過(guò)程控制第三章課件

1、第三章第三章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信 任 杰第三章第三章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)l1 概述l2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l3 傳輸媒體l4 數(shù)據(jù)傳輸方式l5 調(diào)制解調(diào)技術(shù)l6 編碼技術(shù)l7 信道復(fù)用技術(shù)l8 寬帶接入技術(shù)1、數(shù)據(jù)通信技術(shù)概述、數(shù)據(jù)通信技術(shù)概述l1）什么是通信l2）什么是數(shù)據(jù)通信（1）信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)（2）編碼技術(shù)（3）調(diào)制解調(diào)技術(shù)（4）信道利用率1）什么是通信）什么是通信l通信：指人與人或人與自然之間通過(guò)某種行為或媒介進(jìn)行的信息交流與傳遞，從廣義上指需要信息的雙方或多方在不違背各自意愿的情況下無(wú)論采用何種方法，使用何種媒質(zhì)，將信息從某方準(zhǔn)確安全傳送到另方。1）

2、什么是通信）什么是通信信源信源指將原始信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備，如麥克風(fēng)等發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道信道噪聲源噪聲源接收設(shè)備接收設(shè)備信宿信宿如調(diào)制器、功率放大器、天線等如雙絞線、光纖、同軸電纜等。注意：自由空間也是一種信道是一種隨機(jī)信號(hào)，對(duì)通信有害，但不可避免。與是發(fā)送設(shè)備處理的“逆過(guò)程”指將電信號(hào)還原成原始信息的設(shè)備，如揚(yáng)聲器等2）什么是數(shù)據(jù)通信）什么是數(shù)據(jù)通信l數(shù)據(jù)通信：經(jīng)計(jì)算機(jī)編碼后的二進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的通信技術(shù)。l數(shù)據(jù)通信的基本概念之一是理解信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)這三個(gè)術(shù)語(yǔ)的含義。信息：信息可用來(lái)解除對(duì)傳輸對(duì)象的不確定度。數(shù)據(jù)：任何描述物體、概念、形態(tài)的事實(shí)、數(shù)字、符號(hào)和字母,可定義為有意義的實(shí)體，它涉

3、及到事物的形式。信號(hào)：傳遞消息的載體。模 擬 數(shù) 據(jù)有 意 義 的 實(shí) 體涉 及 數(shù) 據(jù) 的內(nèi) 容 和 解 釋在 某 個(gè) 區(qū) 間 產(chǎn) 生 連 續(xù) 的 值產(chǎn) 生 離 散 的 值數(shù) 據(jù) 的 電 、 磁(或 電 子 )編 碼是 一 種 連 續(xù) 變 化 的 電 磁 波是 一 系 列 的 電 壓 脈 沖數(shù) 字 數(shù) 據(jù)模 擬 信 號(hào)數(shù) 字 信 號(hào)數(shù) 據(jù)涉 及 到 事 物 的形 式信 號(hào)信 息2）什么是數(shù)據(jù)通信）什么是數(shù)據(jù)通信l信息用信息量來(lái)衡量：一個(gè)信息所承載的信息量等于它所表示的事件發(fā)生的概率P的倒數(shù)的對(duì)數(shù)。如果一個(gè)消息為必然事件，即該事件發(fā)生的概率為1，則該消息所傳遞的信息量為零。l（1）信息、數(shù)據(jù)和

4、信號(hào)的關(guān)系信息包含在數(shù)據(jù)中，數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式；數(shù)據(jù)是通過(guò)信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)?，信?hào)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體。l（2）編碼技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中信源和信宿都是計(jì)算機(jī)，它們之間交換的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這種傳輸方式是基帶傳輸方式，在基帶傳輸中不是簡(jiǎn)單的把數(shù)據(jù)表達(dá)成高低電平，而是進(jìn)行一系列的編碼轉(zhuǎn)換成物理信號(hào)送到信道中，在接收端按照相應(yīng)逆變換將數(shù)據(jù)還原出來(lái)的技術(shù)就是編碼技術(shù)，也稱為信道編碼。2）什么是數(shù)據(jù)通信）什么是數(shù)據(jù)通信l（3）調(diào)制解調(diào)技術(shù)為了提高電話網(wǎng)絡(luò)的利用率，計(jì)算機(jī)之間的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)借助模擬信道傳輸，即為頻帶傳輸方式，需要使用調(diào)制技術(shù)和解調(diào)技術(shù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。l（4）信道利用率信道傳輸信號(hào)必須提高

