第2講通信技術(shù)基礎(chǔ)

電力系統(tǒng)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學習情境：信號的調(diào)制和編碼學習任務(wù)：第2章通信技術(shù)基礎(chǔ)2.1通信的基本概念2.2信號的調(diào)制和編碼2.3數(shù)據(jù)的檢錯與糾錯2.4調(diào)制解調(diào)器2.5多路復用技術(shù)2.6數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議2.7信息交換技術(shù)2.8通信網(wǎng)2.1通信的基本概念概述2.1.1信號的種類2.1.2數(shù)據(jù)的傳輸模式通信：雙方或多方消息或信息的傳遞與交流。消息：指對客觀世界發(fā)生變化的描述或報道。信息：消息中所包含的有意義的內(nèi)容；消息所含信息的多少稱為消息的信息量。數(shù)據(jù)：一種承載信息的實體，它涉及到事物的具體形式，是任何描述物體、概念、情況、形式的事實、數(shù)字、字母和符號?？煞譃槟M數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種形式。信號是消息或者說是信息的攜帶者，是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式。信號在形式上是一種具有變化的物理現(xiàn)象。概述信息量如某消息由m個符號（x1，x2

，…，xm

）的不同排列構(gòu)成，且每個符號在排列中出現(xiàn)的概率是獨立無關(guān)的，分別以p（x1

），p（x2

），…，p（xm

）來表示，且則定義某一符號的信息量為事件發(fā)生的概率越高，則信息量越少。2.1.1信號的種類模擬信號與數(shù)字信號

周期信號與非周期信號模擬信號

模擬信號是指代表消息的電信號及其參數(shù)(幅度、頻率或相位)取值隨時間的變化而連續(xù)變化的信號。其特點是幅度連續(xù)變化，而在時間上可以連續(xù)也可以不連續(xù)。現(xiàn)實生活中模擬信號的例子很多，如話音、圖像等信號。模擬信號波形Of

(t)t(a)f

(nT)tPAM信號(b)O數(shù)字信號

數(shù)字信號是由一系列的電脈沖所組成，時間上是離散的，幅度上也是離散的。如電報信號、計算機輸入/輸出信號、PCM信號等。周期矩形脈沖信號周期信號與非周期信號周期信號是指信號在相同的時間間隔后，會重復前一次的波形。即信號滿足：

f(t)=f(t+kT)T為信號周期，k為正整數(shù)，則稱該信號為周期信號；否則是非周期信號。信號的表示方式數(shù)學表達式法如：正弦信號f(t)=Asin2

ft。時域波形圖法頻譜表示法f2f(Hz)V(f)0567123571f1

f3f9…音樂信號的頻譜2.1.2數(shù)據(jù)傳輸模式串行與并行傳輸同步與異步傳輸單工、半雙工與全雙工一、串行與并行傳輸(a)并行傳輸(b)串行傳輸并行通信與串行通信的比較并行通信：傳輸中有多個數(shù)據(jù)位同時通過信道在設(shè)備之間進行的傳輸。并行傳輸線也叫總線。串行通信：傳輸中只有一個數(shù)據(jù)位在設(shè)備間進行傳輸。對任何一個二進制序列,串行傳輸都是用一個傳輸信道，按位進行傳輸。適宜于遠距離傳輸。常見的計算機網(wǎng)絡(luò)通信，RTU和MTU間通信均采用串行通信方式。串行通信又分為同步串行通信方式和異步串行通信方式。二、同步與異步傳輸同步：在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端必須保持收、發(fā)兩端工作協(xié)調(diào)一致。數(shù)據(jù)通信不僅要同步，對其接收端收到數(shù)據(jù)還必須是可識別的。數(shù)據(jù)通信按照其傳輸和同步方式可以分為兩種類型，同步通信系統(tǒng)和異步通信系統(tǒng)。同步通信系統(tǒng)

以恒定的速率傳輸，處理數(shù)據(jù)。通常采用定時提取的方法從傳輸信號中提取發(fā)送端的位定時信息，用以控制調(diào)整接收端定時信號，以確保收、發(fā)兩端同步。同步傳輸方式特點：有較高的傳輸效率，但實現(xiàn)起來較復雜，常用于高速傳輸。異步通信系統(tǒng)（1）通信雙方保持自己獨立的時鐘，其數(shù)據(jù)傳輸速率是不確定的。異步傳輸通過約定傳輸速率來實現(xiàn)位同步，通過起始位和結(jié)束位來實現(xiàn)字符同步，通過特殊字符來保證幀同步。異步通信對于發(fā)射設(shè)備要求較簡單，易于實現(xiàn)，在調(diào)度自動化中應(yīng)用較多。但其通信幀中冗余信息較多，速率低(50~9600bit/s)，通信效率很低。而同步通信冗余信息少，通信速率高，可達800,000bit/s。異步通信系統(tǒng)（2）異步傳輸方式三、單工、半雙工與全雙工

