技術(shù)來使數(shù)據(jù)的輸入和輸出在地理上遠(yuǎn)離按批處理模式處理它們的計算機(jī)。

　　聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)收集指的是用數(shù)據(jù)通信技術(shù)來向計算機(jī)即時提供剛產(chǎn)生的輸入數(shù)據(jù)這種方法。數(shù)據(jù)于是存儲在計算機(jī)里（比如磁盤上），并按預(yù)定時間間隔或者根據(jù)需要進(jìn)行處理。

　　交互式系統(tǒng)顧名思義，是為用戶提供從計算機(jī)提取信息的功能。詢問功能是被動的。也就是說，它不修改所存儲的信息。提問可以很簡單，例如：“檢索員工號碼為1234的記錄”也可以是復(fù)雜的。這類系統(tǒng)可能要使用能產(chǎn)生硬拷貝和（或）可視顯示的終端。

　　實時系統(tǒng)是這樣一類系統(tǒng)，其中計算機(jī)系統(tǒng)是在動態(tài)情況下取得和處理信息，以便可使計算機(jī)采取動作來影響正在發(fā)生的事件（比如在過程控制應(yīng)用中）或者可通過存儲在計算機(jī)里的準(zhǔn)確且不斷更新的信息來影響人（操作員），比如在預(yù)售系統(tǒng)中。

　　基礎(chǔ)理論

　　頻譜與帶寬信號是數(shù)據(jù)的電磁編碼，信號中包含了所要傳遞的數(shù)據(jù)。信號一般以時間為自變量，以表示消息（或數(shù)據(jù)）的某個參量（振幅、頻率或相位）為因變量。信號按其自變量時間的取值是否連續(xù)，可分為連續(xù)信號和離散信號；按其因變量的取值是否連續(xù)，又可分為模擬信號和數(shù)字信號。信號具有時域和頻域兩種最基本的表現(xiàn)形式和特性。時域特性反映信號隨時間變化的情況。頻域特性不僅含有信號時域中相同的信息量，而且通過對信號的頻譜分析，還可以清楚地了解該信號的頻譜分布情況及所占有的頻帶寬度。為了得到所傳輸?shù)男盘枌邮赵O(shè)備及信道的要求，只了解信號的時域特性是不夠的，還必須知道信號的頻譜分布情況。信號的時域特性表示出信號隨時間變化的情況。由于信號中的大部分能量都集中在一個相對較窄的頻帶范圍之內(nèi)，因此我們將信號大部分能量集中的那段頻帶稱為有效帶寬，簡稱帶寬。任何信號都有帶寬。一般來說，信號的帶寬越大，利用這種信號傳送數(shù)據(jù)的速率就越高，要求傳輸介質(zhì)的帶寬也越大。下面我們將簡單介紹常見信號的頻譜和帶寬。聲音信號的頻譜大致在20 Hz～2000 kHz的范圍（低于20 Hz的信號為次聲波，高于2000 kHz的信號為超聲波），但用一個窄得多的帶寬就能產(chǎn)生可接受話音的重現(xiàn)，因而話音信號的標(biāo)準(zhǔn)頻譜為300 Hz～3400 Hz，其帶寬為3 kHz。電視信號的頻譜為0～4 MHz，因此其帶寬為4 MHz。作為一個特殊的例子，單穩(wěn)脈沖信號的帶寬為無窮大。而對于二進(jìn)制信號，其帶寬一般依賴于　信號波形的確切形狀以及0、1的次序。信號的帶寬越大，它就越忠實地表示著數(shù)字序列。