5、信道的利用率，因此而言信道復(fù)用技術(shù)使得信道利用率得到很大提高。2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l1）數(shù)據(jù)傳輸速率l數(shù)據(jù)傳輸速率是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制比特?cái)?shù)，單位為比特秒，即bit/s。數(shù)據(jù)傳輸速率可簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)率，又稱比特率，其中的“數(shù)據(jù)”包括傳輸?shù)膬糌?fù)荷和控制信息。2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l2）帶寬l信道帶寬是指信道上能夠正常通過(guò)模擬的物理信號(hào)的頻率范圍，即最大最小頻率之差，單位為赫茲（Hz）。信道帶寬受傳輸媒體的物理性質(zhì)的限制。l帶寬在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域里用來(lái)表示傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的能力，即網(wǎng)絡(luò)所能傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)率，單位是bit/s。2 、

6、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。 每秒 106 個(gè)比特時(shí)間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時(shí)間每秒 4 106 個(gè)比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l3）吞吐量用單位時(shí)間發(fā)送的比特?cái)?shù)、字節(jié)數(shù)或分組數(shù)等來(lái)表示。即，吞吐量表示在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。l吞吐量更經(jīng)常地用于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測(cè)量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。l吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l4）碼元傳

7、輸速率是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)線路編碼后的傳輸信號(hào)在信道上的傳輸速率稱為碼元傳輸速率，它是指每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特( Baud)。碼元傳輸速率又稱為波特率。2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l5）數(shù)據(jù)傳輸速率和碼元傳輸速率的關(guān)系：l設(shè)碼元狀態(tài)數(shù)為M，則數(shù)據(jù)傳輸速率C和碼元傳輸速率B有如下關(guān)系：lC= Blog2Ml6）時(shí)延（Delay） ：指一個(gè)數(shù)據(jù)塊（如幀、分組和報(bào)文段等）從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間。2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l(1)發(fā)送時(shí)間：結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)把整個(gè)數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)送人傳輸媒體所需要的時(shí)間，計(jì)算公式為l發(fā)送時(shí)間=數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度數(shù)據(jù)傳

8、輸速率l (2)傳播時(shí)延：承載傳輸信號(hào)的電磁波在一定長(zhǎng)度的信道上傳播所需要的時(shí)間，計(jì)算公式為l傳播時(shí)延=信道長(zhǎng)度電磁波在信道上的傳播速率 2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l(3)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延：數(shù)據(jù)塊在中間結(jié)點(diǎn)（如中繼器、交換機(jī)和路由器等）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)引起的時(shí)延。不同的中間結(jié)點(diǎn)有不同的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。l排隊(duì)時(shí)延：分組在輸入和輸出緩沖區(qū)排隊(duì)花費(fèi)的時(shí)間，與網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況有關(guān)。l處理時(shí)延：進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)處理所花費(fèi)的時(shí)間，如首部處理、差錯(cuò)檢驗(yàn)和轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間等。l這樣，數(shù)據(jù)塊經(jīng)歷的總時(shí)延為上述三部分時(shí)延之和，為： 總時(shí)延=發(fā)送時(shí)間+傳播時(shí)延+轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)

9、點(diǎn) A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時(shí)延(即發(fā)送時(shí)延)在結(jié)點(diǎn) A 中產(chǎn)生處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)鏈路2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l7）時(shí)延帶寬積：時(shí)延帶寬積即傳播時(shí)延和帶寬的乘積，即l時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延帶寬 （ bit ）l8）誤碼率：衡量信道傳輸質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，是傳輸?shù)拇a元被傳錯(cuò)的概率，當(dāng)傳輸?shù)拇a元總數(shù)很大時(shí)，Pc可以近似為lPc=傳錯(cuò)的碼元數(shù)傳輸?shù)拇a元總數(shù)2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l9）比特誤碼率：傳輸?shù)谋忍乇粋麇e(cuò)的概率，當(dāng)傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)很大時(shí)，比特誤碼率Pb可以近似為lPb=傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)傳輸?shù)谋忍乜倲?shù) l10）奈奎斯特準(zhǔn)則：對(duì)于一個(gè)帶寬為MHz的無(wú)

10、噪聲低通信道，則最高的碼元傳輸速率BMAX為2MBW，即lBMAX=2Ml如果編碼方式的碼元狀態(tài)數(shù)為N就得到了信道的信道容量CMAX：lCMAX =2Mlog2N l由奈奎斯特準(zhǔn)則可見，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，要求信道的帶寬越高，即對(duì)傳輸媒體和設(shè)備的要求越高。2 、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)l實(shí)際上信道總是有噪聲的，噪聲的存在限制了信道的數(shù)據(jù)傳輸速率，根據(jù)香農(nóng)推到的公式：lCMAX=Wlog2(1+S/N) l可知不管使用多么巧妙的方式編碼，也不能超過(guò)此極限速率。l上式中W為信道的帶寬( Hz)；S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率；S/N稱為信噪比(Sign

