04第4章 数据通信2.ppt

现代通信技术,浙江邮电职业技术学院,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,1,4.2数字数据编码,4.2.1信源编码4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,2,4.2数字数据编码,为什么要进行信源编码与信道编码？如何进行编码？,探讨,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,3,1信源编码的目的-提高数字信号的有效性,（1）模拟信号数字化。（2）提高信源的效率，去除冗余度。,2信道编码的目的-提高数字通信的可靠性,（1）将信号变换为适合信道传输的信号。频率特性差异大，能量损失大，信噪比降低，误码增加，使邻道很强干扰；使其向中频集中，频谱搬移。（2）增加纠错能力，减少差错。增加冗余码元，自动检错、纠错功能。,4.2数字数据编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,4,4.2.1信源编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,5,1.波形编码：直接将时域特性的模拟信号转换成数字信号的方法。一般经过抽样（或采样）、量化和编码三个过程。如：PCM编码。,2.参量编码：发端，表征语音激励源和声道特性的某些参量提取，进行量化、编码后发送出去。收端，接收数据恢复这些参数，再由语音产生模型重新合成相应语音信号。如：线性预测编码（LPC）、共振峰声码器、音素声码器等。,信源编码的作用：模拟信号数字化，提高信源的效率，去除冗余度。,编码的方式分：波形编码、参量编码、混合编码。,4.2.1信源编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,6,3.混合编码：波形编码和参数编码的混合。具有波形编码的高质量优点和参数编码的低速率的优点。常见有：规则脉冲激励线性预测编码（RPE-LPC）、多脉冲激励线性预测编码（MPE-LPC）、规则脉冲激励并具有长期预测的线性预测编码（RPE-LTP-LPC）、矢量和激励线性预测编码等。,图像编码，减少图像信号的多余信息，除去或减少某些信息间的相关性，即冗余度。,1调制和解调,实现数字信号与模拟信号互换的设备称作调制解调器（Modem）,4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,7,（1）数字数据信号变换成模拟信号（调制过程）,数字调制的三种基本形式：移幅键控法ASK、移频键控法FSK和移相键控法PSK。,4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,8,（1）数字数据信号变换成模拟信号（调制过程）,2.数字数据信号的码型变换（数字编码）,（1）单极性不归零码,（2）双极性不归零码,（3）单极性归零码,（4）双极性归零码,4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,9,2.数字数据信号的码型变换（数字编码）,单极性不归零码,单极性归零码,4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,10,不归零码：传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要进行定时和同步。,归零码：脉冲较窄，脉冲宽度与传输频带宽度成反比，信道上占用的频带较宽。,2.数字数据信号的码型变换（数字编码）,4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,11,双极性归零码,单极性码：积累直流分量不利于数据传输。,单极性归零码,双极性归零码（RZ）：直流分量小、占有频带窄等优点，适合在金属导线上传输。,数据传输对传输码型（编码）的要求：,4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,12,对称线路中传输时，码序列频谱中不含直流分量和尽量少的低频分量；,码序列中不含过高的频率分量；,码序列中含有的同步信息在中继站或接收端提取时不发生困难；,码型要有一定的纠错能力。,3.差错控制编码,4.2.2信道编码,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,13,纠错码：让传输的数据分组带上足够多的冗余信息，以便在接收端能发现并自动纠正传输差错。,检错码：让传输的数据分组带上一定的冗余信息，接收端可以发现差错，但不能确定哪一个或哪一位是错误，并且自己不能纠正传输差错。如：奇偶校验码。,4.3数据传输,4.3.1传输类型及方法4.3.2数据通信系统的主要质量指标,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,14,4.3.1传输类型及方法,模拟传输：模拟信道上传输模拟数据信号。用调制解调器，将数据信号调制在语音上。优点：占用频带少；经高频调制后可在无线信道或光信道上进行远距离传输。缺点：需要调制和解调；远距离传输会受到一系列影响。,1.模拟传输与数字传输,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,15,数字传输：数字信道上传输数字数据信号。要有接口设备，实现波形与码型变换、功能转换、线路特性均衡、收发时钟的形成和供给，控制信号的建立、保持和断。优点：不需要调制；传输失真小、误码率低、传输速率高。缺点：通信距离较短。,4.3.1传输类型及方法,并行传输：数据在多条信道上同时传输的方式称为并行传输。串行传输：数据在一条信道上按位依次传输的方式称为串行传输。,2.