數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(共43張PPT)精選

數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(jìshù)第一頁，共43頁。一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(xìtǒng)根本概念回憶數(shù)據(jù)〔Data〕——數(shù)據(jù)通信中傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼，是傳輸信息的載體信息〔Information〕——數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋信號(Signal)——數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示形式(xíngshì)模擬信號——隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量數(shù)字信號——相對于時(shí)間和幅值而言都是不連續(xù)的，即離散的物理量第二頁，共43頁。模擬信號數(shù)字信號信號(xìnhào)第三頁，共43頁。周期信號——信號在一段可測量的時(shí)間內(nèi)完成一種模式，并且在隨后同樣長的時(shí)段內(nèi)不斷重復(fù)這種模式周期T——完成一個(gè)完整(wánzhěng)模式所需要的時(shí)間，其值是固定的信號(xìnhào)第四頁，共43頁。非周期信號——在隨時(shí)間變化的過程中，不會出現(xiàn)重復(fù)(chóngfù)的模式信號(xìnhào)第五頁，共43頁。數(shù)據(jù)通信相關(guān)(xiāngguān)概念：數(shù)據(jù)通信：在兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間以二進(jìn)制形式進(jìn)行信息交換(jiāohuàn)信源：一次通信中發(fā)送信息的一端信宿：一次通信中接收信息的一端信道：信源和信宿之間的通信線路第六頁，共43頁。通信線路輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信源源系統(tǒng)信宿目的系統(tǒng)信道傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(xìtǒng)模型一個(gè)(yīɡè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信道和信宿三個(gè)局部組成。第七頁，共43頁。二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(xìtǒng)的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)(shùjù)傳輸速率帶寬時(shí)延信道容量第八頁，共43頁。數(shù)據(jù)(shùjù)傳輸速率比特率：單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制碼的有效位數(shù)，單位bps。波特率：是脈沖信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，它是指單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，單位波特〔Baud〕。碼元：一個(gè)(yīɡè)數(shù)字脈沖信號。一個(gè)(yīɡè)碼元可以攜帶K種狀態(tài)比特率與波特率的換算關(guān)系為：R(bps比特率)＝B〔波特率〕log2K誤碼率：二進(jìn)制碼在傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率。誤碼率=傳輸中發(fā)生過失的碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)第九頁，共43頁。設(shè)信號的波特率為600Baud，采用4相DPSK〔相鍵控(jiànkònɡ)調(diào)控〕調(diào)制，那么信道支持的最大數(shù)據(jù)速率為___。

A.300b/sB.600b/sC.800b/sD.1200b/s例題(lìtí)第十頁，共43頁。帶寬(dàikuān)對于模擬信號而言，帶寬(dàikuān)又稱為頻寬，以赫茲〔Hz〕為單位。對于數(shù)字信號而言，帶寬(dàikuān)是指單位時(shí)間內(nèi)鏈路能夠通過的數(shù)據(jù)量。為了與模擬信道的帶寬(dàikuān)進(jìn)行區(qū)分，數(shù)字信道的帶寬(dàikuān)一般直接用波特率或符號率來描述。第十一頁，共43頁。信號從源端發(fā)送到宿端所需要(xūyào)的時(shí)間發(fā)送時(shí)延傳播時(shí)延處理時(shí)延時(shí)延(delay或latency)第十二頁，共43頁。發(fā)送時(shí)延〔傳輸時(shí)延〕發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要(xūyào)的時(shí)間。發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）時(shí)延第十三頁，共43頁。傳播時(shí)延電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)(huāfèi)的時(shí)間。信號傳輸速率〔即發(fā)送速率〕和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。傳播時(shí)延=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）時(shí)延第十四頁，共43頁。處理(chǔlǐ)時(shí)延：交換結(jié)點(diǎn)為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理(chǔlǐ)所花費(fèi)的時(shí)間。結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延是處理(chǔlǐ)時(shí)延中的重要組成局部。處理(chǔlǐ)時(shí)延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。有時(shí)可用排隊(duì)時(shí)延作為處理(chǔlǐ)時(shí)延。時(shí)延第十五頁，共43頁。編碼后的信號稱為PCM〔PulseCodedModulation〕信號〔脈碼調(diào)制信號〕--采樣時(shí)鐘頻率：8KHz(>2倍話音最大頻率)數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(jìshù)周期信號——信號在一段可測量的時(shí)間內(nèi)完成一種模式，并且在隨后同樣長的時(shí)段內(nèi)不斷重復(fù)這種模式數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是(jiùshì)發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延之和：負(fù)電平到正電平—1，正電平到負(fù)電平—0。3、模擬(mónǐ)數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號一個(gè)(yīɡè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信道和信宿三個(gè)局部組成。3、模擬(mónǐ)數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號在調(diào)制解調(diào)器中還要有過失檢測和糾正的設(shè)施。正交調(diào)幅(diàofú)改變載波信號的相位來表示二進(jìn)制0和1，振幅和頻率保持不變改變載波信號的相位來表示二進(jìn)制0和1，振幅和頻率保持不變比特率：單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制碼的有效位數(shù)，單位bps。信道容量：單位時(shí)間內(nèi)，信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)，用bps表示。曼徹斯特編碼：中間跳變既表示(biǎoshì)同步信息，又表示(biǎoshì)不同值。結(jié)合使用載波信號中的振幅和相位變化，為每個(gè)比特(bǐtè)組合分配一個(gè)給定的振幅和相位信號。數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是(jiùshì)發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延之和：總時(shí)延=發(fā)送(fāsònɡ)時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延時(shí)延第十六頁，共43頁。三種時(shí)延所產(chǎn)生(chǎnshēng)的地方1011001…發(fā)送器隊(duì)列(duìliè)在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn)(jiédiǎn)B結(jié)點(diǎn)

