數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)2022-7-42過(guò)去，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端設(shè)備的通過(guò)去，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端設(shè)備的通信；信；現(xiàn)在，工廠自動(dòng)化生產(chǎn)體系中的生命線，不僅是現(xiàn)在，工廠自動(dòng)化生產(chǎn)體系中的生命線，不僅是交換數(shù)據(jù)，更重要的是處理數(shù)據(jù)，他將快速傳輸交換數(shù)據(jù)，更重要的是處理數(shù)據(jù)，他將快速傳輸數(shù)據(jù)的通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理、加工及存儲(chǔ)的計(jì)算數(shù)據(jù)的通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理、加工及存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，在生產(chǎn)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊之間傳機(jī)技術(shù)相結(jié)合，在生產(chǎn)系統(tǒng)中的各個(gè)模塊之間傳輸及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。輸及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。2022-7-432.12.1工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成2.22.2通信系

2、統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.32.3數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼2.42.4數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式2.52.5通信線路的工作方式通信線路的工作方式2.62.6信號(hào)的傳輸方式信號(hào)的傳輸方式2.72.7差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制第第2 2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2022-7-442.12.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)：數(shù)字、字母以及組合意義的一種表達(dá)。數(shù)據(jù)：數(shù)字、字母以及組合意義的一種表達(dá)。工業(yè)數(shù)據(jù)：與生產(chǎn)過(guò)程密切相關(guān)的數(shù)值、狀態(tài)、指令等工業(yè)數(shù)據(jù)：與生產(chǎn)過(guò)程密切相關(guān)的數(shù)值、狀態(tài)、指令等的表達(dá)。的表達(dá)。數(shù)據(jù)通信：兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間借助某種傳輸介質(zhì)以二進(jìn)制數(shù)據(jù)通信：兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間借助某種傳輸

3、介質(zhì)以二進(jìn)制形式進(jìn)行信息交換的過(guò)程，它是計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)結(jié)合形式進(jìn)行信息交換的過(guò)程，它是計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。的產(chǎn)物。2022-7-45圖圖21 工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單示例工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單示例2.12.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成在工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和具有通信能力的在工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和具有通信能力的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制儀表是主要的通信設(shè)備，是構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制儀表是主要的通信設(shè)備，是構(gòu)成控制網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)正是借助它們之間的數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)正是借助它們之間的數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、監(jiān)視、操作等功能。測(cè)量、控制、監(jiān)

4、視、操作等功能。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)信息的發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)信息的發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸介質(zhì)、傳輸報(bào)文、通信協(xié)議等幾部分組成。介質(zhì)、傳輸報(bào)文、通信協(xié)議等幾部分組成。2022-7-46信 源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備信 宿噪聲源同步同步圖1-1 通信模型示意圖g(t)s(t)r(t)g(t)n(t)2022-7-47。顧名思義，指信息產(chǎn)生的源頭，可以是人或設(shè)。顧名思義，指信息產(chǎn)生的源頭，可以是人或設(shè)備。其發(fā)出的信息也可以是多種多樣的，如語(yǔ)音、文字、備。其發(fā)出的信息也可以是多種多樣的，如語(yǔ)音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等。這些信息可以是離散的，也可以是連續(xù)的。圖像、數(shù)據(jù)等。這些信息可以是

5、離散的，也可以是連續(xù)的。信 源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備信 宿噪聲源同步同步圖1-1 通信模型示意圖g(t)s(t)r(t)g(t)n(t)2022-7-48。信息傳輸?shù)哪康牡?，即接收消息的人或機(jī)器。信息傳輸?shù)哪康牡?，即接收消息的人或機(jī)器。信 源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備信 宿噪聲源同步同步圖1-1 通信模型示意圖g(t)s(t)r(t)g(t)n(t)2022-7-49 種類及其功能多樣化，如編碼、調(diào)制、放大、種類及其功能多樣化，如編碼、調(diào)制、放大、濾波、發(fā)射等。發(fā)送器含有與傳輸線路匹配的接口，其基濾波、發(fā)射等。發(fā)送器含有與傳輸線路匹配的接口，其基本作用是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)哪撤N信號(hào)。本

6、作用是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)哪撤N信號(hào)。模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩者的發(fā)送器功能有很大差異。模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩者的發(fā)送器功能有很大差異。信 源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備信 宿噪聲源同步同步圖1-1 通信模型示意圖g(t)s(t)r(t)g(t)n(t)2022-7-410 。其作用主要是接收信道中的信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成發(fā)。其作用主要是接收信道中的信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成發(fā)送前相同表示形式的信息傳遞給信宿，與發(fā)送器功能正好送前相同表示形式的信息傳遞給信宿，與發(fā)送器功能正好相反。對(duì)接收器的要求是盡可能地從受干擾的信號(hào)中精確相反。對(duì)接收器的要求是盡可能地從受干擾的信號(hào)中精確地提取和還原來(lái)自信源的信息。地提取和還原來(lái)

7、自信源的信息。信 源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備信 宿噪聲源同步同步圖1-1 通信模型示意圖g(t)s(t)r(t)g(t)n(t)2022-7-411 。是整個(gè)系統(tǒng)噪聲與干擾的總折合，用以表征信息。是整個(gè)系統(tǒng)噪聲與干擾的總折合，用以表征信息在信道中傳輸時(shí)遭受的干擾情況。在任何通信系統(tǒng)中，干擾在信道中傳輸時(shí)遭受的干擾情況。在任何通信系統(tǒng)中，干擾的性質(zhì)與強(qiáng)弱都是影響系統(tǒng)性能的重要因素。的性質(zhì)與強(qiáng)弱都是影響系統(tǒng)性能的重要因素。信 源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備信 宿噪聲源同步同步圖1-1 通信模型示意圖g(t)s(t)r(t)g(t)n(t)2022-7-412 。即信息傳輸通道，也是傳遞物質(zhì)信號(hào)的媒介。信。

8、即信息傳輸通道，也是傳遞物質(zhì)信號(hào)的媒介。信道可以是明線、電纜、波導(dǎo)、光纖、無(wú)線電波等道可以是明線、電纜、波導(dǎo)、光纖、無(wú)線電波等。信 源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備信 宿噪聲源同步同步圖1-1 通信模型示意圖g(t)s(t)r(t)g(t)n(t)2022-7-413二、發(fā)送與接收設(shè)備二、發(fā)送與接收設(shè)備各種變送器、傳感器各種變送器、傳感器各種數(shù)據(jù)采集裝置各種數(shù)據(jù)采集裝置可編程邏輯控制器可編程邏輯控制器PLCPLC，PIDPID等等監(jiān)控計(jì)算機(jī)或工作站監(jiān)控計(jì)算機(jī)或工作站各種調(diào)節(jié)閥門(mén)各種調(diào)節(jié)閥門(mén)電機(jī)控制設(shè)備電機(jī)控制設(shè)備變頻器變頻器網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，如中繼器、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，如中繼器、網(wǎng)關(guān)等機(jī)器人機(jī)器人202

