北京郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論 第四章 課件

1、2022/7/151通 信 導(dǎo) 論張 冬 梅()北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(jsh)學(xué)院共四十五頁(yè)2022/7/152第四章 信號(hào)(xnho)的數(shù)字化處理技術(shù)共四十五頁(yè)2022/7/153主要(zhyo)內(nèi)容4.1 模擬信號(hào)的數(shù)字化4.2 多路復(fù)用技術(shù)(jsh)共四十五頁(yè)2022/7/1544.1 模擬信號(hào)的數(shù)字化4.1.1 A/D變換(binhun)4.1.2 D/A變換共四十五頁(yè)2022/7/1554.1.1 A/D變換(binhun)模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程包括抽樣：在時(shí)間(shjin)上將模擬信號(hào)離散化；量化：在幅度上將模擬信號(hào)離散化；編碼：將抽樣、量化后的信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字編碼脈沖共四十

2、五頁(yè)2022/7/156x(n)的二進(jìn)制數(shù)nt0 xa(t)00011011000110110011100101100100110010010抽樣量化nx(n)共四十五頁(yè)73.2 脈沖(michng)編碼調(diào)制(PCM)脈沖編碼調(diào)制(pulse code modulation，PCM)是概念上最簡(jiǎn)單(jindn)、理論上最完善的編碼系統(tǒng)，是最早研制成功、使用最為廣泛的編碼系統(tǒng)，但也是數(shù)據(jù)量最大的編碼系統(tǒng)。 共四十五頁(yè)8點(diǎn)位圖用像素點(diǎn)描述的自然影像共四十五頁(yè)9位圖是指由像素點(diǎn)陣組成的畫面位圖的屬性分辨率顯示分辨率：顯示屏能夠顯示出的像素?cái)?shù)目圖像分辨率：指圖像的像素密度像素深度：指存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的

3、二進(jìn)制位數(shù),像素深度決定(judng)了彩色圖像的每個(gè)像素可能的顏色數(shù)，或者灰度圖像的每個(gè)像素可能的灰度級(jí)數(shù)。共四十五頁(yè)10分類靜止圖像與運(yùn)動(dòng)圖像幀：一個(gè)完整且獨(dú)立(dl)的窗口視圖幀速率：每秒播放的幀數(shù)視頻(運(yùn)動(dòng)圖像)：捕捉運(yùn)動(dòng)視頻與合成運(yùn)動(dòng)視頻動(dòng)畫(運(yùn)動(dòng)圖形)：存儲(chǔ)對(duì)象及其時(shí)空關(guān)系灰度圖與彩色圖共四十五頁(yè)11彩色(cis)圖可以按照顏色的數(shù)目來(lái)劃分：256色圖像和真彩色（224=16777216種顏色），彩色圖像的每個(gè)像素的R、G和B值用一個(gè)字節(jié)來(lái)表示一幅640*480的真彩色圖像需要的空間是 640*480*3=900KB許多24位彩色圖像用32位存儲(chǔ)，附加的8位叫做通道，值叫做值，用來(lái)

4、表示該像素如何產(chǎn)生特技(tj)效果。共四十五頁(yè)2022/7/15124.1.2 D/A變換(binhun)與A/D變換過(guò)程相反首先經(jīng)過(guò)(jnggu)解碼過(guò)程，所收到的信息重新組成原來(lái)的樣值，最后再恢復(fù)成原來(lái)的模擬信號(hào)。t共四十五頁(yè)2022/7/15134.2 多路復(fù)用技術(shù)(jsh)4.2.0 基本概念4.2.1 頻分復(fù)用(f yn)4.2.2 時(shí)分復(fù)用4.2.3 碼分復(fù)用4.2.3 波分復(fù)用共四十五頁(yè)2022/7/15144.2.0 多路復(fù)用技術(shù)(jsh)概述(1)背景傳輸介質(zhì)帶寬是固定的用戶終端對(duì)介質(zhì)帶寬的需求是變化的兩種情況物理介質(zhì)帶寬大于用戶需求（傳輸介質(zhì)資源(zyun)浪費(fèi)）物理介質(zhì)帶