11、al-to-Noise Ratio)。通常人們不直接使用S/N而是使用10 log10S/N，其單位為分貝(dB)，比如，S/N =1000時(shí)，為30dB。l香農(nóng)定理表明，信道的帶寬越大或信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要數(shù)據(jù)傳輸速率低于信道的極限傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。3、傳輸媒體、傳輸媒體l1）雙絞線l2）同軸電纜l3）光纖l4）無(wú)線傳輸無(wú)線電傳輸微波傳輸紅外線傳輸3、傳輸媒體、傳輸媒體l傳輸媒體是信號(hào)傳輸?shù)奈锢磔d體，是計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分，大致可以分為兩類：有線傳輸媒體：雙絞線、光纖、同軸電纜等；無(wú)線傳輸媒體：無(wú)線電傳播、微波傳播、紅外線傳

12、播1）雙絞線）雙絞線l雙絞線(TP，TwistedPair)是由線對(duì)扭絞而成的。芯線為軟銅線，一般線徑為0.41.4mm不等。l采用雙絞線的好處是可減少相鄰線對(duì)間的電磁串?dāng)_(與扭絞距有關(guān))。多對(duì)雙絞線封裝后構(gòu)成對(duì)稱電纜。1）雙絞線）雙絞線A扭絞距線徑0.41.4 mmB近端串?dāng)_遠(yuǎn)端串?dāng)_1）雙絞線）雙絞線l電話通信對(duì)稱電纜中雙絞線對(duì)數(shù)的可選范圍為21800對(duì)，市話用戶線采用雙絞線的傳輸距離可達(dá)15km。雙絞線既可用來(lái)傳輸模擬信號(hào)，也可用于傳輸數(shù)字信號(hào)。當(dāng)雙絞線用來(lái)傳輸信號(hào)時(shí)，其傳輸距離與雙絞線的線徑有關(guān)。導(dǎo)線加粗，其傳輸距離相對(duì)可較遠(yuǎn)，但導(dǎo)線的成本也增加。1）雙絞線）雙絞線l局域網(wǎng)內(nèi)采用的雙絞線

13、是4對(duì)8線，其編號(hào)如下白 綠綠白 橙藍(lán)白 藍(lán)橙白 棕棕123456782）同軸電纜）同軸電纜l同軸電纜是由同軸管內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體構(gòu)成的一種通信傳輸介質(zhì)。同軸管的內(nèi)導(dǎo)體采用半硬銅線(單芯)或多股線扭絞而成，外導(dǎo)體采用軟銅線或鋁帶縱包而成，內(nèi)外導(dǎo)體間用聚乙烯塑料制成的墊片絕緣。外層護(hù)套外導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體塑料墊片2）同軸電纜）同軸電纜l同軸電纜的低頻串音及抗干擾特性不如對(duì)稱雙絞線電纜，但隨著頻率升高，外導(dǎo)體的屏蔽作用增強(qiáng)，其串音和抗干擾能力大為改善，因此它適用于高頻大通路長(zhǎng)途干線。3）光纖）光纖l光纖(Optical Fiber)是一種光傳輸介質(zhì)，由于可見光的頻率高達(dá)108MHz，因此光纖傳輸系統(tǒng)具有足

14、夠的傳輸帶寬。光纜是由一束光纖組裝而成的，用于傳輸調(diào)制到光載頻上的已調(diào)信號(hào)。遠(yuǎn)供電源光纖及包層填充物外護(hù)套包帶層加強(qiáng)芯(a)(b)包層纖芯3）光纖）光纖l光纖作傳輸介質(zhì)用于通信，其主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)傳輸速率極高，頻帶極寬，傳送信息的容量極大。(2)光纖不受電磁干擾和靜電干擾等影響，即使在同一光纜中，各光纖間幾乎沒有干擾；(3)光纖的原料為石英玻璃砂(即二氧化硅)，原料充足。4）無(wú)線傳輸）無(wú)線傳輸無(wú)線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無(wú)線電 調(diào)頻無(wú)線電 海事無(wú)線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106

