計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)第12其它通信技術(shù).ppt

1、第12章數(shù)據(jù)通信中的調(diào)制解調(diào)及編解碼技術(shù),第九章內(nèi)容提要：,內(nèi)容提要： 光纖介質(zhì)及光纖通信、無線電傳輸信道； 電力線載波技術(shù)； DTMF編解碼技術(shù)； 通信中的三態(tài)邏輯編解碼技術(shù)； 無線電通信、紅外遙控技術(shù)； 數(shù)據(jù)據(jù)通信中的差錯(cuò)控制技術(shù)等主要內(nèi)容。,12.1 光纖通信技術(shù),光纖（光導(dǎo)纖維）；傳導(dǎo)光波的非常纖細(xì)而柔軟的介質(zhì)。 光纖：由石英玻璃拉成細(xì)絲，直徑為2 Pm125Pm。 光纜：由纖芯、包層和外套三部分組成，如圖9-1所示。 纖芯：光纖最中心的部分，它由一條或多條非常細(xì)的玻璃纖維形成；纖芯外面是包層；最外層是外護(hù)套。,12.1 光纖結(jié)構(gòu)示意圖,12.1 光纖具有以下主要優(yōu)點(diǎn),1. 傳輸頻帶寬

2、、容量大 光波頻率：10141015間，在幾十千米距離內(nèi)數(shù)據(jù)率可達(dá)2 Gbits； 同軸電纜為幾百 Mbits，雙絞線為幾Mbits。 一個(gè)話路：4 kHz頻帶；一個(gè)彩色電視節(jié)目：6MHz頻帶；一根光線上幾十萬路電話或幾十路電視節(jié)目。,12.1 光纖具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：,2. 損耗低、中繼距離長(zhǎng) 光纖損耗低，長(zhǎng)距離傳輸，可靠性高、成本低。 3. 抗電磁干擾能力強(qiáng) 不受輸電線、電氣化鐵路饋電線、高壓設(shè)備電器和雷電的影響。保密性極強(qiáng)。 4. 尺寸小、重量輕 一根 18芯的光纜橫截面積為12mm2，1m長(zhǎng)的光纜僅重 90g；同樣同軸電纜橫截面積為 65mm2，重達(dá)11 kg。,12.1 光纖有單模和多

3、模兩種基本傳輸模式,12.1 多模方式,滿足全反射角度的光線在光纖里傳播。 有多條傳播路徑，每條路徑不等，傳過光纖的時(shí)間不同，易造成信號(hào)碼元間的串?dāng)_。 防止信號(hào)碼元串?dāng)_，應(yīng)降低傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率。 多模光纖傳輸帶寬較窄。如圖12-3（a）所示。 多模方式又分多模漸變和多模突變兩種。,12.1 單模方式,光纖纖芯減?。簻p小入射角，光才能入射向前傳播。 單模方式：纖芯半徑小到波長(zhǎng)數(shù)量級(jí)，可以在光纖里傳播一個(gè)角度的光波，如圖12-3（C）所示。 傳輸特性：有極寬的頻帶，適于長(zhǎng)距離、大容量的基礎(chǔ)干線光纜傳輸系統(tǒng)。,12.2 無線傳輸信道,頻率（波長(zhǎng)）相差較大的電波，具有不同的特性。 中長(zhǎng)波：沿地面?zhèn)鞑?，繞射

4、能力較強(qiáng)； 短波：以電離層反射方式傳播，傳輸距離很遠(yuǎn)； 微波：在大氣對(duì)流層中直線傳播，繞射能力很弱。 無線電波按其頻率來劃分頻段，如表12-1所示。,12.2 無線電波的頻段,12.2 地面微波中繼信道,微波：沿直線傳播的，視線傳播，繞射能力很弱。 現(xiàn)象：傳播過程中，遇到不同介質(zhì)時(shí)，產(chǎn)生折射和反射 ； 碟形天線：它將聚焦電磁波，使接收天線對(duì)準(zhǔn)發(fā)送方，形成視線傳輸。位于地面的高處，提高天線間的作用距離，越過中間障礙傳輸。,12.2 衛(wèi)星中繼工作過程,各種信號(hào)：電報(bào)、話音、數(shù)據(jù)或電視信號(hào)； 復(fù)合成基帶信號(hào)：先調(diào)制到中頻（70MHz）上； 變頻器：使頻率達(dá)到發(fā)射頻率（6 GHz）； 放大器：信號(hào)有足

