模拟和数据通信系统概述

以前讲的通信，通常是指通过电线和空间电磁波实现。随着现代技术的发展，通信的信道频率越来越高，除长波、中波、短波通信以外，还有移动通信、微波通信(其频率范围在300MHz～300GHz)、卫星通信。通信用的介质也由电线、电缆、同轴电缆、到光纤通信。电子计算机的出现后，又使模拟通信快速地发展为数字通信。

下图是一个通信系统的典型框图：

通信方式：

模拟通信方式：构成模拟通信系统：设法保持基带信号不失真，电路全为模拟电路组成(放大、调制、解调等)。

数字通信方式：构成数字通信系统：数据传输的高可靠性，严格的通信协议和标准。

二、模拟信号传输

其过程一般为：将包含要传输信息的基带电信号进行调制(用高频信号运载要传输的信号《高频信号也称载波》)T发射T接收端接收(解调即还原出原来的信息)。

模拟信号的调制分模拟正弦调制和模拟脉冲调制。

1． 拟正弦调制

幅度调制AM：调幅波-普通的调幅广播。

频率调制FM：调频波-调频广播。

相位调制PM：调相波-特殊用场。

2．模拟脉冲调制

此时，载波是脉冲波，调制波可以是正弦或其它波形，根据载波信号的参量随调制波而改变的情况，可分为脉冲波调制、脉冲幅度调制PAM(信号检测)、脉冲宽度调制PWM(各种开关电源)、脉冲脉位调制PPM(锁相)。

在通信系统中要求在同一信道中能传送多个基带(调制波信号)信号，采用将各个基带信号调制到不同的载波频率上。例如，广播电台中波段，中央人民广播电台一套是560kHz，浙江人民广播电台810kHz等，560kHz、810kHz是指载波频率。这个技术称为频分复用(Frequency – division multiplexing)。但是，为了分开是那个电台的信号，必须让各载波的频率间隔足够大，使各已调信号的频谱之间有一定的间隔，这间隔称为防护频带。其作用是避免已调信号频谱间的相互干扰，也有利接收端分离不同的基带信号。我国规定：调频广播电台的各载频间隔不能小于9kHz。

三、数字信号的传输

数字通信比模拟通信有更多的优越性，如数字信号的抗干扰能力强，能纠正传输过程中的错误，易于加密和用计算机对数字信号进行处理等。所以，通常将模拟信号先转换成数字信号后，再进行传输。而接收端将接收到的数字信号再变换成模拟信号。目前，由于通信设备大量的还是模拟系统，为了能利用模拟系统来传输数字信号，因此，必须在模拟系统中加入调制解调器(Modem)。

为了能在模拟信道上传输数据，需按下面的原则进行信号变换：变换后的信号要适应信道特征—即新信号所含的频率成分要在模拟通道的通频带以内，新信号也必须包含全部的数据信息。采用调制解调器可以实现这种要求。

不同的调制解调器，实现了不同的信号变换方法。在反映正弦波的幅度、频率和相位调制中，将产生相应的三种调制信号，如图所示：

从图可知：三种调制信号(调幅、调频和调相信号)都具有二个共同的特性：⑴ 与数据信号相比，三个波形虽都发生了变化，但三个新波形的频率成分都集中在信道的通频带内；⑵ 待传送的数据信息分别包含在新信号的幅度、频率和相位之中。

例如：频移键控调制法是一种频率调制，其基本思路是：把数字信号的“0”和“1”调制成易于鉴别的两种不同的频率，如图所示。两路调制信号在数据开关的控制下，依次送到反相求和放大器，则在运放的输出，得到调制后的信号(该信号包含了“0”和“1”信息)。

四、数据传输方式

1 . 并行传输和串行传输

构成各数据代码的各数据位分别在不同的并行信道上同时传输→并行传输。

构成各数据代码的各数据位串行排列成数据流，在一条信道上传输→串行传输。

并行传输时，其设备成本都较高，且不宜远距离传输，但速度快；串行传输简单，一条传输线，适合远距离传输，但速度慢。

2 . 异步传输和同步传输

为了有效地表示一个信息，常用有限量的比特组合来代表字符，再由多个字符组成字符串构成报文(如ASCII用7位代表一个字符)。
在传输中，由于每个字符是以比特串型式传输的，所以接收方得到的是随比特码型变化的信号电平。为能正确地译码和恢复字符串，必须解决位同步、字符同步和帧同步。解决的方法不同，就出现了同步传输和异步传输方式。

同步传输→发送端和接收端的时钟信号相同；它以固定的时钟节拍来发送数据信号，而在接收端必须建立与发送方同样的时钟。它具有较高的传输效率，实现起比较复杂。

异步传输→发送端和接收端的时钟信号不相同；异步方法因接收和发送端的时钟不同，实现起来较简单，但是每个字符都要加上起始位和终止位，传输效率低。

3 . 通信方式

数据传输是有方向性的，对于点与点之间的通信，按信息传送的方向与时间关系，通信方式分为：单工通信、半双工通信和全双工通信三种。

单工通信→信息单方向传输(用在遥控、遥测、无线电寻呼系统等)；

半双工通信→通信双方均可收发信息，但双方不能同时发送信息；

全双工通信→通信双方可以同时发送信息(如电话系统等)；

4 . 传输速率

数据传输的速率表示了数据传输的有效性。通常用调制速率(波特率)和数据传输速率(比特率)描述。

⑴ 调制速率(波特率)

用波形来代表一个码元或几个码元的组合的情况：

在数据传输过程中，每秒钟内所传输的波形个数就称为调制速率。其单位是波特，所以调制速率也称为波特率。一个波形的持续时间为TS，测波特率为：RS=1/TS(baud)

⑵ 数据传输速率(比特率)

数据传送速率是指在单位时间内传送的比特率(数据位数)。因为在二进制数中，二进制位位作为最小的信息单位(称为比特bit)，单位为比特/秒(bit/s)。

如果一个信号波形有N个电平，则需要有个二进制码元。当信号波形持续时间为TS时，则单位时间内传送的比特数为：

所以，数据传输速率为： (bit)。