2.2.2 數據通信過程中涉及的主要技術問題
網絡中任意兩台計算機的通信過程需要解決哪些技術問題呢？
1.二進制編碼
2.傳輸的信號類型
3.數據傳輸與通信方式
4.同步技術
5.多路復用技術
6.廣域網數據交換技術
7.差錯控制技術
數據通信專指信源（發送信息的一方）和信宿（接收數據的一方）中信號的形式均為數字信號的通信方式。因此，可以將數據通信定義為：在不同的計算機和數字設備之間傳送二進制代碼0、1對應的比特位信號的過程。
在數據通信過程中，傳輸的數據信號的類型不同，使用的技術就不同。為此，數據傳輸系統有 基帶傳輸和 頻帶傳輸 兩種傳輸方式。
2.3.1 基帶傳輸與數字信號的編碼
1 、基帶、基帶信號和基帶傳輸
數字信號也被稱為數字基帶信號，簡稱為基帶信號。在線路上直接傳輸基帶信號的方法稱為基帶傳輸方法。
在基帶傳輸中，必須解決兩個基本問題
其一，基帶信號的編碼問題
其二，收發雙方之間的同步問題。
2、數字信號的編碼
在基帶傳輸中，用不同極性的電壓、電平值代表數字信號0和1的過程，被稱為基帶信號的編碼，其反過程稱為解碼。
在發送端，編碼器將計算機等信源設備產生的信源信號，變換為用於直接傳輸的基帶信號
在接收端，解碼器將接收到的基帶信號，恢復為與發送端相同的、計算機可以接受的信號。
下面介紹3中基本的編碼方法：
3、非歸零（Non-Return to Zero,NRZ)編碼
編碼規則：NRZ編碼方法的示例如下圖所示。用負電壓代表數字0，正電壓代表數字1
特點：NRZ編碼的優點是簡單、容易實現；缺點是接收方和發送發無法保持同步。
位同步：為了保證收發雙方的按位同步，必須在發送NRZ編碼的同時，用另一個信道同時發送同步時鍾信號。
應用：計算機串口與調制解調器之間使用的就是基帶傳輸中的非歸零編碼技術。
4、曼徹斯特（Manchester）編碼
編碼規則：前半周期為該位值反碼電平值，后半周期為該位值的原碼電平值。中間的電平跳變作為雙方的同步信號。
曼徹斯特編碼的同步信號：曼徹斯特編碼中的中間電平跳躍，既代表了數字信號的取值，也作為自帶的時鍾信號。
特點：優點是收發信號的雙方可以根據自帶的時鍾信號來保持同步，缺點是效率降低
應用：典型的10BASET、10BASE2和10BASE 5低速以太網使用的是曼徹斯特編碼技術。
5、差分曼徹斯特（De-manchester)編碼
編碼規則：遇0跳變，遇1保持，中間跳變，
特點：差分曼徹斯特編碼的優點是自含同步時鍾信號、抗干擾性能較好；缺點是實現的技術復雜。
同步信號：中間的電平跳變作為同步時鍾信號。
基帶傳輸的特點如下：
優點是：抗干擾能力強、成本低。
缺點是：由於基帶信號頻帶寬，傳輸時必須占用整個信道，因此通信信道利用率低，占用頻帶寬，信號易衰減；只能使用有線介質傳輸，限制了使用的場合。在局域網中經常使用基帶傳輸技術。
2.3.2 頻帶傳輸與模擬信號的調制
1、調制、解調與頻帶傳輸
利用模擬信道實現數字信號傳輸的方法稱為頻帶傳輸。
在發送端將數字信號轉換成模擬信號的過程稱為調制，相應的設備稱為調制器；在接收端把模擬信號還原為數字信號的過程稱為解調，相應的設備稱為解調器；而同時具有調制與解調功能的設備稱為調制解調器。
Modem就是數字信號與模擬信號之間的變換設備。
2、數字數據的調制
在調制過程中，運載數字數據的載波信號可以表示為。
其中，振幅A、角頻率w、相位W是載波信號的3個可變電參量；通過該百年這3個參量可實現對數字數據（信號）的調制，其對應的調制方式分別為幅度調制、頻率調制和相位調制。在應用時，應注意每次變化一個電參數，固定另外兩個電參量。
3、幅度調制ASK
ASK調制規則：幅度調制又稱為振幅鍵控，兩種載波幅度值的調幅波形如圖所示。
ASK的特點：幅度調制的技術比較簡單，信號容易實現，但抗干擾的能力較差。
4、頻率調制FSK
FSK調制規則：頻率調制又稱為移頻鍵控。其調制波形如圖所示。
FSK的特點：頻率調制的電路簡單，抗干擾能力強，但頻帶的利用率低，適用於傳輸速率較低的數字信號。
5、兩相相位調制PSK
PSK，相位調制又稱為移相鍵控
PSK絕對調相：其調制規則為，在二元制中，用相位的絕對值表示二進制數字0和1.如圖所示
PSK相對調相：其編碼規則為用當前波形的初始相位，相對於“前一個波形”的初始相位的偏移值來表示數字信號0、1.如圖所示。
6、多相調相
多相調制的也有相對調相和絕對調相兩種。多相調制的狀態數n與每次傳輸的二進制比特位的數目m的關系如下：
m：波形每變化一次傳遞的二進制數字的比特位數
n：波形的所有不同狀態數目
例如：在圖2-5所示的四相調相中，每次傳遞兩個（m=2）比特位；共有4種（n=2的2次方）狀態。四相調相、八相調相、16相調相種，各種相位的數據表示，參見表2-2、表2-3和表2-4.
總之，相位調制技術占用頻帶較窄，抗干擾性能好。
2.3.3 脈沖編碼調制方法
1.脈沖編碼調制概述
脈沖編碼調制（PCM）是模擬數據信號數字化采用的方法
由於數字信號傳輸失真小、誤碼率低、數據傳輸速率高，因此，語音、圖像等信息的數字化已經成為必然，但是這些信號必須數字化才能被計算機接受和處理。
** PCM的主要優點
抗干擾能力強、失真小、傳輸特性穩定等特點。
**PCM典型的應用-語音數字化
在現代電話交換網種，在發送端，先使用PCM技術將其轉換為數字信號，再進行基帶傳輸或信號交換；在接收端，再將數字信號還原為語音信號傳遞給終端的語音用戶。在圖2-6所示語音數字化過程中，在發送端通過PCM編碼器將語音數據變換為數字化的語音信號，通過通信信道傳送到接收方；接收方再通過PCM解碼器還原成模擬語音信號。
2、PCM的工作原理
脈沖編碼調制包括三部分：采樣、量化和編碼
1）采樣
PCM技術，每隔一定的時間間隔，都采集模擬信號的一個瞬時電平值作為樣本。滿足從采樣樣本中，重構原始信號的采樣定理表達公式如下：
Fs為采樣頻率，單位：樣本/秒（次/秒）
Fmax為原始信號的最高頻率，單位：Hz（赫茲）
Bs=(Fmax-Fmin)為原始信號的帶寬，單位：Hz（赫茲）
2）量化
量化是指將取樣樣本的幅度，按量化級決定采樣樣本的取值過程。說白了就是取整數的過程。
3）編碼
編碼就是用一定位數的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。當有L個量化級時，則二進制的位數為m=log2L。如：PCM用於數字化語音系統時，將聲音分為128個量化級；就采用7位二進制編碼表示，再使用1個比特位進行差錯控制；這樣采樣速率8000樣本/秒，因此，一路話音的數據傳輸速率為8x8000b/s=64kb/s。