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什么是基带传输及基带信号传输速率

在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号。人们把矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带(简称基带)。这种矩形脉冲信号就叫做基带信号。在数字通信信道上直接传送基带信号的方法称为基带传输。基带传输是一种*基本的数据传输方式。

  1.通信信道带宽对传输的影响

  计算机中的数据是用离散的二进制数0、1表示的。在计算机通信过程中，传输的数据流是随机的二进制比特序列。设计适用于计算机通信的数据通信系统，首先要讨论计算机数据的特征及对系统的要求，使用的分析工具是傅里叶级数。在通信技术中，观察与分析电信号的基本方法有两种:时域方法与频域方法。时域方法是以时间t为自变量，观察电信号(电压或电流)随时间变化的情况。频域方法通过傅里叶分析，以频率f(或角频率↵)为自变量，观察电信号的频谱组成、振幅与相位，分析电信号通过某一通信信道后频谱分量的变化，*终给出电信号波形的变化及引起传输失真的情况。从试验技术的角度看，时域方法是用示波器去观察信号的波形，频域方法则是用频谱仪去观察信号的频谱。

  在现代网络技术中，常常使用带宽(Broad)这个术语。为了理解带宽对网络与通信的重要性，需要先了解通信信道的频率特性、带宽及通信信道带宽对基带传输的影响等问题。

  为研究通信信道带宽对数据信号传输的影响，下面以连续发送一个8bit 组成的字符B为例说明，字符B的二进制ASCII码为01100010(含校验位)。如果重复发送该字符，就可以将该数据信号视为一个周期函数。图6-9(a)给出了作为发送数据B的脉冲信号波形与频谱。图6-9(b)表明:当通信信道带宽较窄，只允许发送信号的直流分量与基波分量通过时，可用傅里叶积分的方法，得到通过通信信道后，由直流分量与基波分量合成的接收信号波形；结果表明接收信号波形失真很大，接收端无法识别信号的正确编码。图6-9(c)表明:当通信信道带宽允许发送信号的直流分量、基波分量与二次谐波分量通过时，接收信号波形仍然失真很大。图6-9(d)表明:当通信信道带宽允许发送信号的直流分量、基波分量、2次与4次谐波分量通过时，接收信号波形已开始接近发送信号波形。图6-9(e)表明:当通信信道带宽较宽，允许发送信号的直流分量、基波分量、2次~8次谐波通过时，接收信号波形已比较接近发送信号波形；接收端经波形整形后，可以正确地识别8位二进制值。

  从以上分析中可以看出:通信信道带宽对数据信号传输中失真的影响很大。信道带宽越宽，信号传输的失真就越小。

  2.数据传输速率的定义

  数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为 b/s。对于二进制数据，数据传输速率为

  S=1/t (6-9)

  式中，t为发送每1bit所需要的时间。

  例如，如果在通信信道上发送一比特0、1信号所需要的时间是0.104ms，那么信道的数据传输速率为 9600b/s。在实际应用中，1kb/s=103b/s，1Mb/s=106b/s，1Gb/s=109b/s。通过以上内容，可以看出信道带宽对基带信号传输的影响。在现代网络技术中，常以带宽表示通信信道的数据传输速率，带宽与速率几乎成了同义词。

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数据通信同步传输和异步传输

同步是数字通信中必须解决的一个重要问题。所谓同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。

  计算机的通信过程与人们使用电话进行通话的过程有很多相似之处。在正常的通话过程中，人们在拨通电话，并确定对方就是他要找的人时，双方就可以进入通话状态。在通话过程中，说话的人要讲清楚每个字，并在每讲完一句话时需要停顿一下。听话的人也要适应讲话人的说话速度，听清楚对方讲的每一个字；同时要根据讲话人的语气和停顿来判断一句话的开始与结束，这样才可能听懂对方所说的每句话。这就是人们在电话通信过程中需要解决的“同步”问题。如果在数据通信中收发双方同步不良，轻者会造成通信质量下降，严重时甚至会造成系统完全不能工作。

  与人们通过电话进行通信的过程相似，在数据通信过程中，收发双方同样也要解决同步问题，只是问题更复杂一些。数据通信的同步包括以下两种。

  1.位同步(Bit synchronous)

  数据通信的双方如果是两台计算机的话，那么两台计算机的时钟频率即使标称值都是相同的(都是166MHz)，也一定存在着频率误差。因此，不同计算机的时钟频率肯定存在着差异。这种时钟频率的差异，将导致不同计算机的时钟周期的微小误差。

  尽管这种差异是微小的，但是在大量的数据的传输过程中，其积累误差也足以造成传输错误。因此，在数据通信过程中，首先要解决收发双方的时钟频率的一致性问题。解决的基本方法:要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准与时钟频率。这个过程就叫做位同步。

  实现位同步的方法主要有以下两种:

  (1)外同步法外同步法是在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。

  (2)内同步法内同步法是从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法，曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含时钟编码方法。这个问题将会在数据编码一节中进行介绍。

  2.字符同步(Character synchronous)]

  在实现了位同步后，第二步要实现的是字符同步。标准的ASCI字符由8位二进制0、1组成。发送端以8位为一个字符单元来发送，接收端也以8位为字符单元来接收。保证收发双方正确传输字符的过程就叫做字符同步。

  实现字符同步的方法主要有以下两种。

  1)同步式(Synchronous)

  采用同步方式进行数据传输称为同步传输(Synchronoustransmission)。同步传输将字符组织成组，以组为单位连续传送。在每组字符之前加上一个或多个用于同步控制的同步字符SYN，每个数据字符内不加附加位。接收端接收到同步字符SYN后，根据SYN来确定数据字符的起始与终止，以实现同步传输的功能。同步传输的工作原理如图6-4所示。

  2)异步式(Asynchronous)

  采用异步方式进行数据传输称为异步传输(Asynchronous transmission)。异步传输的特点:每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的。为了实现字符同步，每个字符的第一位前加1位起始位(逻辑“1”)，字符的*后一位后加1位、1.5位或2位终止位(逻辑“0”)。异步传输的比特流结构如图6-5所示。

  在实际问题中，人们也将同步传输叫做同步通信，将异步传输叫做异步通信。同步通信的传输效率要比异步通信的传输效率高，因此，同步通信方式更适用于高速数据传输。

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