15、 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無(wú)線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜（1）無(wú)線電傳輸）無(wú)線電傳輸l無(wú)線電波(Radio Wave)位于電磁波頻譜的1GHz以下。它易于產(chǎn)生，容易穿過(guò)建筑物，傳播距離可以很遠(yuǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。（2）微波傳輸）微波傳輸l微波( Mircowave)是頻率較高的電磁波，頻率范圍在300MHz一300GHz，主要使用2.40GHz。l微波是沿著直線傳播的，通過(guò)拋物狀天線把所有的能量集中于

16、一小束發(fā)射出去，便可以獲得極高的信噪比，但是發(fā)射天線和接收天線必須精碲地對(duì)準(zhǔn)。（2）微波傳輸）微波傳輸l地面微波通信是在地球表面建造微波塔進(jìn)行中繼的通信。由于微波沿直線傳播，而且也不能很好地穿過(guò)建筑物，如果微波塔間的距離太遠(yuǎn)，地面就會(huì)擋住去路。因此，隔一段距離就需要一個(gè)中繼站。l衛(wèi)星通信是在地球站之間利用人造同步衛(wèi)星作為中繼的一種微波接力通信，衛(wèi)星就相當(dāng)于在太空中的無(wú)人值守的微波通信中繼站。同步衛(wèi)星位于36 000km高空，與地球同步旋轉(zhuǎn)。（3）紅外線傳輸）紅外線傳輸l紅外線位于電磁波頻譜的3101121014Hz范圍。紅外線傳輸有方向性，不能穿過(guò)堅(jiān)實(shí)的物體。紅外線通信不能在室外應(yīng)用，因?yàn)殛?yáng)光

17、中有強(qiáng)烈的紅外線。l紅外線通信應(yīng)用于小范圍內(nèi)，如家庭和辦公室等，不需要天線。電視機(jī)、DVD等家用電器使用的遙控器就是紅外線通信裝置。4、數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)傳輸方式l1）單工、半雙工和全雙工傳輸l2）并行傳輸和串行傳輸l3）異步傳輸和同步傳輸l4）頻帶傳輸和基帶傳輸1）單工、半雙工和全雙工傳輸）單工、半雙工和全雙工傳輸l對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的通信，按信息傳送的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。l單工：信息只能單方向進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信工作方式；l半雙工：半雙工通信方式是指通信雙方都能收發(fā)信息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式；l全雙工：全雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行雙向

18、傳輸信息的工作方式。1）單工、半雙工和全雙工傳輸）單工、半雙工和全雙工傳輸2）并行傳輸和串行傳輸）并行傳輸和串行傳輸l在數(shù)字通信中按照數(shù)字碼元排列順序的方式不同，可將通信方式分為串行傳輸和并行傳輸。l并行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號(hào)序列同時(shí)在信道上傳輸，則稱為并行傳輸通信方式。其特點(diǎn)有：速度快、節(jié)省傳輸時(shí)間，但需占用頻帶寬，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。2）并行傳輸和串行傳輸）并行傳輸和串行傳輸l串行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸。通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字

19、通信都采用這種傳輸方式。5、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)l1）幅度調(diào)制幅移鍵控l2）頻率調(diào)制頻移鍵控l3）相位調(diào)制相移監(jiān)控6、編碼技術(shù)、編碼技術(shù)l1）不歸零制編碼l2）曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編碼4、數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)傳輸方式l1）單工、半雙工和全雙工傳輸l2）并行傳輸和串行傳輸l3）異步傳輸和同步傳輸l4）頻帶傳輸和基帶傳輸1）單工、半雙工和全雙工傳輸）單工、半雙工和全雙工傳輸l對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)之間的通信，按信息傳送的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。l單工：信息只能單方向進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信工作方式；l半雙工：半雙工通信方式是指通信雙方都能收發(fā)信息，但不能同時(shí)進(jìn)行

20、收和發(fā)的工作方式；l全雙工：全雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸信息的工作方式。1）單工、半雙工和全雙工傳輸）單工、半雙工和全雙工傳輸2）并行傳輸和串行傳輸）并行傳輸和串行傳輸l在數(shù)字通信中按照數(shù)字碼元排列順序的方式不同，可將通信方式分為串行傳輸和并行傳輸。l并行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號(hào)序列同時(shí)在信道上傳輸，則稱為并行傳輸通信方式。其特點(diǎn)有：速度快、節(jié)省傳輸時(shí)間，但需占用頻帶寬，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。2）并行傳輸和串行傳輸）并行傳輸和串行傳輸2）并行傳輸和串行傳輸）并行傳輸和

