數(shù)據(jù)通信課件第四章(同步技術(shù))

1、1 2 1、通信速率 （1）碼元速率（調(diào)制速率） 單位時(shí)間內(nèi)所傳輸碼元的個(gè)數(shù)，傳碼率用表示，單位為（波特），即 若用T表示碼元的周期，則碼元速率在數(shù)值上為碼元周期的倒數(shù)： （1-1） （2）信息速率（數(shù)據(jù)傳信速率） 單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚畔⑺俾视帽硎?，單位為（比特）?其中 為信源熵。對(duì)于進(jìn)制，各碼元等概時(shí)有。 （3）數(shù)據(jù)傳輸速率 數(shù)據(jù)傳輸速率沒有信息速率和碼元速率那么嚴(yán)格的定義，它表示單位 時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)量的單位可以是比特、字符、碼組等；時(shí)間 的單位可以是秒、分鐘或者小時(shí)。 （4）頻帶利用率 頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)傳輸速率： 或 （1-2） 其中B為系統(tǒng)帶寬，單位為。 3 數(shù)據(jù)

2、傳輸是數(shù)據(jù)通信的一個(gè)重要組成，前面已經(jīng)提及數(shù) 據(jù)通信中是將數(shù)據(jù)編碼成二進(jìn)制或者多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的形式 在信道中傳輸，但根據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸模式和工作方式的不 同可以細(xì)分為以下幾種傳輸形式。 1、基帶傳輸與頻率傳輸 （1）基帶傳輸：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中DTE直接產(chǎn)生的信號(hào)都是 基帶信號(hào)，所謂基帶信號(hào)是指信號(hào)的最低頻率從0或者0附近 開始，最高頻率與最低頻率之比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1的信號(hào)?；鶐?輸就是將DTE經(jīng)過碼型變換、電平轉(zhuǎn)換等必要處理后直接在 信道上傳輸，其標(biāo)志性的特點(diǎn)是不需要調(diào)制解調(diào)處理，也即 傳輸過程中信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。這種數(shù)據(jù)傳輸方 式和電話機(jī)把話音信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)直接將其在電話線上傳 輸?shù)诫?/p>

3、話交換機(jī)的原理一樣。 4 基帶傳輸?shù)膫鬏斁嚯x一般在幾公里到十幾公里范圍之內(nèi)，所以常 用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸方式就屬于 基帶傳輸，如10Base-T以太網(wǎng)中，計(jì)算機(jī)終端的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)卡進(jìn)行 碼型變換，變成差分曼徹斯特編碼后直接在雙絞線上傳輸。 （2）頻帶傳輸：頻帶傳輸是在數(shù)據(jù)傳輸之前首先經(jīng)過調(diào)制器，將 基帶信號(hào)變換為頻帶信號(hào)，然后再信道中傳輸，收端將接收到的 頻帶信號(hào)經(jīng)過解調(diào)器恢復(fù)為基帶信號(hào)。一個(gè)典型的實(shí)例是無線數(shù) 據(jù)傳輸，基帶信號(hào)并不利于直接用天線輻射出去，所以要將其調(diào) 制到一個(gè)高頻載波上傳輸，其原理就和我們是使用移動(dòng)電話通信 一樣。 此外在數(shù)據(jù)通信中，當(dāng)利用模擬電話信道傳

4、輸數(shù)據(jù)時(shí)，我們必須 使用調(diào)制解調(diào)器，因?yàn)樵捯粜诺啦荒苤苯觽鬏斢?jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 信號(hào)。和基帶傳輸相比，頻率傳輸?shù)膫鬏斁嚯x更遠(yuǎn)。 5 1、基帶傳輸與頻率傳輸 2、并行傳輸與串行傳輸 3、異步傳輸與同步傳輸 4、單工、半雙工與雙工傳輸 6 同步技術(shù)是整個(gè)通信系統(tǒng)有序、可靠、準(zhǔn)確的工作技 術(shù)支撐，因此同步的性能好壞直接影響到整個(gè)通信系統(tǒng)的性 能好壞。而根據(jù)通信系統(tǒng)的不同和實(shí)現(xiàn)功能不同同步可以分 為位同步、載波同步、幀同步、網(wǎng)同步四種。下面以整個(gè)通 信系統(tǒng)模型為研究對(duì)象，對(duì)通信系統(tǒng)中上述四種同步進(jìn)行系 統(tǒng)地分析和闡述。 7 通信系統(tǒng)示意圖 信息分組 信息分組 數(shù)字調(diào)制分組 數(shù)字調(diào)制分組 復(fù)用器 信道 加

