2.2.2 数据通信过程中涉及的主要技术问题
网络中任意两台计算机的通信过程需要解决哪些技术问题呢？
1.二进制编码
2.传输的信号类型
3.数据传输与通信方式
4.同步技术
5.多路复用技术
6.广域网数据交换技术
7.差错控制技术
数据通信专指信源（发送信息的一方）和信宿（接收数据的一方）中信号的形式均为数字信号的通信方式。因此，可以将数据通信定义为：在不同的计算机和数字设备之间传送二进制代码0、1对应的比特位信号的过程。
在数据通信过程中，传输的数据信号的类型不同，使用的技术就不同。为此，数据传输系统有 基带传输和 频带传输 两种传输方式。
2.3.1 基带传输与数字信号的编码
1 、基带、基带信号和基带传输
数字信号也被称为数字基带信号，简称为基带信号。在线路上直接传输基带信号的方法称为基带传输方法。
在基带传输中，必须解决两个基本问题
其一，基带信号的编码问题
其二，收发双方之间的同步问题。
2、数字信号的编码
在基带传输中，用不同极性的电压、电平值代表数字信号0和1的过程，被称为基带信号的编码，其反过程称为解码。
在发送端，编码器将计算机等信源设备产生的信源信号，变换为用于直接传输的基带信号
在接收端，解码器将接收到的基带信号，恢复为与发送端相同的、计算机可以接受的信号。
下面介绍3中基本的编码方法：
3、非归零（Non-Return to Zero,NRZ)编码
编码规则：NRZ编码方法的示例如下图所示。用负电压代表数字0，正电压代表数字1
特点：NRZ编码的优点是简单、容易实现；缺点是接收方和发送发无法保持同步。
位同步：为了保证收发双方的按位同步，必须在发送NRZ编码的同时，用另一个信道同时发送同步时钟信号。
应用：计算机串口与调制解调器之间使用的就是基带传输中的非归零编码技术。
4、曼彻斯特（Manchester）编码
编码规则：前半周期为该位值反码电平值，后半周期为该位值的原码电平值。中间的电平跳变作为双方的同步信号。
曼彻斯特编码的同步信号：曼彻斯特编码中的中间电平跳跃，既代表了数字信号的取值，也作为自带的时钟信号。
特点：优点是收发信号的双方可以根据自带的时钟信号来保持同步，缺点是效率降低
应用：典型的10BASET、10BASE2和10BASE 5低速以太网使用的是曼彻斯特编码技术。
5、差分曼彻斯特（De-manchester)编码
编码规则：遇0跳变，遇1保持，中间跳变，
特点：差分曼彻斯特编码的优点是自含同步时钟信号、抗干扰性能较好；缺点是实现的技术复杂。
同步信号：中间的电平跳变作为同步时钟信号。
基带传输的特点如下：
优点是：抗干扰能力强、成本低。
缺点是：由于基带信号频带宽，传输时必须占用整个信道，因此通信信道利用率低，占用频带宽，信号易衰减；只能使用有线介质传输，限制了使用的场合。在局域网中经常使用基带传输技术。
2.3.2 频带传输与模拟信号的调制
1、调制、解调与频带传输
利用模拟信道实现数字信号传输的方法称为频带传输。
在发送端将数字信号转换成模拟信号的过程称为调制，相应的设备称为调制器；在接收端把模拟信号还原为数字信号的过程称为解调，相应的设备称为解调器；而同时具有调制与解调功能的设备称为调制解调器。
Modem就是数字信号与模拟信号之间的变换设备。
2、数字数据的调制
在调制过程中，运载数字数据的载波信号可以表示为。
其中，振幅A、角频率w、相位W是载波信号的3个可变电参量；通过该百年这3个参量可实现对数字数据（信号）的调制，其对应的调制方式分别为幅度调制、频率调制和相位调制。在应用时，应注意每次变化一个电参数，固定另外两个电参量。
3、幅度调制ASK
ASK调制规则：幅度调制又称为振幅键控，两种载波幅度值的调幅波形如图所示。
ASK的特点：幅度调制的技术比较简单，信号容易实现，但抗干扰的能力较差。
4、频率调制FSK
FSK调制规则：频率调制又称为移频键控。其调制波形如图所示。
FSK的特点：频率调制的电路简单，抗干扰能力强，但频带的利用率低，适用于传输速率较低的数字信号。
5、两相相位调制PSK
PSK，相位调制又称为移相键控
PSK绝对调相：其调制规则为，在二元制中，用相位的绝对值表示二进制数字0和1.如图所示
PSK相对调相：其编码规则为用当前波形的初始相位，相对于“前一个波形”的初始相位的偏移值来表示数字信号0、1.如图所示。
6、多相调相
多相调制的也有相对调相和绝对调相两种。多相调制的状态数n与每次传输的二进制比特位的数目m的关系如下：
m：波形每变化一次传递的二进制数字的比特位数
n：波形的所有不同状态数目
例如：在图2-5所示的四相调相中，每次传递两个（m=2）比特位；共有4种（n=2的2次方）状态。四相调相、八相调相、16相调相种，各种相位的数据表示，参见表2-2、表2-3和表2-4.
总之，相位调制技术占用频带较窄，抗干扰性能好。
2.3.3 脉冲编码调制方法
1.脉冲编码调制概述
脉冲编码调制（PCM）是模拟数据信号数字化采用的方法
由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高，因此，语音、图像等信息的数字化已经成为必然，但是这些信号必须数字化才能被计算机接受和处理。
** PCM的主要优点
抗干扰能力强、失真小、传输特性稳定等特点。
**PCM典型的应用-语音数字化
在现代电话交换网种，在发送端，先使用PCM技术将其转换为数字信号，再进行基带传输或信号交换；在接收端，再将数字信号还原为语音信号传递给终端的语音用户。在图2-6所示语音数字化过程中，在发送端通过PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方；接收方再通过PCM解码器还原成模拟语音信号。
2、PCM的工作原理
脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码
1）采样
PCM技术，每隔一定的时间间隔，都采集模拟信号的一个瞬时电平值作为样本。满足从采样样本中，重构原始信号的采样定理表达公式如下：
Fs为采样频率，单位：样本/秒（次/秒）
Fmax为原始信号的最高频率，单位：Hz（赫兹）
Bs=(Fmax-Fmin)为原始信号的带宽，单位：Hz（赫兹）
2）量化
量化是指将取样样本的幅度，按量化级决定采样样本的取值过程。说白了就是取整数的过程。
3）编码
编码就是用一定位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。当有L个量化级时，则二进制的位数为m=log2L。如：PCM用于数字化语音系统时，将声音分为128个量化级；就采用7位二进制编码表示，再使用1个比特位进行差错控制；这样采样速率8000样本/秒，因此，一路话音的数据传输速率为8x8000b/s=64kb/s。