数字通信基础.ppt

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1、2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN通信技术基础通信技术基础陈红2014年03月2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN二、数字通信基础返回1、数字通信技术2、通信系统的性能指标2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN本节内容与要求返回通信技术基础通信技术基础主要介绍数据通信的概念、调制解主要介绍数据通信的概念、调制解调技术、传输编码、传输方式、差错控制、调技术、传输编码、传输方式、差错控制、传输控制传输控制协议协议、多路复用、数

2、据交换、多路复用、数据交换、虚电路概念虚电路概念等。等。要求要求本节内容是计算机网络通信的基础，能够理本节内容是计算机网络通信的基础，能够理解网络通讯的基本原理。解网络通讯的基本原理。2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN1 1、数字通信技术、数字通信技术数字通信数字通信在在数字信道数字信道上实现上实现模拟信息或数字信息模拟信息或数字信息的传输的传输模拟通信模拟通信在模拟信道上实现在模拟信道上实现模拟信息或数字信息模拟信息或数字信息的传输的传输返回数字通信系统数字通信系统信源编码调制器信道解调器信道解码噪声源信源收信者信道编码信源解码差错

3、控制2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN数字通信的优点数字通信的优点返回n抗噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强n可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量n便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理n易于加密、保密性强易于加密、保密性强n可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、数据、影像，通用、灵活计算机通信计算机通信仅在仅在不得已不得已的情况下，才会采用模拟通信，的情况下，才会采用模拟通信，如通过如通过电话线拨号上网电话线拨号上网。2014-03Mechanical&Electrical Engineerin

4、g H.CHEN（1）信源编码）信源编码信源编码信源编码将信息或信号接一定的规则进行数字化将信息或信号接一定的规则进行数字化的过程。的过程。l对于本身对于本身具有离散的特点的信息具有离散的特点的信息，如，如文字、符号文字、符号等等可以用一组一定长度的二进制代码来表示，称其为可以用一组一定长度的二进制代码来表示，称其为信信息码息码。l对于对于连续信号连续信号如如话音、图像话音、图像等，其数字编码与解码等，其数字编码与解码过程，实际上就是模数转换（过程，实际上就是模数转换（A/DA/D）和数模转换）和数模转换（D/AD/A）返回2014-03Mechanical&Electrical Engine

5、ering H.CHEN(a)ASCII码码文字、符号数字化文字、符号数字化A1000001Q1010001g1100111w1110111“0100010B1000010R1010010h1101000 x1111000#0100011C1000011S1010011i1101001y1111001$0100100D1000100T1010100j1101010z1111010%0100101E1000101U1010101k110101100110000&0100110F1000110V1010110l1101100101100010100111G1000111W1010111m11011

6、0120110010(0101000H1001000X1011000n110111030110011)0101001I1001001Y1011001o110111140110100*0101010J1001010Z1011010p111000050110101+0101011K1001011a1100001q111000160110110,0101100L1001100b1100010r111001070110111.0101101M1001101c1100011s111001180111000-0101110N1001110d1100100t111010090111001/0101111O1

7、001111e1100101u1110101sp0100000P1010000f1100110v1110110!0100001返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN(b)PCM话音信号数字化话音信号数字化 语音信号语音信号语音信号语音信号011 100 011 011 001 100011 100 011 011 001 100 PCM PCM 输出输出输出输出3 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100 PCM PCM 脉冲脉冲脉冲脉冲 （有量化误差）（有量化误差）（有

8、量化误差）（有量化误差）3.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.2 PAMPAM脉冲脉冲脉冲脉冲返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN模拟话音模拟话音模拟话音模拟话音f4kHzf4kHzf4kHzf4kHz采样时钟采样时钟采样时钟采样时钟PCM PCM 信号信号信号信号采样电路采样电路量化和编码量化和编码 数字化数字化数字化数字化声音声音声音声音f fs s=8kHz=8kHzu话音信道带宽话音信道带宽4kHz (28kHz (2倍话音最大频率倍话音最大频率)（此时（此时采样周期采样周期T T=1/f=1

