數據通信

數據通信簡介

　　數據通信是通信技術和計算機技術相結合而產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，根據傳輸媒體的不同，有有線數據通信與無線數據通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數據終端與計算機聯結起來，而使不同地點的數據終端實現軟、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。 調制方式：SSB/FDM?；谕S的PCM時分多路數字基帶傳輸技術。 光纖將逐漸取代同軸。

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

　　光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸的特性進行的，具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強的特點。目前用于本地、長途、干線傳輸，并逐漸發展用戶光纖通信網。目前基于長波激光器和單模光纖，每路光纖通話路數超過萬門，光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來，光纖通信技術發展迅速，并有各種設備應用，接入設備、光電轉換設備、傳輸設備、交換設備、網絡設備等。光纖通信設備有光電轉換單元和數字信號處理單元兩部分組成。

數據通信百科

　　數據通信是通信技術和計算機技術相結合而產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，根據傳輸媒體的不同，有有線數據通信與無線數據通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數據終端與計算機聯結起來，而使不同地點的數據終端實現軟、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。 調制方式：SSB/FDM?；谕S的PCM時分多路數字基帶傳輸技術。 光纖將逐漸取代同軸。

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

　　光纖通信是利用激光在光纖中長距離傳輸的特性進行的，具有通信容量大、通信距離長及抗干擾性強的特點。目前用于本地、長途、干線傳輸，并逐漸發展用戶光纖通信網。目前基于長波激光器和單模光纖，每路光纖通話路數超過萬門，光纖本身的通信纖力非常巨大。幾十年來，光纖通信技術發展迅速，并有各種設備應用，接入設備、光電轉換設備、傳輸設備、交換設備、網絡設備等。光纖通信設備有光電轉換單元和數字信號處理單元兩部分組成。

　　衛星通信通信距離遠、傳輸容量大、覆蓋面積大、不受地域限制及高可靠性。目前，成熟技術使用模擬調制、頻分多路及頻分多址。 數字衛星通信采用數字調制、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、收音機等在移動狀態中的物體。移動通信系統由兩部分組成：（1） 空間系統（2）地面系統：①衛星移動無線電臺和天線；②關口站、基站。移動通信系統從20世紀80年代誕生以來，到2020年將大體經過5代的發展歷程，而且到2010年，將從第3代過渡到第4代（4G）。到4G，除蜂窩電話系統外，寬帶無線接入系統、毫米波LAN、智能傳輸系統（ITS）和同溫層平臺（HAPS）系統將投入使用。未來幾代移動通信系統最明顯的趨勢是要求高數據速率、高機動性和無縫隙漫游。實現這些要求在技術上將面臨更大的挑戰。此外，系統性能（如蜂窩規模和傳輸速率）在很大程度上將取決于頻率的高低?？紤]到這些技術問題，有的系統將側重提供高數據速率，有的系統將側重增強機動性或擴大覆蓋范圍。從用戶角度看，可以使用的接入技術包括：蜂窩移動無線系統，如3G；無繩系統，如DECT；近距離通信系統，如藍牙和DECT數據系統；無線局域網（WLAN）系統；固定無線接入或無線本地環系統；衛星系統；廣播系統，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。

　　通信系統

　　脫機數據傳輸是簡單地利用電話或類似的鏈路來傳輸數據，不包括計算機系統。這樣一條鏈路兩端所使用的設備不是計算機的部件，或至少不是立刻把數據提供給計算機處理，即數據在發送或接收時是脫機的。這種數據通信相對來說比較便宜和簡單。

　　遠程批處理一詞適用于這樣一種方法：采用數據通信技術來使數據的輸入和輸出在地理上遠離按批處理模式處理它們的計算機。

　　聯機數據收集指的是用數據通信技術來向計算機即時提供剛產生的輸入數據這種方法。數據于是存儲在計算機里（比如磁盤上），并按預定時間間隔或者根據需要進行處理。

　　交互式系統顧名思義，是為用戶提供從計算機提取信息的功能。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”也可以是復雜的。這類系統可能要使用能產生硬拷貝和（或）可視顯示的終端。

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

　　基礎理論

　　頻譜與帶寬信號是數據的電磁編碼，信號中包含了所要傳遞的數據。信號一般以時間為自變量，以表示消息（或數據）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，可分為連續信號和離散信號；按其因變量的取值是否連續，又可分為模擬信號和數字信號。信號具有時域和頻域兩種最基本的表現形式和特性。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。為了得到所傳輸的信號對接收設備及信道的要求，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，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據的速率就越高，要求傳輸介質的帶寬也越大。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生可接受話音的重現，因而話音信號的標準頻譜為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，單穩脈沖信號的帶寬為無窮大。而對于二進制信號，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字序列。