21、串行傳輸l串行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸。通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。3）異步通信和同步通信）異步通信和同步通信3）異步通信和同步通信）異步通信和同步通信3）異步通信和同步通信）異步通信和同步通信3）異步通信和同步通信）異步通信和同步通信3）異步通信和同步通信）異步通信和同步通信自同步法：指接收端能從接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)波形中提取同步信號(hào)的方法。 比如：曼徹斯特編碼，根據(jù)編碼方式，同步信號(hào)已經(jīng)隱藏與編碼之間，即上、下跳變的過(guò)程中包含了同步信號(hào)。4）頻帶傳輸和基帶傳輸）頻帶傳輸和基帶傳輸l在通信系統(tǒng)中，要把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳到另

22、一個(gè)地方，總是要借助于一定的物理信號(hào)，如電磁波和光。物理信號(hào)可以是連續(xù)的模擬信號(hào)，也可以是離散的數(shù)字信號(hào)。l模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中的任何一種數(shù)據(jù)都可以通過(guò)調(diào)制或編碼的過(guò)程形成兩種信號(hào)（模擬和數(shù)字）中的任何一種信號(hào)。于是就產(chǎn)生了四種數(shù)據(jù)傳輸形式。4）頻帶傳輸和基帶傳輸）頻帶傳輸和基帶傳輸4）頻帶傳輸和基帶傳輸）頻帶傳輸和基帶傳輸4）頻帶傳輸和基帶傳輸）頻帶傳輸和基帶傳輸l頻帶傳輸也稱寬帶傳輸，就是把基帶數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制變換，變成模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)模擬傳輸介質(zhì)傳送到接收端后，再還原成原來(lái)數(shù)據(jù)。頻帶傳輸實(shí)際上是模擬傳輸。5、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)l1）模擬調(diào)制系統(tǒng)幅度調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制l2）數(shù)字

23、調(diào)制系統(tǒng)幅移鍵控頻移鍵控相移監(jiān)控模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)l（1）幅度調(diào)制：幅度調(diào)制是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，使之隨調(diào)制信號(hào)做線性變化的過(guò)程。l（2）頻率調(diào)制：若載波的頻率隨調(diào)制信號(hào)變化，稱為頻率調(diào)制。（非線性變化）l（3）相位調(diào)制：若載波的相位隨調(diào)制信號(hào)變化，稱為相位調(diào)制。（非線性變化）l模擬調(diào)制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換到模擬信道中傳輸，在模擬通信系統(tǒng)中比較常見，比如收音機(jī)接收系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)l數(shù)字信號(hào)的頻帶調(diào)制,即把數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到正弦載波的某個(gè)參數(shù)上，這是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程。l數(shù)字調(diào)制被稱為“鍵控”， 是指調(diào)制過(guò)程可用數(shù)字信號(hào)脈沖對(duì)載波的參數(shù)進(jìn)行控制從而達(dá)到調(diào)制的目

24、的l常見的數(shù)字調(diào)制有：幅移鍵控、頻移鍵控和相移監(jiān)控（1）二進(jìn)制幅移鍵控（）二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）（1）二進(jìn)制幅移鍵控（）二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）l調(diào)制模型基帶信號(hào)已調(diào)信號(hào)載波（1）二進(jìn)制幅移鍵控（）二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）l解調(diào)模型帶通濾波器 整流器 低通濾波器 取樣 判決器(a)包絡(luò)檢波定時(shí)脈沖帶通濾波器 取樣判決器 低通濾波器 相乘器 (b)相干解調(diào)定時(shí)脈沖t0cos（2）二進(jìn)制頻移鍵控（）二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）l頻移鍵控FSK（Frequency-shift Keying）也叫頻率鍵控，是把振幅和相位作為常量，而用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值。它以頻率較低的信

25、號(hào)狀態(tài)代表“0”，以頻率較高的信號(hào)狀態(tài)代表“1”。（2）二進(jìn)制頻移鍵控（）二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）l調(diào)制模型二 進(jìn) 制信 息振蕩器1倒 相振蕩器2門門相 加2FSK信號(hào)2FSK調(diào)制器（鍵控法）（2）二進(jìn)制頻移鍵控（）二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）l解調(diào)模型帶通濾波器帶通濾波器包絡(luò)檢波 包絡(luò)檢波低通濾波器低通濾波器取樣判決器取樣脈沖輸出（3）二進(jìn)制相移鍵控（）二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）l相移鍵控PSK（Phase-shift Keying）就是把振幅和頻率定義為常量，而用相位的變化來(lái)表示二進(jìn)制值的變化。（3）二進(jìn)制相移鍵控（）二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）l調(diào)制模型選相開關(guān)載波發(fā)生器二元基帶信號(hào)(雙極

