模拟传输与数字传输

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1、基本概念、基本术语和数据通信系统
1.基本概念和基本术语
数据：能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。
分类：模拟数据可以在一定的数据区域中取连续的值，如声音和图像；数字数据只能取离散的数值，如整数、二进制序列。
信号：是数据的具体表现形式。
分类：从通信的发送端所产生的信号形式来看
模拟信号：在各种介质上传送的连续变化的电磁波。
数字信号：在介质上传送的电压脉冲序列。从通信线路上传送的信号来看
基带信号：将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，在线路上传输。
宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。
信道：一般用来表示某一个方向上传送信息的媒体。
分类：传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道。
信号的传输方式：
模拟传输：将信息在传输介质中以模拟信号传输的传输方式。
数字传输：将信息在传输介质中以数字信号传输的传输方式。
2.数据通信系统

	数据通信	电话、电报业务
通信对象	人-机、机-机之间通信	人-人之间通信
通信信号	具有一定含义的二进制形式的字母、数字和符号	连续的语音信号或某种意义的报文
通信可靠性	误码率要求较高	误码率要求较低
通信复杂性	需要严格的协议，控制复杂	控制简单

数据通信：依据通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息的技术，它可以实现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。
数据通信系统：是通过数据电路将分布在原地的远程终端设备如计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。
数据通信系统的组成：主要由远程终端设备、数据电路、中央计算机系统三部分组成。

数据终端设备DTE：由数据输入设备（数据源）、数据输出设备（数据宿）和传输控制器组成。
数据电路端接设备DCE：是DTE与传输信道的接口设备，在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放数据链路的连接。
常用的DCE有调制解调器和数据服务单元。
1.远程终端设备：使用一般终端，具有一定的数据处理能力及发送和接收数据的能力，属于数据终端设备DTE。
2.数据电路：由传输信道（传输线路）及两端的数据电路端接设备DCE组成，位于远程终端设备和中央计算机之间，为数据通信提供数字传输信道。
传输信道包括通信线路和通信设备。
3.中央计算机系统：由通信控制器及主机构成，也属于DTE。
通信控制器：是对DTE的信号进行差错控制、终端接续控制、传输顺序控制、切断控制等，同时将线路的信号从并行转成串行或反之。
主机则主要进行数据处理。
2、模拟传输系统
1.模拟数据以模拟信号传输
传统的电话系统，采用分级交换；长途干线采用频分复用的传输方式，即所谓的载波电话。
2.数字数据以模拟信号传输
在模拟信道中进行数字传输，必须先将数字信号转换为模拟信号！

解决办法：选取某一频率的正（余）弦模拟信号作载波信号，运载所要传送的数字信号。
实现的具体方法：用要传送的数字信号改变载波的幅值、频率或相位，然后使之在信道上传送，到达信道的另一端再将数字信号从载波上提取出来。

调制：将数字信号放到载波上去的过程，即将数字信号变换模拟信号的过程，实现设备称为调制器（Modulator）；
解调：是从载波上提取信号的过程，即将模拟信号变换为数字信号的过程，实现设备称为解调器（DEModulator）。
调制解调器（MODEM）是既能实现调制又能实现解调的设备。
1.调制方法
①调幅（AM）：即载波的幅度随数字信号的值改变，也称为幅移键控法ASK。
特点：技术简单，抗干扰性较差，适合光缆使用。
②调频（FM）：即载波的频率随数字信号的值改变, 也称为频移键控法FSK。
特点：抗干扰性较高，但所占频带较宽，是常用的一种调制方法。③调相（PM）:即载波的相位随数字信号的值改变，也称为相移键控法PSK。
特点：抗干扰性较高，数据传输速率高，实现复杂。

