第4講物理層(1)

1、劉宏劉宏月印月印2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT3/60計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)n分層、協(xié)議分層、協(xié)議OSITCP/IP2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT4/60學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)n掌握物理層的基本概念；掌握物理層的基本概念；n數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識，模擬傳輸和數(shù)字傳輸?shù)囊粩?shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識，模擬傳輸和數(shù)字傳輸?shù)囊恍┏Ｓ眉夹g(shù)；些常用技術(shù)；n掌握信道、信號、碼元、波特、編碼與調(diào)制、解掌握信道、信號、碼元、波特、編碼與調(diào)

2、制、解調(diào)等基本概念。調(diào)等基本概念。本節(jié)難點(diǎn)本節(jié)難點(diǎn)n編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT5/601. 物理層基本概念物理層基本概念2. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型3. 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT6/60 物理層的基本服務(wù)功能物理層的基本服務(wù)功能n物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)系物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)系p保證比特流通過傳輸介質(zhì)的正確傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層保證比特流通過傳輸介質(zhì)的正確傳

3、輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。n傳輸介質(zhì)與信號編碼的關(guān)系傳輸介質(zhì)與信號編碼的關(guān)系p根據(jù)所使用傳輸介質(zhì)的不同，制定相應(yīng)的根據(jù)所使用傳輸介質(zhì)的不同，制定相應(yīng)的物理層協(xié)議物理層協(xié)議，規(guī)定數(shù)據(jù)信號編碼方式、傳輸速率，以及相關(guān)的通信規(guī)定數(shù)據(jù)信號編碼方式、傳輸速率，以及相關(guān)的通信參數(shù)。參數(shù)。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT7/60 物理層的基本服務(wù)功能物理層的基本服務(wù)功能n設(shè)置物理層的目的設(shè)置物理層的目的p屏蔽屏蔽物理層采用的傳輸介質(zhì)、通信設(shè)備與通信技術(shù)的物理層采用的傳輸介質(zhì)、通信設(shè)備與通信技術(shù)的差

4、異性差異性，使上層只需考慮如何使用物理層的服務(wù)，而，使上層只需考慮如何使用物理層的服務(wù)，而不需要考慮物理層的功能具體是如何實(shí)現(xiàn)的。不需要考慮物理層的功能具體是如何實(shí)現(xiàn)的。物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上媒體上傳輸比特流傳輸比特流，而不是指具體的傳輸媒體。，而不是指具體的傳輸媒體。物理層的基本功能：物理層的基本功能：屏蔽差異，為數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)屏蔽差異，為數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT8/60物理層的主要任務(wù)物理層的主要任務(wù) 確定確

5、定與傳輸媒體的接口有關(guān)的一些特性與傳輸媒體的接口有關(guān)的一些特性，主要包括：，主要包括： n 機(jī)械特性機(jī)械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。n 電氣特性電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。范圍。n 功能特性功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。何種意義。n 過程特性過程特性指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。順序。2022-6-10College of

6、Information Science and Technology, HAUT9/60RJ45接口信號定義，以及網(wǎng)線連接頭信號安排接口信號定義，以及網(wǎng)線連接頭信號安排以太網(wǎng)以太網(wǎng) 10/100Base-T 接口接口: Pin Name Description 1 TX+ Tranceive Data+ (發(fā)信號發(fā)信號+) 2 TX- Tranceive Data- (發(fā)信號發(fā)信號-) 3 RX+ Receive Data+ (收信號收信號+) 4 n/c Not connected (空腳空腳) 5 n/c Not connected (空腳空腳) 6 RX- Receive Data- (

7、收信號收信號-) 7 n/c Not connected (空腳空腳) 8 n/c Not connected (空腳空腳)2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT10/60基于點(diǎn)基于點(diǎn)-點(diǎn)通信線路的物理層協(xié)議點(diǎn)通信線路的物理層協(xié)議nEIA-232-CnADSLnCable Modem基于廣播通信線路的物理層協(xié)議基于廣播通信線路的物理層協(xié)議n最早的最早的Ethernet是在公用總線的同軸電纜上用廣播的是在公用總線的同軸電纜上用廣播的方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。IEEE 802.3n無線網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式發(fā)