26、NRZ)0（3）二進(jìn)制相移鍵控（）二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）l解調(diào)模型 信碼帶通 相乘低通 判決本地載波恢 復(fù)位定時(shí)恢 復(fù)輸入2PSK信號(hào) 2PSK相干解調(diào)器數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)l數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)，并將模擬信號(hào)送入模擬信道傳輸，從而實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)拓展到模擬傳輸系統(tǒng)中通信。6、編碼技術(shù)、編碼技術(shù)l在數(shù)字信號(hào)進(jìn)入數(shù)字信道時(shí)不是直接送入的。因?yàn)閷?shí)際基帶傳輸系統(tǒng)中，對(duì)含有豐富直流和低頻成分的基帶信號(hào)容易造成信號(hào)嚴(yán)重畸變，因而不適合在數(shù)字信道中傳輸；另外基帶傳輸系統(tǒng)都是從接收到的基帶信號(hào)中提取位同步信號(hào)，而位同步信號(hào)卻又依賴于代碼的碼型，如果代碼出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的連 “0”

27、符號(hào)，則基帶信號(hào)可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn) 0 電位，從而使位同步恢復(fù)系統(tǒng)難以保證位同步信號(hào)的準(zhǔn)確性。6、編碼技術(shù)、編碼技術(shù)l對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)的要求主要有兩點(diǎn)對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)的要求主要有兩點(diǎn)：l（ 1 ）對(duì)各種代碼的要求，期望將原始信息符號(hào)編制成適合于傳輸用的碼型；l（ 2 ）對(duì)所選的碼型的電波形的要求，期望電波形適宜于在信道中傳輸。前一問題稱為傳輸碼型的選擇，后一問題稱為基帶脈沖的選擇。l碼型編碼：通常把數(shù)字信號(hào)的電脈沖表示過(guò)程稱為碼型編碼或碼型變換，由碼型還原為原來(lái)數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為碼型譯碼。通常使用的碼型通常使用的碼型l不歸零極性碼、AMI碼、HDB3碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼。l在計(jì)

28、算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)里面滿足傳輸要求的編碼：不歸零極性碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼1）不歸零極性碼）不歸零極性碼l單極性 NRZ 碼。在表示一個(gè)碼元時(shí)，二進(jìn)制符號(hào) “1”和“0” 分別對(duì)應(yīng)基帶信號(hào)的正電平和零電平，在整個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間，電平保持不變。 1）不歸零極性碼）不歸零極性碼l特點(diǎn)：（1）發(fā)送能量大，有利于提高接收端信噪比；（2）在信道上占用頻帶較窄；（3）有直流分量，將導(dǎo)致信號(hào)的失真與畸變；且由于直流分量的存在，無(wú)法使用一些交流耦合的線路和設(shè)備；（4）不能直接提取位同步信息； （5）抗噪性能差。接收單極性 NRZ 碼的判決電平應(yīng) 取 “1”碼 電平的一半。由于信道衰減或特性隨各種因素變化時(shí)，接

29、收波形的振幅和寬度容易變化，因而判決門限不能穩(wěn)定在最佳電平，使抗噪性能變壞；（6） 傳輸時(shí)需一端接地。2）曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編）曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編碼碼lManchester（ 曼徹斯特）碼又稱為數(shù)字雙相碼或分相碼。它的特點(diǎn)是每個(gè)碼元用兩個(gè)連續(xù)極性相反的脈沖來(lái)表示。l編碼規(guī)則：如 “l(fā)”碼用正、負(fù)脈沖表示，“0”碼用負(fù)、正脈沖表示。l該碼的特點(diǎn)是無(wú)直流分量， 最長(zhǎng)連 “0”、連“l(fā)”數(shù)為2，定時(shí)信息豐富，編譯碼電路簡(jiǎn)單。但其碼元速率比輸入的信碼速率提高了一倍。 分相碼適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備在中速短距離上傳輸。如以太網(wǎng)采用分相碼作為線路傳輸碼。2）曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編）曼徹斯

30、特編碼及差分曼徹斯特編碼碼l曼徹斯特編碼當(dāng)極性反轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)引起譯碼錯(cuò)誤，為解決此問題，可以采用差分碼的概念，將數(shù)字曼徹斯特編碼中用絕對(duì)電平表示的波形改為用電平相對(duì)變化來(lái)表示。這種碼型稱為條件分相碼或差分曼徹斯特碼。數(shù)據(jù)通信的令牌網(wǎng)即采用這種碼型。2）曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編）曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編碼碼6、編碼技術(shù)、編碼技術(shù)l編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)進(jìn)入數(shù)字傳輸信道通信的目的，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。7、信道復(fù)用技術(shù)、信道復(fù)用技術(shù)l頻分復(fù)用（FDM）l波分復(fù)用（WDM）l時(shí)分復(fù)用（TDM）7、信道復(fù)用技術(shù)、信道復(fù)用技術(shù)l多路復(fù)用技術(shù)就是在發(fā)送端將多路信號(hào)進(jìn)行組合（如廣電前端使用的混合器），然后在一條專

