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图3-1是一个数据通信系统的模型。系统由三部分组成：源系统（发送端）、传输系统（数据通信网络）和目的系统（接收端）。
图3-1 数据通信系统模型
1.源系统
源系统包括源站和发送器：
（1）源站：产生数据信号的源站设备。
（2）发送器：把源站生成的数据信号，经发送器编码后生成可在传输系统中传输的数据流。
2.目的系统
目的系统一般包括接收器和目的站：
（1）接收器：接收传输系统送来的数据流，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。例如：把传输系统送来的编码数据流进行解码处理后送到目的站。
（2）终端站（目的站）：把接收器收到的信号放大和数据处理后输送给多媒体终端设备。
3.传输系统
传输系统可以传输模拟信号、数字信号和进行模拟/数字转换。
（1）模拟信号：是一种振幅连续变化的电压或电流信号，自然界中的语音和视频信号都是模拟信号。
（2）数字信号：由模拟信号转换来的一种不连续变化的脉冲波形信号，一般用“0”表示无脉冲，“1”表示有脉冲。
（3）数据（Data）：数据就是携带文档、图像、声音等信息在传输介质中传输的信息实体，有模拟数据和数字数据两类。
为让数据信号能适合不同类型的传输网络和便于信道复用，需要把模拟数据和数字数据进行相互转换和处理。一般来说，模拟数据或数字数据都可以相互转换为模拟信号或数字信号。图3-2为四种数据转换方式。
图3-2 常见的模拟数据、模拟信号、数字数据和数字信号的转换方式
1）模拟数据→模拟信号：早期的电话传输系统。
2）模拟数据→数字信号：适用于数字传输网络和数字交换设备。
3）数字数据→模拟信号：适用于远距离数据信号传输。
4）数字数据→数字信号：用于更多信道复用的传输系统和提高数字数据的传输速率。
数字数据：由数据“位”（bit）、字节B（Byte）、字长（Word）组成：
数据“位”（bit）：是计算机存储数据的最小单位。二进制数据中的一个“位”称为比特，用bit表示。一个二进制位有0或1两种状态，能表示2个十进制数。
字节B（Byte）：为了表达更多的信息，需要把多个二进制“位”构成字节，是计算机数据处理的最小基本单位，简写为B。每个字节由8个二进制“位”组成，即1B=8bit，可以表达0～256个十进制数。
在ASCII编码中，一个英文字母（不分大小写）占一个字节的空间，一个中文汉字占两个字节的空间。英文标点占一个字节，中文标点占两个字节。
字长（Word）：通常由一个或若干个字节组成。是计算机进行数据存取、加工和传送的数据长度。
字长是计算机一次所能处理信息的实际位数，它决定了计算机数据处理的速度，是衡量计算机性能的一个重要指标，字长越长，该机的性能越好。
（4）如何进行模拟/数字（A/D）转换？模拟信号转换为数字信号需经由取样、量化、脉冲编码三个过程，如图3-3所示。
图3-3 模拟/数字转换
1）取样。
①PAM脉冲幅值取样：取样点的脉冲幅值应与原输入信号的幅值相同；取样脉冲的宽度应为无穷小。
②取样脉冲的取样频率 f s 应高于模拟输入信号最高频率的2倍。
音频信号的频率范围为20Hz～20kHz，因此取样频率通常为44.1kHz，也有的用48kHz或96kHz的采样频率。
2）量化。
量化是用取样脉冲有限幅度的振幅值近似取代连续变化的模拟信号的振幅值。量化好比用一把“有刻度的尺子”（取样脉冲的有限振幅值）按四舍五入方法去读出对应时刻模拟信号振幅值的大小。
取样脉冲的有限振幅值（量化级）通常分为8bit级、16bit级，或者更多bit的量化级，这取决于系统的精确度要求。bit数越多，即“刻度”越精细，量化误差越小、失真越小，但是要求传输线路的带宽也更宽。数字音频的A/D转换器通常采用16bit或24bit的量化精确度。
3）编码。为适合数字网络传输，还需把各个时刻的取样的量化值变换成为可以传输的二进制码流，这个过程称为编码。其中最常用的是脉冲编码调制（PCM），数字编码信号称为基带信号。
数据通信方式有并行传输和串行传输两类。
1.并行传输
并行传输是在两个设备之间同时传输多个数据位，图3-4是一个字节的8bit二进制数位各占用1个信道同时传输。