8、送和接收數(shù)據(jù)。無線網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。IEEE 802.112022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT11/602022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT12/60數(shù)據(jù)通信需求數(shù)據(jù)通信需求協(xié)議：控制數(shù)據(jù)通信的一組規(guī)則。協(xié)議：控制數(shù)據(jù)通信的一組規(guī)則。通信的信息：通信的信息： 文本、數(shù)文本、數(shù)字、圖片、聲音字、圖片、聲音2022-6-10College of Information Science and Technology, H

9、AUT13/60信道實(shí)例信道實(shí)例2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT14/60 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有效性數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有效性n傳遞傳遞n正確正確n即時(shí)即時(shí)2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT15/60傳輸傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)輸輸入入信信息息輸輸入入數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)發(fā)送發(fā)送的信號的信號接收接收的信號的信號輸輸出出數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)源點(diǎn)源點(diǎn)終點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)機(jī)公用電話網(wǎng)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信

10、號模擬信號輸入輸入漢字漢字顯示顯示漢字漢字?jǐn)?shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸輸出出信信息息PC 機(jī)機(jī) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT16/60信息信息(Information)：指人們對客觀現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式：指人們對客觀現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某種認(rèn)識或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某種認(rèn)識 n“傳遞給某人的事情和消息傳遞給某人的事情和消息”，“所知道的知識所知道的知識”，“交流的知交流的知識識”等。等。

11、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)：信息的表達(dá)形式信息的表達(dá)形式n對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，所有能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼和通信的符號都屬對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，所有能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編碼和通信的符號都屬于數(shù)據(jù)。或者說是在計(jì)算機(jī)中被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱為數(shù)據(jù)。于數(shù)據(jù)?；蛘哒f是在計(jì)算機(jī)中被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)和信息的區(qū)別數(shù)據(jù)和信息的區(qū)別n數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，是尚未組織起來的符號的集合；數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，是尚未組織起來的符號的集合；n信息則是按照一定要求以一定格式組織起來的數(shù)據(jù)信息則是按照一定要求以一定格式組織起來的數(shù)據(jù)。信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)需要編碼：如信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)需要編碼：如ASCII、GB2312:簡體簡體中文編碼、中文編碼、BIG5:繁

12、體中文編碼。繁體中文編碼。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT17/60信號信號(signal)：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。n“模擬的模擬的”(analogous)：代表消息的參數(shù)取值是連續(xù)：代表消息的參數(shù)取值是連續(xù)的。的。 n“數(shù)字的數(shù)字的”(digital)：代表消息的參數(shù)的取值是離散的。：代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 無論是無論是數(shù)據(jù)或信號數(shù)據(jù)或信號，都可是，都可是模擬的模擬的也可是也可是數(shù)字的數(shù)字的。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號需要編碼：如曼徹斯特編碼、差分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號需要編碼：如曼徹

13、斯特編碼、差分曼徹斯特編碼，不歸零碼等。曼徹斯特編碼，不歸零碼等。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT18/60串行傳輸：數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸叫串行傳輸：數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸叫串行傳輸。串行傳輸。n一般在遠(yuǎn)程通信中，人們采用串行通信方式。一般在遠(yuǎn)程通信中，人們采用串行通信方式。并行傳輸：數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同并行傳輸：數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸叫并行傳輸。時(shí)進(jìn)行傳輸叫并行傳輸。n每次同時(shí)傳輸一個(gè)字節(jié)（每次同時(shí)傳輸一個(gè)字節(jié)（8 8位）。位）。n計(jì)算機(jī)內(nèi)部的通信

14、通常是并行傳輸。計(jì)算機(jī)內(nèi)部的通信通常是并行傳輸。n特點(diǎn)：并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)送端與接收端特點(diǎn)：并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)送端與接收端之間有若干條線，導(dǎo)致費(fèi)用高之間有若干條線，導(dǎo)致費(fèi)用高2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT19/60 按照信號傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，可以分成：按照信號傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，可以分成：n單向通信單向通信(單工通信單工通信)：只能有一個(gè)方向的通信而沒有：只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。反方向的交互。n雙向交替通信雙向交替通信(半雙工通信半雙工通信)：通信的雙方都可以發(fā)送

