《數(shù)據(jù)通信基本技術(shù)》PPT課件.ppt

1、淮海工學院測繪工程學院 孫華,計算機網(wǎng)絡B,第一篇：網(wǎng)絡技術(shù)基礎篇第2章 數(shù)據(jù)通信基本技術(shù),2012年3月5日,第2章 數(shù)據(jù)通信基本技術(shù),2,本章內(nèi)容,2.1數(shù)據(jù)通信中的基本概念與技術(shù)指標 2.2數(shù)據(jù)通信過程中涉及的主要技術(shù)問題 2.3數(shù)據(jù)交換 2.4計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu) 2.5數(shù)據(jù)傳輸方式 2.6數(shù)據(jù)傳輸中的同步技術(shù) 2.7多路復用技術(shù),2012年3月5日,第2章 數(shù)據(jù)通信基本技術(shù),3,2.1數(shù)據(jù)通信中的基本概念與技術(shù)指標,2.1.1 數(shù)據(jù)通信涉及的基本知識 1.信息和編碼 2.二進制編碼標準 3.數(shù)據(jù)和信號 4.信道 5.模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式 6.數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯 2.1.2

2、 通訊系統(tǒng)的主要技術(shù)指標,2.1.1 數(shù)據(jù)通信涉及的基本知識,1.信息和編碼 信息：關(guān)于人或事務情況的報道的有價值的消息 信息的載體是文字、語音、圖形和圖像等。為了傳送信息，必須對信息中所包含的所有字符進行編碼。用二進制代碼來表示信息中的每一個字符就是二進制編碼。 2.二進制編碼標準 最常用的二進制編碼標準為美國標準信息交換碼（ASCII）。,2012年3月5日,第2章 數(shù)據(jù)通信基本技術(shù),5,2.1數(shù)據(jù)通信中的基本概念與技術(shù)指標,2.1.1 數(shù)據(jù)通信涉及的基本知識 1.信息和編碼 2.二進制編碼標準 3.數(shù)據(jù)和信號 4.信道 5.模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式 6.數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯,信號

3、信號是數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼。,數(shù)據(jù) 定義為有意義的實體，是表征事物的形式，例如文字、聲音和圖像等。,2.1.1 數(shù)據(jù)通信涉及的基本知識,3.數(shù)據(jù)和信號,例：請區(qū)分一下，下面四幅圖哪些表示數(shù)字信號，哪些表示模擬信號,2.1數(shù)據(jù)通信中的基本概念與技術(shù)指標,2.1.1 數(shù)據(jù)通信涉及的基本知識 1.信息和編碼 2.二進制編碼標準 3.數(shù)據(jù)和信號 4.信道 5.模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式 6.數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯,4.信道 信道是用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。 一般來說，一條通信線路至少包含兩條信道，一條用于發(fā)送的信道和一條用于接收的信道。,2.1數(shù)據(jù)通信中的基本概念與技術(shù)指標,2.1.1 數(shù)

4、據(jù)通信涉及的基本知識 1.信息和編碼 2.二進制編碼標準 3.數(shù)據(jù)和信號 4.信道 5.模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式 6.數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯,例：話音信號在普通的電話系統(tǒng)中傳輸。,1）模擬數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸,2）數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸,5.模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式,調(diào)制 數(shù)字數(shù)據(jù)要進入到模擬信道以前要有一個變換器進行數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，以便它能在模擬信道上傳輸，這樣的一個變換過程叫調(diào)制。這個變換器叫做調(diào)制器。 解調(diào) 而當調(diào)制后的模擬信號傳到接收端以后，在接收端也有一個變換器再對這個信號進行反變換，即又把它變回數(shù)字信號，這樣的一個變換過程叫解調(diào)。這個變換器又叫解調(diào)器。 調(diào)制解調(diào)

5、器 調(diào)制器和解調(diào)器合在一起形成我們通常所說的調(diào)制解調(diào)器（Modem）。 調(diào)制解調(diào)器就是使用一條標準話路（3.1kHz的標準話路帶寬）提供全雙工的數(shù)字信道。,調(diào)制解調(diào)器最基本的調(diào)制方法有以下幾種 （1）調(diào)幅（AM） 即載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。 （2）調(diào)頻（FM） 即載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。 （3）調(diào)相（PM） 即載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。,3）模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸,用數(shù)字信道傳輸模擬數(shù)據(jù)時，需要對模擬數(shù)據(jù)進行脈沖編碼調(diào)制（PCM（pulse code modulation） ）。 PCM是將模擬電話信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，所以首先要對電話信號進行取樣,每秒鐘采樣8000

6、次。 下一步是進行編碼。在我國使用的PCM體制中，電話信號是采用8bit編碼，也就是說，將取樣后的模擬電話信號量化為256個不同等級中的一個。,抽樣定理全過程圖解,PCM數(shù)字通信過程,發(fā)送端的模/數(shù)變換 1抽樣 2量化 3編碼 信道及再生中繼 1.信道傳輸?shù)拇a型 2.再生中繼的作用 3.再生中繼工作過程 接收端的數(shù)字/模變換 1.再生、解碼 2.低通濾波（平滑）,發(fā)送端的模/數(shù)轉(zhuǎn)換均勻量化,設輸入信號的最小值和最大值分別是a和b,量化電平數(shù)為M. 量化間隔v=(b-a)/M 量化器輸出mq=qi ，當mi-1m=mi mi第i個量化區(qū)間的終點，可表示為 mi=a+i v qi第i個量化區(qū)間的量

