计算机网络通信技术第12其它通信技术.ppt

1、第12章数据通信中的调制解调及编解码技术,第九章内容提要：,内容提要： 光纤介质及光纤通信、无线电传输信道； 电力线载波技术； DTMF编解码技术； 通信中的三态逻辑编解码技术； 无线电通信、红外遥控技术； 数据据通信中的差错控制技术等主要内容。,12.1 光纤通信技术,光纤（光导纤维）；传导光波的非常纤细而柔软的介质。 光纤：由石英玻璃拉成细丝，直径为2 Pm125Pm。 光缆：由纤芯、包层和外套三部分组成，如图9-1所示。 纤芯：光纤最中心的部分，它由一条或多条非常细的玻璃纤维形成；纤芯外面是包层；最外层是外护套。,12.1 光纤结构示意图,12.1 光纤具有以下主要优点,1. 传输频带宽

2、、容量大 光波频率：10141015间，在几十千米距离内数据率可达2 Gbits； 同轴电缆为几百 Mbits，双绞线为几Mbits。 一个话路：4 kHz频带；一个彩色电视节目：6MHz频带；一根光线上几十万路电话或几十路电视节目。,12.1 光纤具有以下主要优点：,2. 损耗低、中继距离长 光纤损耗低，长距离传输，可靠性高、成本低。 3. 抗电磁干扰能力强 不受输电线、电气化铁路馈电线、高压设备电器和雷电的影响。保密性极强。 4. 尺寸小、重量轻 一根 18芯的光缆横截面积为12mm2，1m长的光缆仅重 90g；同样同轴电缆横截面积为 65mm2，重达11 kg。,12.1 光纤有单模和多

3、模两种基本传输模式,12.1 多模方式,满足全反射角度的光线在光纤里传播。 有多条传播路径，每条路径不等，传过光纤的时间不同，易造成信号码元间的串扰。 防止信号码元串扰，应降低传输的数据率。 多模光纤传输带宽较窄。如图12-3（a）所示。 多模方式又分多模渐变和多模突变两种。,12.1 单模方式,光纤纤芯减小：减小入射角，光才能入射向前传播。 单模方式：纤芯半径小到波长数量级，可以在光纤里传播一个角度的光波，如图12-3（C）所示。 传输特性：有极宽的频带，适于长距离、大容量的基础干线光缆传输系统。,12.2 无线传输信道,频率（波长）相差较大的电波，具有不同的特性。 中长波：沿地面传播，绕射

4、能力较强； 短波：以电离层反射方式传播，传输距离很远； 微波：在大气对流层中直线传播，绕射能力很弱。 无线电波按其频率来划分频段，如表12-1所示。,12.2 无线电波的频段,12.2 地面微波中继信道,微波：沿直线传播的，视线传播，绕射能力很弱。 现象：传播过程中，遇到不同介质时，产生折射和反射 ； 碟形天线：它将聚焦电磁波，使接收天线对准发送方，形成视线传输。位于地面的高处，提高天线间的作用距离，越过中间障碍传输。,12.2 卫星中继工作过程,各种信号：电报、话音、数据或电视信号； 复合成基带信号：先调制到中频（70MHz）上； 变频器：使频率达到发射频率（6 GHz）； 放大器：信号有足

5、够的能量向卫星发射出去。,12.3 电力线载波技术,电力线载波：高压输电线路作为高频信号传输通道的一种通信方式，是电力系统特有的。 机械强度高：不需要线路的基建投资和维护费用，有一定的经济性和可靠性。 基本手段：电力线载波作为电力系统传输信息。,12.3.1 电力线载波通信原理,1发电机 2变压器 3断路器 4母线 5电力线,12.3.2 电力线载波通信现状分析,电力线载波有弱点：通道干扰大、信息量小，电力线对载波信号存在高衰减，高噪声，引起数据信号变形； 设备管理维护：造成的稳定性差、故障率高等不足，不适应现代电网对通信多方面、多功能的要求；通信设备性能先进，价格低廉 。,12.3.3 电力