　　截止頻率與帶寬根據(jù)傅立葉級數(shù)我們知道，如果一個信號的所有頻率分量都能完全不變地通過信道傳輸?shù)浇邮斩?，那么在接收端由這些頻率分量疊加起來而形成的信號則和發(fā)送端的信號是完全一樣的，即接收端完全恢復(fù)了發(fā)送端發(fā)出的信號。但現(xiàn)實世界上，沒有任何信道能毫無損耗地通過所有頻率分量。如果所有的傅立葉分量都被等量衰減，那么接收端接收到的信號雖然在振幅上有所衰減，但并沒有發(fā)生畸變。然而所有的傳輸信道和設(shè)備對不同的頻率分量的衰減程度是不同的，有些頻率分量幾乎沒有衰減，而有些頻率分量被衰減了一些，這就是說，信道也具有一定的振幅頻率特性，因而導(dǎo)致輸出信號發(fā)生畸變。通常情況是頻率為0到fc赫茲范圍內(nèi)的諧波在信道傳輸過程中不發(fā)生衰減（或其衰減是一個非常小的常量），而在此fc頻率之上的所有諧波在傳輸過程中衰減很大，我們把信號在信道傳輸過程中某個分量的振幅衰減到原來的0.707（即輸出信號的功率降低了一半）時所對應(yīng)的那個頻率稱為信道的截止頻率（cut-off frequency）。截止頻率反映了傳輸介質(zhì)本身所固有的物理特性。另一些情況下，則是因為人們有意地在線路中安裝了濾波器以限制每個用戶使用的帶寬，如圖2-4a所示。有些時候，由于在信道中加入雙通濾波器，因而信道對應(yīng)著兩個截止頻率f1和f2，它們分別被稱為下截止頻率和上截止頻率。而這兩個截止頻率之差f2-f1被稱作信道的帶寬。如果輸入信號的帶寬小于信道的帶寬，則輸入信號的全部頻率分量都能通過信道，因而信道輸出端得到的輸出波形將是不失真的。但如果輸入信號的帶寬大于信道的帶寬，則信號中某些頻率分量就不能通過信道，這樣輸出得到的信號將與發(fā)送端發(fā)送的信號有些不同，即產(chǎn)生了失真。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，必須限制信號的帶寬。2.2.3 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率單位時間內(nèi)能傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)稱為數(shù)據(jù)傳輸率。數(shù)據(jù)傳輸率的提高意味著每一位所占用的時間的減小，即二進(jìn)制數(shù)字脈沖序列的周期時間會減小，當(dāng)然脈沖寬度也會減小。前一節(jié)里我們已經(jīng)知道，即使二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號通過帶寬有限的理想信道時也會產(chǎn)生波形失真，而且當(dāng)輸入信號的帶寬一定時，信道的帶寬越小，輸出的波形失真就會越大。換個角度說，當(dāng)信道的帶寬一定時，輸入信號的帶寬越大，輸出信號的失真就越大，因此當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率提高到一定程度時（信號帶寬增大到一定程度），在信道輸出端上的信號接收器根本無法從已失真的輸出信號中恢復(fù)出所發(fā)送的數(shù)字序列。這就是說，即使對于理想信道，有限的帶寬也限制了信道數(shù)據(jù)傳輸率。早在1924年，H. Nyquist（奈奎斯特）就認(rèn)識到這個基本限制的存在，并推導(dǎo)出表示無噪聲有限帶寬信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率的公式。在1948年，C. Shannon（香農(nóng)）把奈奎斯特的工作進(jìn)一步擴(kuò)展到了信道受到隨機(jī)噪聲干擾的情況。這里我們不加證明地簡述這些現(xiàn)在視為經(jīng)典的結(jié)果。奈奎斯特證明，任意連續(xù)信號f（t）通過一個無噪聲的帶寬為B的信道后，其輸出信號為一個帶寬為B的時間連續(xù)信號g（t）。如果要輸出數(shù)字信號，還必須以一定的速率對g（t）進(jìn)行等間隔的抽樣。抽樣速度高于每秒2B次是無意義的，因為信號中高于信道帶寬B以外的高頻分量已被信道衰減掉。如果g（t）由V個離散化的電平組成，即每次抽樣的可能結(jié)果為V個離散化電平之一，則該信道的最大的數(shù)據(jù)傳輸率Rmax 為：Rmax = 2Blog 2V（比特/秒）例如，一個無噪聲帶寬為3000 Hz的信道不能傳送速率超過6000比特/秒的二進(jìn)制數(shù)字信號。前面我們僅僅考慮了無噪聲的理想信道。對于有噪聲的信道，情況將會迅速變壞。信道中熱噪聲用信號功率與噪聲功率之比來度量，信號功率與噪聲功率的比值稱為信噪比（Signal-to-Noise Ratio）。如果我們用S表示信號功率，用N表示噪聲功率，則信噪比應(yīng)被表示為S/N。但人們通常不使用信噪比的絕對值，而是使用10 log10S/N來表示，單位是分貝（ dB）。對于S/N等于1 0的信道，則稱其信噪比為1 0 d B；同樣的道理，如果信道的S/N等于100，則稱其信噪比為20 dB；以此類推。香農(nóng)關(guān)于有噪聲信道最大數(shù)據(jù)傳輸率的結(jié)論是：對于帶寬為BHz，信噪比為S/N的信道，其最大數(shù)據(jù)傳輸率Rmax為：Rmax = Blog2 （1 + S/N）（比特/秒）例如，對于一個帶寬為3 kHz，信噪比為30 dB的信道，無論其使用多少個量化電平，也不管采樣速度多快，其數(shù)據(jù)傳輸率不可能大于30 000比特/秒。香農(nóng)的結(jié)論是根據(jù)信息論推導(dǎo)出來的，適用的范圍非常廣，要想超越這一結(jié)論就好比想要發(fā)明永動機(jī)一樣，幾乎是不可能的。值得注意的是，香農(nóng)的結(jié)論僅僅給出了一個理論極限，而實際上，要接近這個極限也是相當(dāng)困難的。