15、：通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也不能同時(shí)接收當(dāng)然也不能同時(shí)接收)。n雙向同時(shí)通信雙向同時(shí)通信(全雙工通信全雙工通信)：通信的雙方可以同時(shí)發(fā)：通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。送和接收信息。 發(fā) 送接 收單 向 通 道雙 向 通 道雙 向 通 道( a )( b )( c )發(fā) 送接 收發(fā) 送接 收接 收發(fā) 送接 收發(fā) 送發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送2022-6-10College of Information Sc

16、ience and Technology, HAUT20/60電信號也叫信號，信號的每秒鐘變化次數(shù)叫頻率，電信號也叫信號，信號的每秒鐘變化次數(shù)叫頻率，單位是赫茲單位是赫茲(HZ)。信號的頻率有高有低，就像聲音。信號的頻率有高有低，就像聲音有高有低一樣，低頻到高頻的范圍叫頻帶，不同的有高有低一樣，低頻到高頻的范圍叫頻帶，不同的信號有不同的頻帶。信號有不同的頻帶。信道傳輸類型信道傳輸類型n基帶傳輸：基帶信號基帶傳輸：基帶信號n頻帶傳輸：頻帶信號頻帶傳輸：頻帶信號n寬帶傳輸寬帶傳輸2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT

17、21/60什么是基帶信號什么是基帶信號 2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT22/60近距離傳輸近距離傳輸大多采用基帶傳輸方式大多采用基帶傳輸方式n原因：由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大，從而原因：由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大，從而信號內(nèi)容不會(huì)發(fā)生變化。信號內(nèi)容不會(huì)發(fā)生變化。n例如：從計(jì)算機(jī)到監(jiān)視器、打印機(jī)等外設(shè)的信號就是基例如：從計(jì)算機(jī)到監(jiān)視器、打印機(jī)等外設(shè)的信號就是基帶傳輸?shù)?。大多?shù)的局域網(wǎng)使用基帶傳輸，如以太網(wǎng)、帶傳輸?shù)?。大多?shù)的局域網(wǎng)使用基帶傳輸，如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)。常見的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)令牌環(huán)網(wǎng)

18、。常見的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)10BaseT使用的就是基使用的就是基帶信號。帶信號。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT23/60基帶信號為什么需要調(diào)制？基帶信號為什么需要調(diào)制？n基帶信號往往包含有較多的基帶信號往往包含有較多的低頻成分低頻成分，甚至有，甚至有直流成分直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進(jìn)行編碼解決這一問題，就必須對基帶信號進(jìn)行編碼/調(diào)制調(diào)制(modulation)。2022-6-10College of I

19、nformation Science and Technology, HAUT24/60頻帶傳輸頻帶傳輸 n遠(yuǎn)距離通信信道多為模擬信道，例如，傳統(tǒng)的電話（電遠(yuǎn)距離通信信道多為模擬信道，例如，傳統(tǒng)的電話（電話信道）只適用于傳輸音頻范圍話信道）只適用于傳輸音頻范圍(300-3400Hz)的模擬的模擬信號，不適宜直接傳輸頻帶很寬、但能量集中在低頻段信號，不適宜直接傳輸頻帶很寬、但能量集中在低頻段的數(shù)字基帶信號。的數(shù)字基帶信號。n頻帶傳輸就是頻帶傳輸就是先將基帶信號變換（調(diào)制）成便于在模擬先將基帶信號變換（調(diào)制）成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍的模擬信號信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的模擬信

20、號（稱為頻（稱為頻帶信號），再將這種頻帶信號帶信號），再將這種頻帶信號在模擬信道中傳輸在模擬信道中傳輸。n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離通信遠(yuǎn)距離通信通常采用的是頻帶傳輸。通常采用的是頻帶傳輸。n基帶信號與頻帶信號的轉(zhuǎn)換是由基帶信號與頻帶信號的轉(zhuǎn)換是由調(diào)制解調(diào)技術(shù)調(diào)制解調(diào)技術(shù)完成的。完成的。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT25/60寬帶傳輸寬帶傳輸n借助頻帶傳輸，可以將鏈路容量分解成兩個(gè)或更多的借助頻帶傳輸，可以將鏈路容量分解成兩個(gè)或更多的信道，每個(gè)信道可以攜帶不同的信號，這就是寬帶傳信道，每個(gè)信道可以攜帶