9、2-7-414 物理特性：傳輸介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)。物理特性：傳輸介質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)。傳輸特性：傳輸介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)傳送所允許的傳輸速傳輸特性：傳輸介質(zhì)對(duì)數(shù)據(jù)傳送所允許的傳輸速率、頻率、容量等。率、頻率、容量等。連通特性：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或一對(duì)多點(diǎn)的連接方式。連通特性：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或一對(duì)多點(diǎn)的連接方式。地理范圍：傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離。地理范圍：傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離?？垢蓴_性：傳輸介質(zhì)防止電磁干擾等噪聲對(duì)傳輸抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止電磁干擾等噪聲對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力數(shù)據(jù)影響的能力性能價(jià)格比性能價(jià)格比三、傳輸介質(zhì)三、傳輸介質(zhì)2022-7-415四、通信軟件四、通信軟件需要傳送的數(shù)字化信息。包括文本、命令、參數(shù)值、圖需要傳送的數(shù)

10、字化信息。包括文本、命令、參數(shù)值、圖片、聲音等。片、聲音等。v原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)v測(cè)控參數(shù)值、或計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果測(cè)控參數(shù)值、或計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果v控制指令或標(biāo)志?？刂浦噶罨驑?biāo)志。通信設(shè)備之間控制數(shù)據(jù)通信與理解通信數(shù)據(jù)意義的一組通信設(shè)備之間控制數(shù)據(jù)通信與理解通信數(shù)據(jù)意義的一組規(guī)則規(guī)則協(xié)議定義了通信的內(nèi)容、通信何時(shí)進(jìn)行以及通信如何進(jìn)協(xié)議定義了通信的內(nèi)容、通信何時(shí)進(jìn)行以及通信如何進(jìn)行等內(nèi)容。行等內(nèi)容。協(xié)議的關(guān)鍵要素：語(yǔ)法、語(yǔ)義、時(shí)序。協(xié)議的關(guān)鍵要素：語(yǔ)法、語(yǔ)義、時(shí)序。2022-7-416通信協(xié)議通信協(xié)議是指通信中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、格式及數(shù)據(jù)表達(dá)的順序是指通信中數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、格式及數(shù)據(jù)表達(dá)的順序例如：一個(gè)簡(jiǎn)單

11、的協(xié)議可以定義數(shù)據(jù)的前例如：一個(gè)簡(jiǎn)單的協(xié)議可以定義數(shù)據(jù)的前8 8位位( (或或1616位位) )是是發(fā)送者的地址，接著的發(fā)送者的地址，接著的8 8位位( (或或1616位位) )是接收者的地址，后是接收者的地址，后面緊跟著的是要傳送的指令或數(shù)據(jù)等。面緊跟著的是要傳送的指令或數(shù)據(jù)等。是指通信幀的位流中每個(gè)部分的含義，收發(fā)雙方是根據(jù)是指通信幀的位流中每個(gè)部分的含義，收發(fā)雙方是根據(jù)語(yǔ)義來(lái)理解通信數(shù)據(jù)的意義。語(yǔ)義來(lái)理解通信數(shù)據(jù)的意義。數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)的發(fā)送速率。數(shù)據(jù)的發(fā)送速率。時(shí)鐘周期校對(duì)方法、時(shí)鐘周期校對(duì)方法、協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)處理的快慢速度。協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)處理的快慢速度。2022-7-4172.2

12、2.2通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2022-7-418一、有效性指標(biāo)一、有效性指標(biāo)波特率波特率比特率比特率2022-7-4191. 1. 數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率單位時(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量。當(dāng)信道一定時(shí)，信息傳輸?shù)膯挝粫r(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量。當(dāng)信道一定時(shí)，信息傳輸?shù)乃俾试礁撸行栽胶?。速率越高，有效性越好。常用的?biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)速率為常用的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)速率為96009600，31.25K31.25K，500K500K，1M1M，2.5M2.5M，10M10M以及以及100Mbps100Mbps等。等。比特比特(bit)(bit)是數(shù)據(jù)信號(hào)的最小單位。是數(shù)據(jù)信號(hào)的最小單位。每秒傳輸信號(hào)（碼元）個(gè)數(shù)，單

13、位為波特每秒傳輸信號(hào)（碼元）個(gè)數(shù)，單位為波特(baud)(baud)。二進(jìn)制時(shí)數(shù)值相同二進(jìn)制時(shí)數(shù)值相同多進(jìn)制時(shí)不同多進(jìn)制時(shí)不同2022-7-420信息傳輸速率和碼元傳輸速率信息傳輸速率和碼元傳輸速率2022-7-421 （1）其信息速率為多大？其碼元速率為多大？）其信息速率為多大？其碼元速率為多大？ （2）采用）采用8進(jìn)制時(shí)，碼元速度為多大進(jìn)制時(shí)，碼元速度為多大2022-7-4222頻帶利用率單位頻帶內(nèi)的傳輸速度，單位為單位頻帶內(nèi)的傳輸速度，單位為bps/Hzbps/Hz每赫茲帶寬所能實(shí)現(xiàn)的比特率。每赫茲帶寬所能實(shí)現(xiàn)的比特率。由于傳輸系統(tǒng)的帶寬通常不同，因而通信系統(tǒng)的由于傳輸系統(tǒng)的帶寬通常不同

14、，因而通信系統(tǒng)的有效性僅僅看比特率是不夠的，還要看其占用帶有效性僅僅看比特率是不夠的，還要看其占用帶寬的大小。寬的大小。2022-7-4233 3協(xié)議效率協(xié)議效率所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)位與整個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中的有效數(shù)據(jù)位與整個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度的比值，用百分比表示度的比值，用百分比表示對(duì)通信幀中附加量的量度。對(duì)通信幀中附加量的量度。不同的通信協(xié)議通常具有不同的協(xié)議效率，協(xié)議不同的通信協(xié)議通常具有不同的協(xié)議效率，協(xié)議效率越高，其通信有效性越好。效率越高，其通信有效性越好。從提高協(xié)議編碼效率的角度來(lái)看，減少層次可以從提高協(xié)議編碼效率的角度來(lái)看，減少層次可以提高編碼效率。提高編碼效率。2022-

15、7-4244 4通信效率通信效率數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間同用于發(fā)送報(bào)文的所有時(shí)間之?dāng)?shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間同用于發(fā)送報(bào)文的所有時(shí)間之比。比。v數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間取決于數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度、傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間取決于數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度、傳輸?shù)谋忍芈?，以及要傳輸?shù)據(jù)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。率，以及要傳輸數(shù)據(jù)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。v用于發(fā)送報(bào)文的所有時(shí)間包括競(jìng)用總線或等待令牌的用于發(fā)送報(bào)文的所有時(shí)間包括競(jìng)用總線或等待令牌的排隊(duì)時(shí)間，數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間，以及用于發(fā)送維護(hù)幀排隊(duì)時(shí)間，數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)間，以及用于發(fā)送維護(hù)幀等的時(shí)間之和。等的時(shí)間之和。v通信效率為通信效率為1 1，就意味著所有時(shí)間都有效地用于傳輸數(shù)，就意味著所有時(shí)間都有效