　　截止頻率與帶寬根據傅立葉級數我們知道，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到接收端，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送端的信號是完全一樣的，即接收端完全恢復了發送端發出的信號。但現實世界上，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，但并沒有發生畸變。然而所有的傳輸信道和設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，因而導致輸出信號發生畸變。通常情況是頻率為0到fc赫茲范圍內的諧波在信道傳輸過程中不發生衰減（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送端發送的信號有些不同，即產生了失真。為了保證數據傳輸的正確性，必須限制信號的帶寬。2.2.3 信道的最大數據傳輸率單位時間內能傳輸的二進制位數稱為數據傳輸率。數據傳輸率的提高意味著每一位所占用的時間的減小，即二進制數字脈沖序列的周期時間會減小，當然脈沖寬度也會減小。前一節里我們已經知道，即使二進制數字脈沖信號通過帶寬有限的理想信道時也會產生波形失真，而且當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，因此當數據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出所發送的數字序列。這就是說，即使對于理想信道，有限的帶寬也限制了信道數據傳輸率。早在1924年，H. Nyquist（奈奎斯特）就認識到這個基本限制的存在，并推導出表示無噪聲有限帶寬信道的最大數據傳輸率的公式。在1948年，C. Shannon（香農）把奈奎斯特的工作進一步擴展到了信道受到隨機噪聲干擾的情況。這里我們不加證明地簡述這些現在視為經典的結果。奈奎斯特證明，任意連續信號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的時間連續信號g（t）。如果要輸出數字信號，還必須以一定的速率對g（t）進行等間隔的抽樣。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果為V個離散化電平之一，則該信道的最大的數據傳輸率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/秒的二進制數字信號。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。香農關于有噪聲信道最大數據傳輸率的結論是：對于帶寬為BHz，信噪比為S/N的信道，其最大數據傳輸率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，其數據傳輸率不可能大于30 000比特/秒。香農的結論是根據信息論推導出來的，適用的范圍非常廣，要想超越這一結論就好比想要發明永動機一樣，幾乎是不可能的。值得注意的是，香農的結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困難的。

　　總結

　　信號是消息（或數據）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，可分為模擬信號和數字信號，相應的也可將通信分為模擬通信和數字通信。傅立葉已經證明：任何信號（不管是模擬信號還是數字信號）都是由各種不同頻率的諧波組成的，任何信號都有相應的帶寬。而且任何信道在傳輸信號時都會對信號產生衰減，因此，任何信道在傳輸信號時都存在一個數據傳輸率的限制，這就是奈奎斯特定理和香農定理所要告訴我們的結論。傳輸介質是計算機網絡與通信的最基本的組成部分，它在整個計算機網絡的成本中占有很大的比重。為了提高傳輸介質的利用率，我們可以使用多路復用技術。多路復用技術有頻分多路復用、波分多路復用和時分多路復用三種，它們用在不同的場合。數據交換技術包括電路交換、報文交換和分組交換三種，它們各自有優缺點。Modem是用于在模擬電話網上傳輸計算機的二進制數據的設備。Modem的調制方式有調幅、調頻、調相以及正交幅度調制，而且Modem還支持數據壓縮和差錯控制。

　　數據通信的基本概念

　　數據通信是通信技術和計算機技術相結合而產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，根據傳輸媒體的不同，有有線數據通信與無線數據通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數據終端與計算機聯結起來，而使不同地點的數據終端實現軟、硬件和信息資源的共享。

　　數據通信的發展趨勢集中表現為：

　　1. 應用范圍與應用規模的擴大，新的應用業務如電子數據互換（EDI），多媒體通信等不斷涌現?！　?. 隨著通信量增大，網路日益向高速、寬帶、數字傳輸與綜合利用的方向發展。例如光纖高速局域網、城域網、寬帶綜合業務數字網、《中繼、快速分組交換等許多新技術迅速發展，有的已進入實用化階段?！　?. 與移動通信的發展相配合，移動式數據通信正獲得迅速發展?！　?. 隨著網路與系統規模的不斷擴大，不同類型的網路與系統的互連（也包括對互連網路的操作與管理）的重要性日趨突出?！　?. 通信協議標準大量增加，協議工程技術日益發展。

　　數據通信系統的構成

　　比較典型的數據通信系統主要由中央計算機系統、數據終端設備（DTE）、數據電路三部分構成，如圖1所示。圖1 數據通信系統的基本構成1. 中央計算機系統由通信控制器（或前置處理機）、主機及其外圍設備組成，具有處理從數據終端設備輸入的數據信息，并將處理結果向相應的數據終端設備輸出的功能。2. 數據終端設備由數據輸入設備（產生數據的數據源）、數據輸出設備（接收數據的數據宿）和傳輸控制器組成。3. 數據電路由傳輸信道（傳輸線路）及其兩端的數據電路終接設備（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字信道。當利用模擬信道傳輸數據信號時，發送的原始數據信號需要經過“數字→模擬”變換，即調制；在接收時，需要進行相反的“模擬→數字”變換，即解調。實現調制與解調的設備稱為調制解調器（modem）。一條模擬傳輸信道加上調制解調器就構成了一條數據電路，調制解調器是模擬信道上的DCE。當利用數字信道來傳輸數據信號時，不需要調制解調器，但需要有相應的接口設備，用來實現信號碼型和電平的變換以及線路特性的均衡等功能。一條數字傳輸信道加上這樣的接口設備就構成了一條數據電路，這樣的接口設備是數字信道上的DCE，通常稱作數據服務單元。