信息在通信線路上傳輸是有方向的，根據(jù)某一時間內(nèi)信息流傳輸?shù)姆较蚝吞攸c，通信線路的工作方式可分為三種：單工通信所傳信息始終是一個方向的通信。例如廣播、電力系統(tǒng)遙測、遙控。半雙工通信通信信道兩端均可以收發(fā)信息，但同一時刻信息只能有一個傳輸方向。例如對講機。全雙工通信通信信道兩端可同時收發(fā)信息。例如電話通信，遠動通道中無論載波、擴頻、通信電纜、微波等通信方式。2.2數(shù)據(jù)的調(diào)制與編碼2.2.1數(shù)字—數(shù)字的轉(zhuǎn)換2.2.2模擬—數(shù)字的轉(zhuǎn)換2.2.3數(shù)字—模擬的轉(zhuǎn)換2.2.4模擬—模擬的轉(zhuǎn)換概述信號的調(diào)制與編碼技術(shù)：保障傳輸質(zhì)量、實現(xiàn)長距離傳輸、提高傳輸速率等。信號編碼：在遠距離傳輸?shù)倪^程中，由于線路較長，數(shù)據(jù)信號在傳輸介質(zhì)中將會產(chǎn)生損耗和干擾，為減少在特定的介質(zhì)中的損耗和干擾，需要將傳輸?shù)男盘栠M行轉(zhuǎn)換，使之成為適于在該介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?。調(diào)制：為了節(jié)約帶寬，提高傳輸效率，常把要傳輸?shù)男盘柤虞d在高頻載波上。2.2.1數(shù)字—數(shù)字的轉(zhuǎn)換數(shù)字—數(shù)字的轉(zhuǎn)換用數(shù)字信號來表示數(shù)字信息。數(shù)字數(shù)據(jù)的基帶傳輸：直接或經(jīng)過波形形成電路后在其原始電信號所固有的頻帶上傳輸。一般有如下要求：不含直流和低頻分量；所選碼型占用頻帶要窄；信號本身包含位同步信息；具有差錯檢測能力；編譯碼的電路應(yīng)盡量簡單便于實現(xiàn)。

常用的碼型a.單極性不歸零碼（NRZ）b.單極性歸零碼(RZ)c.雙極性不歸零碼（NRZ）d.雙極性歸零碼(RZ)e.極性交替轉(zhuǎn)換碼（AMI）f.曼徹斯特碼g.差分曼切斯特碼h.傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI）a.單極性不歸零碼（NRZ）用在近距離傳輸上，接口電路十分簡單連續(xù)的“0”和“1”，不利于同步信號的提?。挥兄绷鞣至縝.單極性歸零碼（RZ）編碼規(guī)則：數(shù)據(jù)代碼中的每一個“1”都對應(yīng)一個脈沖，可能是正脈沖也可能是負脈沖，脈沖寬度比每位的傳輸周期短，即脈沖提前回到零電位；數(shù)據(jù)“0”仍然為零電平。c.雙極性不歸零碼（NRZ）編碼規(guī)則：對于數(shù)據(jù)中的“1”用+E或-E電平表示，對數(shù)據(jù)“0”用相反的電平(即-E或+E)表示。d.雙極性歸零碼(RZ)編碼規(guī)則：對于數(shù)據(jù)中的“1”用一個正或負的脈沖(+E或-E)來表示，數(shù)據(jù)“0”用相反的脈沖(-E或+E)來表示，這兩種脈沖的寬度都小于一位的傳輸時間，即提前回到零電平e.極性交替轉(zhuǎn)換碼（AMI）沒有直流分量；連續(xù)“0”的個數(shù)太多時，不利于定時信號的提取。編碼規(guī)則：用交替極性的脈沖(+E和-E)表示碼元1，用無脈沖表示0，脈沖寬度可以是碼元寬度，也可以是部分寬度。f.曼徹斯特碼編碼規(guī)則：對于數(shù)據(jù)代碼“1”用電平正跳變(或負跳變)來代表，數(shù)據(jù)代碼“0”用與數(shù)據(jù)代碼“1”相反的跳變來表示，這種跳變在一位數(shù)據(jù)傳輸時間內(nèi)完成。有利于同步信號的提取；由于跳變的存在，編碼后的脈沖頻率為傳輸頻率的2倍，多占用信道帶寬。g.差分曼切斯特碼編碼規(guī)則：以每位開始有無跳變表示數(shù)據(jù)，有跳變是0，無跳變是1，中間的跳變僅表示時鐘。h.傳號反轉(zhuǎn)碼（CMI）編碼規(guī)則：1交替地用00和11兩位碼表示，而0則固定地用01表示。某CMI碼如下，將其還原成二進碼序列。

CMI碼：01110