数字通信基本原理.pptx

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1、数据：信息的表示形式 信号：信息在媒体上的表示形式，它以电磁能量的方式在媒体上传输。1.数据和信号第1页/共63页数据文本：用一个字节或多个字节的二进制比特序列编码表示。例如可以用ASCII码（1个字节）编码表示字符和符号，汉字用两个字节编码表示；图像：由行列排列的像素点构成。每个像素点的值代表该像素点的亮度或颜色，全部像素点的集合就表示一副图像。一张400行600列的图像大小是400600=24万像素。如果是数字图像，若每个像素用8个比特表示，则该图像的大小事1.92Mb。音频：语音或音乐的表示形式。通过话筒以及相关电压放大电路把声波转换成电压的波形。通过“采样”和“量化”可以实现模拟量的数

2、字化。由于音频数据时连续变化的数据流，对传输的延迟很敏感。视频：影像信息的表示形式。电视信号由每秒25帧的图像序列组合而成。图像进而编码成数据。视频信号的特点是数据量大。视频数据也是一个连续的数据流，在传输中对传输的延迟变化要求很严格。1.数据和信号第2页/共63页信号模拟信号和数字信号光信号和电信号1.数据和信号第3页/共63页模拟数据模拟信号传输系统：无线电广播，传统的有线电视网、早期的固定电话和第一代移动电话均属于这一类型。模拟数据数字信号传输系统由于数字传输的优越性，要将模拟数据在数字信道上传输，必须要将模拟数据变为数字信号。通常采用PCM编码和调制（delta modulation）

3、，先把模拟数据变为数字数据，然后再把数字数据变为数字信号在信道上传输。现代的固定电话系统只在用户到端局的几公里的传输是模拟的，到了交换局以后已是数字传输，到了用户接收端又还原为模拟数据。因此，可以把固定电话系统看作模拟数据在数字信道的传输系统。数字数据模拟信号传输系统传统的有线电视网（CATV）是模拟传输系统，使用线缆调制解调器（Cable Modem）可以传送数字数据；数字数据数字信号传输系统例如：计算机网络基带传输：数字信号直接加到信道上，信号频谱未发生变化；频带/宽带传输：把数字信号调制到另一高频信号上，进行传输，在接收端，还要把数字信号解调出来，被传输的信号频谱发生了变化2.模拟传输系

4、统和数字传输系统第4页/共63页单工单方向通信，一端只能发送数据，另一端只能接收数据。无线广播，传统的有线电视半双工可以实现分时的双向通信，通信的两端设备既可以发送数据，也可以接收数据，但不能同时进行双向数据传输，在任意一个时刻，信道上只有一个方向流动的数据。步话机全双工双向通信。任意时刻，信道上可以有向两个方向传输的数据流。电话系统，计算机通信系统3.数据通信模式第5页/共63页并行通信传送效率高，一次传送多个比特数据，但要用多根数据线并行连接，用在要求高数据传输速率，且两个设备相距不远的场合。串行通信数据只在一根数据线上传输，节省传输线，传输效率低，用在远距离传输的场合。为了提高数据传输速

5、率，可选用高带宽的信道。根据同步方式分为：异步通信和同步通信4.数据传输方式第6页/共63页数据传输率比特率波特率无噪信道最大传输速率数据传输质量频带利用率差错率5.通信系统主要性能指标第7页/共63页6.比特率和波特率二电平信号四电平信号同样的波特率下，二电平信号和多电平信号的比特速率不同。第8页/共63页傅氏变换，傅氏级数7.频谱分析第9页/共63页8.脉冲信号波形及所包含的频率分量第10页/共63页9.单个矩形脉冲的频谱第11页/共63页10.周期型矩形脉冲的频谱第12页/共63页噪声加性噪声：外部叠加干扰信号乘性噪声：主要指不理想的信道特性11.噪声和信号第13页/共63页加性噪声对信

6、号的影响第14页/共63页12.信道特性第15页/共63页system无失真传输特性第16页/共63页数字数据编码信号的两电平表示第17页/共63页数字数据编码归零码和不归零码第18页/共63页数字数据编码曼彻斯特码和差分码第19页/共63页数字数据编码多电平信号编码8B6TMLT-3100Mb/s以太网的编码原则：1）如果下一比特是0，电位保持不变；2）如果下一比特是1并且当前电位非0，下一电平为0；3）如果下一比特是1并且当前电位是0，下一电位是最后一个非零电平的相反值。第20页/共63页数字数据编码块编码第21页/共63页模拟信号编码脉冲编码调制第22页/共63页采样频率 fS=1/tS

7、随时间连续变化的函数随时间连续变化的函数:V(t).模拟仅在离散的时刻有取值的离散仅在离散的时刻有取值的离散函数函数:Vk=V(tk).数字第23页/共63页 其中 ,fs:采样频率如果一个信号，所包含的最高频率为fMAX，当以 fS=2 fMAX 的频率对信号进行采样，则该信号完全可以通过采样点的数据表示。定理第24页/共63页采样值的频谱:对v(t)进行采样，得到Vk 的频谱为第25页/共63页(a)带宽有限信号包含的频率分量:-B,B(fMAX=B).(a)(b)以一定时间间隔采样 频谱上以一定频率间隔重复.fS 2 B 频谱无重叠.(b)(c)(c)fS 2 B 频谱重叠频谱重叠第26

