《笫六讲传输技术》PPT课件.ppt

数据通信与计算机网络（第二版）电子教案,笫六讲 传输技术,本讲内容,第二章 物理层与数据通信基础 2.3 传输技术 2.3.1 模拟传输与数字传输 2.3.2 数字调制技术 2.3.3 脉码调制 2.3.4 多路复用 2.3.5 数字信号的编码方法 2.4 物理层接口标准举例 2.4.1 EIA-RS-232C * *是要求同学了解的，同学自己阅读教材。,2.3.1 模拟传输与数字传输,模拟传输是一种不考虑其内容的模拟信号传输方式。 在传输过程中，信号由于噪声的干扰和能量的损失总会发生畸变和衰减。 放大器 多级放大器 数字传输(与模拟传输不一样)关心的是信号的内容 0和1变化模式的数据就可以采用。 方波脉冲式的数字信号会衰减,也会更容易发生畸变 转发器(repeater) 也叫 再生器(regenerator),在长距离通信中，数字传输技术逐步取代模拟传输技术已是一种必然的趋势。,2.3.1 模拟传输与数字传输,本讲内容,第二章 物理层与数据通信基础 2.3 传输技术 2.3.1 模拟传输与数字传输 2.3.2 数字调制技术 2.3.3 脉码调制 2.3.4 多路复用 2.3.5 数字信号的编码方法 2.4 物理层接口标准举例 2.4.1 EIA-RS-232C * *是要求同学了解的，同学自己阅读教材。,2.3.2 数字调制技术,基本概念 通信系统中 基带信号：由信源产生的原始电信号 ； 调制信号（实际上是被调制的信号，即基带信号） 调制的过程就是按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程,2.3.2 数字调制技术,调制的方法分两大类 正弦型高频信号作为 载波 的正弦波调制 模拟调制：调制信号为连续型的正弦波调制 数字调制 ：调制信号为数字型的正弦波调制 用脉冲串作为载波的脉冲调制,正弦振荡的载波可用 A sin(2nft+)来表示 使其幅度A、频率f或相位随基带信号变化而变化，就可在载波上进行调制了。,2.3.2 数字调制技术,幅度A、频率f、相位的调制 幅度调制、频率调制、相位调制 简称为调幅(AM)、调频(FM)或调相(PM)。,2.3.2 数字调制技术,在数据通信中调幅、调频和调相常相应称为: 幅移键控ASK 频移键控FSK 相移键控PSK,2.3.2 数字调制技术,幅度调制：用两个不同载波信号的幅值分别代表二进制数字0和1，或者用恒定幅度的载波有、无来代表,2.3.2 数字调制技术,2.3.2 数字调制技术,例如：有 恒定载波的幅度1 无 恒定载波的幅度0,数字信号,调幅,频率调制方式中，用两个不同频率的载波分别代表二进制数字0和1 抗干扰能力优于调幅，但频带利用率不高，也只在传输较低速率的数字信号时得到广泛应用,2.3.2 数字调制技术,2.3.2 数字调制技术,例如：频率f1 1 频率f2 0,相位调制方式中，可以用不同相位的载波，比如说用相位为0和的载波分别表示二进制数字0和1，即下图公式， 更多的是用载波的相位变化来表示二进制数字0和1。,2.3.2 数字调制技术,2.3.2 数字调制技术,各种调制方式 可 适当 组合使用 最常用：调相、调幅 结合 （eg：正交调制QAM）,2.3.2 数字调制技术,图2.19 一种正交调制相位-幅值的星座图,450,A1,A2,2.3.2 数字调制技术,本讲内容,第二章 物理层与数据通信基础 2.3 传输技术 2.3.1 模拟传输与数字传输 2.3.2 数字调制技术 2.3.3 脉码调制 2.3.4 多路复用 2.3.5 数字信号的编码方法 2.4 物理层接口标准举例 2.4.1 EIA-RS-232C * *是要求同学了解的，同学自己阅读教材。,图2.21 模拟信号的数字传输,2.3.3 脉码调制,2.3.3 脉码调制,编码器：在发送端将模拟信号变换为数字信号的装置称为（Coder）， 解码器：在接收端将收到的数字信号复原成模拟信号的装置则称为 编码解码器通常进行的是双向通信，使用既能编码又能解码的装置,2.3.3 脉码调制,将模拟信号变换为数字信号的常用方法是脉码调制PCM。 脉码调制的过程由： 取样 量化 编码 三步构成,取样 按照一定的时间间隔采样测量模拟信号幅值 奈奎斯特定理可以证明，若模拟信号的带宽是H Hz，则2H的取样频率就足以捕获可恢复原有模拟信号的信息。,2.3.3 脉码调制,量化 将取样点处测得的信号幅值分级取整的过程 量化就是将模拟信号的最大可能幅值等分为若干级（通常为2n级），而后测量得到的幅值按此分级舍入取整，得到一个正整数。,2.3.3 脉码调制,编码 将量化后的整数值用二进制数来表示,2.3.3 脉码调制,图2.22 脉码调制,该图中的例子是一个4 kHz的 音频模拟信号，故125 s取样一次。量化时是按最大幅值等分为16级来进行的，并采取了四舍五入的方法，故其量化误差小于等于最大幅值的1/32。量化后获得的整数要用4位二进制来编码，故该段信号最后得到的脉码为 00101000111111000101001101000101,2.3.3 脉码调制,其他方法： 差分脉码调制DPCM (Differential Pulse Code Modulation) 增量调制（Delta Modulation） 预测性编码（Predictive Encoding） 一般说来，越是复杂的编码方法实现起来也就更困难，编码解码器的价格也就更贵,2.3.3 脉码调制,差分脉码调制DPCM (Differential Pulse Code Modulation) 输出不是数字化的幅度本身，而是当前值和前一个值之差 这种压缩方法的一种变形只考虑每个取样值是大于或是小于前一个值,2.3.3 脉码调制,增量调制（Delta Modulation） 用0或1就可以分别表示新的取样值是大于或是小于前一个取样值，这样只需传送一个比特 这个技术假设两个相邻取样值间的变化是小的，如果信号变化太快，增量编码将遇到麻烦。