工业通信与网络技术(模拟信号和数字信号编码技术).ppt

工业通信与网络技术 模拟信号和数字信号编码技术 数字数据 数字信号为二进制分配电平 改变信号频谱数字数据 模拟信号幅移键控 ASK 频移键控 FSK 以及相移键控 PSK 模拟数据 数字信号脉码调制 PCM 模拟数据 模拟信号调幅 AM 调频 FM 调相 PM 发送器 传输媒体 接收器 数据 信号 信号 标注接收者的姓名 编码 时钟 差错检测 OK 数据 信号 编码 1 数字数据 数字信号 编码与调制技术 数字或模拟 编码器 解码器 数字或模拟 调制器 解调器 t fc f 通过编码形成一个数字信号 通过调制形成一个模拟信号 数据的模拟信令方式 模拟信号 模拟信号 模拟数据 模拟信号 数字数据 模拟信号 数据的数字信令方式 5V 5V 数字信号 模拟数据 数字信号 数字数据 数字信号 术语和概念 1 数字信号离散的 非连续的电压脉冲序列一个脉冲就是一个信号元素每个数据比特都编码成信号元素以传输二进制数据 010011001 二进制数据 信号元素 编码 术语和概念 2 单极性的 Unipolar 信号元素具有相同正负号极性信号传输中 一个逻辑状态由正电平表示 另一个由负电平表示 术语和概念 3 数据信号传输数率 数据率 数据传输的速率 比特每秒为单位比特的持续时间或长度发送器发送这个比特所需时间 数字术语和概念 4 调制速率信号电平改变的速率 用波特表示指每秒出现多少个信号元素 NRZI Manchester 编码方式 不归零电平 NonreturntoZero Level NRZ L 不归零1制 NonreturntoZeroInverted NRZI 双极性AMI Bipolar AMI伪三进制 Pseudoternary曼彻斯特 Manchester差分曼彻斯特 DifferentialManchester双极性8零替换 B8ZS高密度双极性3零 HDB3 NRZ MultilevelBinary Biphase ScramblingTechniques 不归零电平 NRZ L 负电平代表一个二进制数 正电平代表另一个二进制数即为不归零电平NRZ L1为负电平 0为正电平 NRZ L 最简单的编码方法 01001100011 不归零1制 NRZI 一个比特的持续时间内电平保持恒定数据的编码形式是在一个比特起始时刻看信号有无跳变1代表信号有跳变0代表信号无跳变例子 差分编码 NRZ NRZ L NRZI 比特起始时刻有跳变 1比特起始时刻没有跳变 0 01001100011 NRZ的优势和局限性 优势最容易实现有效利用带宽局限性具有直流成分缺乏同步能力 用于数字磁记录 信号传输应用中利用价值打折扣 双相位 曼彻斯特 Manchester每个比特周期中央存在一个跳变跳变表示了数据和定时机制低到高表示1高到低表示0用于IEEE802 3差分曼彻斯特 DifferentialManchester中央的跳变只提供定时关系0表示比特周期起始时存在跳变 1表示比特周期起始没有跳变注 这是一个差分编码技术用于IEEE802 5 双相位 01001100011 Manchester DifferentialManchester 0 比特周期的起始时刻跳变1 比特周期的起始时刻无跳变 1 从低到高跳变0 从高到低跳变 双相位的优势和局限性 局限性比特周期内至少一次跳变 可能两次最大调制率时NRZ的两倍需要更大的带宽优势同步无直流成分差错检测一个期待的跳变的丢失用于检测差错 自定时编码 用于检测错误 编码的应用 1 对于曼彻斯特编码 在IEEE802 3标准中 广泛应用于CSMA CD总线LANs中 二进制数据以电平脉冲的序列被插入到电缆中传输 编码的应用 2 对于差分曼彻斯特编码 在IEEE802 5 令牌环 LANs中广泛应用 二进制数据以电平脉冲的序列被插入到电缆中传输 多电平二进制 双极性 AMI AlternateMarkInversion 使用多于2个电平 0 没线路信号 1 表示正电平和负电平极性交替伪三进制Pseudoternary使用两个以上的电平 1 表示没有线路信号 0 表示正负电平交替 多电平二进制 SignalWave 1100000000110000010 Bipolar AMI Pseudoternary 多电平二进制 优势 局限性 出现长串 1 不会失去同步没有直流成分带宽比NRZ小能提供一个简单的差错检测方法检测脉冲在AMI中出现长串 0 或在Pseudoternary出现长串 1 的问题 插入额外比特强制跳变使用扰码技术 扰码技术 利用扰码机制替换可能导致线路上产生的恒定电平的比特序列填入比特序列必须产生足够多的跳变以保持同步接收器必须能够识别填入的比特序列 并用原数据序列取而代之与原比特序列的长度一样 扰码技术 双极性8零替换 B8ZS 以双极性AMI码为基础如果出现一个全零的八位组 并且在这个八位组之前的最后一个电压脉冲为 那么这个八位组中的八个零被编码为000 0 如果出现一个全零的八位组 并且在这个八位组之前的最后一个电压脉冲为 那么这个八位组中的八个零被编码为000 0 扰码技术 高密度双极性3零 HDB3 以AMI码为基础 扰码技术信号波形 1100000000110000010 双极性AMI B8ZS 000VB0VB 000VB00V11B00V HDB3 优势 没有直流成分没有长期序列零级线路信号没有减少数据传输率错误检测能力用于长距离传输 2 数字数据 模拟信号 公用电话网调制解调器 Modulator demodulator 声音 300Hzto3400Hz数据 600Hzto3000Hz 带宽2400Hz 调制技术性能 电话网带宽 调制技术 ASKFSKPSK 调制的模拟信号的数字数据 幅移 振幅或幅度 键控ASK 不同的载波振幅所代表的值不同通常 一个幅度为零易受突变的增益变化的影响效率低在话音级线路上 用于数据率不高于1200bps的情况下用于在光纤中传输数字数据 频移键控FSK 不同的频率代表不同的值 载波附近 比ASK的抗差错性稍强在话音级线路上 典型的数据率为1200bps高频无线电传输在使用同轴电缆的局域网中 他甚至可用于更高的频率 话音级线路的FSK 1 0 1700 3400 1 0 多值频移键控MFSK 多值频移键控MFSK 例1设fc 250kHz fd 25kHz M 8 L 3比特 分别为8个可能的3比特数据组合分配如下的频率 例2如图所示为M 4时多值频移键控的一个例子 输入的20个比特的比特流一次两个比特地编码 传输时分别为四种可能的2比特组合分配四个不同的频率 从图中可以出传输频率 y轴 是时间 x轴 的一个函数 每一列代表一个时间单元T 在此期间有一个2比特的信号元素传输 每一列中有阴影的方块表示了在该时间单元内的传输频率 相移键控PSK 数据是通过载波信号的相位偏移来表示的差分相移键控 相移相对于前一个传输 而不是一些参考信号 四值相移键控 QPSK和OQPSK QPSK OQPSK 偏置 同相位 正交相位 传输带宽 ASK PSKFSK多值相移键控MPSK多值频移键控MFSK 3 模拟数据 数字信号 数字化模拟数据转换成数字数据