并行数据传输的特点是传输速度快，同时占用信道多，通常用于近距离传输，如计算机与打印机或扫描仪之间的数据传输。
2.串行传输
串行数据传输时，数据是一位一位依次在设备之间传输的，如图3-5所示。特点是只需占用一个传输信道，传输速度慢，适合远距离传输。
3.串行通信的方向性结构
串行通信有单工通信、半双工通信和全双工通信三种。
（1）单工通信：又称单向通信。即只允许一个方向传送而不能反向传送。应用：有线广播（一点对多点）、公共广播系统（PA）和闭路电视系统等。
（2）半双工通信：又称双向交替通信。即通信双方既可以发送也可以接收信息，但双方不能同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，通过人工收发切换来实现。
图3-4 并行数据通信
图3-5 串行数据通信
（3）全双工通信：又称双向同时通信。即通信双方同时可以发送和接收信息。
单工通信和半双工通信只需要一条信道，全双工通信则需要两条通道，正如火车在单轨铁路或双轨铁路上行驶那样。显然，双工通信的传输效率最高。
4.数字信号的传输方式
（1）基带传输：信道中直接传输基带信号（PCM数据信号）称为基带传输。特点：传输速度快，误码率低，但需占用信道全部带宽，适合短距离传输，如局域网通信。
（2）频带传输：频带传输又称调制传输，把基带信号调制在数十兆赫的高频信号上，变换成占有一定带宽的模拟数据信号后再进行传输；特点是可以实施远距离传输、无线传输和信道复用，在发送端需要用调制器（Modem，俗称猫）将基带信号转换为模拟数据信号，在接收端需要用解调器解调出基带信号，如图3-6所示。
图3-6 频带传输（适宜远距离传输）
5.数据通信的主要技术指标
（1）带宽（Band Width）：传输信号的最高频率与最低频率之差称为信息带宽，单位为Hz、kHz、MHz。
通常用带宽表示信道传输信息的能力。模拟信道的带宽越宽则信息的信噪比（ S/N ）越大，信道的极限传输速率也可越高。这就是为什么人们总是努力提高通信信道带宽的原因。
（2）数据传输速率（Data Transfer Rate）：是指信道中每秒传送数据代码的比特数，单位为bit/s。常用单位为千比特每秒（kbit/s）、兆比特每秒（Mbit/s）、吉比特每秒（Gbit/s）和太比特每秒（Tbit/s）。另一个常用单位为调制速率（Baud，波特），1Baud（波特）可携带 n bit的信息量。当 n =1时，1Baud=1bit/s。
数据信号（基带信号）远距离传送时，需把数据信号通过调制解调技术进行传送，在接收端通过解调器得到数据信号。数据在对高频载波调制的过程中会使载波的各种参数产生变化（幅度变化、相位变化、频率变化），如图3-7所示。
1）振幅键控（ASK），即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0对应的是无载波输出；而1对应的是有载波输出。
2）频移键控（FSK），即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0对应的频率是 f 1 ，而1对应的频率是 f 2 。
3）相移键控（PSK），即载波的初始相位随基带数字信号而改变。例如，0对应于相位0°，而1对应于相位180°。
上述数据信号对载频的调幅、调频和调相，分别称为振幅键控（Amplitude Shift Keying，ASK）、移频键控（Frequency Shift Keying，FSK）和相移键控（Phase Shift Keying，PSK）。相移键控还可再分为绝对相移键控（HPSK）和相对相移键控（DPSK），即0对应于相位发生变化，而1对应于相位不变化。DPSK具有更高的抗干扰性能。如果把振幅调制（ASK）和相位调制（PSK）或频率调制（FSK）混合在一起，就形成一个正交调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation）。正交调制传送1个码元（0或1）可以传送4bit的信息量，因此，由FSK或PSK组成的QAM正交调制可增加4倍的信息传输率。
图3-7 数据信号对模拟载波的调制
a）振幅键控法 b）频移键控法 c）相移键控法