9、/8000=125x10=1/f=1/8000=125x10-6-6s s=125us=125us）u量化级数：量化级数：256256级级 (每个抽样值用每个抽样值用8 8位二进制码表示位二进制码表示)u数据率：（数据率：（8x108x103 3次次/s/s）*8bit=64x108bit=64x103 3bit/sbit/s每路每路PCMPCM信号的速率信号的速率 =64kbit/s=64kbit/sPCM信号速率信号速率64kbit/s返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*采样定理采样定理语音信号要在语音信号要在数字线路数字线路

10、上传输，必须将语音信号转换成上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：数字信号。这需要经过三个步骤：u采样：按一定间隔对语音信号进行采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样u量化：对每个样本舍入到量化级别上量化：对每个样本舍入到量化级别上u编码：对每个舍入后的样本进行编码编码：对每个舍入后的样本进行编码 编码后的信号称为编码后的信号称为PCMPCM信号信号(脉冲编码调制脉冲编码调制,Pulse Coded,Pulse Coded Modulation)Modulation)如果模拟如果模拟信号的最高频率为信号的最高频率为f f，若以，若以2f2f的采样频率的采样频率对对其采样，则

11、采样得到的离散信号序列就能完整地恢复其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。出原始信号。返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHENE1-帧格式（帧格式（PCM信号的传输）信号的传输）0121631时间片时间片时间片时间片125 125 m m m ms=32 s=32 时隙时隙时隙时隙=2.048 =2.048 MbpsMbps帧同步帧同步信令信令30 路话音数据路话音数据(PCM数据数据)+2 路控制路控制用户话路用户话路用户话路用户话路E1E1线路也可以用于计算机通信线路也可以用于计算机通信n每每125125usus

12、为一个时间片，每时间片分为为一个时间片，每时间片分为3232个通道个通道。（此时（此时采样周期采样周期T T=1/f=1/8000=125x10-6s=1/f=1/8000=125x10-6s=125us=125us）n通道通道0 0用于同步，通道用于同步，通道1616用于信令，其他用于信令，其他3030个通道用于传输个通道用于传输3030个个PCMPCM话音数据。话音数据。nE1E1速率速率=(32(32x8bit)/125us=x8bit)/125us=2.048 Mb/s2.048 Mb/s返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN

13、复用后的数据流复用后的数据流时隙号时隙号1231D3D2D1时间片时间片12时间片时间片2D1时隙时隙D2A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用器复用器同步时分复用同步时分复用-TDM原理原理把时间分割成小的把时间分割成小的时间片（帧）时间片（帧），每个时间片分为，每个时间片分为若干个若干个时隙时隙，每路数据每路数据占用占用一个时隙一个时隙进行传输。进行传输。由于每路数据总是使用每个时间片的固定由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙时隙，所以这种时，所以这种时分复用也称为分复用也称为同步时分复用（同步时分复用（同步时分复用（同步时分复用（SynchronousSynchrono

14、usTDM)TDM)TDM)TDM)返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHENPCMPCM信号的信号的帧帧传输传输帧帧(Frame)Frame)数据链路中的传输单位，包含数据和控制信数据链路中的传输单位，包含数据和控制信息的数据块。息的数据块。返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*PCM信号传输信号传输E1/T1制式制式nT1-T1-标准标准(北美、日本北美、日本)2424时隙的帧结构时隙的帧结构nE1-E1-标准标准(欧洲、中国、南美欧洲、中国、南美)30303232时隙的帧

15、结构时隙的帧结构nE1(E1(一次群一次群)标准标准n对对E1E1进一步复用，还可构成进一步复用，还可构成E2E2、E3E3、E4E4和和E5E5。nE5E5可承载可承载76807680个话路，数据率约为个话路，数据率约为565565Mbit/sMbit/s返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*E1/T1制式主要技术参数制式主要技术参数G.711G.711建议建议对对PCMPCM基群规定的主要技术参数如下表基群规定的主要技术参数如下表 参数参数30/3230/32路制式路制式-E1E12424路制式路制式-T1T1话音频率（话音频率