5、入分組標(biāo)志 加入分組標(biāo)志 乘以載波信號(hào) 乘以載波信號(hào) M1(t) M0(t) 8 3.1 通信系統(tǒng)示意圖 信息分組 信息分組 數(shù)字調(diào)制分組 數(shù)字調(diào)制分組 乘以相關(guān)載波 乘以相關(guān)載波 乘以CP 乘以CP 解 復(fù) 用器 去分組 去分組 接收端 m1(t) m0(t) 判別標(biāo)志 判別標(biāo)志 這里信源可以是模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化后的數(shù)據(jù)信息，也可以是 原始的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。是最后接收到信號(hào)形式。 9 從上述示意圖可見要實(shí)現(xiàn)整個(gè)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有序、可靠， 準(zhǔn)確的工作需要采取一些必要的措施： （1）發(fā)端為了節(jié)省通信資源和提高線路利用率要對(duì)各路信號(hào) 采取復(fù)用技術(shù)，即利用一條線路對(duì)多路信號(hào)同時(shí)傳輸。但是 在復(fù)用之前應(yīng)對(duì)各

6、路信號(hào)的速率進(jìn)行調(diào)整后加入一些特殊符 號(hào)予以區(qū)別各路信號(hào)。這樣可以使得在接收端區(qū)別和分離各 路信號(hào)。這便是網(wǎng)同步。 當(dāng)然網(wǎng)同步有兩種傳輸方式同步傳輸方式和異步傳輸方式。同步 傳輸方式是對(duì)各路信號(hào)的速率進(jìn)行調(diào)整使其一致，方法是加 入或減去一些符號(hào)從而使得各路信號(hào)在復(fù)用之后周期的出現(xiàn)。 例如SDH便就是利用這種方法。異步傳輸方式是指各路in好不 必周期地出現(xiàn)，幾路信號(hào)的速率可以不相同，信息不必周期 地出現(xiàn)，它是通過加入一些特殊字符來區(qū)分各路信號(hào)的。例 如ATM就是采用這種方法。不論是同步傳輸方式還是異步傳輸 方式都是為了信息正確的區(qū)分和接收，都屬于網(wǎng)同步的兩種 傳輸方式。 10 （2）在通信中除了

7、在短距離通信采用基帶傳輸外一般在長(zhǎng) 距離通信都要此阿勇頻帶傳輸，即不論是模擬通信還是數(shù)字 通信都要在發(fā)送端進(jìn)行調(diào)制。這樣在接收端就要采用解調(diào)措 施，除了幅度調(diào)制可以采用非相干解調(diào)外，大部分都要采用 相干解調(diào)。而要進(jìn)行相干解調(diào)就需要相干載波，即需要一個(gè) 與載波信號(hào)完全同頻同相的信號(hào)，稱其為同步載波，接收端 實(shí)現(xiàn)這一同步載波的過程稱其為載波同步。 載波同步的目的：在接收設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載波同頻、 同相的本地振蕩，用于相干解調(diào)。 載波同步的實(shí)行的方法： 接收信號(hào)中有載頻分量時(shí)：需要調(diào)整其相位。 接收信號(hào)中無載頻分量時(shí)：需從信號(hào)中提取載波，或插入輔助 同步信息。 11 （3）在數(shù)字通信中在接收