　　總結(jié)

　　信號是消息（或數(shù)據(jù)）的一種電磁編碼，信號中包含了所要傳遞的消息。信號按其因變量的取值是否連續(xù)，可分為模擬信號和數(shù)字信號，相應(yīng)的也可將通信分為模擬通信和數(shù)字通信。傅立葉已經(jīng)證明：任何信號（不管是模擬信號還是數(shù)字信號）都是由各種不同頻率的諧波組成的，任何信號都有相應(yīng)的帶寬。而且任何信道在傳輸信號時都會對信號產(chǎn)生衰減，因此，任何信道在傳輸信號時都存在一個數(shù)據(jù)傳輸率的限制，這就是奈奎斯特定理和香農(nóng)定理所要告訴我們的結(jié)論。傳輸介質(zhì)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信的最基本的組成部分，它在整個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的成本中占有很大的比重。為了提高傳輸介質(zhì)的利用率，我們可以使用多路復(fù)用技術(shù)。多路復(fù)用技術(shù)有頻分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用和時分多路復(fù)用三種，它們用在不同的場合。數(shù)據(jù)交換技術(shù)包括電路交換、報文交換和分組交換三種，它們各自有優(yōu)缺點。Modem是用于在模擬電話網(wǎng)上傳輸計算機(jī)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的設(shè)備。Modem的調(diào)制方式有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相以及正交幅度調(diào)制，而且Modem還支持?jǐn)?shù)據(jù)壓縮和差錯控制。

　　數(shù)據(jù)通信的基本概念

　　數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。要在兩地間傳輸信息必須有傳輸信道，根據(jù)傳輸媒體的不同，有有線數(shù)據(jù)通信與無線數(shù)據(jù)通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數(shù)據(jù)終端與計算機(jī)聯(lián)結(jié)起來，而使不同地點的數(shù)據(jù)終端實現(xiàn)軟、硬件和信息資源的共享。

　　數(shù)據(jù)通信的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為：

　　1. 應(yīng)用范圍與應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，新的應(yīng)用業(yè)務(wù)如電子數(shù)據(jù)互換（EDI），多媒體通信等不斷涌現(xiàn)?！　?. 隨著通信量增大，網(wǎng)路日益向高速、寬帶、數(shù)字傳輸與綜合利用的方向發(fā)展。例如光纖高速局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、《中繼、快速分組交換等許多新技術(shù)迅速發(fā)展，有的已進(jìn)入實用化階段?！　?. 與移動通信的發(fā)展相配合，移動式數(shù)據(jù)通信正獲得迅速發(fā)展?！　?. 隨著網(wǎng)路與系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，不同類型的網(wǎng)路與系統(tǒng)的互連（也包括對互連網(wǎng)路的操作與管理）的重要性日趨突出?！　?. 通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)大量增加，協(xié)議工程技術(shù)日益發(fā)展。

　　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成

　　比較典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由中央計算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）、數(shù)據(jù)電路三部分構(gòu)成，如圖1所示。圖1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成1. 中央計算機(jī)系統(tǒng)由通信控制器（或前置處理機(jī)）、主機(jī)及其外圍設(shè)備組成，具有處理從數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)信息，并將處理結(jié)果向相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的功能。2. 數(shù)據(jù)終端設(shè)備由數(shù)據(jù)輸入設(shè)備（產(chǎn)生數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源）、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備（接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)宿）和傳輸控制器組成。3. 數(shù)據(jù)電路由傳輸信道（傳輸線路）及其兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）組成。傳輸信道可以是專用信道或交換信道，也可以是模擬信道或數(shù)字信道。當(dāng)利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號時，發(fā)送的原始數(shù)據(jù)信號需要經(jīng)過“數(shù)字→模擬”變換，即調(diào)制；在接收時，需要進(jìn)行相反的“模擬→數(shù)字”變換，即解調(diào)。實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（modem）。一條模擬傳輸信道加上調(diào)制解調(diào)器就構(gòu)成了一條數(shù)據(jù)電路，調(diào)制解調(diào)器是模擬信道上的DCE。當(dāng)利用數(shù)字信道來傳輸數(shù)據(jù)信號時，不需要調(diào)制解調(diào)器，但需要有相應(yīng)的接口設(shè)備，用來實現(xiàn)信號碼型和電平的變換以及線路特性的均衡等功能。一條數(shù)字傳輸信道加上這樣的接口設(shè)備就構(gòu)成了一條數(shù)據(jù)電路，這樣的接口設(shè)備是數(shù)字信道上的DCE，通常稱作數(shù)據(jù)服務(wù)單元。