6、线载波的实现,1. 电力线载波的可行性 电力线上是高电位，不能直接接触。 但是电力线导线粗，结构坚固，对高频信号提供了衰耗小，可靠性高的传输通路。 通信远动、自动装置的服务以及高频保护的收发信机都在电力线的两端，可靠的线路作为通道。,12.3 高压电力线载波的实现,高压电力线载波：可通过在高压传输线路的 开始点、结束点、连接点 使用电感形式的载频阻波滤波器 利用特定的信道来传输高频信号,12.3 中低压电力线载波的实现,低压配电网通过中、低压配电变压器受电，380/220 V的低压配电线路一般不超过250 m。 配电间到进户配电箱的典型网络拓扑为辐射状树型复合结构。,电容宽带耦合装置,电容耦合

7、：耦合电容器为主要元件的耦合方式，用高频电容连接高频载波信号的输入、输出端与电力线接入点电容性耦合装置属于一种直接耦合装置，将高频载波信号直接注入到电网，从电力线上接收高频载波信号。其原理如图所示。,电容耦合装置原理,电感耦合,电感耦合又称为变压器耦合。常用的耦合变压器如图9-9所示。,电感耦合装置变压器原理,图9-9 耦合变压器实物图,电力线直扩载波通信系统,DTMF（双音多频）编码方法,DTMF是英文Dual Tone MultiPle Frequency的缩写，意为“双音多频”，它在程控系统中应用最为广泛。 电话机有两种拨号方式，即脉冲拨号方式和双音多频拨号方式。,双音多频的含义,双音多

8、频拨号方式中的双音：指用两个特定的单音信号的组合叠加来代表数字或符号（功能）。两个单音的频率不同，代表的数字和功能也不同。 双音多频电话机，有16个按键，其中有10个数字键（09），6个功能键（、A、B、C、D）。按组合的原理，有8种不同的单音频信号。由于采用的频率有8种，称为多频。 从8种频率中抽2种进行组合，称为8中取2的双编码方法。,双音多频的含义,根据CCITT的建议，国际上采用697Hz、770Hz、825Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz。 将8种频率分成两个群，即高频群和低频群。 从高频群和低频群中各抽出一种频率进行组合，有16种不同的组合，

9、代表16种不同的数字或功能。,双音多频电话按键图,双音多频拨号代码,按“1”键时，由拨号电路产生697Hz与1209Hz叠加的信号电流输出； 按“2”键时，产生697Hz与1336Hz的叠加输出，以此类推。,2.3 通信中的三态逻辑 编解码技术,MC145026的A1A9是地址或数据输入端。每位可有三种状态： 高电平、低电平、开路。 利用其不同的组合与MC145028配对时可产生 39 19683种不同的编码。,编码器 MC145026 工作原理（2）发送 波形与时序图,发送的编码数据波形,发送的编码数据波形如图 “1”为两个宽脉冲， “0”为两个窄脉冲， “开路”为一个宽脉冲和一个窄脉冲。

10、脉冲的高低电平分别为电源的70与30。,发送编码数据波形,多路遥控系统 典型设计,MC145026和DMC145027编解码器在通信中的典型应用,MC145026和MC145027组成的编码器用于多路遥控和数据传输。 编码后的数据流由DO串行输出。MC145027译码器接收MC145026输出的编码数据流，当译码器地址与编码器地址状态相同并连续收到两组相同编码信号时，端由低电平跳变为高电平，指示接收有效。,编码器DO端及译码器端波形,MC145026的DO端输出编码信号的速率,由编码器的时钟频率决定：,9.5多路编解码无线遥控,多路数字编解码集成电路MC145026和MC145027为核心元件

11、制作的无线遥控电路。 它有16种控制功能，可遥控各种工业电器、家用电器、电子玩具、节日彩灯以及进行无线寻呼等。,9.4 红外遥控技术,红外线遥控：目前使用最广的一种通信和遥控手段。 红外线遥控装置：体积小、功耗小、功能强、成本低等。 应用：彩电、录像机、录音机、音响设备、空调机，以及玩具等其他小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。 在工业设备中：在高压、辐射、有毒气体、粉粉尘等环境下，采用红外线遥控安全可，能有效地隔离电气干扰。,9.4.1 红外遥控系统,彩电遥控系统是由红外遥控信号编码发送器、红外遥控信号接收器和解码器（解码芯片或单片机）及其外围电路等三部分构成的。,9.4.2 红外遥控系统,

12、遥控信号发送器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收器完成对遥控信号的放大、检波、整形并解调出遥控编码脉冲。 遥控编码脉冲是一组组连续的串行二进制码。,1. 红外遥控工作原理,通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图所示。 发射部分包括键盘矩阵、编码发送电路及其外围电路。 接收部分包括光电转换放大器、接收电路、解码电路及执行电路。,12.4.3 红外遥控 工作原理图,12.4.4 遥控发射器及其编码,遥控码具有以下特征： （1）采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.5ms、间隔0.5ms、周期为1ms的组合表示二进制的“0”；