A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時(shí)延在隊(duì)列中產(chǎn)生處理時(shí)延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn)A向結(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路第十七頁，共43頁。信道容量信道容量：單位時(shí)間內(nèi)，信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)，用bps表示。當(dāng)傳輸速率超過信道容量時(shí)，會產(chǎn)生信號失真香農(nóng)定理：C=Wlog2(1+S/N)C:信道的極限數(shù)據(jù)傳輸速率W:信道帶寬(dàikuān)〔Hz〕帶寬(dàikuān)為6KHz，信噪比為20dB的信道，發(fā)送二進(jìn)制信號時(shí)的最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少？S:信道內(nèi)信號的平均功率N:信道內(nèi)的噪聲(zàoshēng)功率。第十八頁，共43頁。三、編碼類型(lèixíng)及方式第十九頁，共43頁。模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)(shùjù)、信號模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器整形器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號

PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號數(shù)字發(fā)送器第二十頁，共43頁。四、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(jìshù)數(shù)字(shùzì)數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號數(shù)字(shùzì)數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字(shùzì)信號模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字(shùzì)信號第二十一頁，共43頁。調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器(modem)包括：調(diào)制器(Modulator)：把要發(fā)送的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為頻率(pínlǜ)范圍在300~3400Hz之間的模擬信號，以便在用戶線上傳送。解調(diào)器(DEModulator)：把用戶線上傳送來的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。第二十二頁，共43頁。數(shù)據(jù)經(jīng)過模擬(mónǐ)傳輸系統(tǒng)后會出現(xiàn)過失。出現(xiàn)差錯(cuò)010010100還原后的數(shù)據(jù)t接收到的失真信號010011100t發(fā)送的基帶信號t采樣時(shí)刻調(diào)制解調(diào)器第二十三頁，共43頁。調(diào)制器的主要作用就是個(gè)波形變換器，它把基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ谓庹{(diào)器的作用就是個(gè)波形識別器，它將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信號恢復(fù)成原來的數(shù)字信號假設(shè)(jiǎshè)識別不正確，那么產(chǎn)生誤碼。在調(diào)制解調(diào)器中還要有過失檢測和糾正的設(shè)施。調(diào)制解調(diào)器第二十四頁，共43頁。1、數(shù)字(shùzì)調(diào)制技術(shù)調(diào)制——數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換(zhuǎnhuàn)為模擬信號，即選取某一頻率的正〔余〕弦波作為載波，來運(yùn)載需傳輸?shù)臄?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)A：信號振幅；f：信號頻率，單位時(shí)間內(nèi)信號變化次數(shù)(cìshù)，周/秒Φ：初始相角，單位為弧度〔相位〕y(t)=第二十五頁，共43頁。根據(jù)正弦波的3個(gè)控制參數(shù)〔振幅A，頻率(pínlǜ)f和相位Φ〕有3種根本調(diào)制技術(shù)：振幅調(diào)制〔AM〕頻率(pínlǜ)調(diào)制〔FM〕相位調(diào)制〔PM〕正交調(diào)幅〔QAM〕第二十六頁，共43頁。振幅(zhènfú)調(diào)制振幅(zhènfú)調(diào)制—幅移鍵控〔ASK〕改變載波信號的振幅(zhènfú)來表示二進(jìn)制0和1，頻率和相位保持不變第二十七頁，共43頁。頻率(pínlǜ)調(diào)制頻率調(diào)制—頻移鍵控〔FSK〕改變載波信號的頻率來表示二進(jìn)制0和1，振幅(zhènfú)和相位保持不變第二十八頁，共43頁。相位(xiàngwèi)調(diào)制相位調(diào)制(tiáozhì)—相移鍵控〔PSK〕改變載波信號的相位來表示二進(jìn)制0和1，振幅和頻率保持不變相對相位調(diào)制(tiáozhì)絕對相位調(diào)制(tiáozhì)第二十九頁，共43頁。用載波信號相位的相對變化來表示(biǎoshì)數(shù)字0和1相對(xiāngduì)相位調(diào)制第三十頁，共43頁。用載波(zàibō)信號的不同相位直接表示數(shù)字0和1絕對相位(xiàngwèi)調(diào)制第三十一頁，共43頁。正交調(diào)幅(diàofú)結(jié)合使用載波信號中的振幅和相位變化，為每個(gè)比特(bǐtè)組合分配一個(gè)給定的振幅和相位信號?？梢栽黾有盘柲Ｊ剑岣弑忍?bǐtè)率〔每秒發(fā)送的比特(bǐtè)數(shù)〕。但必須使信號之間保持較大的差異，提高信號的抗干擾能力。第三十二頁，共43頁。信號星座圖——中的每一個(gè)(yīɡè)點(diǎn)，就是一個(gè)(yīɡè)合法的信號模式，信號的振幅對應(yīng)于該點(diǎn)到原點(diǎn)的距離D，相位對應(yīng)于振幅和水平軸的夾角a。正交調(diào)幅(diàofú)第三十三頁，共43頁。8-QAM信號星座圖

