任务一 数据通信系统概述

知识点

1.数据通信的概念是什么？

数据通信是按照某种通信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种通信方式，可实现计算机和计算机、计算机和终端以及终端与终端之间的数据信息传递。现代网络数据通信中传递的信息均以二进制数据形式来表现。

2.数据通信的发展经历了哪几个阶段？

现代意义上的数据通信是在电流发现之后产生的，可大致划分为3个阶段：

（1）初级数据通信阶段

时间	事件	意义
1837年	莫尔斯（Samuel B. Morse）研制了实用的电报系统	通过铜线发送短的或长的电流脉冲传送Morse码，实现长距离文本信息传输，是现代数据通信系统的先驱
1876年	贝尔（Bell）发明了有线电话	实时传输完整语音信号，采用多路复用技术后一条线路能传送多路音频电话信号
1901年	马克尼发明了无线电报	无线数据通信开辟了崭新领域
1938年	出现电视广播	数据通信从文本、语音发展到实时图像

（2）近代数据通信阶段

• 1946年计算机产生，数字化技术快速崛起，计算机技术是现代数据通信产生的基础
• 1960年集成电路为各种电子设备提供了高速、微小、功能强大的"心"
• 20世纪70年代出现光纤传输系统和卫星通信
• 20世纪80年代开始出现蜂窝移动通信

（3）现代数据通信阶段

• 20世纪90年代以来，随着计算机网络技术发展和Internet的快速普及
• 分布在世界各地的计算机之间能够进行快速的数据通信
• 从单纯的数字数据演变为集数据、语音和图像等多种信息格式的多媒体信息通信平台

3.什么是模拟信号？

模拟信号是一种信号幅度随时间连续变化的电信号，其波形为连续曲线，中间无断裂和不连续。信号的强度取值随时间变化而连续变化。

正弦信号是最简单的模拟信号，一个正弦波形可用以下3个参数来描述：

参数	说明
振幅（A）	信号的峰值或最大强度
频率（f）	信号周期重复的速率，每秒周期数（赫兹，Hz），是信号周期T的倒数，即 f=1/T
相位	时间零点时的位置

改变正弦波中振幅、频率和相位中任何一个参数的值，就改变了信号的波形，这3个要素之一的改变即可用于表示不同的数据，进行信息的传输。

模拟信号都可以分解为多个具有不同频率的正弦信号，而正弦信号是模拟信号的最简化形式，不能再进行分解。

4.什么是数字信号？

数字信号是一种非连续变化的电信号，其波形为不连续的曲线。信号的强度始终在有限个数的值之间变化。

• 当信号强度只有两种取值时，即为二进制数字信号，这是数据通信中实际使用的数字信号
• 19世纪初法国数学家傅立叶（Joseph Fourier）证明：任何正常的周期为T的函数g(t)，都可以表示成无数个具有不同振幅、频率和相位的正弦波之和
• 因此，任何数字信号都可以用具有不同频率分量的正弦波的合成来表示
• 信号的带宽就是信号包含的不同频率正弦波形中的最高频率和最低频率之差

5.基带信号、频带信号和宽带信号的区别是什么？

信号类型	本质	传输方式	特点
基带信号	数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示	传送到数字信道上传输，占据传输信道的全部带宽	近距离功率衰减不大，信道容量不变，局域网中通常使用
频带信号	模拟信号	用数字信号对特定频率的载波进行调制，变成适合于模拟线路传送的信号	适合远距离传输或无线传输
宽带信号	模拟信号	借助于频带信号，将链路容量分解为两个或多个信道	每个信道可携带不同的频带信号，所有信道可同时但互不干扰地收发信号

6.数据通信系统的一般模型是怎样的？

通信系统必须包括3个基本组成部分：信源、传输介质和信宿。

一般认为数据通信系统由以下三部分构成：

（1）数据终端设备（DTE）

• 充当信源和信宿的设备通称为数据终端设备（Data Terminal Equipment）
• 可能是大、中、小型计算机、PC，也可能是可以直接接收网络数据的打印机
• 是信息的输入/输出工具
• 还必须设置通信控制器（也称适配器，如网卡）及相关的控制软件，控制收发双方同步、差错控制、传输链路的建立/维持/拆除及数据流量控制等

（2）数据通信设备（DCE）

• 连接DTE与传输信道的设备称为数据通信设备（Data Communication Equipment）
• DCE的功能是完成数据信号的变换
• 如果DTE发出的数据信号不适合于信道传输，DCE要把原始数据信号变成适合信道传输的模拟信号或数字信号形式
• 典型设备：调制解调器（Modem）、数字编码解码器（Codec）等

（3）通信信道

• 也叫传输信道，是通信系统必不可少的组成部分
• 由传输介质和相关的电子设备（如放大器、滤波器等）或光学设备组成
• 常见传输介质：铜线、同轴电缆、双绞线、光纤和空间等
• 根据传输介质的不同，可以传输模拟信号，也可以传输数字信号

7.数据通信的性能指标有哪些？

（1）带宽

• 原指某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差
• 单位：赫兹（Hz）、千赫（kHz）、兆赫（MHz）等
• 对于模拟信道，带宽是信道能够传送的电磁波信号的最高频率与最低频率之差
• 对于数字信道，在很多情况下带宽就是数据传输速率或比特率
• 通信信道的带宽必须大于或等于信号的带宽，才能保证传输的信号不失真

（2）数据传输速率（比特率）

• 每秒能够传输多少位数据，单位为比特/秒（b/s、bit/s或bps）
• 例如：每秒传输9600bit，则数据传输率为9600b/s（9.6kbps）
• 在100Mb/s速率下，每比特传输时间为10ns；在10Mb/s速率下，每比特传输时间为100ns

（3）信道容量

• 信道可以无错误传送的最大信息量，是信道传输信息的速率上限
• 单位：b/s
• 例如：一条具有3kHz带宽的普通电话线路，其最大传输速率为20kb/s

（4）波特率（传码率或调制速率）

• 码元是数据在传输过程中最小的传输单位
• 单位：码元/秒，称为波特（Baud）
• 对于模拟信号，波特率是指调制信号每秒钟调制载波状态改变的次数
• 对于数字信号，波特率是指线路上每秒钟传送的波形个数
• 波特率一般小于或等于比特率

（5）吞吐量

• 信道在单位时间内成功传输的信息量
• 单位：bit/s
• 例如：某信道10min内成功传输了8.4Mbit的数据，吞吐量为8.4Mb/600s=14.3kb/s

（6）延迟

• 从发送方传出第一位数据开始，到接收方成功接收到最后一位数据为止所经历的时间
• 分为传输延迟和传播延迟两种

（7）错误率

• 衡量通信信道可靠性的重要指标
• 比特错误率：二进制比特位在传输过程中被误传的概率
• 分组错误率：数据分组被误传的概率