16、（kHzkHz）3003003400340030030034003400抽样率（抽样率（kHzkHz）8 88 8编码位数编码位数8 88 8量化层次量化层次256256256256压缩律压缩律A A律（律（A=87.6A=87.6）律（律（=255=255）单路编码率（单路编码率（kbit/skbit/s）64646464帧长（帧长（ss）125125125125时隙（帧）时隙（帧）32322424话路（帧）话路（帧）30302424复用码流速（复用码流速（kbit/skbit/s）2048204815441544返回2014-03Mechanical&Electrical Engineer

17、ing H.CHENABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2时间片时间片1时间片时间片2同步同步TDM带宽浪费A1B1B2时间片时间片1时间片时间片2统计统计TDM可用带宽C2*异步异步(Asynchronous)(Asynchronous)TDMTDM返回nTDMTDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。该时隙，将会造成带宽浪费。n改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。放入。2014-03Mechanical&Electri

18、cal Engineering H.CHEN*异步传输模式异步传输模式ATM简介简介信元头部信元头部 有效载荷有效载荷5Byte 48Byte信元信元返回nATMATM是一种高速是一种高速分组交换技术分组交换技术，采用了以，采用了以信元信元(Cell)(Cell)为为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。信元由单位的存储转发方式，故又称为信元交换。信元由5 5字节字节的的信元头部信元头部和和4848字节的字节的有效载荷有效载荷构成构成nATMATM将将话音、数据和图像话音、数据和图像话音、数据和图像话音、数据和图像等数据分解成等数据分解成长度固定的数据长度固定的数据块块，并在各数据块前加上地址

19、、优先级等控制信息构成，并在各数据块前加上地址、优先级等控制信息构成信元。信元。2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN信元流信元流123456数据块数据块在在ATMATM网络中，空信元以网络中，空信元以一定的速率一定的速率出现，发送站只要获得出现，发送站只要获得空信元空信元即可把信息插入到信元中发送。因信息插入位置无周即可把信息插入到信元中发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为期性，故称这种传送方式为异步传输模式异步传输模式。实际上就是统计。实际上就是统计时分复用。时分复用。ATMATM特点特点：面向连接：面向连接 (虚连接虚连

20、接)，按序递交；固定大小的信元，按序递交；固定大小的信元，便于高速处理便于高速处理 (可用硬件实现可用硬件实现)，传输速率，传输速率155-622Mbps155-622Mbps155-622Mbps155-622Mbps；可以；可以实时地传送实时地传送语音和活动图像语音和活动图像语音和活动图像语音和活动图像。*ATM特点返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*SONET同步光网络和同步光网络和SDH同步数字同步数字系列系列nSONETSONET同步光网络和同步光网络和SDHSDH同步数字系列同步数字系列(ITU-TITU-T标准标准)

21、。常用。常用的线路速率近似为的线路速率近似为155155Mbit/sMbit/s，622Mbit/s622Mbit/s，2.5Gbit/s2.5Gbit/s和和1010Gbit/sGbit/s。返回SONETSDH制式（电）制式（电）制式（光）制式（光）速率（速率（Mbit/sMbit/s）制式制式速率（速率（Mbit/sMbit/s）STS-1OC-151.8451.84STM-1155.52155.52STS-3OC-3155.52155.52STS-9OC-9466.56466.56STM-4622.08622.08STS-12OC-12622.08622.08STS-18OC-1893

22、3.12933.12STS-24OC-241244.161244.16STS-36OC-361866.241866.24STM-162488.322488.32STS-48OC-482488.322488.32STS-96OC-964976.644976.64STM-649953.289953.28STS-192OC-1929953.289953.282014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHENF2F1F3光谱光谱F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅波分复用波分复用原

23、理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个号占用一个波长波长范围来进行传输。范围来进行传输。返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN（c c）图像与视频信号数字化）图像与视频信号数字化 图像或视频信号的频带较宽、数据量较大图像或视频信号的频带较宽、数据量较大（如一幅分辨率为（如一幅分辨率为10241024 10241024的真彩色图像，其数据量约为的真彩色图像，其数据量约为2525MbitMbit），经数字化后），经数字化后的速率很高，通常超过的速率很高，通常超过100100