31、用的物理信道上實(shí)現(xiàn)傳輸，接收端再將復(fù)合信號(hào)分離出來(lái)。即，多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道。l在數(shù)據(jù)通信中，復(fù)用技術(shù)的使用極大地提高了信道的傳輸效率，取得了廣泛地應(yīng)用。7、信道復(fù)用技術(shù)、信道復(fù)用技術(shù)復(fù)用模型復(fù)用模型1）頻分復(fù)用）頻分復(fù)用lFDM就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱子信道），每一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。l頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘?hào)互不干擾，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號(hào)互不干擾（條件之一）。1）FDM復(fù)用復(fù)用兩個(gè)或多個(gè)使用不同載波頻率的信號(hào)可以在單一介質(zhì)上同時(shí)傳輸而互不干擾。1）FDM解復(fù)用解復(fù)用1）頻分

32、復(fù)用）頻分復(fù)用l原理：原理：l 1、各路基帶信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器、各路基帶信號(hào)首先通過(guò)低通濾波器(LPF)限制限制基帶信號(hào)的帶寬，避免它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。基帶信號(hào)的帶寬，避免它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。l 2、各路信號(hào)分別對(duì)各自的載波進(jìn)行調(diào)制、合成后、各路信號(hào)分別對(duì)各自的載波進(jìn)行調(diào)制、合成后送入信道傳輸。送入信道傳輸。l 3、在接收端，分別采用不同中心頻率的帶通濾波、在接收端，分別采用不同中心頻率的帶通濾波器分離出各路已調(diào)信號(hào)，解調(diào)后恢復(fù)出基帶信號(hào)。器分離出各路已調(diào)信號(hào)，解調(diào)后恢復(fù)出基帶信號(hào)。莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 2009年3月1）FDM舉例舉例First-levelMUX1212Sec

33、ond-levelMUX125Third-levelMUX1210BasicGroupSuperGroupMasterGroup(a )04 kHzf(b )12111098765432160 kHz180 kHz48 kHzBasic Group A(LSB)121110987654321196 kHz148 kHzBasic Group B(USB)(c )12121212121111112345Super Group 1(LSB)312 kHz552 kHz12121212121111112345Super Group 2(USB)300 kHz60 kHz(d )Voice Chann

34、el北美多路載波電話系統(tǒng)的典型組成1）FDM舉例舉例l一個(gè)基群由12路電話復(fù)用組成。每路電話占4kHz帶寬，采用單邊帶下邊帶調(diào)制(LSB)，12路電話共48kHz帶寬，頻帶范圍為 60108 kHz。或采用單邊帶上邊帶調(diào)制(USB)，頻帶范圍為148 196 kHz。 l一個(gè)基本超群由5個(gè)基群復(fù)用組成，共60路電話。5個(gè)基群采用單邊帶下邊帶合成，頻率范圍為312552kHz，共240kHz帶寬。 或采用單邊帶上邊帶合成，頻率范圍為60300kHz。2）波分復(fù)用）波分復(fù)用l波分復(fù)用波分復(fù)用(WDM)是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的是將兩種或多種不同波長(zhǎng)的光載波信號(hào)（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用光載波信號(hào)

35、（攜帶各種信息）在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器器(亦稱合波器，亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，并匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器在接收端，經(jīng)解復(fù)用器(亦稱分波器或稱去復(fù)亦稱分波器或稱去復(fù)用器，用器，Demultiplexer)將各種波長(zhǎng)的光載波分將各種波長(zhǎng)的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多號(hào)。這種在同一根光纖中同時(shí)傳輸兩個(gè)或眾多不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。不同波長(zhǎng)光信號(hào)的技術(shù)，稱為波分復(fù)用。2）波分復(fù)用）

