第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)

1、信 息 源 和輸 入 轉(zhuǎn) 換 器發(fā) 送 設(shè) 備信 道接 收 設(shè) 備輸 出 轉(zhuǎn) 換 器和 受 信 者噪 聲電話機電話線電話線電話機電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)計算機計算機ModemModem 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12101001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)121 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)121 01001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c

2、)PSK(絕對)(d)PSK(相對)12101001000+0+0+0+0212+數(shù)據(jù)(a)ASK(b)FSK(c)PSK(絕對)(d)PSK(相對)121數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬編碼波形總結(jié)信號交替反轉(zhuǎn)碼信號交替反轉(zhuǎn)碼AMI中中: “0”用用無電壓無電壓狀態(tài)表示，狀態(tài)表示， “1”由極性上由極性上交替進行的正脈沖或負(fù)脈沖交替進行的正脈沖或負(fù)脈沖表示表示偽三元碼中偽三元碼中: “1”用用無電壓無電壓狀態(tài)表示，狀態(tài)表示， “0”由交替的由交替的正、負(fù)脈沖正、負(fù)脈沖表示。表示。 PCM操作包括：操作包括：采樣、量化與編碼采樣、量化與編碼3部分。部分。 1.采樣采樣:每隔一定的時間間隔對連續(xù)的模擬信號采每隔一

3、定的時間間隔對連續(xù)的模擬信號采樣樣,這樣模擬信號就成為離散的模擬信號這樣模擬信號就成為離散的模擬信號,用它來近用它來近似的代表原信號。根據(jù)采樣定理，似的代表原信號。根據(jù)采樣定理，采樣頻率采樣頻率f為為 f2fmax，式中，式中fmax為原信號的最高頻率。為原信號的最高頻率。 2.量化：量化：量化是將采樣獲得的樣本幅度按量化級決量化是將采樣獲得的樣本幅度按量化級決定取值的過程。經(jīng)過量化后的樣本幅度為離散的量定取值的過程。經(jīng)過量化后的樣本幅度為離散的量級值，已不是連續(xù)值。這級值，已不是連續(xù)值。這依據(jù)精度要求決定。依據(jù)精度要求決定。 3.編碼：編碼：編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進制代碼表示量化編碼是用相應(yīng)位

4、數(shù)的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。如果有后的采樣樣本的量級。如果有K個量化級，則二進個量化級，則二進制的位數(shù)為制的位數(shù)為2KD8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.410.40.120.1(a)樣本量化級二進制編碼編碼信號0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b)發(fā)送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b

5、4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)通通 信信 控控 制制 域域數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 域域校校 驗驗 域域幀幀 尾尾幀幀 頭頭n數(shù)據(jù)幀一般結(jié)構(gòu)形式包括：數(shù)據(jù)幀一般結(jié)構(gòu)形式包括：n優(yōu)點：優(yōu)點：傳輸效率高。傳輸效率高。發(fā)送接收單向通道單向通道雙向通道雙向通道雙向通道雙向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)發(fā)送接收接收發(fā)送發(fā)送接收接收發(fā)送非理想信道非理想信道實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。實際的信道上存在三類損耗：衰減、延遲、噪聲。a）衰減）衰減 信道的損耗引起信號強度減弱，導(dǎo)致信道的損耗引起信號強度減弱，導(dǎo)致信噪比信噪比S/N降低降低。b）延遲）延遲 信號中的各種頻率成分在信道

6、上的延遲時間各不相同，信號中的各種頻率成分在信道上的延遲時間各不相同，在接收端會產(chǎn)生在接收端會產(chǎn)生信號畸變信號畸變。c）噪聲）噪聲 熱噪聲：由導(dǎo)體內(nèi)的熱擾動引起，又稱為白噪聲。熱噪聲：由導(dǎo)體內(nèi)的熱擾動引起，又稱為白噪聲。 串?dāng)_：信道間產(chǎn)生的不必要的耦合。例：多對雙絞線串?dāng)_：信道間產(chǎn)生的不必要的耦合。例：多對雙絞線 沖激噪聲：非連續(xù)、隨機、振幅較大。多由外部電磁干沖激噪聲：非連續(xù)、隨機、振幅較大。多由外部電磁干擾造成（閃電、大功率電機啟動等）。擾造成（閃電、大功率電機啟動等）。 噪聲將噪聲將破壞信號，產(chǎn)生誤碼破壞信號，產(chǎn)生誤碼。持續(xù)時間。持續(xù)時間0.01s的干擾可以的干擾可以破壞約破壞約560個

7、比特（個比特（56Kbps）。）。deFtfdtetfFtjtj)(21)()()(2|02|)(ttEtf2)2sin()(22EdtEeFtj單個矩形脈沖：單個矩形脈沖：C=W log2 (1+ )SN例：信道帶寬例：信道帶寬W=3KHz，信噪比為，信噪比為30dB，則，則C=3000*log2(1+1000) 30Kbps在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限信息在高斯白噪聲干擾條件下，通信系統(tǒng)的極限信息傳輸速率為傳輸速率為 ：香農(nóng)定理表明香農(nóng)定理表明：若要提高傳輸系統(tǒng)的傳輸速率，：若要提高傳輸系統(tǒng)的傳輸速率，只有通過提高信道帶寬和提高信噪比兩種途徑。只有通過提高信道帶寬和提高信噪比兩種