5、寬小于用戶需求（無(wú)法正常通信）共四十五頁(yè)2022/7/15154.2.0 多路復(fù)用技術(shù)(jsh)概述(2)問(wèn)題的提出如何高效率地利用寬帶介質(zhì)？如何在低速(d s)物理介質(zhì)上傳輸高速信號(hào)？共四十五頁(yè)2022/7/15164.2.0 多路復(fù)用技術(shù)(jsh)概述(3)解決方案：采用復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用的定義：為提高(t go)信道利用率，使多個(gè)信號(hào)在同一信道傳輸而不互相干擾共四十五頁(yè)2022/7/15174.2.0 多路復(fù)用技術(shù)(jsh)概述(4)基本模型基本過(guò)程復(fù)用：復(fù)用器傳輸：n個(gè)獨(dú)立(dl)的信道解復(fù)用：分用器MUXDEMUX1條物理鏈路，n個(gè)邏輯信道n個(gè)輸入n個(gè)輸出復(fù)用模型共四十五頁(yè)2022/7

6、/15184.2.0 多路復(fù)用技術(shù)(jsh)概述(5)復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)提高資源利用率對(duì)管理與控制系統(tǒng)的要求更高多個(gè)信號(hào)(xnho)之間仍可能存在干擾共四十五頁(yè)2022/7/15194.2.1 頻分復(fù)用(f yn)FDM（1）適用情況傳輸介質(zhì)的有效帶寬超出了被傳輸信號(hào)所要求的帶寬思路多路信號(hào)占據(jù)不同的頻帶(pndi)，信號(hào)同時(shí)被運(yùn)載；將每個(gè)信號(hào)調(diào)制到不同的載波頻率上共四十五頁(yè)2022/7/15204.2.1 頻分復(fù)用(f yn)FDM（2）具體方法信道的帶寬被分成若干相互不重疊的頻段（即信道），相鄰信道之間設(shè)置防護(hù)頻帶；每路信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后搬移到適當(dāng)?shù)念l帶上；各路調(diào)制后的信號(hào)同時(shí)(tngsh)被傳輸

7、；接收端采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號(hào)分開；解調(diào)，恢復(fù)原始基帶信號(hào)。共四十五頁(yè)2022/7/1521利用調(diào)制手段(shudun)和濾波技術(shù)使多路信號(hào)以頻率分割的方式同時(shí)在同一條線路上互不干擾地傳輸U(kuò)ser 1User 2User 3Frequency4.2.1 頻分復(fù)用(f yn)FDM（3）共四十五頁(yè)2022/7/1522頻分復(fù)用(f yn)利用調(diào)制手段和濾波技術(shù)使多路信號(hào)以頻率分割的方式(fngsh)同時(shí)在同一條線路上互不干擾地傳輸CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器共四十五頁(yè)2022/7/15234.2.1 頻分復(fù)用(f yn)

8、FDM（4）缺點(diǎn)：很難進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配頻率適用環(huán)境：模擬鏈路環(huán)境、粗粒度的復(fù)用（劃分上下行頻帶）典型實(shí)例有線電視（CATV）無(wú)線電廣播模擬移動(dòng)通信(tng xn)非對(duì)稱數(shù)字用戶線路（ADSL）共四十五頁(yè)2022/7/15244.2.1 頻分復(fù)用(f yn)FDM（5）舉例一：有線電視(CATV)一路電視信號(hào)傳輸帶寬為6MHz;多路電視信號(hào)可以(ky)在CATV電纜上被頻分復(fù)用；接收端采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號(hào)分開共四十五頁(yè)2022/7/1525副載波(zib)f1副載波(zib)f2副載波fn m1(t)m2(t)mn(t)s1(t)s2(t)sn(t)發(fā)送器fcmb(t)s(t)FDM系統(tǒng)發(fā)

9、送器復(fù)合基帶信號(hào)FDM信號(hào)共四十五頁(yè)2022/7/1526解調(diào)器f1解調(diào)器f2解調(diào)器fn m1(t)m2(t)mn(t)s1(t)s2(t)sn(t)接收器mb(t)s(t)FDM系統(tǒng)(xtng)接收器帶通濾波器f1帶通濾波器f2帶通濾波器fn 復(fù)合(fh)基帶信號(hào)FDM信號(hào)共四十五頁(yè)2022/7/1527舉例(j l)2：ADSL接入DSLAMSWITCHTELEPHONYSPLITTERSWITCHTELEPHONYATMBeforeAfterSPLITTER共四十五頁(yè)2022/7/1528在家庭用戶一側(cè)，POTS分線器(POTS Splitter)用于電話和計(jì)算機(jī)信號(hào)的合成/分離，POT

