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知识路径： > 计算机网络基础知识 > 数据通信基础知识 > 数据传输基础知识 >
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总体答错率：45%
知识难度系数： 
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考试要求：掌握
相关知识点：21个
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按照不同的标准划分，数据的传输方式可以分为并行与串行、异步与同步等。
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并行传输指的是数据以并行方式在多条并行信道上同时进行传输。常用的就是将构成一个字符代码的几位二进制码，分别在几个并行信道上进行传输。例如，采用8位代码的字符，可以用8个信道并行传输。一次传送一个字符，因此收、发双方不存在字符的同步问题，不需要另加"起""止"信号或其他同步信号来实现收、发双方的字符同步，这是并行传输的一个主要优点。但是，并行传输必须有并行信道，这往往带来了设备上或实施条件上的限制，因此，实际应用受限。
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串行传输指的是数据流以串行方式，在一条信道上传输。一个字符的8个二进制代码，由高位到低位顺序排列，再接下一个字符的8位二进制码，这样串接起来形成串行数据流传输。串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前主要采用的一种传输方式。但是串行传输存在一个收、发双方如何保持码组或字符同步的问题，这个问题不解决，接收方就不能从接收到的数据流中正确地区分出一个个字符，因而传输将失去意义。如何解决码组或字符的同步问题，目前有两种不同的解决办法，即异步传输方式和同步传输方式。
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异步传输一般以字符为单位，不论所采用的字符代码长度为多少位，在发送每个字符代码时，字符代码前面均加上一个"起"信号（其长度规定为1个码元，极性为0，即空号的极性）；字符代码后面均加上一个"止"信号（其长度为1个或2个码元，极性皆为1，即与信号极性相同）。加上起、止信号的作用就是为了能区分串行传输的字符，也就是实现串行传输收、发双方码组或字符的同步。例如，用异步方式传送一个字符R（编码为1010010）的字码结构如下图所示。当不发送数据时，发送端连续地发送停止码1，接收端一旦发现有从1到0的跳变，便知有新的字符开始发送。接收端利用这个电平从高到低的跳变，启动定时机构按发送的速度顺序接收字符，一个字符发送结束后，发送端即发送停止码元，接收端一旦收到停止位，就将定时机构复位，准备接收下一个字符代码。
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采用异步方式，每个字符都带有开始和停止的同步信息，因此开销大、效率低、速度慢，但控制简单，如果有错，只需重发一个字符便可弥补。异步方式常用于低速传输。
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同步传输是以同步的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行的数据流中，各信号码元之间的相对位置都是固定的（即同步的）。接收端为了从收到的数据流中正确地区分出一个个信号码元，必须首先建立准确的时钟信号。数据的发送一般以组（或称帧）为单位，一组数据包含多个字符。收、发之间的帧同步是通过传输特定的传输控制字符或同步序列来完成的，如下图所示。
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同步传输的开销小、效率高，多用于字符信息块的高速传送。缺点是线路控制较复杂，如果数据中有一位错，就必须重新传输整个数据。
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按照传输技术的不同，数据传输形式可以分为基带传输、频带传输和宽带传输3种形式。
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基带是指电信号所固有的基本频带。数字信号的基本频带是从零至若干兆赫，主要由传输速率决定。在数字传输中，不经频谱搬移直接传送基带信号时称为基带传输，这种数据传输系统称为基带传输系统。
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频带传输就是把二进制信号经调制解调器调制交换成能在公用电话网中传输的音频信号，将音频信号在传输介质中传送到接收端后，再由调制解调器将该音频信号解调变换成原来的二进制电信号。这种频带传输不仅克服了目前许多长途电话线路不能直接传输基带信号的缺点，而且能够实现多路复用，从而提高了通信线路的利用率。
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将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号，称为宽带传输。一般来说，宽带传输与基带传输相比具有以下优点。
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（1）能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途。
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（2）一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加。
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（3）宽带传输的距离比基带远，因基带直接传送数字信号，传输的速率越高，传输的距离越短。
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数据传输速率主要涉及比特率、信道带宽、波特率、奈奎斯特定理、香农定理、误码率等。
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比特率指单位时间内所传送的二进制码元（码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称，也常称作"位"或比特（bit））的有效位数，以每秒多少比特数计，即b/s（或bps）。计算公式为
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式中：T为一个数字脉冲信号的宽度或重复周期，单位为秒（s）；N为一个码元所取的离散值个数。
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通常N=2K,K为二进制信息的位数，K=log2N。N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。
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信道带宽W=f2-f1，其中f1是信道能通过的最低频率，f2是信道能通过的最高频率，两者都是由信道的物理特性决定的。为了使信号传输中的失真小些，信道要有足够的带宽。
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波特率是指单位时间内传输的码元位数，以波特为单位，即Baud，通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。这里码元可以是二进制的，也可以是多进制的。计算公式为
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1924年，哈里.奈奎斯特（Harry Nyquist）就推导出了有限带宽无噪声信道的极限波特率，称为奈奎斯特（Nyquist）定理。若信道带宽为W，则最大码元速率为
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奈奎斯特定理指定的信道容量也叫作奈奎斯特极限，这是由信道的物理特性决定的。超过奈奎斯特极限传送脉冲信号是不可能的，所以要进一步提高波特率必须改善信道带宽。
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码元携带的信息量由码元取的离散值个数决定。一个码元携带的信息量n（比特）与码元的种类数N有以下关系，即
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即若码元取两个离散值，则一个码元携带1比特信息；若码元取4种离散值，则一个码元携带2比特信息。
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在一定的波特率下提高速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。如果把2比特编码为一个码元，则数据速率可成倍提高，即
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奈奎斯特定理是在无噪声的理想情况下的极限值。实际信道会受到各种噪声的干扰，因而远远达不到按奈奎斯特定理计算出的数据传送速率。香农的研究表明，有噪声信道的极限数据速率为
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式中：W为信道带宽；S为信号的平均功率；N为噪声平均功率；S/N叫作信噪比。这个公式叫作香农（Shannon）定理。由于在实际使用中S与N的比值太大，故常取其分贝数（dB）。分贝与信噪比的关系为
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例如，当S/N=1000时，信噪比为30dB。这个公式与信号取的离散值个数无关，也就是说，无论用什么方式调制，只要给定了信噪比，则单位时间内最大的信息传输量就确定了。例如，信道带宽为3000Hz，信噪比为30dB，则最大数据速率为
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C=3000log2（1+1000）≈3000×9.97≈30 000b/s
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这是极限值，只有理论上的意义。实际上，在3000Hz带宽的电话线上数据速率能达到9600b/s就很不错了。
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误码率指信息传输的错误率，即已接收信息中错误比特数占总传输比特数的比例。它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6。若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。
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