通信系统原理3.2

1、123模拟模拟和数字数字大致与连续连续和离散离散分别对应。主要涉及以下三个方面：数据数据，发送信号发送信号和传输。传输。数据数据 定义为传达某种意义或信息的实体；信号信号 是数据的电磁表示方式；发送信号发送信号 指的是信号在适当媒体的物理传播；传输传输 是指用传播并处理信号的方式进行的数据通信的过程3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输43.2.1 模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据模拟数据在一段时间内具有连续的值。例如声音和视频的强度值是连续变化的。大多数用传感器采集的数据(如温度和压力)是连续数值的；数字数据的值是离散的，例如文本和数字。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模

2、拟和数字数据传输53.2.1 模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据模拟数据最常见的例子是音频音频(audio)，它们以声波的形式被人类直接感觉到。模拟数据的另一个常见的例子是视频视频(video)。对黑白电视来说，在某一点产生的亮度(从黑到白取值)与扫过这一点的电子束的强度成正比。因此，某一时刻的电子束具有一个模拟的强度值，对应屏幕上某点产生适当的亮度。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输63.2.1 模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据数字数据的一个常见实例是文本文本(text)或者说字符串。虽然文本数据对人类来说是最方便，但是以字符的形式表示的数据既不容易存储，也不容易被数

3、据处理系统处理及通信系统处理，因为这些系统是设计来处理二进制数据的。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输73.2.1 模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据目前最常用的字符编码是国际基准编码(International Reference Alphabet, IRA)。在这种编码中，每个字符用唯一的7位组合表示，因此一共可以表示128个不同的字符。这一数量超出了我们的需求。有一些组合代表了不可见的控制字符。用IRA编码的字符几乎全部以8位的形式存储和传输。其中第8位为检验位，用于差错检验。这种第8位的设置原则是要使每个八位组中的二进制1的个数总是奇数(寄校验)或总是偶数(偶校验)

4、。这样由传输差错导致的任何一个比特或任何奇数个比特的改变都能够被检查出来。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输83.2.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号模拟信号就是连续变化的电磁波，根据它的频谱可以在不同类型的媒体上传播。例如导向媒体，包括双绞线，同轴电缆和光纤等，还有无导向媒体，如大气和空间传播。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输93.2.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号数字信号数字信号是电压脉冲序列，这些电压脉冲可以在导向媒体上传输。例如，用正恒量电压值代表二进制0，负恒量电压值代表二进制1。传输数字信号的主要优势在于它普遍比传输模

5、拟信号更加便宜，而且比较不易受噪声干扰。而其主要缺点是比传输模拟信号更容易受衰减的影响。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输103.2.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号实例实例 1模拟信息中最常见的例子是音频信息，或者说声音信息，它们以声波的方式直接被人类感觉到。当然，声音信息的一种形式是人的说话声。这种形式的信息很容易被转换成传输用的电磁信号。所有的声音频率成分都会被转换成电磁频率成分，其中声音频率成分的振幅用响亮程度表示，而电磁频率成分的振幅以电压值大小表示。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输113.2.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号实例

6、实例 1数据可直接由具有相同频谱频谱范围内的电磁信号表示。但是此时的声音是以电的形式传播的，必须在其保真度和传送费用之间达成折中，因为传输时带宽越宽费用也越高。正常的话音的频谱范围大约在100Hz到7kHz之间，但是即便是窄得多的带宽也足以生成可接受的重放话音。话音信号的标准频谱范围在300Hz到3400Hz之间。这对声音的传输来说是足够的，并且这样做对传输容量的要求降到了最低，可以使用相对便宜的电话设备。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输123.2.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号实例实例 2第二个例子是二进制数据二进制数据的情况。二进制信息由终端，计算机以及其他数

7、据处理设备产生，然后被转换成传输用的数字电压脉冲。通常采用两个恒定的电压值，一个值表示二进制1，另一个值表示二进制0。信号的带宽越宽，就越能真实地近似于一个数字脉冲流。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输133.2.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输Fig.3.7 模拟数据和数字数据的模拟信号传输方式143.2.2 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输Fig.3.8 模拟数据和数字数据的数字信号传输方式153.2.3 模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输模拟传输模拟传输

8、是传输模拟信号的方法，它不考虑信号的内容，也就是说这些信号可能代表了模拟数据(例如话音)，也可能代表了数字数据(例如经过调制解调器的二进制数据)。无论哪种情况，在传输了一段距离之后，模拟信号会变得越来越弱(衰减)。为了完成远距离传输，模拟传输系统包括了放大器，用于增强信号能量。遗憾的是，放大器同时也增强了噪声成分。如果为了远距离传输而将放大器级联起来，那么信号的失真就会越来越严重。对模拟数据来说，譬如话音，失真比较严重也还是可以容忍的，其信息仍然可以理解。但是对数字数据来说，级联放大器将带来差错。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输163.2.3 模拟传输和数字传输模拟传输和数

9、字传输数字传输数字传输假定信号代表了一个二进制的值。在衰减，噪声或其他损伤威胁到数据的完整性之前数字信号只能传送很短的距离。要到达较远的距离，就必须使用转发器。转发器接收到数字信号，并将其恢复为1，0模式，然后重新传输一个新的信号，这样就克服了衰减。假设一个模拟信号携带的是数字数据，那么同样的技术可用于这个模拟信号。传输系统在适当的地方加入转发器，而不是放大器。转发器将模拟信号恢复为数字数据，并生成一个新的，干净的模拟信号。这样噪声就不会累积。3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输173.2.3 模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据