36、波分復(fù)用WDM本質(zhì)上是光頻上的頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)。 原理非常簡(jiǎn)單：光源的組成與分離由棱鏡完成。2）波分復(fù)用）波分復(fù)用l不同頻率的多路光線在同一光纖上傳輸，即在一根光纖上采用頻分復(fù)用技術(shù)，承載若干不同頻率的光信號(hào)。 lFDM的一種形式。l每一種顏色（波長(zhǎng)）的光承載一個(gè)數(shù)據(jù)信道。3）時(shí)分復(fù)用）時(shí)分復(fù)用-同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用lTDM是一種數(shù)字復(fù)用技術(shù)，它將不同源端的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)合并到一個(gè)時(shí)間共享的鏈路上，適用于媒體數(shù)據(jù)速率容量超過(guò)要傳輸?shù)膸茁窋?shù)字信號(hào)總速率的情況。l幾路數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)交替使用不同的“時(shí)隙”(time slot, 亦譯成“”或“”)在一條傳輸線路上傳送。l交替可以按位、按字節(jié)塊或

37、大數(shù)據(jù)塊進(jìn)行。l時(shí)隙被預(yù)先固定分配給每個(gè)數(shù)據(jù)源。l即使某個(gè)數(shù)據(jù)源并沒有數(shù)據(jù)傳送，該時(shí)隙也得分配給它。l每個(gè)數(shù)據(jù)源對(duì)應(yīng)的時(shí)隙數(shù)量可以是不同的。3）時(shí)分復(fù)用）時(shí)分復(fù)用-同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 2009年3月3）時(shí)分復(fù)用）時(shí)分復(fù)用-同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用lTDM技術(shù)應(yīng)用時(shí)，復(fù)用器和分離器之間的同步是一個(gè)主要問題。l最常用的技術(shù)是“附加數(shù)字幀同步法”：在每幀上增加一個(gè)控制比特（時(shí)隙）這些比特看起來(lái)就象增加了一個(gè)新信道“控制信道”。控制信道上所用的比特形式應(yīng)該是可識(shí)別的。如使用交替變化的01010101之類數(shù)據(jù)信道上不可能有這樣的比特形式。將每個(gè)信道的輸入位與預(yù)期的同步形式比

38、較，就可以解決同步問題。3）時(shí)分復(fù)用）時(shí)分復(fù)用-同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用l幀指示位（比特）通常由1位構(gòu)成，交替變化為0 和 1 ，使分離器與輸入流同步，以準(zhǔn)確地分離時(shí)隙。l同步時(shí)分復(fù)用中，一個(gè)幀中可能會(huì)有許多時(shí)隙被白白浪費(fèi)。l使用統(tǒng)計(jì)TDM時(shí)，時(shí)隙并未預(yù)先分配給特定的數(shù)據(jù)源，而是按需進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。用戶數(shù)據(jù)先進(jìn)入緩存，然后被盡快地通過(guò)可用的時(shí)隙傳送出去。l對(duì)統(tǒng)計(jì)復(fù)用器而言，存在n條輸入線路，但TDM幀中只有k (kn) 個(gè)時(shí)隙可用。所以復(fù)用線路上的數(shù)據(jù)率小于各輸入線路數(shù)據(jù)率的總和。l在輸入端，復(fù)用器掃描輸入緩存區(qū)，搜集數(shù)據(jù)，直到一個(gè)幀被填滿，然后發(fā)送這個(gè)幀。在輸出端，復(fù)用器接收一個(gè)幀，然后將各時(shí)

39、隙中的數(shù)據(jù)分發(fā)給相應(yīng)的輸出緩存區(qū)。a. 只有三條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)b. 只有四條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)c. 所有輸入線路都發(fā)送數(shù)據(jù)幀和地址幀和地址莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心 2009年3月l在同步時(shí)分復(fù)用中，在某一時(shí)隙中的數(shù)據(jù)屬于哪個(gè)設(shè)備由時(shí)隙在幀中的位置指明。但是在異步時(shí)分復(fù)用中，從同一個(gè)設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)在一幀中可能位于第一個(gè)時(shí)隙，而在另一幀中卻可能位于第三個(gè)時(shí)隙。l由于缺乏固定的位置關(guān)系，每個(gè)時(shí)隙必須攜帶一個(gè)地址來(lái)告訴解復(fù)用器如何為其中的數(shù)據(jù)定向。這個(gè)地址只用于局部，由復(fù)用器添加其中，而一旦數(shù)據(jù)被讀入就由解復(fù)用器去除。l由于地址是一種額外開銷，所以異步時(shí)分復(fù)用只有在傳輸保持較大時(shí)隙的時(shí)候才有較高的效率。8、寬帶接入、寬帶接入l窄帶接入方式：PSTN撥號(hào)接入，ISDN接入PSTN：公共交換電話網(wǎng)，用戶使用modem將