8、页/共63页如果想将语音信号（4000Hz）数字化，则采样频率至少为8000Hz.如果想获得电压信号中的 13th 谐波,则所需的采样频率至少为 13*50*2=1300HzfS 300 HzF1=25 Hz,F2=150 Hz,F3=50 HzF1F2F3fMAXExample 第27页/共63页Delta编码将编码器产生的阶梯波与输入的模拟信号的差值进行编码，当输入的模拟信号大于阶梯波信号时，输出比特值1，当小于阶梯波信号时输出比特值0。第28页/共63页数字数据的调制ASK波形及频谱第29页/共63页2FSK信号波形及频谱第30页/共63页2PSK信号波形及DPSK信号波形第31页/共6

9、3页复用的概念第32页/共63页复用与分用第33页/共63页语音信号的复用第34页/共63页波分复用光纤的衰减特性第35页/共63页时分复用第36页/共63页同步码YC字1YC字2YC字3YX字1YX字2地址遥测1高8位 遥测1低8位 遥测2高8位 遥测2低8位监督码地址遥信18遥信916遥信1724遥信2532监督码数据采集及监视系统调度工作站帧：第37页/共63页第38页/共63页第39页/共63页 模拟信号 采样量化编码 二进制信号 通过PCM系统对一个模拟信号进行采集，量化，编码和传送，传送采用2进制信号，信道带宽为100kHz。假设量化采用32级量化电平。(a)理想情况下无噪声传输的

10、信道容量是多少？(b)该模拟信号所包含的最高频率分量是多少Hz？例题例题:200k bit/s100k Hz无噪声信道传输容量每个采样值量化成5个二进制码元采样频率40kHz-每秒获得并发送40k个采样值最高频率分量 20kHz.-信号带宽 为 20kHz 采样定理第40页/共63页电话系统的TDM第41页/共63页T线标准和E线标准第42页/共63页第43页/共63页PCM 30/32时分多路第44页/共63页同步TDM和统计TDM第45页/共63页BCC的计算（偶校验）BCC C B A 传送方向奇偶校验位A0100 0001B0100 0010C1100 0011BCC1100 0000

11、BCCCBA 1100 00001100 00111100 00101100 0001 传送方向差错控制技术第46页/共63页奇偶校验位A0100 0111B0100 0010C1100 0011BCC1100 00004.差错示例第47页/共63页将所有16比特数据段相加得到校验和；将所有进位重新添加到校验和中；对该校验和按位取反。校验和第48页/共63页名称多项式应用CRC-8ATMCRC-10ATM AALCRC-16HDLCCRC-32LAN4.常用CRC校验码的生成多项式第49页/共63页4.海明码的编码和译码第50页/共63页第51页/共63页设，表示两个站的码，表示每个码的第k个

12、分量，则码的正交性用数学表示为向量的内积为简化分析，设m为8，若有A、B、C、D4个站，它们的码片序列分别为A：0 0 0 1 1 0 1 1 B：0 0 1 0 1 1 1 0 C：0 1 0 1 1 1 0 0 D：0 1 0 0 0 0 1 0 可看出码片序列,CA,CB,CC和CD是正交的。4.码的正交性第52页/共63页每个站发送数据的编码规则是：发送数据比特值为1编码为l；发送数据比特值为0编码为-1；发送数据比特值为1编码为l不发送数据编码为0第53页/共63页每个站将它的比特数据乘以它的码片序列发送到信道；各个站的信号在空间线性叠加，形成复合信号；接收站将复合信号乘以某个站的码

13、片序列，就得到那个站发来的数据。4.CDMA的工作过程第54页/共63页【例】如果4个站发送的6比特数据和编码的数据分别为A：(，1，1，1，1)(0，0，1，1，1，1)B：(，1，0，0，1，1)(0，l，-1，-1，1，1)C：(1，l，1，1，0)(1，1，0，1，1，-1)D：(，1，1)(0，0，0，0，1，1)符号“”代表不发数据。4.例题第55页/共63页非屏蔽双绞线的类别信道双绞线第56页/共63页同轴电缆的类别有线电视网：从小区到用户住宅一段采用同轴电缆传输。以太网中，同轴电缆已被双绞线和光纤代替。同轴电缆第57页/共63页光纤第58页/共63页单模光纤多模光纤直径50-100微米,可传输几千米直径8-10微米，可传输几十千米光纤第59页/共63页第60页/共63页电磁波频谱的划分第61页/共63页频率在300GHz400THz的电磁波称为红外波，用于短距离通信，通信距离在几米以内。频率400900THz，可见光。蓝牙和802.11无线LAN用2.4GHz频段，802.11a无线LAN用5.7GHz频段。工业、科学和医学使用的频段电磁波频谱的划分第62页/共63页63感谢您的观看！第63页/共63页