2個(gè)振幅和4個(gè)相位，產(chǎn)生8〔2*4〕種信號模式(móshì)，每種信號模式(móshì)表示3位〔log28〕比特串比特值調(diào)制信號的振幅調(diào)制信號的相位000A10001A20010A1л/2011A2л/2100A1л101A2л110A13л/2111A23л/28—QAM第三十四頁，共43頁。例：數(shù)據(jù)(shùjù)001100011000110010111101按8-QAM調(diào)制第三十五頁，共43頁。2、數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(jìshù)1單極性編碼只使用一種極性〔正或負(fù)〕的電壓脈沖—二進(jìn)制1，零電壓—二進(jìn)制0。簡單、易實(shí)現(xiàn)不能由沒有處理直流分量(fènliàng)信號能力的介質(zhì)傳輸存在同步問題第三十六頁，共43頁。數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(jìshù)1單極性編碼(biānmǎ)例如：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)01001101的單極性編碼(biānmǎ)第三十七頁，共43頁。數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(jìshù)2極化編碼采用兩種極性〔正和負(fù)〕的電壓脈沖，減少直流分量。非歸零電平編碼—電壓脈沖一種極性為1，另一種極性為0；存在發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘(shízhōng)同步問題。第三十八頁，共43頁。數(shù)據(jù)編碼技術(shù)(jìshù)3雙相位編碼信號中含同步信息，每個(gè)比特中間信號都跳變。曼徹斯特編碼：中間跳變既表示(biǎoshì)同步信息，又表示(biǎoshì)不同值。負(fù)電平到正電平—1，正電平到負(fù)電平—0。差分曼徹斯特編碼：中間跳變僅用來表示(biǎoshì)同步信息。每比特的開始位置沒有跳變—1，有跳變—0。第三十九頁，共43頁。例：將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(shùjù)01001101進(jìn)行雙相位編碼〔設(shè)起始位置的電壓為正電平〕。思考(sīkǎo)：哪個(gè)是曼徹斯特編碼？？第四十頁，共43頁。3、模擬(mónǐ)數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號采樣在時(shí)間(shíjiān)上將模擬信號離散化量化用有限個(gè)幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值編碼量化后的值用二進(jìn)制表示，然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號流第四十一頁，共43頁。思考(sīkǎo)：哪個(gè)是曼徹斯特編碼？？假設(shè)(jiǎshè)識別不正確，那么產(chǎn)生誤碼。原始(yuánshǐ)信號PAM信號(xìnhào)非周期信號——在隨時(shí)間變化的過程中，不會出現(xiàn)重復(fù)(chóngfù)的模式振幅(zhènfú)調(diào)制—幅移鍵控〔ASK〕比特率：單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制碼的有效位數(shù)，單位bps。結(jié)合使用載波信號中的振幅和相位變化，為每個(gè)比特(bǐtè)組合分配一個(gè)給定的振幅和相位信號。數(shù)據(jù)通信相關(guān)(xiāngguān)概念：N:信道內(nèi)的噪聲(zàoshēng)功率。可以增加信號模式，提高比特(