16、地用于傳輸數(shù)據(jù)幀。據(jù)幀。v通信效率為通信效率為0 0，就意味著總線被報(bào)文的碰撞、沖突所充，就意味著總線被報(bào)文的碰撞、沖突所充斥。斥。2022-7-425二、可靠性指標(biāo)二、可靠性指標(biāo)二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，數(shù)二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，數(shù)值上近似為值上近似為vN N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)；為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)；NeNe為被傳輸錯(cuò)的碼元數(shù)為被傳輸錯(cuò)的碼元數(shù)通信信道若不采取差錯(cuò)控制，則不能滿足計(jì)算機(jī)通信信道若不采取差錯(cuò)控制，則不能滿足計(jì)算機(jī)通信的要求。通信的要求。 通信系統(tǒng)的有效性與可靠性兩者之間是相互聯(lián)通信系統(tǒng)的有效性與可靠性兩者之間是相互聯(lián)系、相互制約的。系、相互制

17、約的。2022-7-426三、通信信道的頻率特性三、通信信道的頻率特性描述通信信道在不同頻率的信號(hào)通過(guò)以后，其波形發(fā)生描述通信信道在不同頻率的信號(hào)通過(guò)以后，其波形發(fā)生變化的特性。變化的特性。幅頻特性：幅頻特性：v指不同頻率信號(hào)通過(guò)信道后，其幅值受到不同衰減的特性；指不同頻率信號(hào)通過(guò)信道后，其幅值受到不同衰減的特性；相頻特性：相頻特性：v指不同頻率的信號(hào)通過(guò)信道后，其相角發(fā)生不同程度改變的特性。指不同頻率的信號(hào)通過(guò)信道后，其相角發(fā)生不同程度改變的特性。如果信號(hào)的頻率在信道帶寬范圍內(nèi)，則傳輸?shù)男盘?hào)基本如果信號(hào)的頻率在信道帶寬范圍內(nèi)，則傳輸?shù)男盘?hào)基本上不失真，否則，信號(hào)的失真將較嚴(yán)重。上不失真，否則

18、，信號(hào)的失真將較嚴(yán)重。2022-7-427四、介質(zhì)帶寬四、介質(zhì)帶寬v頻譜：信號(hào)所含頻率分量的集合信號(hào)所含頻率分量的集合v帶寬：頻譜所占的頻率寬度頻譜所占的頻率寬度v有效帶寬：以一定的幅度門(mén)限為依據(jù)，將在接收端能收到的以一定的幅度門(mén)限為依據(jù)，將在接收端能收到的那部分主要信號(hào)的頻譜從原來(lái)的無(wú)窮大頻譜中劃那部分主要信號(hào)的頻譜從原來(lái)的無(wú)窮大頻譜中劃分出來(lái)，便形成該信號(hào)的有效頻譜。有效頻譜的分出來(lái)，便形成該信號(hào)的有效頻譜。有效頻譜的頻帶寬度稱為有效帶寬。頻帶寬度稱為有效帶寬。2022-7-428圖23 有效頻譜與有效帶寬圖24 介質(zhì)帶寬與信號(hào)畸變實(shí)際傳輸介質(zhì)只能正確傳輸一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。實(shí)際傳輸介質(zhì)

19、只能正確傳輸一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。介質(zhì)帶寬不足會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真介質(zhì)帶寬不足會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真?zhèn)鬏斀橘|(zhì)的帶寬會(huì)限制傳輸速率的增高。傳輸介質(zhì)的帶寬會(huì)限制傳輸速率的增高。2022-7-429抽象的、本質(zhì)的。是消息的有效內(nèi)容。抽象的、本質(zhì)的。是消息的有效內(nèi)容。用文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)等能夠被人們感覺(jué)器官所感知的形式，把客觀用文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)等能夠被人們感覺(jué)器官所感知的形式，把客觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀思維活動(dòng)的狀態(tài)表達(dá)出來(lái)，就成為消息，消息是隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀思維活動(dòng)的狀態(tài)表達(dá)出來(lái)，就成為消息，消息是隨機(jī)的、無(wú)法預(yù)知的。是信息的載體，信號(hào)的內(nèi)容。機(jī)的、無(wú)法預(yù)知的。是信息的載體，信號(hào)的內(nèi)容。消息的載體形式。消息的載體形式。五

20、、信道容量2022-7-430圖2.1通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型香農(nóng)香農(nóng)“信息信息”的定義：的定義：信息是事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述信息是事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述2022-7-431信道所能傳輸?shù)男盘?hào)頻率范圍信道所能傳輸?shù)男盘?hào)頻率范圍,Hz,Hz。帶寬小的信道會(huì)限。帶寬小的信道會(huì)限制信號(hào)部分頻率成分的傳輸制信號(hào)部分頻率成分的傳輸, ,使之衰減失真。使之衰減失真。某種傳輸介質(zhì)中單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)某種傳輸介質(zhì)中單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)帶寬為帶寬為W HzW Hz的無(wú)噪聲低通信道的無(wú)噪聲低通信道, ,最高碼元傳輸速率：最高碼元傳輸速率： B BMAXMAX = 2

21、W = 2W 最高最高數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率C C MAXMAX為為: :奈奎斯特準(zhǔn)則：奈奎斯特準(zhǔn)則：2022-7-432六、信噪比與信道容量六、信噪比與信道容量信號(hào)功率與噪聲功率之比，信號(hào)功率與噪聲功率之比，dB(dB(分貝）分貝）信噪比通常使用信噪比通常使用10lg10lg1010S/NS/N，分貝，分貝(dB)(dB)，如，如S/N=1000S/N=1000，相當(dāng)于，相當(dāng)于30dB30dB。信噪比信噪比( Signal-to-Noise ratio) ( Signal-to-Noise ratio) 為為S/NS/N的高斯的高斯白噪聲干擾信道可達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率：白噪聲干擾信道可達(dá)到的

22、數(shù)據(jù)傳輸速率： 2022-7-433如果介質(zhì)帶寬如果介質(zhì)帶寬W W為為3000Hz3000Hz，當(dāng)信噪比為，當(dāng)信噪比為10dB(S/N10dB(S/N10)10)時(shí)，其信道容量為時(shí)，其信道容量為如果信噪比提高為如果信噪比提高為20dB20dB，即，即S/NS/N100100時(shí)時(shí)2022-7-434香農(nóng)定理物理意義：香農(nóng)定理物理意義：提高信噪比能增加信道容量。提高信噪比能增加信道容量。在信道容量一定時(shí)，帶寬與信噪比之間可以相互在信道容量一定時(shí)，帶寬與信噪比之間可以相互彌補(bǔ)。彌補(bǔ)。由于噪聲功率由于噪聲功率N=WnN=Wn0 0(n0(n0為噪聲的單邊功率譜密為噪聲的單邊功率譜密度度) )，因而隨著

23、帶寬，因而隨著帶寬W W的增大，噪聲功率的增大，噪聲功率N N也會(huì)增也會(huì)增大。所以，增加帶寬大。所以，增加帶寬W W并不能無(wú)限制地使信道容并不能無(wú)限制地使信道容量增大。量增大。2022-7-4352.32.3數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)是傳送數(shù)據(jù)或指令等信息，這工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)是傳送數(shù)據(jù)或指令等信息，這些數(shù)據(jù)通常以離散的二進(jìn)制些數(shù)據(jù)通常以離散的二進(jìn)制0 0，1 1序列的方式來(lái)表示，用序列的方式來(lái)表示，用0 0，1 1序列的不同組合來(lái)表達(dá)不同的信息內(nèi)容。序列的不同組合來(lái)表達(dá)不同的信息內(nèi)容。ASCIIASCII碼碼: :2022-7-436編碼解碼編碼解碼有利于接收端有利于接收端區(qū)