10、传输模拟信号模拟信号数字信号数字信号模拟数据模拟数据两种选择：(1)信号与模拟数据占据相同的频谱；(2)模拟数据被编码后占据不同频谱段模拟数据通过编码器的编码产生数字比特流数字数据数字数据数字数据通过调制解调器产生模拟信号两种选择：(1)信号由两个电平组成，分别代表两个二进制的值；(2)数字数据被编码后产生具有所要求的属性的数字信号表3.1 模拟和数字传输数据和信号183.2.3 模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输模拟传输模拟传输数字传输数字传输模拟信号模拟信号通过放大器来传播，不论信号是用来表示模拟数据的，还是数字数据的，处理方式相同假设

11、这个模拟信号表示的是数据。信号通过转发器传播。在每个转发器上，根据入口信号恢复数字数据，并用它来生成新的外出模拟信号数字信号数字信号不使用信号通过转发器传播，在每个转发器上，根据入口信号恢复数字数据，并用它来生成新的外出数字信号表3.2 模拟和数字传输对信号的处理193.2.3 模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输数字传输方式数字传输方式的优势：1.数字技术2.数据完整性3.容量利用率4.安全和保密5.综合性3.2 3.2 模拟和数字数据传输模拟和数字数据传输20在任何传输系统中都有一个重要的参数，即信号强度。当信号沿着传输媒体传播时，信号强度会有损耗或衰减。为了补偿这些损耗，可能会在不同的地

12、点安插一些放大器，以增益信号强度。我们用分贝分贝来表示增益，损耗及其他类似的值，1.信号强度通常以指数形式下降，因此，用分贝更容易表示损耗，分贝是一个对数单位。2.在一个级联的传输通道上，增益或损耗总量可以用简单的加减法计算。21分贝是两个信号功率的比值的度量，分贝增益公式如下：10lg= =lg10outdBindBinoutPGPGPP其中增益， 以分贝为单位输入功率值输出功率值以为底的对数22分贝是两个信号功率的比值的度量，分贝增益公式如下：10lgoutdBinPGP表3.3 分贝值23增益增益和损耗损耗如果GdB值是正的，就表示功率事实上是增加了；如果GdB值是负的，就表示功率事实上

13、是损失了。增益负值相当于损耗正值，因此，我们对分贝损耗的定义如下例例3.3 如果在传输线上加入功率值为10mW的信号，并且在一段距离之外测得其功率为5mW，那么它的损耗就可以表示为？10lg10lgoutindBinoutPPLPP 24例例3.3 如果在传输线上加入功率值为10mW的信号，并且在一段距离之外测得其功率为5mW，那么它的损耗就可以表示为注意分贝所衡量的是相对值，而不是绝对值。从1000mW到500mW的损耗也是3dB。10lg(10 5)10 0.3013.01dBdBL25例例3.4 分贝对于衡量经过一组传输元件序列后的总增益及损耗是很有用的。假设某传输元件序列的输入端功率为

14、4mW，第一个元件是12dB损耗(-12dB增益)的传输线路，第二个元件是增益为35dB的放大器，第三个元件是损耗为10dB的传输线路。现在计算输出功率Pout?26例例3.4 分贝对于衡量经过一组传输元件序列后的总增益及损耗是很有用的。假设某传输元件序列的输入端功率为4mW，第一个元件是12dB损耗(-12dB增益)的传输线路，第二个元件是增益为35dB的放大器，第三个元件是损耗为10dB的传输线路。现在计算输出功率Pout?10lgoutdBinPGP总的增益为(-12+35-10)=13dBGdB=13=10lg(Pout/4mW)Pout=4101.3mW=79.8mW27分贝值分贝值

15、指的是相对强度相对强度或强度的变化，而不是绝对强度值。绝对强度值。如果有一种分贝化的计算单位能够表示功率或电压的绝对量，将会提供很多方便，这样以某个初始信号值为参考的增益及损耗就可以很容易计算了。dBW(分贝-瓦)在微波应用中大量使用。我们选择1W作为参考值，并定义其为0dBW。功率的绝对分贝值用dBW定义就是WdBWPowerPower=10lg1W28例例3.5 1000W的功率等于30dBW， 1mW的功率等于-30dBWWdBWPowerPower=10lg1W291. 模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据2. 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号3. 模拟传输和数字传输模拟传输和数字

16、传输4. 分贝分贝301.周期信号有哪三个重要参数？2.基频的定义是什么？3.信号的频谱和带宽之间有什么关系？4.假设有两个周期函数f1(t)和f2(t)，周期分别为T1和T2。那么函数f(t)=f1(t)+f2(t)是否也永远为周期函数？如果是，请证明。如果不是，那么在什么条件下f(t)是周期函数？5.要表示一个方波需要有无限多个强度递减的高频成分，那么对于实际的数字传输系统来说它暗示了什么？311.周期信号有哪三个重要参数？峰值振幅，频率和相位2.基频的定义是什么？当一个信号所有的频率成分都是某个频率的整数倍时，则后者称为基频，基频的每个倍数频率称为该信号的谐频3.信号的频谱和带宽之间有什

17、么关系？信号的频谱是指它所包含的频率范围，信号的带宽是指它的频谱宽度4.假设有两个周期函数f1(t)和f2(t)，周期分别为T1和T2。那么函数f(t)=f1(t)+f2(t)是否也永远为周期函数？如果是，请证明。如果不是，那么在什么条件下f(t)是周期函数？5.要表示一个方波需要有无限多个强度递减的高频成分，那么对于实际的数字传输系统来说它暗示了什么？324.假设有两个周期函数f1(t)和f2(t)，周期分别为T1和T2。那么函数f(t)=f1(t)+f2(t)是否也永远为周期函数？如果是，请证明。如果不是，那么在什么条件下f(t)是周期函数？假设f1(t)的周期为X，那么f1(t)=f1(t +X)=f1(t +nX)，其中n是一个整数，X是满足f1(t)=f1(t +X)的最小值