7、化電平，可表示為 qi =（ mi-1+mi ）/2,設模擬信號的最大值小于4V，以Ts的速率進行抽樣，且抽樣值按16個量化電平進行均勻量化，其量化間隔為0.5V.,-1,-2,-3,-4,均勻量化,均勻量化信號量噪比,Nq量化噪聲功率 mq=qi第i個量化區(qū)間的量化電平 m實際的抽樣值 M量化電平數(shù) mi第i個量化區(qū)間的終點 f(x)概率函數(shù),.,平均信號功率S0,信號量噪比S0/Nq,非均勻量化,均勻量化特點：大信號時信噪比大，小信號時信噪比小。 非均勻量化特點：信號幅度小時，量化間隔小，其量化誤差也?。恍盘柗却髸r，量化間隔大，其量化誤差也大。 實現(xiàn)非均勻量化的方法之一是采用壓縮擴張技術(shù)

8、。 目前我國使用的是A律13折線,非均勻量化實現(xiàn)方法：將抽樣值通過壓縮在進行均勻量化 壓縮：用一個非線性變換電路將輸入變量x變換成另一變量y，即 y=f(x) 接收端采用一個傳輸特性為x=f (y)的擴張器來恢復x。,-1,A律壓縮特性,x歸一化壓縮器輸入電壓 y歸一化壓縮器輸出電壓 y均勻量化,x非均勻量化,A律13折線,發(fā)送端的模/數(shù)轉(zhuǎn)換編碼,把抽樣并量化的量化值變換成一組二進制碼組。 續(xù)前例（均勻量化）：模擬信號抽樣值為2.1時，量化電平為2.25，量化區(qū)間為12，編碼為1100,信道及再生中繼,1.信道傳輸?shù)拇a型 PCM編碼后輸出的是單極性不歸零碼(NRZ碼)，需要轉(zhuǎn)換成雙極性歸零碼(

9、RZ碼) 2.再生中繼的作用 修整，再生出與原發(fā)送信號相同的波形 3.再生中繼工作過程 從收碼中提取定時時鐘信號，并按波形規(guī)定的時刻進行判決，從而再生出前站的波形，繼續(xù)向下一站傳送,接收端的數(shù)/模轉(zhuǎn)換,1.再生、解碼 先整形再生，在把RZ碼反變換NRZ碼 把PCM信號還原為PAM信號 2.低通濾波（平滑） 解碼后的PAM信號送入低通濾波器，輸出PAM信號的包絡線，這包絡線與原始的模擬信號極其相似。 PAM脈沖振幅調(diào)制,4）數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸,對于數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸來說，最普遍而且最容易的辦法是用兩個不同的電壓電平來表示兩個二進制數(shù)字。,不歸零制NRZ信號的最大問題：難以確定一位的結(jié)

10、束和另一位的開始，并且當出現(xiàn)一長串連續(xù)的1或連續(xù)的0時，在接收端無法從收到的比特流中提取位同步信號。 解決辦法：曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼,曼徹斯特編碼優(yōu)點：可以保證在每一個碼元的正中間出現(xiàn)一次電平的轉(zhuǎn)換，即這個位中間跳變提供了時鐘定時，這對接收端提取同步信號是非常有利的。 曼徹斯特編碼缺點：所占的頻帶寬度比原始的基帶信號增加了一倍。 差分曼徹斯特編碼需要較復雜的技術(shù)，但可以獲得較好的抗干擾性能。,糾錯碼是指在發(fā)送每一組信息時發(fā)送足夠的附加位，接收端通過這些附加位在接收譯碼器的控制下不僅可以發(fā)現(xiàn)錯誤，而且還能自動地糾正錯誤。 優(yōu)點：不需反饋信道就可以實現(xiàn)一個對多個用戶的通信 缺點：譯碼器設

11、備比較復雜， 降低傳輸?shù)男省?1）糾錯碼,6.數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯,2.1數(shù)據(jù)通信中的基本概念與技術(shù)指標,2.1.1 數(shù)據(jù)通信涉及的基本知識 1.信息和編碼 2.二進制編碼標準 3.數(shù)據(jù)和信號 4.信道 5.模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸形式 6.數(shù)據(jù)傳輸中的檢錯與糾錯,2）檢錯碼,檢錯碼是指在發(fā)送每一組信息時發(fā)送一些附加位 不能糾正錯誤而是通過反饋讓發(fā)送端重新發(fā)送該信息。 最簡單的檢錯碼為奇偶校驗。 在偶校驗時，在每一個字符上增加一個附加位，使該字符中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。 在奇校驗時，在每一個字符上增加一個附加位，使該字符中“1”的個數(shù)為奇數(shù)。,循環(huán)冗余校驗碼：是基于將位串看成是系數(shù)為0或1的

12、多項式，一個k位幀看成是從xk-1到x0的k次多項式的系數(shù)序列，這個多項式的階數(shù)為k-1。 例，110001表示成多項式是x5+x4+x0。 多項式的運算法則是模2運算，按照它的運算法則，加法不進位，減法不借位。加法和減法兩者都與異或運算相同。 約定多項式： 如果采用多項式編碼的方法，發(fā)送方和接收方必須事先商定一個生成多項式G（x），生成多項式的最高位和最低位必須是1。要計算m位的幀M（x）的校驗和，生成多項式必須比該校驗和的多項式短。,循環(huán)冗余校驗（CRC）碼,基本思想：將校驗和加在幀的末尾，使這個帶校驗和的幀的多項式能被G（x）除盡。當接收方收到帶有校驗和的幀時，用G(x)去除它，如果有余數(shù)，則傳輸出錯。,計算校驗和的算法如下： 設生成多項式G(x)為n階，在幀的末尾附加n個零，使幀為m +n 位，則相應的多項式是2n M(x)。 按模2除法用對應于G(x)的位串去除對應于2n M(x)的位串。 按