5、夠的能量向衛(wèi)星發(fā)射出去。,12.3 電力線載波技術(shù),電力線載波：高壓輸電線路作為高頻信號(hào)傳輸通道的一種通信方式，是電力系統(tǒng)特有的。 機(jī)械強(qiáng)度高：不需要線路的基建投資和維護(hù)費(fèi)用，有一定的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。 基本手段：電力線載波作為電力系統(tǒng)傳輸信息。,12.3.1 電力線載波通信原理,1發(fā)電機(jī) 2變壓器 3斷路器 4母線 5電力線,12.3.2 電力線載波通信現(xiàn)狀分析,電力線載波有弱點(diǎn)：通道干擾大、信息量小，電力線對(duì)載波信號(hào)存在高衰減，高噪聲，引起數(shù)據(jù)信號(hào)變形； 設(shè)備管理維護(hù)：造成的穩(wěn)定性差、故障率高等不足，不適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)通信多方面、多功能的要求；通信設(shè)備性能先進(jìn)，價(jià)格低廉 。,12.3.3 電力

6、線載波的實(shí)現(xiàn),1. 電力線載波的可行性 電力線上是高電位，不能直接接觸。 但是電力線導(dǎo)線粗，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，對(duì)高頻信號(hào)提供了衰耗小，可靠性高的傳輸通路。 通信遠(yuǎn)動(dòng)、自動(dòng)裝置的服務(wù)以及高頻保護(hù)的收發(fā)信機(jī)都在電力線的兩端，可靠的線路作為通道。,12.3 高壓電力線載波的實(shí)現(xiàn),高壓電力線載波：可通過在高壓傳輸線路的 開始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)、連接點(diǎn) 使用電感形式的載頻阻波濾波器 利用特定的信道來傳輸高頻信號(hào),12.3 中低壓電力線載波的實(shí)現(xiàn),低壓配電網(wǎng)通過中、低壓配電變壓器受電，380/220 V的低壓配電線路一般不超過250 m。 配電間到進(jìn)戶配電箱的典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇檩椛錉顦湫蛷?fù)合結(jié)構(gòu)。,電容寬帶耦合裝置,電容耦合

7、：耦合電容器為主要元件的耦合方式，用高頻電容連接高頻載波信號(hào)的輸入、輸出端與電力線接入點(diǎn)電容性耦合裝置屬于一種直接耦合裝置，將高頻載波信號(hào)直接注入到電網(wǎng)，從電力線上接收高頻載波信號(hào)。其原理如圖所示。,電容耦合裝置原理,電感耦合,電感耦合又稱為變壓器耦合。常用的耦合變壓器如圖9-9所示。,電感耦合裝置變壓器原理,圖9-9 耦合變壓器實(shí)物圖,電力線直擴(kuò)載波通信系統(tǒng),DTMF（雙音多頻）編碼方法,DTMF是英文Dual Tone MultiPle Frequency的縮寫，意為“雙音多頻”，它在程控系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。 電話機(jī)有兩種撥號(hào)方式，即脈沖撥號(hào)方式和雙音多頻撥號(hào)方式。,雙音多頻的含義,雙音多

8、頻撥號(hào)方式中的雙音：指用兩個(gè)特定的單音信號(hào)的組合疊加來代表數(shù)字或符號(hào)（功能）。兩個(gè)單音的頻率不同，代表的數(shù)字和功能也不同。 雙音多頻電話機(jī)，有16個(gè)按鍵，其中有10個(gè)數(shù)字鍵（09），6個(gè)功能鍵（、A、B、C、D）。按組合的原理，有8種不同的單音頻信號(hào)。由于采用的頻率有8種，稱為多頻。 從8種頻率中抽2種進(jìn)行組合，稱為8中取2的雙編碼方法。,雙音多頻的含義,根據(jù)CCITT的建議，國(guó)際上采用697Hz、770Hz、825Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz。 將8種頻率分成兩個(gè)群，即高頻群和低頻群。 從高頻群和低頻群中各抽出一種頻率進(jìn)行組合，有16種不同的組合，

9、代表16種不同的數(shù)字或功能。,雙音多頻電話按鍵圖,雙音多頻撥號(hào)代碼,按“1”鍵時(shí)，由撥號(hào)電路產(chǎn)生697Hz與1209Hz疊加的信號(hào)電流輸出； 按“2”鍵時(shí)，產(chǎn)生697Hz與1336Hz的疊加輸出，以此類推。,2.3 通信中的三態(tài)邏輯 編解碼技術(shù),MC145026的A1A9是地址或數(shù)據(jù)輸入端。每位可有三種狀態(tài)： 高電平、低電平、開路。 利用其不同的組合與MC145028配對(duì)時(shí)可產(chǎn)生 39 19683種不同的編碼。,編碼器 MC145026 工作原理（2）發(fā)送 波形與時(shí)序圖,發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)波形,發(fā)送的編碼數(shù)據(jù)波形如圖 “1”為兩個(gè)寬脈沖， “0”為兩個(gè)窄脈沖， “開路”為一個(gè)寬脈沖和一個(gè)窄脈沖。