调制速率（Baud，波特率）：波特率又称调制速率或符号率，是描述数据信号对模拟载波调制过程中，调制数据所映射载波参数变化（幅度变化、相位变化、频率变化）的bit（比特）数。
数据信号是由符号（即单位码元）组成的，随着采用的调制技术的不同，调制数据所映射的比特数也不同。
要提高信息传输速率，必须设法（通过调制）使每个Baud（波特）能携带更多个bit的信息量。例如：要传送的基带信号是：101011000110111010……，如果希望1波特要能携带3bit信息量，那么可把每3bit数据编为一组（简称码组）。3bit码组可表达以下8个不同的二进制数值：（000） 2 =0（ φ 0 ），（001） 2 =1（ φ 1 ），（010） 2 =2（ φ 2 ），（011） 2 =3（ φ 3 ），（100） 2 =4（ φ 4 ），（101） 2 =5（ φ 5 ），（110） 2 =6（ φ 6 ），（111） 2 =7（ φ 7 ）。
101011000110111010001100这些数据信号调相后的正弦波相位分别为： φ 5 （101）， φ 3 （011）， φ 0 （000）， φ 6 （110） φ 7 （111）， φ 2 （010）， φ 1 （001）， φ 4 （100）。
如果基带信号不进行码组调相处理，那么，每个Baud（波特）只能携带1bit的信息量，每秒发送8Baud的调相信息量为1bit×8=8bit。
如果用3bit码组调相，每个波特码组携带3bit信息量，此时发送 φ 4 φ 5 φ 3 φ 0 φ 1 φ 6 φ 7 φ 2 8个波特的调相码组，就能每秒发送的信息量为3bit×8=24bit。这样就可以提高数据的传输速率了。
（3）信道容量：是指在一定信噪比条件下，信道无差错传输的最大数据传输速率，代表信道的最大信息传输能力，即信道的极限带宽，单位也用bit/s。
信道容量与数据传输速率的区别在于，前者是表示信道传输数据能力的极限，而后者则表示信道中实际传输的数据速率。就像公路上的限速值与汽车实际速度之间的关系一样，它们虽然采用相同的单位；但表征的是不同的含义。
信道容量受传输通道带宽和传输距离对信号的衰减的限制，以及各种外来干扰信号的影响，使输出端波形质量变差，直至输出端很难判断出信号是1还是0；信道距离越长，信号受到的衰减越大，信道容量也就越小。图3-8给出了数字信号通过传输线路的实际输出波形。
1948年，香农（Shannon）用信息理论推导出了受传输线路带宽的限制，而且存在高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率 C 可表达为：
图3-8 数字信号通过传输线路的实际输出波形
式中 C ——信道的极限信息传输速率，单位为bit/s；
W ——信道的带宽，单位为Hz；
S ——信道内传输信号的平均功率，单位为mW；
N ——信道内部的白噪声功率，单位为mW。
香农公式表明，信道的带宽 W 越宽、信道中信息的 S/N 信噪比越高，则信道的极限传输速率也就越高。此外，公式还表明，只要信息的最高码率低于信道的极限传输速率，就一定可以找到无差错传输的方法。
由于香农公式还没有考虑信号传输过程中的各种电磁脉冲干扰和传输过程中产生的失真等因素，因此实际信道上传输的信息速率比式（3-1）计算出来的极限传输速率更低。例如：频响特性为300～3400Hz带宽的一个标准电话信道，在该频带中，接近理想带宽的是中间一段，即 W =3400Hz-300Hz=3100Hz左右。如果要让传输系统输出信号的信噪比 S/N =30倍，那么按式（3-1）可计算出该话路的极限信息传输速率为
（4）时延（Latency/Delay）：一个报文（Message，是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块）或分组从一个网络或一条链路的一端传送到另一端所需要的时间。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。
（5）误码率 P e ：是指数据传输中被传错的比特数与传输的全部比特总数之比，即 P e = N e / N 。在计算机通信系统中对误码率的要求是低于10 -6 ，即平均每正确地传输1Mbit二进制码，才能错传1bit二进制码。若误码率达不到这个指标，可以通过差错控制方法进行检错和纠错。