24、分區(qū)分 0 0 與與 1 1 ; ;傳輸信號(hào)中傳輸信號(hào)中攜帶時(shí)鐘攜帶時(shí)鐘 ; ;充分利用信道充分利用信道, ,達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。達(dá)到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。不歸零制不歸零制編碼；編碼；( (差分差分) )曼徹斯特曼徹斯特編碼編碼; ;4B/5B (4 out of 54B/5B (4 out of 5）編碼編碼; ;多進(jìn)制多進(jìn)制編碼編碼 。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)已有了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)已有了1/01/0碼值區(qū)別碼值區(qū)別, ,為何不直接使用為何不直接使用高高/ /低電平加到物理信道上傳輸?shù)碗娖郊拥轿锢硇诺郎蟼鬏? ,而要編碼呢而要編碼呢? ? 2022-7-437一、數(shù)字編碼波形一、數(shù)字編碼波形v在設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù)

25、就必須將數(shù)據(jù)按編碼轉(zhuǎn)換成適合于傳輸?shù)奈锢硇盘?hào)。0 0，1 1序列碼元是傳輸數(shù)字的基本單位。序列碼元是傳輸數(shù)字的基本單位。二元碼的每一位只能在二元碼的每一位只能在1 1或或0 0兩個(gè)狀態(tài)中取一。兩個(gè)狀態(tài)中取一。二元碼二元碼/ /三元碼三元碼/ /多元碼多元碼單極性單極性/ /雙極性雙極性歸零歸零/ /不歸零不歸零2022-7-438常用數(shù)字編碼波形常用數(shù)字編碼波形信號(hào)電平為單極性的編碼。信號(hào)電平為單極性的編碼。信號(hào)電平為正、負(fù)兩種極性的編碼。信號(hào)電平為正、負(fù)兩種極性的編碼。歸零碼：發(fā)送歸零碼：發(fā)送“1”1”時(shí)整個(gè)碼元期間只維持一段時(shí)間的時(shí)整個(gè)碼元期間只維持一段時(shí)間的高電平，其余時(shí)間為零。高電平，

26、其余時(shí)間為零。在整個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)都維持有效電平的編碼。在整個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)都維持有效電平的編碼。用電平的變化與否來(lái)代表邏輯用電平的變化與否來(lái)代表邏輯“1”1”和和“0”0”的編碼。的編碼。2022-7-43911101001a.a.單極性不歸零碼單極性不歸零碼(NRZ(NRZ碼碼) )b.b.單極性歸零碼單極性歸零碼(RZ(RZ碼碼) )位定時(shí)脈沖位定時(shí)脈沖二進(jìn)制信息二進(jìn)制信息+A0+A0+A0c.c.雙極性不歸零碼雙極性不歸零碼+A0-Ad.d.雙極性歸零碼雙極性歸零碼(RZ(RZ碼碼) )+A2022-7-440差分碼和曼切斯特碼的波形差分碼和曼切斯特碼的波形2022-7-441+5V+5V表示

27、表示“1 1”,0V,0V表示表示“0 0”( (單極性碼單極性碼),),+5V+5V表示表示“1 1”,-5V,-5V表示表示“0 0”( (雙極性碼雙極性碼) )。 難以區(qū)分難以區(qū)分0 0與與1 1；須須外同步外同步方式方式, ,增加投資；增加投資； 直流分量直流分量：造成傳輸線路的電壓漂移：造成傳輸線路的電壓漂移, ,導(dǎo)致信號(hào)導(dǎo)致信號(hào)的畸變的畸變, ,難以使用交流耦合的器件與電路。難以使用交流耦合的器件與電路。 1.不歸零制編碼（不歸零制編碼（Non-Return to Zero Coding ）2022-7-442自帶時(shí)鐘碼自帶時(shí)鐘碼（self-clocking-code); self

28、-clocking-code); 相位的跳變相位的跳變?nèi)菀着袛嗳菀着袛? / 10 / 1; ; 無(wú)直流分量無(wú)直流分量。傳輸效率傳輸效率減少了一半減少了一半,100Mb/s,100Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率的數(shù)據(jù)傳輸速率需要有需要有200Mbaud200Mbaud的碼元傳輸速率。的碼元傳輸速率。2.2.曼徹斯特編碼（曼徹斯特編碼（Manchester CodingManchester Coding）2022-7-4433.3.差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Differential M.C.Differential M.C.）2022-7-4442022-7-4455.5.多進(jìn)制編碼多進(jìn)制編碼

29、 2022-7-446四進(jìn)制基帶傳輸信號(hào)2022-7-447二、模擬信號(hào)數(shù)字化二、模擬信號(hào)數(shù)字化抽樣：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的樣本脈沖序抽樣：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散的樣本脈沖序列。列。量化：將離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成為量化：將離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成為離散時(shí)間離散幅度的數(shù)字信號(hào)。離散時(shí)間離散幅度的數(shù)字信號(hào)。編碼：用一定位數(shù)的脈沖碼組表示量化采樣值。編碼：用一定位數(shù)的脈沖碼組表示量化采樣值。2022-7-448 2022-7-449將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的樣值的過(guò)程。樣值的過(guò)程。ST)(tx)(txst2022-7-45

30、0抽樣定理抽樣定理抽樣頻率抽樣頻率fS 2fHfS 2fH，無(wú)失真地重建恢復(fù)原始信號(hào)，無(wú)失真地重建恢復(fù)原始信號(hào); ;抽樣頻率抽樣頻率fSfS2fH2fH，則會(huì)產(chǎn)生失真，稱為混疊失，則會(huì)產(chǎn)生失真，稱為混疊失真。真。fSfS2fH,2fH,稱為奈奎斯特頻率稱為奈奎斯特頻率; ;語(yǔ)音信號(hào)的頻率范圍是語(yǔ)音信號(hào)的頻率范圍是300Hz-3400Hz300Hz-3400Hz，采用低通，采用低通抽樣，抽樣頻率最低是多少？抽樣，抽樣頻率最低是多少？2022-7-4512. 2. 量化量化將一個(gè)連續(xù)幅度值（無(wú)限個(gè)數(shù)）轉(zhuǎn)變成離散幅度將一個(gè)連續(xù)幅度值（無(wú)限個(gè)數(shù)）轉(zhuǎn)變成離散幅度值（有限個(gè)值）的過(guò)程。值（有限個(gè)值）的過(guò)程

31、。均勻量化：均勻量化：量化間隔是一個(gè)常數(shù)量化間隔是一個(gè)常數(shù)非均勻量化：非均勻量化：2022-7-452baM量化間隔是一個(gè)常數(shù)。量化間隔是一個(gè)常數(shù)。均勻量化均勻量化v若設(shè)輸入信號(hào)的最小值和最大值分別用a和b表示, 量化電平數(shù)為M，則均勻量化時(shí)的量化間隔為2022-7-453 使量化信噪比在任何輸入信號(hào)幅度的使量化信噪比在任何輸入信號(hào)幅度的情況下都是一個(gè)常數(shù)情況下都是一個(gè)常數(shù)。非均勻量化如：量化間距為如：量化間距為0.1v0.1v，最大量化誤差為，最大量化誤差為0.050.05v當(dāng)信號(hào)幅度為當(dāng)信號(hào)幅度為5v5v，誤差為，誤差為1%1%v當(dāng)信號(hào)幅度為當(dāng)信號(hào)幅度為0.5v0.5v，誤差就為，誤差就為