24、Mbit/sMbit/s，其中，其中HDTVHDTV高达高达 746 746MbitMbits s，不压缩传送占用的信道容量相当大，必须采用高效的压缩编，不压缩传送占用的信道容量相当大，必须采用高效的压缩编码技术才能解决数字图像和视频信号的有效传输问题码技术才能解决数字图像和视频信号的有效传输问题 。目前用于图像压缩的方法主要有：目前用于图像压缩的方法主要有：无损编码和有损编码无损编码和有损编码。无损编码无损编码利用信号的利用信号的统计特性进行数据压缩统计特性进行数据压缩，所以又称为熵编码。，所以又称为熵编码。有损编码有损编码利用人的利用人的视觉特性进行数据压缩视觉特性进行数据压缩，可使得解压

25、缩后的图，可使得解压缩后的图像看起来逼近于原图像信号，但无法完全无失真地恢复它。像看起来逼近于原图像信号，但无法完全无失真地恢复它。常用国际标准：常用国际标准：JBIGJBIG标准标准 、JPEGJPEG标准标准 、H.261H.261建议建议 、MPEGMPEG标准标准 返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN图像压缩图像压缩 JBIG-JPEGn JBIG JBIG（Joint Bi Level Image GroupJoint Bi Level Image Group）联合）联合二值图像二值图像专家组专家组拟定拟定，无损压缩无损压

26、缩标准（标准（适用于黑白图像适用于黑白图像）。n JPEG JPEG（Joint Photographic Experts GroupJoint Photographic Experts Group）联合图联合图像专家小组像专家小组拟定拟定，针对相片图像针对相片图像而广泛使用的一种而广泛使用的一种有损压有损压缩缩标准方法。静止图像压缩标准（标准方法。静止图像压缩标准（JPEG/JPEG 2000)JPEG/JPEG 2000)适用适用于于黑白及彩色照片、传真和印刷图片黑白及彩色照片、传真和印刷图片。JPEGJPEG本身只有描述如何将一个本身只有描述如何将一个图像转换为字节图像转换为字节的数据流

27、的数据流（streamingstreaming），但并没有说明这些字节如何在任何特定），但并没有说明这些字节如何在任何特定的存储媒体上被封存起来。的存储媒体上被封存起来。2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN视频压缩视频压缩 H.261 H.261 H.261又称为又称为P*64P*64，n其中其中P P为为64kb/s64kb/s的取值范围，是的取值范围，是1 1到到3030的的可变参数可变参数，n它最初是针对在它最初是针对在ISDNISDN上实现电信会议应用，特别是上实现电信会议应用，特别是面对面面对面的的可视电话可视电话和和视频会议

28、视频会议而设计的而设计的 2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN视频压缩视频压缩MPEG-1/2MPEGMPEG（Moving Picture Experts GroupMoving Picture Experts Group）运动图像专家组。）运动图像专家组。MPEG-1MPEG-1用于传输用于传输1.5Mbps1.5Mbps数据传输率的数据传输率的数字存储媒体运动图像数字存储媒体运动图像及其伴音的编码及其伴音的编码，经过，经过MPEG-1MPEG-1标准压缩后：标准压缩后：视频数据压缩率为视频数据压缩率为1/100-11/100-12

29、00200，音频压缩率为音频压缩率为1 16.5,6.5,提供提供每秒每秒3030帧帧352*240352*240分辨率的图像分辨率的图像。MPEG-2MPEG-2主要针对主要针对高清晰度电视高清晰度电视（HDTVHDTV）的需要，传输速率为）的需要，传输速率为10Mbps10Mbps，与与MPEG-1MPEG-1兼容兼容，适用于，适用于1.5-60Mbps1.5-60Mbps甚至更高的编码甚至更高的编码范围。范围。MPEG-2MPEG-2有有每秒每秒3030帧帧704*480704*480的分辨率的分辨率。2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.

