第四讲数据通信基础.ppt

第三讲数据通信的基础知识 5 基带传输和宽带传输多路复用技术基本概念 数字信号的傅立叶分析数据通信概念信道和信道基本参数数据传输 1 数字信号的Fourier分析 傅立叶级数 任何正常周期为T的函数g t 都可由 无限个 正弦和余弦函数合成 其中 f 1 T是基频 an和bn称为正弦和余弦函数的n次谐波的振幅 c是常数 任何信号的传输都可理解为以傅立叶级数的形式传递 如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减 则合成后 振幅有所衰减 基本形状不变对任何已知的g t 可求得 谐波数越高 传输质量越好 如传输ASCII字符b 即01100010 可求得 对指定的最高频率 传输带宽是有限的 波特率 信号变化次数 每秒采样的次数 比特率 数据传输速率bps 如果信号分为2级 01 则波特率 比特率如果信号分为8级 01234567 则波特率 3比特率即一次信号变化 一次采样 可表示3bit如信号分为V级 则比特率 log2V波特率设波特率 比特率 bbps则 发送8bit 1B 需要T 8 b秒 因而基频f 1 T b 8Hz如 截止频率为F则 最大的谐波次数n满足nf F 即 n F f 8F b 当截止频率为F为3000HZ时 波特率和比特率 2 数据通讯的基本概念2 1数据与信号 模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值 例如声音和视频 温度和压力等都是时间的连续函数数字数据是指产生的离散的值 信号有模拟信号和数字信号两种基本形式传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分 2 2数据传输 3信道参数和名称解释 Nyquist定理 Shannon定理 举例 噪声信道中的传输速率 在噪声信道 话音信道 中 当带宽为3500Hz 信噪比为30dB 较为典型的电话信道 则 最大数据传输速率 b s Hlog2 1 S N 3500log2 1 1000 35000 b s 最大数据传输速率为35kbps 这是在噪声信道中的传输速率极限 实际上是不可能达到的 信道工作方式 单工通信 单向传输 如广播 电视半双工 双方都可以发送或接收 但不能同时 即当一方发送时 另一方接收全双工 双方同时可以发送和接收信息 全双工则需要两条信道 4 数据传输 数字数据在模拟信道上传输数字数据在数字信道上传输模拟数据在数字信道上传输 数字数据在模拟信道上传输 将数字数据调制成模拟信号进行传输 通常有三种基本的调制方式 1 调幅ASK AmplitudeShiftKeying 2 调频FSK FrequencyShiftKeying 3 调相PSK PhaseShiftKeying 目前广泛应用的调制技术是正交调相 QPSK QuadraturePhaseShiftKeying 调幅ASK AmplitudeShiftKeying 用载波的两个不同的振幅来表示两个二进制值如用无信号表示0 有信号表示1 调频FSK FrequencyShiftKeying 用载波附近的两个不同的频率来表示两个二进制值如用信号频率为f表示0 信号频率为2f表示1 调相PSK PhaseShiftKeying 用载波的相位移动来表示两个二进制值如用信号相位角为0表示0相位角为 表示1 数字数据的调制举例 基带信号调幅调频调相 010011100 正交调相QPSK QuadraturePhaseShiftKeying 数字数据的数字信号传输 最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示两个二进制的数字数据值0和1常用的数字信号编码有 不归零编码曼切斯特编码差分曼切斯特编码 不归零编码NRZ nonreturn tozero 正电平表示1 零电平表示0 曼切斯特编码 Manchesterencoding 差分曼彻斯特编码 differentialManchesterencoding 编码举例 模拟数据在数字信道上传输 采样 量化和编码 话音信道 话音信道的数据传输速率 5 基带传输 宽带传输 6 多路复用 频分多路复用FDM 波分复用 光的频分复用 原理 整个波长频带被划分为若干个波长范围 每路信号占用一个波长范围来进行传输 时分多路复用TDM TDM图示 TDM的同步和异步 同步TDM图示 TDM的同步和异步 异步TDM图示 码分复用 CDMA 原理 每个信源均分配有一个惟一的码型序列 称为码片chip 信源要发送数据时 先将其转换 1 1 0 1 若数据为 1 就直接发送码片 若数据为 1 就发送该码片的反码 可以看出 这实际上就是为比特1 0 进行再编码 并使每个信源采用的编码方式各不相同 例如 若一信源分配的码片为11101000 则它发送数据0110时 实际发送的序列为00010111111010001110100000010111实际采用的码片长度为64位或128位 对码片序列的要求每个站分配的码片要惟一 两个不同站的码片必须正交 即一个站的码片向量S与其他站的码片向量T的内积必须为0 与其他站的码片反码的向量内积也必须为0 即 任一码片向量的规格化内积都是1 码片向量与自己反码的码片向量的规格化内积都是 1 即 CDMA的数据传输过程 当A B两个CDMA站通信时 接收方B首先获取发送方A的码片序列SA B连续计算收到的信号 含有其他站的信号 与SA的内积 由于