32、10%.10%.量化間隔隨輸入信號(hào)的幅度變化而變化，一般對(duì)大信號(hào)選用較大的量化間隔隨輸入信號(hào)的幅度變化而變化，一般對(duì)大信號(hào)選用較大的量化間隔，小信號(hào)選用較小的量化間隔。量化間隔，小信號(hào)選用較小的量化間隔。Ck2022-7-4543. 3. 編碼編碼把量化后的信號(hào)電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制把量化后的信號(hào)電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 編碼的編碼的過(guò)程過(guò)程. .自然二進(jìn)制碼組自然二進(jìn)制碼組NBCNBC折疊二進(jìn)制碼組折疊二進(jìn)制碼組FBC;FBC;格雷二進(jìn)制碼組格雷二進(jìn)制碼組RBC;RBC;左邊第一位是符號(hào)位。（左邊第一位是符號(hào)位。（1 1表示正；表示正；0 0表示負(fù)）表示負(fù)）除去左邊第一位，其余部分從電平序號(hào)中部呈上下

33、對(duì)稱除去左邊第一位，其余部分從電平序號(hào)中部呈上下對(duì)稱（折疊關(guān)系）（折疊關(guān)系）2022-7-455三種二進(jìn)制碼2022-7-4562.42.4數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式v數(shù)據(jù)傳輸方式是指數(shù)據(jù)代碼的傳輸順序和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸時(shí)的同步方式位同步，字符同步與幀同步位同步，字符同步與幀同步串行傳輸與并行傳輸串行傳輸與并行傳輸同步傳輸與異步傳輸同步傳輸與異步傳輸2022-7-457一、串行傳輸和并行傳輸一、串行傳輸和并行傳輸v串行傳輸(serial transmission)數(shù)據(jù)流以串行方式逐位地在一條信道上傳輸。數(shù)據(jù)流以串行方式逐位地在一條信道上傳輸。串行傳輸具有易于實(shí)現(xiàn)，在長(zhǎng)距離連接中可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。適合遠(yuǎn)

34、串行傳輸具有易于實(shí)現(xiàn)，在長(zhǎng)距離連接中可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。適合遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信，但需要在收發(fā)雙方采取同步措施。距離的數(shù)據(jù)通信，但需要在收發(fā)雙方采取同步措施。v并行傳輸(parallel transmission)數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行通道上同時(shí)傳輸。可以同時(shí)傳數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行通道上同時(shí)傳輸?？梢酝瑫r(shí)傳輸一組數(shù)據(jù)位，每個(gè)數(shù)據(jù)位使用單獨(dú)的一條導(dǎo)線。輸一組數(shù)據(jù)位，每個(gè)數(shù)據(jù)位使用單獨(dú)的一條導(dǎo)線。v例如：采用例如：采用8 8條導(dǎo)線并行傳輸一個(gè)字節(jié)的條導(dǎo)線并行傳輸一個(gè)字節(jié)的8 8個(gè)數(shù)據(jù)位，另外用一條個(gè)數(shù)據(jù)位，另外用一條“選通選通”線通知接收者接收該字節(jié)，接收方可對(duì)并行通道上各條導(dǎo)線的數(shù)

35、據(jù)位信線通知接收者接收該字節(jié)，接收方可對(duì)并行通道上各條導(dǎo)線的數(shù)據(jù)位信號(hào)并行取樣。號(hào)并行取樣。v區(qū)別：串行傳輸和并行傳輸?shù)膮^(qū)別在于組成一個(gè)字符或字節(jié)的各數(shù)據(jù)位是串行傳輸和并行傳輸?shù)膮^(qū)別在于組成一個(gè)字符或字節(jié)的各數(shù)據(jù)位是依順序逐位傳輸還是同時(shí)并行地傳輸。依順序逐位傳輸還是同時(shí)并行地傳輸。2022-7-458接收方基準(zhǔn)時(shí)鐘接收方基準(zhǔn)時(shí)鐘起始位置起始位置必須和收到的位串的起必須和收到的位串的起始位置對(duì)準(zhǔn)始位置對(duì)準(zhǔn), ,即即幀同步、字符同步幀同步、字符同步；接收方基準(zhǔn)時(shí)鐘要和位串接收方基準(zhǔn)時(shí)鐘要和位串每一位每一位對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn), ,即位同步即位同步。一般是在幀和字符前后增加一般是在幀和字符前后增加標(biāo)志字符和標(biāo)

36、志位標(biāo)志字符和標(biāo)志位。外同步外同步（時(shí)鐘信號(hào)線、數(shù)據(jù)傳輸線）（時(shí)鐘信號(hào)線、數(shù)據(jù)傳輸線）; ;內(nèi)同步內(nèi)同步（時(shí)鐘和數(shù)據(jù)一起編碼）。（時(shí)鐘和數(shù)據(jù)一起編碼）。 二、同步傳輸與異步傳輸二、同步傳輸與異步傳輸2022-7-459位同步、字符同步與幀同步位同步、字符同步與幀同步v接收方為了能正確恢復(fù)位串序列并譯碼，必須能正確區(qū)分出信號(hào)中的每一位，區(qū)分出每個(gè)字符的起始與結(jié)束位置，區(qū)分出報(bào)文幀的起始與結(jié)束位置。位同步位同步字符同步字符同步幀同步。幀同步。2022-7-460v（1）位同步(bit synchronous)收發(fā)兩端的時(shí)鐘同步，也就是位同步，它是所有同步的收發(fā)兩端的時(shí)鐘同步，也就是位同步，它是所有

37、同步的基礎(chǔ)，位同步即系統(tǒng)的定時(shí)信號(hào)滿足：基礎(chǔ)，位同步即系統(tǒng)的定時(shí)信號(hào)滿足：v接收端的定時(shí)信號(hào)頻率與發(fā)送端定時(shí)信號(hào)頻率相同：接收端的定時(shí)信號(hào)頻率與發(fā)送端定時(shí)信號(hào)頻率相同：v定時(shí)信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)間保持固定的相位關(guān)系。定時(shí)信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)間保持固定的相位關(guān)系。v（2)）字符同步(character or word synchronous)字符同步將字符組織成組后連續(xù)傳送，每個(gè)字符內(nèi)不加字符同步將字符組織成組后連續(xù)傳送，每個(gè)字符內(nèi)不加附加位，每組字符之前必須加上一個(gè)或多個(gè)同步字符附加位，每組字符之前必須加上一個(gè)或多個(gè)同步字符SYNSYN。當(dāng)不傳送數(shù)據(jù)時(shí)，在線路上傳送的是全當(dāng)不傳送數(shù)據(jù)時(shí)，在線路上傳送的是全