10、S是Plain Old Telephone Service的縮寫；ADSL Modem用于計(jì)算機(jī)信號(hào)與模擬信號(hào)之間的調(diào)制/解調(diào)(ji dio)。NSP(網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商)一側(cè)的核心部分是DSLAM(數(shù)字用戶線接入復(fù)用設(shè)備)，它實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)/電話交換機(jī)與多條ADSL線路之間的互連，邏輯上由多個(gè)POTS分線器和ADSL Modem組成。 共四十五頁(yè)2022/7/15293.2.2 時(shí)分復(fù)用原理利用各信號(hào)在時(shí)間上的不相互重疊達(dá)到在同一信道上傳輸(chun sh)多路信號(hào)；將整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分為若干時(shí)間片（時(shí)隙），不同時(shí)隙分給不同的用戶；每路用戶在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸共四十五頁(yè)20

11、22/7/1530時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是時(shí)隙事先(shxin)規(guī)劃分配好且固定不變，所以有時(shí)也叫同步時(shí)分復(fù)用 A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間片12時(shí)間片2D1時(shí)隙D2復(fù)用器共四十五頁(yè)2022/7/1531時(shí)分復(fù)用優(yōu)點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸；缺點(diǎn)是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無(wú)法(wf)占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降低線路的利用率。需要精度較高的同步系統(tǒng)適用環(huán)境時(shí)分復(fù)用技術(shù)與頻分復(fù)用技術(shù)一樣，有著非常廣泛的應(yīng)用，電話就是其中最經(jīng)典的例子，此外時(shí)分復(fù)用技術(shù)在廣電也同樣

12、取得了廣泛地應(yīng)用，如SDH，ATM，IP網(wǎng)絡(luò)通信都是利用了時(shí)分復(fù)用的技術(shù)。 共四十五頁(yè)2022/7/1532 時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用TDM由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為同步時(shí)分復(fù)用用于電路交換位置化信道：依據(jù)數(shù)字信號(hào)在時(shí)間軸上的位置區(qū)別各路信號(hào)PSTN 統(tǒng)計(jì)(tngj)時(shí)分復(fù)用STDMTDM的缺點(diǎn)：某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。改進(jìn)：用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入。用于分組交換和ATM交換標(biāo)志化信道：每個(gè)分組前附加標(biāo)志碼，標(biāo)示輸出端。各個(gè)分組使用不同的時(shí)隙共四十五頁(yè)2022/7/1533ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t

13、3A1B1C1D1C2D2A2B2時(shí)間片1時(shí)間片2同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時(shí)間片1時(shí)間片2統(tǒng)計(jì)TDM可用帶寬C2共四十五頁(yè)2022/7/1534 時(shí)分復(fù)用例 時(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸(chun sh)把多個(gè)話路的PCM話音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀(幀中還包括了幀同步信息和信令信息)每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)共四十五頁(yè)2022/7/1535E1-幀格式(g shi)E1線路也可以(ky)用于計(jì)算機(jī)通信0121631時(shí)間片125 ms = 32 時(shí)隙 = 2.048 Mbps幀同步信令30 路話音數(shù)據(jù)(PCM數(shù)據(jù)) + 2 路控制用戶話路用戶話路共四十五頁(yè)2

14、022/7/15364.2.3 碼分復(fù)用(f yn)碼分多址接入（CDMACode Division Multiplexing Access）是與頻分復(fù)用（FDM）和時(shí)分復(fù)用（TDM）極不相同的另一類多路信號(hào)(xnho)共享信道的復(fù)用技術(shù)。頻分復(fù)用以及波分復(fù)用（WDM）的各路信號(hào)在頻域上是各自分離的，在時(shí)域上則是重疊的，因此它們是靠不同的頻率來(lái)區(qū)分各路信號(hào)的；時(shí)分復(fù)用正好相反，各路信號(hào)在在頻域上則可能是重疊的，在時(shí)域上則是分離的且交織輪轉(zhuǎn)的，因此它靠不同的時(shí)隙來(lái)區(qū)分各路信號(hào)；而碼分復(fù)用允許多路信號(hào)在信道的整個(gè)頻帶上同時(shí)進(jìn)行傳輸，各路信號(hào)在時(shí)域上和頻域上都是重疊的，那么，它是靠什么來(lái)區(qū)分各路信號(hào)