,2.3.3 脉码调制,预测性编码（Predictive Encoding） 改进是从前面的几个值预测将要到来的下一个值，然后对实际信号值和预测值间的差进行量化和编码 发送器和接收器必须使用同样的预测算法 它缩短了编码数字的长度，因而减少了需要发送的比特数,2.3.3 脉码调制,本讲内容,第二章 物理层与数据通信基础 2.3 传输技术 2.3.1 模拟传输与数字传输 2.3.2 数字调制技术 2.3.3 脉码调制 2.3.4 多路复用 2.3.5 数字信号的编码方法 2.4 物理层接口标准举例 2.4.1 EIA-RS-232C * *是要求同学了解的，同学自己阅读教材。,2.3.4 多路复用,多路复用(Multiplexing) 把多路信号在单一的传输线路和用单一的传输设备来进行传输的技术 最简单的多路复用技术是空分多路复用SDM 最两种常用的多路复用技术是： 频分多路复用FDM 时分多路复用TDM,频分多路复用： 在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单个信号带宽相同（或略为宽一点）的子信道传输一路信号 在频分复用前，原始信号首先要通过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上（可通过频率调制采用不同的载波来实现 ）,2.3.4 多路复用,例1,3路话频原始信号频分多路复用一带宽为12k Hz（从60k Hz-72k Hz）的物理信道的示意图,图2.23 频分多路复用FDM,例2,已知一条话频信道的带宽为4k Hz 标准化的FDM方案： 将12路话音 频分多路复用 到一条带宽为48k Hz的线路上，称之为群 5个群又可被 频分多路复用 为带宽为240k Hz的超群，亦即一个超群中含有60路话音信道 又可由5个或10个超群进一步频分多路复用为带宽更宽的主群 它们分别含有300路或600路话音信道，这两者分别为ITU-T的标准和贝尔标准（北美与日本采用）,时分多路复用： 将一条物理的传输线路按时间分成若干时间片轮换地为多路信号所使用。 与FDM区别：每一时间片由复用的一个信号占用，而FDM是同一时间同时发送各路信号,2.3.4 多路复用,例1,数据速率为48k Hz的信道 可为5条9600 bps速率的信号时分多路复用 也可为20条速率为2400 bps的信号时分多路复用,例2 （北美流行的T1信道 ）,例3 （欧洲的E1标准）,与T1类似 区别： 在E1标准中，每帧时分为32个子信道，每个子信道8位，总共数据速率为 这32个子信道中有 30个 用来传输话音，而另外 2个 用于传输控制信号及帧同步,多路复用的发展,同步光纤网（SONET） 的数字传输标准 制定的在高速数字传输 上 的 统一标准 美国在1988年推出，并为ITU-T接受 以此为基础制定出称之为：同步数字系列（SDH） 的国际标准。,SONET与SDH的区别 使用了不同的术语 SDH 不同级别的同步传送模块STM SONET 称之为不同级别的同步运输信号STS,多路复用的发展,开始的数据速率不同 SONET从51.84M b/s开始 SDH则从155.52M b/s开始 该两项标准术语“-” 后面的阿拉伯数字都代表了其数据速率是开始级别数据速率的倍数,多路复用的发展,波分多路复用WDM,波分多路复用WDM（Wavelength Division Multiplexing） 波长与频率有着一一对应的关系，实质上波分多路复用就是在光信道上采用的一种频分多路复用的变种 区别： 光复用采用的技术与设备不同于电复用,码分多路复用CDM （Code Division Multiplexing） 通常被称为码分多址CDMA（Code Division Multiple Access，又译为码分多路访问 特点： 有很强的抗干扰能力且隐蔽性好，主要用于军事通信，但现在随着技术的发展己成为第三代民用移动通信的首选原型技术,码分多路复用CDM,码分多路复用CDM,原理 给每个用户分配一种经过特殊挑选的编码序列，称为码片序列(chip sequence) 码片序列：也可看成是给每个用户分配了一特定的地址码，用它来对通信的信号进行编码调制 特殊挑选：指这些地址码应相互具有正交性，从而使得不同的用户可以在同一时间同一频带的公共信道上传输不同的信息 但知道某一用户的码片序列的接收器仍可以从所有收到的信号中检测到该用户信息，并将其分离出来，以便接收。,本讲内容,第二章 物理层与数据通信基础 2.3 传输技术 2.3.1 模拟传输与数字传输 2.3.2 数字调制技术 2.3.3 脉码调制 2.3.4 多路复用 2.3.5 数字信号的编码方法 2.4 物理层接口标准举例 2.4.1 EIA-RS-232C * *是要求同学了解的，同学自己阅读教材。,2.3.5 数字信号的编码方法,比特同步（位同步/同步传输 ）：发、接两端要处于同样的时钟速率 数据位 才不会 被误读 eg：1 0 1 1 0 0 0 1 if 接收方 将 每b 持续时间 缩短 一半，则 会 读为 ： 1100111100000011,2.3.5 数字信号的编码方法,位同步方法：自同步 外同步 自同步：能从数据信号波形中提取同步信号 外同步：在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步,不能有连续的一种电压，eg：5个“1”,2.3.5 数字信号的编码方法,曼彻斯特编码 为自带位同步信号而采用的一种编码方法,通过 跳变 从 信号波形 中 提取 同步信号,2.3