38、1 1或或01010101。2022-7-461v(3) 幀同步(frame synchronous)數(shù)據(jù)幀是一種按事先約定將數(shù)據(jù)信息組織成組的數(shù)據(jù)幀是一種按事先約定將數(shù)據(jù)信息組織成組的形式。形式。圖圖2 21010為通信數(shù)據(jù)幀的一般結(jié)構(gòu)形式。為通信數(shù)據(jù)幀的一般結(jié)構(gòu)形式。2022-7-462通信雙方使用獨(dú)立的定位時(shí)鐘通信雙方使用獨(dú)立的定位時(shí)鐘, ,但要事先約定好但要事先約定好同樣的傳輸速率同樣的傳輸速率, ,以便進(jìn)行以便進(jìn)行位同步位同步；以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸, ,每一個(gè)字符前后各每一個(gè)字符前后各加一個(gè)加一個(gè)起始位起始位和一個(gè)和一個(gè)停止位停止位, ,以便實(shí)現(xiàn)以便實(shí)現(xiàn)字

39、符同步字符同步；異步傳輸速率異步傳輸速率常有：常有：300300、600600、1 2001 200、2 4002 400、3 6003 600、9 6009 600和和19 200 b/s19 200 b/s；RS-232CRS-232C接口接口, , 使用異步傳輸方式。使用異步傳輸方式。2022-7-463起始位起始位“0”,10”,1比特：比特：標(biāo)志著字符的開(kāi)始標(biāo)志著字符的開(kāi)始, ,引起接引起接收方的注意收方的注意, ,準(zhǔn)備接收后面的有效字符；準(zhǔn)備接收后面的有效字符； 停止位停止位“1”,121”,12比特：比特：標(biāo)志著傳送字符的結(jié)束標(biāo)志著傳送字符的結(jié)束, ,使接收方有一個(gè)緩沖處理的時(shí)間

40、；使接收方有一個(gè)緩沖處理的時(shí)間；Bit1Bit7Bit1Bit7是是7 7比特的字符：比特的字符：有有5 5、6 6、7 7及及8 8比特；比特；奇偶校驗(yàn)位奇偶校驗(yàn)位Bp:Bp:易于實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn), ,編碼效率高編碼效率高, ,但只能檢但只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)錯(cuò)而不能檢測(cè)出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)。測(cè)出奇數(shù)個(gè)錯(cuò)而不能檢測(cè)出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)。 2022-7-464所有設(shè)備都使用一個(gè)共同的時(shí)鐘所有設(shè)備都使用一個(gè)共同的時(shí)鐘v所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位都和這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)同步，即傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位都和這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)同步，即傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)位只在時(shí)鐘信號(hào)跳變位只在時(shí)鐘信號(hào)跳變( (上升或者下降沿上升或者下降沿) )之后的一個(gè)規(guī)定的時(shí)間之后的

41、一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有效。內(nèi)有效。v接收方利用時(shí)鐘跳變來(lái)決定什么時(shí)候讀取一個(gè)輸入的數(shù)據(jù)位接收方利用時(shí)鐘跳變來(lái)決定什么時(shí)候讀取一個(gè)輸入的數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)不是以字符而是數(shù)據(jù)不是以字符而是以幀以幀(frame) (frame) 為單位為單位進(jìn)行傳送；進(jìn)行傳送；幀同步幀同步 ：幀定界符幀定界符 ；位同步位同步 ：通信雙方使用：通信雙方使用同一時(shí)鐘同一時(shí)鐘發(fā)送與接收；發(fā)送與接收；適用于適用于快速的和較大規(guī)?？焖俚暮洼^大規(guī)模的信息傳輸，的信息傳輸，以太網(wǎng)以太網(wǎng)中應(yīng)用；中應(yīng)用；2022-7-465面向字符面向字符面向位。面向位。2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代采用的傳輸方式年代采用的傳輸方式; ;通信鏈路上所傳送的數(shù)據(jù)是

42、由通信鏈路上所傳送的數(shù)據(jù)是由選定的字符集選定的字符集中字符中字符所組成所組成, ,如如ASCIIASCII碼字符集碼字符集; ;不僅不僅正文正文由字符集中的字符組成由字符集中的字符組成, ,控制信息控制信息也是由同個(gè)字符集中若干個(gè)指定的字符組成也是由同個(gè)字符集中若干個(gè)指定的字符組成; ;存在一些缺點(diǎn)存在一些缺點(diǎn), ,比如它要求所有的通信設(shè)備比如它要求所有的通信設(shè)備都要使用都要使用同樣的字符代碼同樣的字符代碼。 2022-7-46619741974、IBMIBM、SNASNA(System Network (System Network Architecture);Architecture);在

43、在SNASNA數(shù)據(jù)鏈路層采用了數(shù)據(jù)鏈路層采用了面向位的傳輸規(guī)程面向位的傳輸規(guī)程同步同步數(shù)據(jù)鏈路控制數(shù)據(jù)鏈路控制SDLCSDLC(Synchronous Data Link (Synchronous Data Link Control);Control);后來(lái)后來(lái)ISOISO把把SDLCSDLC修改修改, ,稱為高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制稱為高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制HDLCHDLC(High level Data Link Control),(High level Data Link Control),作為國(guó)作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)際標(biāo)準(zhǔn)ISO3309;ISO3309;HDLCHDLC和和SDLCSDLC具有具有相同的幀結(jié)構(gòu)

44、相同的幀結(jié)構(gòu)。2022-7-467幀同步幀同步：在一幀的首尾附加有標(biāo)識(shí)符：在一幀的首尾附加有標(biāo)識(shí)符“01111110 ” 01111110 ” ,1,1字節(jié)字節(jié) 零比特填充法零比特填充法：數(shù)據(jù)中遇：數(shù)據(jù)中遇5 5個(gè)個(gè)“1”,1”,插入插入“0”0”地址字段地址字段：目的地址：目的地址, ,全全“1”1”為廣播為廣播控制字段控制字段: :幀的性質(zhì)和類型幀的性質(zhì)和類型, ,數(shù)據(jù)幀、應(yīng)答幀數(shù)據(jù)幀、應(yīng)答幀和命令幀等和命令幀等 幀校驗(yàn)序列幀校驗(yàn)序列FCSFCS: :循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRCCRC碼碼 2022-7-4682.5 2.5 通信線路的工作方式通信線路的工作方式2022-7-4692.6

45、 2.6 信號(hào)的傳輸模式信號(hào)的傳輸模式2022-7-470v基帶傳輸就是在基本不改變數(shù)據(jù)信號(hào)頻率的情況下，在數(shù)字通信中直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)不經(jīng)調(diào)制進(jìn)行編碼變成的數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)不經(jīng)調(diào)制進(jìn)行編碼變成的數(shù)字信號(hào)所占用的頻帶所占用的頻帶, ,頻譜一般從頻譜一般從0 0開(kāi)始開(kāi)始 ; ; 即用即用不同的電平和波形不同的電平和波形來(lái)代表數(shù)字來(lái)代表數(shù)字“0 0”和和“1 1”；一.基帶傳輸2022-7-4711 1、模擬基帶傳輸系統(tǒng)、模擬基帶傳輸系統(tǒng)圖4.15 基帶模擬傳輸系統(tǒng)如果模擬傳輸系統(tǒng)不對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行任何頻率變換如果模擬傳輸系統(tǒng)不對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行任何頻率變換（調(diào)制），則稱該系統(tǒng)為基帶傳輸