21、不同的信號，這就是寬帶傳輸。寬帶傳輸中的所有信道都可以同時(shí)發(fā)送信號。如輸。寬帶傳輸中的所有信道都可以同時(shí)發(fā)送信號。如CATV、ISDN等。等。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT26/60 錯(cuò)誤的認(rèn)識錯(cuò)誤的認(rèn)識ABAB寬帶線路寬帶線路窄帶線路窄帶線路在寬帶線路上比特傳播得快在寬帶線路上比特傳播得快 在窄帶線路上比特傳播得慢在窄帶線路上比特傳播得慢 2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT27/60 正確的認(rèn)識正確的認(rèn)識寬帶線路寬帶線

22、路窄帶線路窄帶線路寬帶線路和窄帶線路上比特的寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的傳播速率是一樣的。寬帶線路：每秒有更多比特從計(jì)算機(jī)注入到線路。寬帶線路：每秒有更多比特從計(jì)算機(jī)注入到線路。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT28/60 比喻：汽車運(yùn)貨比喻：汽車運(yùn)貨寬帶線路寬帶線路窄帶線路窄帶線路寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶線路：車距縮短寬帶線路：車距縮短2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT29/60

23、另一種錯(cuò)誤認(rèn)識：另一種錯(cuò)誤認(rèn)識：“寬帶寬帶”相當(dāng)于相當(dāng)于“多車道多車道”1001011101001001110100010110102022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT30/601. 物理層基本概念物理層基本概念2. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型3. 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT31/60編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制模擬模擬模擬模擬模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字信道信道信號信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2022-6

24、-10College of Information Science and Technology, HAUT32/60編碼與調(diào)制編碼與調(diào)制n由于傳輸介質(zhì)及其格式的限制，通信雙方的信號不能由于傳輸介質(zhì)及其格式的限制，通信雙方的信號不能直接進(jìn)行傳送，必須通過一定的方式處理之后，使之直接進(jìn)行傳送，必須通過一定的方式處理之后，使之能夠適合傳輸媒體的特性，才能夠更好地、正確無誤能夠適合傳輸媒體的特性，才能夠更好地、正確無誤地傳送到目的地。地傳送到目的地。n編碼編碼：用：用數(shù)字信號數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。n調(diào)制調(diào)制：用：用模擬信號模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。20

25、22-6-10College of Information Science and Technology, HAUT33/60數(shù)字?jǐn)?shù)字/數(shù)字編碼數(shù)字編碼(1)直流分量，單極性編碼信號平均振幅不是零，有的媒體沒有直流分量，單極性編碼信號平均振幅不是零，有的媒體沒有傳輸直流分量能力，如微波、變壓器。傳輸直流分量能力，如微波、變壓器。(2)同步，連續(xù)信號（多個(gè)同步，連續(xù)信號（多個(gè)1劃劃0）如何識別數(shù)量，時(shí)間同步，）如何識別數(shù)量，時(shí)間同步，信號傳輸會(huì)發(fā)生扭曲，拉長。信號傳輸會(huì)發(fā)生扭曲，拉長。2022-6-10College of Information Science and Technology,

26、HAUT34/60極化編碼極化編碼n極化編碼采用兩個(gè)電壓值：一個(gè)正電壓、一個(gè)負(fù)電壓。極化編碼采用兩個(gè)電壓值：一個(gè)正電壓、一個(gè)負(fù)電壓。減輕了直流分量問題。減輕了直流分量問題。n在雙相位編碼中，每個(gè)比特均含正電壓和負(fù)電壓，徹在雙相位編碼中，每個(gè)比特均含正電壓和負(fù)電壓，徹底解決了直流分量問題。底解決了直流分量問題。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT35/602022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT36/602022-6-10Colleg

27、e of Information Science and Technology, HAUT37/60信號在每比特間隙中發(fā)生改變但并不歸零信號在每比特間隙中發(fā)生改變但并不歸零n曼切斯特編碼：在每個(gè)比特間隙中間引入躍遷來同時(shí)曼切斯特編碼：在每個(gè)比特間隙中間引入躍遷來同時(shí)代表不同比特和同步信息。代表不同比特和同步信息。p1：一個(gè)負(fù)電平到正電平跳變。：一個(gè)負(fù)電平到正電平跳變。p0：一個(gè)正電平到負(fù)電平跳變。：一個(gè)正電平到負(fù)電平跳變。n差分曼切斯特編碼：比特間隙躍遷用于攜帶同步信息，差分曼切斯特編碼：比特間隙躍遷用于攜帶同步信息，開始位置是否有躍遷代表比特。開始位置是否有躍遷代表比特。p1：沒有跳變。：沒