13、以脉宽为0.5ms、间隔1.5ms、周期为2ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图2.4-2所示。,12.4.4 遥控发射器及其编码脉宽调制的串行码波形,12.4.5 遥控码具有的特征（3）,（3）每组码包含16个二进制位，它由17个脉冲的16个间隔构成，如图下所示。 M50462AP产生的遥控编码是连续的16位二进制码组，其中每组编码前8位为用户码，后8位为操作码（功能码），图为编码格式。,12.4.6 遥控编码格式,12.4.6 遥控码具有的特征（4）,（4）16位二进制码的发射顺序是低位在先，高位在后，分前8位和后8位两部分。 前8位是用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控

14、码互相干扰。 该遥控发射器的用户识别码固定为16进制的47H。后8位指令控制码（7位有效位）。M50462AP最多有64种不同组合的编码，但生产厂只给出37种编码，这对彩电遥控及类似应用场合已经足够。,（5）遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种16位二进制码，周期约为32ms。 一组码本身的持续时间随它所包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在2025ms之间。 前后两个码的间隔时间在712ms之间，这段时间为起始位，图12.4-5为发射波形图。,遥控码具有的特征（4）,发射波形,全面了解红外遥控(C),全面了解红外遥控(D),全面了解红外遥控(E),3.接收器及解码,红外遥控接收

15、器由红外接收二极管等组成。 完成对遥控信号的前置放大、限幅放大、带通滤波、峰值检波和波形整形，然后解调出与输入遥控信号反相的遥控编码脉冲，此信号再送去解码。,红外遥控解码,红外遥控的16位二进制串行码是脉宽调制的，脉冲宽度固定（0.5ms），而脉冲的间隔不同。 测出脉冲间隔时间，可知是二进制的“0”还是“1”。考虑到误差，可把脉冲间隔为0.30.7ms的判为“0”，脉冲间隔为1.31.7ms的判为“1”。,解码单片机 和 两引脚上的波形,一体化红外线接收器及其在数据通信中的应用基本电路 （3）三峡工程施工设备状态监测系统,12.4.3 红外编解码IC芯片及红外遥控技术,红外遥控编解码 IC芯片

16、简介 PT2262IR芯片是将载波振荡、编码、发射部分集于一体的集成电路。其外围电路简单，使用方便。,无线电遥控玩具车,无线电遥控玩具车由无线电编码发射器和无线电解码接收器两部分电路构成。图2.438是发射器电路。 图中V1、L1、C3、C4等组成载频振荡器，C4决定了发射频率。,无线电遥控玩具车无线电解码接收器电路如图所示,V1等组成自熄式超再生检波电路，熄灭频率的高低由L2、L3、C3等决定。L1、C1是接收调谐回路，调节C1可改变接收频率。V2等组成音频放大电路。C6是高频旁路电容。V3、VD1、VD2等组成整流触发电路。,无线电解码接收器电路,12.7 滚动码遥控发射器,最新加密编码技

17、术-Keeloq滚动算法对所要传输的代码进行加密-使得每次发送的码以无规律方式变化，且都是唯一的，不重复的，故称之为滚动码，因此具有极高的保密性。,汽车门锁硬件结构图,滚动码遥控发射器电路原理,滚动码遥控发射器的电路组成和固定码遥控发射器基本相同，如图12.31HCS300引脚图，图12.32是一种常见的滚动码遥控发射器的工作原理。,编码芯片的遥控发射器电路原理,HCS301的编码过程,由原代码，加密密钥及同步码等经Keeloq算法加密后，产生32Bit高度保密的滚动代码。由于Keeloq算法的复杂性和16位同步码每次传输时都要更新。故每次传输代码都和上一次的代码完全不同。编码过程如图所示：,滚动码产生图,HCS301发码格式,HCS301的发码信息由几个部分组成如图12.34所示。每次发码的码字以引导码标志和头标开始，接着是滚动和固定码部分，最后为每次发送的保护时间。滚动码部分为32Bit加密数据；固定码部分为34Bit，包括状态位、功能位和28位系列号。总计码组合多达7.38x10种。其加密方法如图12.35。,发码格式,解码原理,解码器要正确地对接收