并行传输与串行传输,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,16,3.同步传输和异步传输,为了保证数据正常接收，要求发送端与接收端以同一种速率在相同的起止时间内接收数据，否则可能造成收发之间的失衡，使传输的数据出错。这种统一发送端和接收端动作同步的技术称为同步技术。常用的同步技术有两种：异步传输方式和同步传输方式。,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,17,（1）异步传输,异步传输又称起止同步法，是一种字符同步，即每传送一个字符都要求在字符码前面加一个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加一个停止位，表示字符结束。这种方式适用于低速终端设备。,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,18,（1）异步传输,特点：靠起始和停止位来实现字符定界及字符内比特同步；可以在任意时刻发送字符，字符间的间隔时间可以任意变化。看作一个独立的传送单元，每个字符开始时同步一次。,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,19,（2）同步传输,同步传输就是使接收端每一位数据都要和发送端保持同步。为了保持通信过程中收发双方的时钟频率一致，接收方根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率，来校正自己的时间基准与时钟频率。这个过程就是位同步。,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,20,位同步识别每一位的开始和结束。位同步的方法可分为外同步法和自同步法。外同步是接收端的同步信号由发送端送来自同步法是指从数据信号波形中提取时钟信号，如曼彻斯特编码。,（2）同步传输,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,21,帧同步：在发送端规定的帧同步码时隙中插入一组特殊码型的帧同步码，在接收端定期扫描帧同步码以确定帧的起始位置。,（2）同步传输,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,22,4.基带传输与频带传输,在数据通信系统中，数据在信道中的传输形式有1.基带传输2.频带传输,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,23,（1）基带传输,所谓基带，就是指电信号所固有的基本频带，简称基带。未经调制的电脉冲信号呈现方波形式，所占据的频带通常从直流和低频开始，因而称为基带信号。基带传输多用在距离比较短的数据传输中。,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,24,（2）频带传输,所谓频带传输，就是把二进制信号（数字信号）进行调制成为能在公用电话网中传输的音频信号（模拟信号），将音频信号在传输介质中传送到接收端后，再由调制解调器将该音频信号解调变换成原来的二进制电信号。频带传输在发送端和接收端都要设置调制解调器，将基带信号变换为通带信号再传输。,4.3.1传输类型和方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,25,按照信号传送方向与时间的关系，信道可以分为三种：单工（例如无线广播和电视广播）、半双工（例如警察的对讲机）和全双工（例如电话通信）。,4.3.1传输类型及方法,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,26,5.单工、半双工和全双工,4.3.2数据通信系统的主要质量指标,数据通信系统的主要质量指标包括：传输速率误码率信道容量带宽,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,27,4.3.2数据通信系统的主要质量指标,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,28,一个通信系统质量如何，通常由两个指标来衡量，即系统的有效性和可靠性。有效性指的是单位时间内系统能够传输消息量的多少，以信道带宽（Hz）或传输速率（bit/s）为单位。在相同条件下，带宽或传输速率越高越好。可靠性指的是消息传输的准确程度，以不出差错或差错越少越好。,1、有效性：在给定信道内能传输信息的量。（1）传输速率：衡量通信系统传输能力的质量指标,它反映了系统的有效性。信息传输速率Rb：单位时间（1s）内传输的平均信息量或者比特数。“比特率”单位：bit/s，b/s，bps。码元传输速率RB：单位时间（1s）内传输码元数。码元：携带消息的信号单元。单位：波特（Band，B)。“波特率”如：1秒内传2400个码元，波特率为2400B。每个码元通常含有一定比特数的信息量Rb=RBlog2N,2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,4.3.2数据通信系统的主要质量指标,29,1、有效性：在给定信道内能传输信息的量。（2）频带利用率：单位频带（1Hz）内所能实现的信息速率。单位：bit/(s.Hz),2020/6/2,浙江邮电职业技术学院,4.3.2数据通信系统的主要质量指标,30,2、可靠性：指接收信息的准确程度模拟系统：信噪比(dB，分贝)。数字系统：传输差错率。(1)码元差错率PeB：发生差错的码元数与传输码元总数之比,有时简称误码率。(2)比特差错率Peb：传错的比特数与总比特数之比,简称误比特率。用二元码传输时PeBPeb;而用M元码传输时,两者不等。,2020/6/2,浙江邮电职业