28、有跳變。p0：有跳變。：有跳變。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT38/602022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT39/60數(shù)字?jǐn)?shù)字/模擬編碼模擬編碼n用模擬信號表達(dá)數(shù)字信息的編碼技術(shù)。用模擬信號表達(dá)數(shù)字信息的編碼技術(shù)。n例如電話線模擬信號用于傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)前的轉(zhuǎn)換。例如電話線模擬信號用于傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)前的轉(zhuǎn)換。n通過數(shù)字通過數(shù)字/模擬編碼，數(shù)據(jù)被調(diào)制到一個(gè)模擬信號上。模擬編碼，數(shù)據(jù)被調(diào)制到一個(gè)模擬信號上。一個(gè)正弦波通過三個(gè)參數(shù)定義

29、：一個(gè)正弦波通過三個(gè)參數(shù)定義：振幅振幅、頻率頻率和和相位相位。當(dāng)。當(dāng)改變其中任何一個(gè)參數(shù)，波形就會(huì)發(fā)生變化。改變其中任何一個(gè)參數(shù)，波形就會(huì)發(fā)生變化。n若用原來的波代表若用原來的波代表1，可以用變形的波代表，可以用變形的波代表0。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT40/60載波信號載波信號n在模擬傳輸中，發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)高頻信號作為基波在模擬傳輸中，發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)高頻信號作為基波承載數(shù)據(jù)信號承載數(shù)據(jù)信號基波信號、載波信號?；ㄐ盘?、載波信號。n接收設(shè)備將自己的接收頻率調(diào)整到與所期望的發(fā)送方接收設(shè)備將自己的接收

30、頻率調(diào)整到與所期望的發(fā)送方載波信號頻率一致。載波信號頻率一致。n數(shù)字信息通過改變載波信號的一個(gè)或多個(gè)特性參數(shù)數(shù)字信息通過改變載波信號的一個(gè)或多個(gè)特性參數(shù)(振振幅、頻率和相位幅、頻率和相位)被被調(diào)制調(diào)制()到載波信號上到載波信號上()。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT41/60010011100基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT42/60比特率與波特率比特率與波特率n比特率：每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。比特率：每秒

31、傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。n波特率：每秒傳輸?shù)男盘枂卧獢?shù)波特率：每秒傳輸?shù)男盘枂卧獢?shù)(波形變化次數(shù)波形變化次數(shù))，一個(gè)，一個(gè)信號單元包含信號單元包含1或多個(gè)或多個(gè)比特。比特。n兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信，需要的信號單元越少，系統(tǒng)效率越高，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信，需要的信號單元越少，系統(tǒng)效率越高，傳輸更多比特時(shí)所需的帶寬就少。傳輸更多比特時(shí)所需的帶寬就少。n波特率決定了發(fā)送信號所需的帶寬。波特率決定了發(fā)送信號所需的帶寬。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT43/60比特率與波特率比特率與波特率n數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率S (單位為單位為bps)

32、與調(diào)制速率與調(diào)制速率B (單位為單位為baud)之間關(guān)系可以表示為：之間關(guān)系可以表示為：S=Blog2k （k為多相調(diào)制的為多相調(diào)制的相數(shù)相數(shù)）調(diào)制速率調(diào)制速率(baud)多相調(diào)制的相數(shù)多相調(diào)制的相數(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率(bps)1200二相調(diào)制二相調(diào)制(k=2)12001200四相調(diào)制四相調(diào)制(k=4)24001200八相調(diào)制八相調(diào)制(k=8)36001200十六相調(diào)制十六相調(diào)制(k=16)48002022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT44/60幅移鍵控（幅移鍵控（ASK: Amplitude Shift

33、Keying） nASK受噪聲影響大，熱、電磁感應(yīng)等易引起線路中受噪聲影響大，熱、電磁感應(yīng)等易引起線路中不期望的電壓值，改變振幅。不期望的電壓值，改變振幅。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT45/60頻移鍵控（頻移鍵控（FSK: Frequency Shift Keying） nFSK避免了噪聲問題，接收方通過在給定時(shí)間內(nèi)的具避免了噪聲問題，接收方通過在給定時(shí)間內(nèi)的具體頻率變化識別比特值，能夠忽略尖峰脈沖。體頻率變化識別比特值，能夠忽略尖峰脈沖。2022-6-10College of Information