15、的呢？共四十五頁(yè)2022/7/1537碼分復(fù)用(f yn)CDMA的多路同時(shí)傳輸利用編碼原理進(jìn)行區(qū)分各路信號(hào)采用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，通過(guò)(tnggu)對(duì)不同的碼型識(shí)別來(lái)消除各路信號(hào)間的干擾。 共四十五頁(yè)2022/7/1538碼分復(fù)用(f yn)解釋 CDMA酒會(huì)RussianChineseEnglishItalian你聽到什么(shn me).如果你只懂中文?如果你只懂俄語(yǔ)?如果你只懂英語(yǔ)?“碼”的使用可使cdma系統(tǒng)的用戶/信道之間保持正交;每一用戶數(shù)據(jù)流均有一個(gè)唯一的正交擴(kuò)頻碼。共四十五頁(yè)2022/7/1539碼分復(fù)用(f yn)調(diào)制(tiozh)原理碼分多址系統(tǒng)為每個(gè)用戶分配了各自特

16、定的地址碼，利用公共信道來(lái)傳輸信息。CDMA系統(tǒng)的地址碼相互具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。也就是說(shuō)，每一個(gè)用戶有自己的地址碼，這個(gè)地址碼用于區(qū)別每一個(gè)用戶，地址碼彼此之間是互相獨(dú)立的，也就是互相不影響的，但是由于技術(shù)等種種原因，我們采用的地址碼不可能做到完全正交，即完全獨(dú)立，相互不影響，所以稱為準(zhǔn)正交，由于有地址碼區(qū)分用戶，所以我們對(duì)頻率、時(shí)間和空間沒(méi)有限制，在這些方面他們可以重疊。系統(tǒng)的接收端必須有完全一致的本地地址碼，用來(lái)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)。其他使用不同碼型的信號(hào)因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)共四十五頁(yè)2022/7/1540碼分復(fù)用(f yn

17、)適用環(huán)境：頻率資源有限的環(huán)境典型(dinxng)實(shí)例 WCDMA、CDMA2000、 TD-SCDMA 共四十五頁(yè)2022/7/1541波分復(fù)用(f yn)WDM又叫波分復(fù)用技術(shù)是新一代的超高速的光纜技術(shù)，所謂波分復(fù)用技術(shù)，就是在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個(gè)不同波長(zhǎng)的光波，讓數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增充分利用單模光纖的低損耗區(qū)的巨大帶寬資源，采用合波器，在發(fā)送端將不同規(guī)定波長(zhǎng)的光載波進(jìn)行合并，然后傳人單模光纖。在接收部分將再由分波器將不同波長(zhǎng)的光載分開(fn ki)的復(fù)用方式，由于不同波長(zhǎng)的載波是相互獨(dú)立的，所以雙向傳輸問(wèn)題，迎刃而解。共四十五頁(yè)2022/7/1542WDM技術(shù)(jsh)WDM技術(shù)是在一根光纖上承載多個(gè)(du )波長(zhǎng)（信道）系統(tǒng)，將一根光纖轉(zhuǎn)換為多條虛擬纖，每條虛擬纖獨(dú)立工作在不同波長(zhǎng)上。每個(gè)信道運(yùn)行速度高達(dá)2.510Gbps。WDM技術(shù)作為一種系統(tǒng)概念，可以追溯到1970年初，在當(dāng)時(shí)僅用兩個(gè)波長(zhǎng)，在1300nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)、在1500nm窗口一個(gè)波長(zhǎng)，利用WDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)單纖全雙工傳輸。初期的WDM網(wǎng)絡(luò)主要致力于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)的研究共四十五頁(yè)2022/7/1543波分多路復(fù)用基本原理 波分多路復(fù)用原理示意圖共四十五頁(yè)2022/7/1544謝 謝！共四十五頁(yè)內(nèi)容摘要2022/1/27。()。4.1.2