调相又可以分为：
绝对调相：用固定的不同相位分别代表数字信号1和0。
相对（差分）调相：用相对最近前一组位相位的变化来代表数字信号。
相对调相比绝对调相更易实现，且具有更好的抗干扰性和更高的数据传输速率。
2.调制解调器
按调制方法分可分为：调频调制解调器、调相调制解调器和复合调制的调制解调器；
按数据率分可分为：低速调制解调器（低于600bps）、中速调制解调器（600bps-9600bps）和高速调制解调器（高于9600bps）；
按拨号方式分可分为：手动拨号和自动拨号；
此外，还可分为内插和外接式调制解调器等等。
3.数字数据以数字信号传输数字数据可以数字信号传输，但需对信号进行编码以提高数据传输的效率和实现通信双方的信号同步。
常用编码：不归零码、归零码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码。

单极性不归零码：用零电压代表“0”，用正电压代表“1”，采样时间为每个码元时间的中间点,判决门限为半幅度电平。
不归零码NRZ是一种最简单和最原始的编码方式，可分为单极性不归零码和双极性不归零码。 优点：有效利用了带宽，简单，低频相应性能较好。
缺点：当连续发送“1”或“0”时，难以确定每位的开始或结束。

双极性不归零码用负电压代表“0”，用正电压代表“1”，采样时间为每个码元时间的中间点，但判决门限为零电平。
不归零码NRZ
是一种最简单和最原始的编码方式，可分为单极性不归零码和双极性不归零码。 优点：有效利用了带宽，简单，低频相应性能较好。
缺点：当连续发送“1”或“0”时，难以确定每位的开始或结束。

单极性归零码：发送“1”信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送“0”信号时，则完全不发出任何电流。
归零码特点：每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，其采样时间和判决门限与不归零码类似。
归零码优点：接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。
归零码缺点：当出现长时间“0”码时，同步信号将会丢失。

双极性归零码：发送“1”信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送“0”信号时发出短于一个码元时间宽度的负脉冲，其余时间则不发出任何电流。
归零码特点：每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，其采样时间和判决门限与不归零码类似。
归零码优点：接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。
归零码缺点：当出现长时间“0”码时，同步信号将会丢失。

单极性归零码：发送“1”信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送“0”信号时，则完全不发出任何电流。
归零码特点：每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，其采样时间和判决门限与不归零码类似。
归零码优点：接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。
归零码缺点：当出现长时间“0”码时，同步信号将会丢失。

双极性归零码：发送“1”信号时发出一个短于一个码元时间宽度的正脉冲，发送“0”信号时发出短于一个码元时间宽度的负脉冲，其余时间则不发出任何电流。
归零码特点：每一个码元脉冲间要有间隔，脉冲宽度比码元间隔短，其采样时间和判决门限与不归零码类似。
归零码优点：接收端可以从收到的脉冲间隔中得到同步信息。
归零码缺点：当出现长时间“0”码时，同步信号将会丢失。

曼彻斯特码：是自带同步信号的编码，常用于局域网的传输。
特点：每一位中间均有一次跳变，该跳变既作为时钟信号又作为数据信号；每位编码的前半位表示数据信号的实际取值，后半位与之相反。
优点：克服了不归零码和归零码的同步信号丢失问题。
4.模拟数据以数字信号传输
数字传输的过程:
发送端：将模拟信号通过编码器（Coder）变换为数字信号。
接收端：将收到的数字信号用解码器（Decoder）还原成模拟信号。
编码解码器(Codec):既有编码功能又有解码功能的装置。

脉码调制技术(Pulse Code Modulation-PCM)：将模拟信号转变成数字信号的技术，常用于对声音信号进行处理。
脉码调制过程的三个步骤：采样、量化和编码。
1.采样：按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值。
采样定理：只要采样频率不低于模拟信号最高频率的2倍，就可以从采样脉冲信号无失真的恢复出原来的模拟信号。
2.量化：将采样点测得的信号幅值分级取整的过程。
经过量化后的样本幅度为离散的整数值，而不是连续的值。
3.编码：用相应位数的二进制码表示已经量化的采样样本的量级。
如果有N个量化级，则二进制位的位数为log2N。