8、端解調(diào)出的信號(hào)是以電壓形式表示的。 要真正地準(zhǔn)確地恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)還須要采用抽樣脈沖進(jìn)行對(duì) 電壓形式的信號(hào)進(jìn)行抽樣取值。即需要一個(gè)這樣的抽樣信號(hào)： 第一：抽樣信號(hào)的頻率與發(fā)送端的碼元速率相同，第二：接 收端在最佳抽樣時(shí)刻（波形幅度最大值對(duì)準(zhǔn)的時(shí)刻），對(duì)接 收碼元進(jìn)行抽樣判決。我們將實(shí)現(xiàn)這樣的抽樣信號(hào)過程稱其 為位同步。 碼元同步：又稱時(shí)鐘同步或時(shí)鐘恢復(fù)。對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)，又稱 位同步。 目的：得知每個(gè)接收碼元準(zhǔn)確的起止時(shí)刻，以便決定積分和判 決時(shí)刻。 方法：從接收信號(hào)中獲取同步信息，由其產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖序列， 使后者和接收碼元起止時(shí)刻保持正確關(guān)系?；虿迦胼o助同步 信息。 12 （4）在數(shù)據(jù)通信中為了

9、提高信息交換，傳遞等處理速率并 不是以一個(gè)碼元為單位進(jìn)行的，而是以一組碼元為單位進(jìn)行 的，我們稱其為幀。這樣在發(fā)送端要對(duì)信息進(jìn)行分組處理， 即對(duì)信息進(jìn)行封裝和打包處理。其基本原理就是在劃分的分 組頭和尾加入控制字符予以區(qū)別。在接收端將這這些分組區(qū) 分出來，去掉在發(fā)端附加的字符，恢復(fù)出原始信息形式。稱 實(shí)現(xiàn)這一過程為群同步或者幀同步，又稱幀同步。 幀同步的目的：將接收碼元正確分組。 幀同步的方法：需要在發(fā)送信號(hào)中周期地插入一個(gè)同步碼元， 標(biāo)識(shí)出分組位置。 在這里我們可以看出不論是載波同步，位同步，還是幀同步， 其基礎(chǔ)都是同步。因?yàn)椴徽撌禽d波中的振蕩頻率，還是位同 步中的抽樣脈沖的頻率歸根到底都要

10、由時(shí)鐘產(chǎn)生。所以在同 步中要產(chǎn)生一個(gè)高穩(wěn)定性性能的時(shí)鐘是關(guān)鍵。 13 第一種分類：按照同步的功能區(qū)可以分為四種類型：網(wǎng)同步， 載波同步，位同步，幀同步。 第二種分類：按照傳輸同步方式的不同區(qū)分外同步和自同步。 外同步時(shí)只有發(fā)送端專門發(fā)送同步信息，接收端把這個(gè)專門 的同步信息檢測(cè)出來作為同步信息。自同步是指發(fā)送端不專 門發(fā)送同步信息而是由接收端設(shè)法接收的信號(hào)中提取出同步 信息。 14 1實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)主要有兩種：利用公用電話網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交 換和利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 2數(shù)據(jù)的交換方式有如下幾種技術(shù)：電路交換、報(bào)文交換、分組 交換及幀方式。 3電路交換方式是屬于電路資源預(yù)分配。數(shù)據(jù)通信需經(jīng)歷呼叫建 立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫拆除3個(gè)階段。 4報(bào)文交換和分組交換原理都是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，報(bào)文交換 是以報(bào)文為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)；而分組交換，是以分組為單位進(jìn)行 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。兩者均采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，以提高線路的利用率。 5分組長(zhǎng)度的選取與延遲時(shí)間、交換機(jī)費(fèi)用、信道傳輸質(zhì)量及正 確傳輸數(shù)據(jù)信息的信道利用率等因素有關(guān)。一般分組長(zhǎng)度選為128字 節(jié)（不包括分組頭），不超過256字節(jié)，分組頭長(zhǎng)度為310字節(jié)。 15 6分組交換中分組的傳輸方式有兩種：DG方式和VC方式。DG屬 于面向無連接的服務(wù)，此方式只有數(shù)據(jù)傳輸階段。VC方式屬于面向 連接方式，此方式有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和呼叫