46、系統(tǒng)。（調(diào)制），則稱該系統(tǒng)為基帶傳輸系統(tǒng)?；鶐盘?hào)基帶信號(hào)自然界的任何非電量信息自然界的任何非電量信息m(t)m(t)，經(jīng)過(guò)非電，經(jīng)過(guò)非電/電量變換后的通信信號(hào)電量變換后的通信信號(hào)f(t)f(t)，其頻率成分分布在接近，其頻率成分分布在接近0Hz0Hz頻率到某一頻率的有限頻段范圍內(nèi)，因此稱為基帶頻率到某一頻率的有限頻段范圍內(nèi)，因此稱為基帶信號(hào)。信號(hào)。2022-7-4721. 1. 數(shù)字基帶信號(hào)數(shù)字基帶信號(hào)（1 1）單極性非歸零碼）單極性非歸零碼: :（2 2）雙極性非歸零碼：）雙極性非歸零碼：（3 3）單極性歸零碼：）單極性歸零碼：（4 4）雙極性歸零碼：）雙極性歸零碼：2022-7-4731

47、 1）單極性不歸零（）單極性不歸零（NRZNRZ）碼：）碼：“1”1”為正電平，為正電平，“0”0”為零電平。（單極性）為零電平。（單極性） 整個(gè)碼元期間電平保持不變。（非歸零）整個(gè)碼元期間電平保持不變。（非歸零）包含直流、低頻豐富包含直流、低頻豐富無(wú)限頻譜無(wú)限頻譜單極性（NRZ）不歸零碼及功率譜圖2022-7-474單極性歸零碼（RZ）及功率譜 2) 2) 單極性歸零碼單極性歸零碼2022-7-4752022-7-476圖4.23 雙極性不歸零碼 3) 雙極性不歸零碼：“1”1”為正極性，為正極性，“0”0”為負(fù)電平。（雙極性）為負(fù)電平。（雙極性） 整個(gè)碼元期間電平保持不變。（非歸零）整個(gè)碼

48、元期間電平保持不變。（非歸零）0 0、1 1等概率出現(xiàn)時(shí)，無(wú)直流成分等概率出現(xiàn)時(shí)，無(wú)直流成分2022-7-4774) 雙極性歸零碼：圖4.25 雙極性歸零（RZ）碼2022-7-478NRZNRZ、AMIAMI、HDB3HDB3和數(shù)字雙相碼的功率譜和數(shù)字雙相碼的功率譜2022-7-479數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)3) 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)2022-7-480二、載波傳輸二、載波傳輸v載波傳輸：是先用信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ健］d波：載波：v發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生某個(gè)頻率的信號(hào)作為基波來(lái)承載信息信號(hào)，這個(gè)基波就稱為載波信發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生某個(gè)頻率的信號(hào)作為基波來(lái)承載信息信號(hào)，這個(gè)基波就稱為載波信號(hào)，基波頻率就

49、稱為載波頻率；號(hào)，基波頻率就稱為載波頻率；調(diào)制：調(diào)制：v用信息信號(hào)去改變載波的瞬時(shí)幅度、頻率、相位的過(guò)程，稱為調(diào)制用信息信號(hào)去改變載波的瞬時(shí)幅度、頻率、相位的過(guò)程，稱為調(diào)制模擬載波傳輸模擬載波傳輸v調(diào)幅調(diào)幅(AM)(AM)v調(diào)頻調(diào)頻(FM)(FM)v調(diào)相調(diào)相(PM)(PM)數(shù)字載波傳輸數(shù)字載波傳輸v幅值鍵控幅值鍵控(ASK)(ASK)v頻移鍵控頻移鍵控(FSK)(FSK)v相移鍵控相移鍵控(PSK)(PSK)2022-7-481 調(diào)制/解調(diào)技術(shù)的基本部件是調(diào)制/解調(diào)器，結(jié)構(gòu)如圖所示，由本地振蕩器、正弦信號(hào)發(fā)生器、低通濾波器、乘法器組成。調(diào)制/解調(diào)器系統(tǒng)1 1、模擬調(diào)制系統(tǒng)、模擬調(diào)制系統(tǒng)2022

50、-7-482其中其中A A0 0、 c c、 0 0這三個(gè)分別為振幅、頻率和相位參數(shù)。這三個(gè)分別為振幅、頻率和相位參數(shù)。用電信號(hào)用電信號(hào)f f(t)(t)去調(diào)制載波信號(hào)去調(diào)制載波信號(hào)C(t)C(t)的振幅的振幅A A0 0的調(diào)制技術(shù)。的調(diào)制技術(shù)。 用電信號(hào)用電信號(hào)f f(t)(t)去調(diào)制載波信號(hào)去調(diào)制載波信號(hào)C(t)C(t)的角頻率的角頻率 c c的調(diào)制的調(diào)制技術(shù)。技術(shù)。用電信號(hào)用電信號(hào)f f(t)(t)去調(diào)制載波信號(hào)去調(diào)制載波信號(hào)C(t)C(t)的相位的相位 0 0的調(diào)制技的調(diào)制技術(shù)。術(shù)。2022-7-483基本概念基本概念調(diào)制是按基帶信號(hào)瞬時(shí)值的變化規(guī)律去改變高頻載波調(diào)制是按基帶信號(hào)瞬時(shí)值

51、的變化規(guī)律去改變高頻載波某些參數(shù)的過(guò)程。某些參數(shù)的過(guò)程。頻域上，調(diào)制是把基帶信號(hào)的頻譜搬移到載頻附近的頻域上，調(diào)制是把基帶信號(hào)的頻譜搬移到載頻附近的過(guò)程過(guò)程解調(diào)是調(diào)制的反過(guò)程解調(diào)是調(diào)制的反過(guò)程基帶信號(hào)基帶信號(hào)已調(diào)信號(hào)（調(diào)幅波、調(diào)頻波）已調(diào)信號(hào)（調(diào)幅波、調(diào)頻波）載波、載頻載波、載頻2022-7-484將基帶信號(hào)變?yōu)檫m合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)將基帶信號(hào)變?yōu)檫m合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)改善系統(tǒng)的抗噪聲性能改善系統(tǒng)的抗噪聲性能便于實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用便于實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用v調(diào)幅調(diào)幅v調(diào)頻調(diào)頻v調(diào)相調(diào)相2022-7-485常規(guī)雙邊帶調(diào)幅(AM)(AM)1.AM .AM 的時(shí)域表示 幅度調(diào)制用基帶信號(hào)f(t)去迫使高頻載波的瞬時(shí)

52、幅度隨f(t)的變化而變化.其中c 為載波角頻率角頻率; c 為載波起始相位起始相位; A0 為載波幅度幅度)cos()()()()(00ttfAtftCtSc（4.11） 2022-7-486(a) 音頻信號(hào)f(t) (b) 載波信號(hào)C(t) (c) 調(diào)幅信號(hào)S(t) 圖4.18 調(diào)幅信號(hào)波形 已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)s(t)的幅度是的幅度是f（t）的線性函數(shù)）的線性函數(shù)2022-7-487如果對(duì)如果對(duì)f(t)f(t)和和s(t)s(t)分別作傅里葉變換分析，設(shè)分別作傅里葉變換分析，設(shè)S(t)S(t)對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)的頻譜為的頻譜為S()S()，信號(hào)，信號(hào)f(t)f(t)對(duì)應(yīng)頻譜為對(duì)應(yīng)頻譜為F()F()，信