30、CHEN(2)(2)信道编码信道编码 信道编码信道编码为了让数字基带信号能够适应传输信道的特性为了让数字基带信号能够适应传输信道的特性所进行的所进行的码型转换码型转换(电量规定）电量规定）。适合信道传输特性。适合信道传输特性的码型种类很多，常用的码型除二电平归零（的码型种类很多，常用的码型除二电平归零（RZRZ）码、）码、非归零（非归零（NRZNRZ）码）码外，还有：外，还有：差分码（相对码）、差分码（相对码）、ManchesterManchester码码（双相码）、（双相码）、差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码、传号交替反转（传号交替反转（AMIAMI）码、）码、传号反转（传号反转（CMICMI）

31、码、）码、三阶高密度双极性（三阶高密度双极性（HDB3HDB3）码、）码、4 4B5BB5B码、码、5 5B6BB6B码、码、2 2B1QB1Q码、码、N N连零取代双极性（连零取代双极性（BNZSBNZS）码）码及及4 4B3TB3T码、码、MMS43MMS43码、码、3 3B2TB2T（SU32SU32）码等。）码等。返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*常用数字信号传输速率与码型常用数字信号传输速率与码型应用系统应用系统典型速率典型速率采用码型采用码型PCM基群基群T11.544Mbit/sAMIE12.048Mbit/sHD

32、B3PCM二次基群二次基群T26.312Mbit/sB6ZS/AMIE28.448Mbit/sHDB3PCM三次基群三次基群T3(日日)32.064Mbit/sAMIT3(美美)44.736Mbit/sB3ZSE334.368Mbit/sHDB3PCM四次群四次群E4139.264Mbit/sCMI同步数字系列（同步数字系列（SDH）STM-1155.520Mbit/sCMI局域网（局域网（LAN）以太网以太网10Mbit/sManchester令牌环网令牌环网4.16Mbit/s差分差分Manchester光纤分布式数据接口光纤分布式数据接口FDDI100Mbit/s4B5BISDN基本速率

33、接口基本速率接口（BRI）S接口接口192Mbit/sAMIU接口接口160Mbit/s2B1Q数字数据网数字数据网G.7032.048Mbit/sHDB3V.3564kbit/s N(2B1Q)返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN非归零码非归零码(NRZ)不归零码不归零码(NRZNRZ，Non-Return to Zero)Non-Return to Zero)n二进制数字二进制数字0 0、1 1分别用两种电平来表示。分别用两种电平来表示。n常常用常常用5V5V表示表示1 1，5V5V表示表示0 0（与常识高电平（与常识高电平1

34、1，低，低0 0相反）相反）。n缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；n不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。时钟时钟时钟时钟0 01 10 00 01 11 10 00 00 01 11 1NRZNRZ返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN0 01 10 00 01 11 10 00 00 01 11 1 时钟时钟时钟时钟差分码差分码差分码差分码差分码差分码返回差分码中利用电平跳变或不跳变来分别表示数字差分码中利用电平跳变或不跳变来分别表示数字1

35、 1或或0 0：n编码波形相对于前一码电平产生跳变，表示编码波形相对于前一码电平产生跳变，表示1 1；n波形不产生跳变与前一码相同，表示波形不产生跳变与前一码相同，表示0 0。2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN用电压的变化表示用电压的变化表示0 0和和1,1,规定在规定在每个码元的中间每个码元的中间发生发生跳变：跳变：高高低低(10)(10)的跳变代表的跳变代表0 0，低低高高(01)(01)的跳变代表的跳变代表1 1曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchester Code)返回0 01 10 00 01 11 10 00 00 01

36、 11 1 时钟时钟时钟时钟ManchesterManchester差分差分差分差分ManchesterManchester2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(Differential)返回差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 (Differential(Differential ManchesterManchesterManchesterManchester)n每个每个曼彻斯特编码曼彻斯特编码元的中间元的中间仍要发生跳变仍要发生跳变n用用码元开始处码元开始处有跳变代表有跳变代表1 1，无跳变代表，无跳变代

37、表0 0曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchester Code)Manchester Code)n缺点：需要缺点：需要双倍的传输带宽双倍的传输带宽（即（即信号速率信号速率是是数据数据速率速率的的2 2倍）。倍）。n每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种提取出来作为同步信号。这种编码也称为自同步码编码也称为自同步码(Self-Synchronizing Code)(Self-Synchronizing Code)。2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN(3)(3)差错