34、Science and Technology, HAUT46/60相移鍵控（相移鍵控（PSK: Phrase Shift Keying） n二相位二相位PSK，編碼中使用兩個(gè)不同的相位值，編碼中使用兩個(gè)不同的相位值(0和和180度度)。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT47/60相移鍵控（相移鍵控（PSK: Phrase Shift Keying） n星座圖星座圖p2-PSKpQ-PSK2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT48

35、/60相移鍵控（相移鍵控（PSK: Phrase Shift Keying） nQ-PSK2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT49/60 如何進(jìn)一步提高編碼效率？如何進(jìn)一步提高編碼效率？n正交調(diào)幅正交調(diào)幅 (QAM: Quadrature Amplitude Modulation) 編碼將編碼將ASK和和PSK以某種方式結(jié)合起來，以某種方式結(jié)合起來，使得每一比特、雙比特、三比特、使得每一比特、雙比特、三比特、四比特組等之間具有最大的反差。四比特組等之間具有最大的反差。8-QAM (2振幅、振幅、4相位相位)20

36、22-6-10College of Information Science and Technology, HAUT50/60 一個(gè)一個(gè)8-QAM信號的時(shí)域圖信號的時(shí)域圖n若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。 2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT51/60例：正交振幅調(diào)制例：正交振幅調(diào)制 QAMn可供選擇的相位有可供選擇的相位有 12 種，而種，而 對于每一種相位有對于每一種相位有 1

37、 或或2 種種 振幅可供選擇。振幅可供選擇。n由于由于4 bit 編碼共有編碼共有16 種不種不 同的組合，因此這同的組合，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對應(yīng)于一種個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。的編碼。若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。行解調(diào)時(shí)要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。r(r, )2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT52/60用數(shù)字信號表示模擬信號，例如光盤錄制歌曲。用數(shù)字信號表示模擬信號，例如光盤

38、錄制歌曲。n最小失真的數(shù)字流。最小失真的數(shù)字流。脈沖振幅調(diào)制脈沖振幅調(diào)制 (PAM: Pulse Amplitude Modulation)n接收模擬信號，采樣，產(chǎn)生脈沖。接收模擬信號，采樣，產(chǎn)生脈沖。n采樣指每隔相等的時(shí)間間隔測量一次信號振幅。采樣指每隔相等的時(shí)間間隔測量一次信號振幅。2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT53/60脈沖振幅調(diào)制脈沖振幅調(diào)制 (PAM)n接收模擬信號，采樣，產(chǎn)生脈沖。接收模擬信號，采樣，產(chǎn)生脈沖。n采樣指每隔相等的時(shí)間間隔測量一次信號振幅。采樣指每隔相等的時(shí)間間隔測量一次信號振幅

39、。n對于一個(gè)接收設(shè)備，重現(xiàn)一個(gè)模擬信號只需少量信息。對于一個(gè)接收設(shè)備，重現(xiàn)一個(gè)模擬信號只需少量信息。n奈奎斯特定理奈奎斯特定理：PAM中采樣頻率至少是原始信號中最高中采樣頻率至少是原始信號中最高頻分量頻率的兩倍。頻分量頻率的兩倍。nPAM采樣的脈沖取值仍然是可以任意值（是一個(gè)模擬信采樣的脈沖取值仍然是可以任意值（是一個(gè)模擬信號，而不是數(shù)字化的），并不適合數(shù)據(jù)通信。號，而不是數(shù)字化的），并不適合數(shù)據(jù)通信。模擬信號模擬信號脈沖振幅調(diào)制信號脈沖振幅調(diào)制信號2022-6-10College of Information Science and Technology, HAUT54/60脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制(PCM: Pulse Code Modulation) n將將PAM所產(chǎn)生的采樣結(jié)果修改成完全的數(shù)字化信號所產(chǎn)生的采樣結(jié)果修改成完全的數(shù)字化信號n量化：對采樣結(jié)果賦予一個(gè)特定范圍內(nèi)的整數(shù)值量化：對采樣結(jié)果賦予一個(gè)特定范圍內(nèi)的整數(shù)值2