53、號(hào)，信號(hào)m(t)m(t)對(duì)應(yīng)頻譜為對(duì)應(yīng)頻譜為M()M()根據(jù)信號(hào)傅里葉變換性質(zhì)，在頻域上有：根據(jù)信號(hào)傅里葉變換性質(zhì)，在頻域上有：)()()()()(01ccccAMMMAAS(4.12)調(diào)幅信號(hào)頻譜示意圖2022-7-488特點(diǎn)特點(diǎn);LSB ;USB ）下邊帶（下邊帶（）上邊帶（上邊帶（cc BfBmmCmCAM22)()(21 2022-7-4891）AM幅度調(diào)制的基本模型)(tf)(tSAM)cos( tc0A)(0tfA 2022-7-490AMAM系統(tǒng)解調(diào)系統(tǒng)解調(diào)采用相位相干采用相位相干(Phase-coherent)/(Phase-coherent)/同步同步(Synchronous

54、)(Synchronous)解解調(diào)，鎖相環(huán)技術(shù)。調(diào)，鎖相環(huán)技術(shù)。)(tSAM)cos( tc低通低通濾波器濾波器)(tSd)(tSp)2cos()(21)(21)2cos(1)(21)cos()cos()()cos()()(0000ttfAtfAttfAtttfAttStScccccAMp)(21)(0tfAtSd)cos()(0ttfAc2022-7-4912 2）非相干解調(diào)）非相干解調(diào)包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波(Envelope Detection)(Envelope Detection)cos()()(0ttfAtScAM)()(0tfAtSAM的包絡(luò)為：2022-7-492頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（F

55、requency Modulation,FM)Frequency Modulation,FM)已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率（或頻率）隨調(diào)制信已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)角頻率（或頻率）隨調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化。號(hào)的幅度變化而變化。 FMFMFMFMcFMKtfKtfKttfKAS c頻偏常數(shù)：頻偏常數(shù)：瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻率偏移：瞬時(shí)角頻率偏移：)(:)()(cos 2022-7-493調(diào)頻波的另一種時(shí)域表達(dá)式：調(diào)頻波的另一種時(shí)域表達(dá)式： 因瞬時(shí)角頻率和瞬時(shí)相位角之間是微分和積分的關(guān)系，即：所以：f(t)dtK)()( f(t)K )(FMcFMctdtdttd00FMcFMdfKtAtAtS)(cos)

56、(cos)(2022-7-4942022-7-495 用調(diào)制信號(hào)的電壓去改變電抗元件的參數(shù)，從而改變載波信號(hào)發(fā)生器的頻率，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。直接法產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)直接法產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)電壓/電抗載波發(fā)生器f(t)SFM(t)振蕩器LCf(t)2022-7-496調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào)調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào)非相干解調(diào)非相干解調(diào)鑒頻（解調(diào)過(guò)程）鑒頻（解調(diào)過(guò)程）dftAStScFMi)(cos)()()(0tfKtSFM限幅器及限幅器及帶通濾波器帶通濾波器微分器微分器包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波低通低通濾波器濾波器)(tSi)(tSd)(tSo鑒頻器鑒頻器)(tSp2022-7-497dftAtStScFMi)(cos)()(dt

57、tfttfKAdttdStScFMcFMd)(sin)()()()()(tfKAtSFMcp輸入信號(hào)：輸入信號(hào)：微分器輸出：微分器輸出：包絡(luò)檢波器輸出：包絡(luò)檢波器輸出：輸出信號(hào)：輸出信號(hào)：)()(0tfKKtSFMd2022-7-498其中=RC |K(j)|=當(dāng)輸入為FM 波，即(t)=c+KFMf(t)時(shí) 微分器輸出(t)f(t)微分器：頻率-幅度變換電路2022-7-4992 2、數(shù)字載波傳輸、數(shù)字載波傳輸v數(shù)字載波傳輸是先用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，然后進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ?。最基本的調(diào)制方式：最基本的調(diào)制方式：v幅值鍵控幅值鍵控(ASK)(ASK)v頻移鍵控頻移鍵控(FSK)(FSK)v相

58、移鍵控相移鍵控(PSK)(PSK)2022-7-4100tAt-ATstA-A100010單極性碼載波2ASK信號(hào)110tA-A2FSK信號(hào)2022-7-4101100110Tsttt調(diào)頻信號(hào)分解為兩個(gè)不同載頻的幅度鍵控信號(hào)的疊加調(diào)頻信號(hào)分解為兩個(gè)不同載頻的幅度鍵控信號(hào)的疊加2022-7-4102tAt-ATstA-A100101t雙極性碼載波DPSK信號(hào)2022-7-4103三、寬帶傳輸三、寬帶傳輸v由于基帶網(wǎng)不適于傳輸語(yǔ)言、圖像等信息，隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、文字、語(yǔ)音、圖像等多種信號(hào)的任務(wù)愈來(lái)愈重，因此提出了寬帶傳輸?shù)囊?。v寬帶傳輸與基帶傳輸?shù)闹饕獏^(qū)別：一是數(shù)據(jù)傳輸速

59、率不同，基帶網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率一是數(shù)據(jù)傳輸速率不同，基帶網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為范圍為0 010Mbps10Mbps，寬帶網(wǎng)可達(dá)，寬帶網(wǎng)可達(dá)0400Mbps0400Mbps；二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道，能提供良好二是寬帶網(wǎng)可劃分為多條基帶信道，能提供良好的通信路徑。一般寬帶局域網(wǎng)可與有線電視系統(tǒng)的通信路徑。一般寬帶局域網(wǎng)可與有線電視系統(tǒng)共建，以節(jié)省投資。共建，以節(jié)省投資。2022-7-4104四、異步轉(zhuǎn)移模式四、異步轉(zhuǎn)移模式ATMATMvATM(asynchronous transfer mode)是一種新的傳輸與交換數(shù)字信息的技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)，被規(guī)定為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-

60、ISDN)的傳輸模式。vATM是一種在用戶接入、傳輸和交換級(jí)綜合處理各種通信問(wèn)題的技術(shù)。它支持多媒體通信，包括數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻信號(hào)，按需分配頻帶，具有低延遲特性，速率可達(dá)155Mbps2.4Gbps，也有25Mbps和50Mbps的ATM技術(shù)。v在ATM網(wǎng)絡(luò)中，所有報(bào)文以固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)單元發(fā)送。分報(bào)文頭(header)和有效信息域(payload)兩部分。數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度為53字節(jié)，報(bào)文頭為5字節(jié)，其余48字節(jié)為有效信息域。有效信息域采用透明傳輸，不執(zhí)行差錯(cuò)控制。數(shù)據(jù)流采用異步時(shí)分多路復(fù)用。2022-7-41052.7 差 錯(cuò) 控制衡量信道傳輸質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)；衡量信道傳輸質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)；數(shù)