10、脈沖的高低電平分別為電源的70與30。,發(fā)送編碼數(shù)據(jù)波形,多路遙控系統(tǒng) 典型設(shè)計(jì),MC145026和DMC145027編解碼器在通信中的典型應(yīng)用,MC145026和MC145027組成的編碼器用于多路遙控和數(shù)據(jù)傳輸。 編碼后的數(shù)據(jù)流由DO串行輸出。MC145027譯碼器接收MC145026輸出的編碼數(shù)據(jù)流，當(dāng)譯碼器地址與編碼器地址狀態(tài)相同并連續(xù)收到兩組相同編碼信號(hào)時(shí)，端由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，指示接收有效?編碼器DO端及譯碼器端波形,MC145026的DO端輸出編碼信號(hào)的速率,由編碼器的時(shí)鐘頻率決定：,9.5多路編解碼無線遙控,多路數(shù)字編解碼集成電路MC145026和MC145027為核心元件

11、制作的無線遙控電路。 它有16種控制功能，可遙控各種工業(yè)電器、家用電器、電子玩具、節(jié)日彩燈以及進(jìn)行無線尋呼等。,9.4 紅外遙控技術(shù),紅外線遙控：目前使用最廣的一種通信和遙控手段。 紅外線遙控裝置：體積小、功耗小、功能強(qiáng)、成本低等。 應(yīng)用：彩電、錄像機(jī)、錄音機(jī)、音響設(shè)備、空調(diào)機(jī)，以及玩具等其他小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。 在工業(yè)設(shè)備中：在高壓、輻射、有毒氣體、粉粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控安全可，能有效地隔離電氣干擾。,9.4.1 紅外遙控系統(tǒng),彩電遙控系統(tǒng)是由紅外遙控信號(hào)編碼發(fā)送器、紅外遙控信號(hào)接收器和解碼器（解碼芯片或單片機(jī)）及其外圍電路等三部分構(gòu)成的。,9.4.2 紅外遙控系統(tǒng),

12、遙控信號(hào)發(fā)送器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號(hào)，遙控接收器完成對(duì)遙控信號(hào)的放大、檢波、整形并解調(diào)出遙控編碼脈沖。 遙控編碼脈沖是一組組連續(xù)的串行二進(jìn)制碼。,1. 紅外遙控工作原理,通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應(yīng)用編解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作，如圖所示。 發(fā)射部分包括鍵盤矩陣、編碼發(fā)送電路及其外圍電路。 接收部分包括光電轉(zhuǎn)換放大器、接收電路、解碼電路及執(zhí)行電路。,12.4.3 紅外遙控 工作原理圖,12.4.4 遙控發(fā)射器及其編碼,遙控碼具有以下特征： （1）采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.5ms、間隔0.5ms、周期為1ms的組合表示二進(jìn)制的“0”；

13、以脈寬為0.5ms、間隔1.5ms、周期為2ms的組合表示二進(jìn)制的“1”，其波形如圖2.4-2所示。,12.4.4 遙控發(fā)射器及其編碼脈寬調(diào)制的串行碼波形,12.4.5 遙控碼具有的特征（3）,（3）每組碼包含16個(gè)二進(jìn)制位，它由17個(gè)脈沖的16個(gè)間隔構(gòu)成，如圖下所示。 M50462AP產(chǎn)生的遙控編碼是連續(xù)的16位二進(jìn)制碼組，其中每組編碼前8位為用戶碼，后8位為操作碼（功能碼），圖為編碼格式。,12.4.6 遙控編碼格式,12.4.6 遙控碼具有的特征（4）,（4）16位二進(jìn)制碼的發(fā)射順序是低位在先，高位在后，分前8位和后8位兩部分。 前8位是用戶識(shí)別碼，能區(qū)別不同的電器設(shè)備，防止不同機(jī)種遙控