8、途徑。Nyquist公式和公式和Shannel公式的比較公式的比較 C = 2W log2M 此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號編碼級數(shù)隨信號編碼級數(shù)增加而增加。增加而增加。M為編碼級數(shù)為編碼級數(shù). C = W log2(1+S/N) 無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。此公式給出了信道能達到的最高傳輸速率。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限 增加。增加。存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式可以分為兩類存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式可以分為兩類：報文交換報文交換（message switching）

9、與）與報文分組交換報文分組交換（packet switching）。）。保護套雙絞線對圖2-9 UTP電纜 表表2-1 基帶與寬帶同軸電纜的比較基帶與寬帶同軸電纜的比較特點特點基帶基帶寬帶寬帶信信 號號數(shù)字信號數(shù)字信號模擬信號，傳輸數(shù)字需要調(diào)制解調(diào)器模擬信號，傳輸數(shù)字需要調(diào)制解調(diào)器頻頻 帶帶占用整個頻帶占用整個頻帶可采用頻分多路復(fù)用可采用頻分多路復(fù)用傳送方向傳送方向雙雙 向向單單 向向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇偪?線線總線或樹型總線或樹型距距 離離幾千米幾千米幾萬米幾萬米保密性保密性低低高高光傳輸系統(tǒng)三個組成部分 表1-3 常用有線媒體的特性 時分復(fù)用器解復(fù)用器信號1信號2信號3信號412344321

10、4321PS=CNS=DAPS=BNS=ACEPS=DNS=CBPS=ANS=BD信源通信信道信宿數(shù)據(jù)噪聲數(shù)據(jù)+噪聲(a)001100111100011111000011000100010110011001010傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號波形噪聲數(shù)據(jù)信號與噪聲信號疊加后的波形采樣時間接收數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)出錯的位(b)（3）將）將f(x)*xkR(x)作為整體，從發(fā)送端通過通作為整體，從發(fā)送端通過通信信道傳送到接收端；信信道傳送到接收端； )()()()()(xGxRxQxGxxfk（5）接收端根據(jù)計算余數(shù)多項式）接收端根據(jù)計算余數(shù)多項式R(x)是否等于接收余數(shù)多是否等于接收余數(shù)多項式項式R（x）來判斷是否出

11、現(xiàn)傳輸錯誤。）來判斷是否出現(xiàn)傳輸錯誤。 )()()()()(/xGxRxQxGxxfk 100001 Q(x)100001 Q(x)G(x)11001G(x)11001丿丿1100110000 f(x)1100110000 f(x)x xk k 11001 11001 10000 10000 11001 11001 1001 R(x) 1001 R(x)求得余數(shù)比特序列為求得余數(shù)比特序列為1001； 將余數(shù)比特序列加到乘積中得：將余數(shù)比特序列加到乘積中得：1100111001 無錯誤，無錯誤，接收到的帶有接收到的帶有CRC校驗碼的數(shù)據(jù)比特序校驗碼的數(shù)據(jù)比特序列一定能被相同的生成多項式整除，即列

12、一定能被相同的生成多項式整除，即 100001 Q(x)100001 Q(x)G(x)11001G(x)11001丿丿1100111001 f(x)1100111001 f(x)x xk k 11001 11001 11001 11001 11001 11001 0 R(x) 0 R(x)lCRC校驗碼的檢錯能力很強，它除了能檢查出校驗碼的檢錯能力很強，它除了能檢查出離散錯離散錯外，還外，還能檢查出能檢查出突發(fā)錯突發(fā)錯。 rnknr12).(*.)*(1211211211214321rrrrrrrrllllbbbbbbbbbbbbPPPP0.;0, 1121rrllllbb 例：給出數(shù)據(jù)（信息

13、）1101的海明碼編碼、譯碼及糾錯過程。 （1）編碼過程根據(jù)公式 ，可選擇數(shù)據(jù)長k=4， 冗余碼長r=3，碼組長n=7； 由關(guān)系式： rnknr120001110111010011100101001011321PPP可以計算出：P1=1, P2=0, P3=0所求海明編碼為： （2）譯碼過程：假設(shè)接收方接收到的數(shù)據(jù)為傳輸出錯判斷： 101010111101010111110111010011100101001110101說明傳輸出錯， ，可以進一步判斷出第6位出錯。 （3）糾錯將接收到的編碼左數(shù)第6位取反，恢復(fù)出正確數(shù)據(jù)。 601121110101101010101010101ACKACKACK發(fā)送端接收端012345670123456方向方向當(dāng)發(fā)送一幀時這個邊界就向右移動當(dāng)接收到確認(rèn)幀后，這個邊界向右移動發(fā)送方窗口012345670123456方向方向當(dāng)接收一幀時這個邊界就向右移動當(dāng)發(fā)送一個ACK幀時，這個邊界向右移動接收方窗口01100110ACK1NAKACK0發(fā)送端接收端010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0丟失超時010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0丟失超時1丟棄ACK0010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0超時1丟棄ACK01丟棄010ACK1發(fā)送端接收端1010ACK0丟失超時1丟棄ACK00123456