38、控制差错控制差错产生的原因差错产生的原因噪声。噪声。u线路本身的电气特性产生的信号幅度、频率、相线路本身的电气特性产生的信号幅度、频率、相位的变化和衰减位的变化和衰减u信号在线路上反射产生的干扰信号在线路上反射产生的干扰u相邻线路间的干扰相邻线路间的干扰u电磁干扰等外界因素电磁干扰等外界因素 数字编码有三种类型：数字编码有三种类型：信源编码、信道编码和差错控制编码信源编码、信道编码和差错控制编码 差错控制编码差错控制编码是为了让误码所产生的影响降至最低所是为了让误码所产生的影响降至最低所进行的码型变换。对数字信号的加密与解密，技术上与差进行的码型变换。对数字信号的加密与解密，技术上与差错控制编

39、码有很大的相似之处错控制编码有很大的相似之处。返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN奇偶校验奇偶校验垂直奇偶校验垂直奇偶校验以以字符字符为单位附加为单位附加校验位校验位的检验方法的检验方法水平奇偶校验水平奇偶校验以以字符块字符块为单位附加为单位附加校验字校验字符的检验方法符的检验方法垂直水平奇偶校验垂直水平奇偶校验例：例：H0 1 0 0 1 0 0 0（ASCII码）码）A0 1 0 0 0 0 0 1 P0 1 0 1 0 0 0 0 P0 1 0 1 0 0 0 0 I1 1 0 0 1 0 0 1 E1 1 0 0 0 1 0

40、 1 S0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 水平（偶）校验水平（偶）校验返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN循环冗余校验（循环冗余校验（CRC）CRCCRC（cyclic redundancy code)cyclic redundancy code)原理：原理：例：例：110011 110011 可用可用p(xp(x)=x)=x5 5+x+x4 4+x+x1 1+1+1表示表示 差错控制差错控制在数据码上加冗余码在数据码上加冗余码。分纠错码和。分纠错码和检验码检验码收发双方约定一个收发双方约定一个生成多项

41、式生成多项式G(xG(x)将要发送的二进制数当作多项式将要发送的二进制数当作多项式p(xp(x)=)=a an nx xn n+a+an-1n-1x xn-n-1 1+a a2 2x x2 2+a+a1 1x x1 1+a+a0 0的系数的系数。发送方在帧的末尾加上发送方在帧的末尾加上校验和校验和，使带校验和的帧的多项式，使带校验和的帧的多项式能被能被G(xG(x)整除。整除。校验和校验和是是1616位或位或3232位的位串。位的位串。接收方收到后，用接收方收到后，用G(xG(x)除多项式，若有余数，则传输有错。除多项式，若有余数，则传输有错。返回2014-03Mechanical&Elect

42、rical Engineering H.CHEN(4)数字信号的载波调制编码数字信号的载波调制编码基本原理：基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波：载波：S(tS(t)=)=A Acos(cos(t t+)S(tS(t)的参量包括：的参量包括：幅度幅度A A、频率频率 、初相位初相位 数字数据数字数据调制调制就是要使就是要使载波的载波的A A、或或 随数字基带信号随数字基带信号的变化而变化的变化而变化返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN0 0 0 01 1 1 10 0 1 10 00

43、00 01 10 0ASKASKFSKFSKPSKPSK数字信号载波调制数字信号载波调制u幅移键控幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)ASK(Amplitude Shift Keying)：用载波的两：用载波的两个不同振幅表示个不同振幅表示0 0和和1 1u频移键控频移键控FSK(Frequency Shift Keying)FSK(Frequency Shift Keying)：用载波的两：用载波的两个不同频率表示个不同频率表示0 0和和1 1u相移键控相移键控PSK(Phase Shift Keying)PSK(Phase Shift Keying)：用载波的起始