14、碼互相干擾。 該遙控發(fā)射器的用戶識(shí)別碼固定為16進(jìn)制的47H。后8位指令控制碼（7位有效位）。M50462AP最多有64種不同組合的編碼，但生產(chǎn)廠只給出37種編碼，這對(duì)彩電遙控及類似應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)足夠。,（5）遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種16位二進(jìn)制碼，周期約為32ms。 一組碼本身的持續(xù)時(shí)間隨它所包含的二進(jìn)制“0”和“1”的個(gè)數(shù)不同而不同，大約在2025ms之間。 前后兩個(gè)碼的間隔時(shí)間在712ms之間，這段時(shí)間為起始位，圖12.4-5為發(fā)射波形圖。,遙控碼具有的特征（4）,發(fā)射波形,全面了解紅外遙控(C),全面了解紅外遙控(D),全面了解紅外遙控(E),3.接收器及解碼,紅外遙控接收

15、器由紅外接收二極管等組成。 完成對(duì)遙控信號(hào)的前置放大、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波和波形整形，然后解調(diào)出與輸入遙控信號(hào)反相的遙控編碼脈沖，此信號(hào)再送去解碼。,紅外遙控解碼,紅外遙控的16位二進(jìn)制串行碼是脈寬調(diào)制的，脈沖寬度固定（0.5ms），而脈沖的間隔不同。 測(cè)出脈沖間隔時(shí)間，可知是二進(jìn)制的“0”還是“1”?？紤]到誤差，可把脈沖間隔為0.30.7ms的判為“0”，脈沖間隔為1.31.7ms的判為“1”。,解碼單片機(jī) 和 兩引腳上的波形,一體化紅外線接收器及其在數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用基本電路 （3）三峽工程施工設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),12.4.3 紅外編解碼IC芯片及紅外遙控技術(shù),紅外遙控編解碼 IC芯片

16、簡(jiǎn)介 PT2262IR芯片是將載波振蕩、編碼、發(fā)射部分集于一體的集成電路。其外圍電路簡(jiǎn)單，使用方便。,無線電遙控玩具車,無線電遙控玩具車由無線電編碼發(fā)射器和無線電解碼接收器兩部分電路構(gòu)成。圖2.438是發(fā)射器電路。 圖中V1、L1、C3、C4等組成載頻振蕩器，C4決定了發(fā)射頻率。,無線電遙控玩具車無線電解碼接收器電路如圖所示,V1等組成自熄式超再生檢波電路，熄滅頻率的高低由L2、L3、C3等決定。L1、C1是接收調(diào)諧回路，調(diào)節(jié)C1可改變接收頻率。V2等組成音頻放大電路。C6是高頻旁路電容。V3、VD1、VD2等組成整流觸發(fā)電路。,無線電解碼接收器電路,12.7 滾動(dòng)碼遙控發(fā)射器,最新加密編碼技

17、術(shù)-Keeloq滾動(dòng)算法對(duì)所要傳輸?shù)拇a進(jìn)行加密-使得每次發(fā)送的碼以無規(guī)律方式變化，且都是唯一的，不重復(fù)的，故稱之為滾動(dòng)碼，因此具有極高的保密性。,汽車門鎖硬件結(jié)構(gòu)圖,滾動(dòng)碼遙控發(fā)射器電路原理,滾動(dòng)碼遙控發(fā)射器的電路組成和固定碼遙控發(fā)射器基本相同，如圖12.31HCS300引腳圖，圖12.32是一種常見的滾動(dòng)碼遙控發(fā)射器的工作原理。,編碼芯片的遙控發(fā)射器電路原理,HCS301的編碼過程,由原代碼，加密密鑰及同步碼等經(jīng)Keeloq算法加密后，產(chǎn)生32Bit高度保密的滾動(dòng)代碼。由于Keeloq算法的復(fù)雜性和16位同步碼每次傳輸時(shí)都要更新。故每次傳輸代碼都和上一次的代碼完全不同。編碼過程如圖所示：,滾動(dòng)碼產(chǎn)生圖,HCS301發(fā)碼格式,HCS301的發(fā)碼信息由幾個(gè)部分組成如圖12.34所示。每次發(fā)碼的碼字以引導(dǎo)碼標(biāo)志和頭標(biāo)開始，接著是滾動(dòng)和固定碼部分，最后為每次發(fā)送的保護(hù)時(shí)間。滾動(dòng)碼部分為32Bit加密數(shù)據(jù)；固定碼部分為34Bit，包括狀態(tài)位、功能位和28位系列號(hào)?？傆?jì)碼組合多達(dá)7.38x10種。其加密方法如圖12.35。,發(fā)碼格式,解碼原理,解碼器要正確地對(duì)接收