44、相：用载波的起始相位的变化表示位的变化表示0 0 和和1 1返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*数字信号载波调制数字信号载波调制频率键控（频率键控（FSK)FSK)FSKFSK方式方式主要用于低速（1200 bit/s）Modem 数字信号载波调制方式很多，常用的有三类：频率键控（FSK)、差分相位键控（DPSK）和幅度相位联合键控（APSK）。返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*频率调制频率调制差分相位键控（差分相位键控（DPSKDPSK）多用4相和8相DPSK（记

45、作4DPSK，8DPSK），其相对相位变化规则分别如图2-34a和图2-34b所示。主要应用于中速（12004800 bit/s）的 Modem。（a）4DPSK（b）8DPSK图2-344DPSK与8DPSK载波相移矢量图调制波形表示式为调制波形表示式为 ：f fi i(t(t)=A)=Acoscos(0 0t+t+i i)i=1i=1，2 2，N N 返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*频率调制频率调制幅度相位联合键控（幅度相位联合键控（APSKAPSK）主要包括正交调幅（主要包括正交调幅（QAMQAM）和网格编码调制（）和网

46、格编码调制（TCMTCM，trellis coding modulationtrellis coding modulation），其信号空间矢量），其信号空间矢量如图如图2-352-35和和图图2-362-36所示。所示。图2-3516QAM的信号空间图调制波形表示式为：f fi i(t(t)=A)=Ai icoscos(0 0t+t+i i)=ai cos0t+bisin0t，I=1，2，N 返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN*频率调制频率调制网格编码调制（网格编码调制（TCM TCM）图图2-36 V.32 TCM 的信号空间

47、图的信号空间图调制波形表示式为调制波形表示式为 ：f fi i(t(t)=A)=Ai icoscos(0 0t+t+i i)=a ai i cos cos0 0t+bt+bi isinsin0 0t t，I=1I=1，2 2，N N返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN（5 5）数字信号传输方式）数字信号传输方式数字基带信号数字基带信号对原始信号只进行码型变换只进行码型变换，而未经调制的数字信号。因此占据的频带大致与原数字脉冲的相同，一般从直流或低频开始到能量集中的一段频率范围。返回n宽带传输宽带传输数字信号需调制成频带模拟信号后再传

48、送数字信号需调制成频带模拟信号后再传送（进行频谱搬移进行频谱搬移，使所占，使所占频率范围频率范围与电话信道的频带相匹配与电话信道的频带相匹配），接收方），接收方需要解调需要解调例如：通过电话模拟信道传输例如：通过电话模拟信道传输 通过通过闭路电视的信号传输闭路电视的信号传输n基带传输基带传输在线路上直接传输数字基带信号。例如：以太网例如：以太网局域网局域网 2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN数字数字通信系统通信系统信源编码调制器信道解调器信道解码噪声源信源收信者信道编码信源解码数字数字通信系统模型通信系统模型返回差错控制2014-03

49、Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN2 2、通信系统的性能指标、通信系统的性能指标 衡量通信系统性能优劣的基本指标有两个：衡量通信系统性能优劣的基本指标有两个：系统的系统的有效性和可靠性有效性和可靠性。有效性有效性传输一定的信息量所传输一定的信息量所消耗的信道资源数消耗的信道资源数（带宽或时间）；（带宽或时间）；可靠性可靠性接收接收信息的信息的准确程度准确程度。有效性和可靠性这有效性和可靠性这两个指标通常是矛盾的。两个指标通常是矛盾的。返回2014-03Mechanical&Electrical Engineering H.CHEN数字通信系统的有效

50、性数字通信系统的有效性数字通信系统数字通信系统的的有效性有效性用速率来衡量，用速率来衡量，速率越高速率越高，有效性，有效性越好。越好。数据传输速率数据传输速率简称数据率，指单位时间内传送二进制数简称数据率，指单位时间内传送二进制数据位数据位数R Rb b，单位，单位bps(bps(位位/秒秒)，称，称比特率（比特率（Bit RateBit Rate）。码元速率码元速率(信息速率）信息速率）R Rs s-单位时间传输的码元数为码元单位时间传输的码元数为码元速率速率R Rs s，又称波特率（，又称波特率（Baud Rate-Baud Rate-简记简记BdBd)。返回2014-03Mechanic