数据通信基础知识培训(ppt 83页).ppt

1、第二章数据通信基础知识、展示结束、学习目录、学习要求、内容介绍、讲师：刘兴顺、内容介绍、可靠数据传输将涉及许多内容和具体技术。本章将介绍信号带宽的概念、调制和解调的基本概念、传输信道的特性、信道复用技术、数据编码标准、语言编码和IP电话原理、数据压缩编码和数据通信系统的同步技术等。1.了解信号的分类，掌握信号频谱和带宽的概念。2.理解调制和解调的基本原理。了解信道噪声的类型和特点，掌握信道容量公式。4.了解各种渠道的特点。5.了解语音通道传输数据信号的基本要求。6.掌握频分复用和时分复用的基本原理。7.掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基本知识。8.掌握数据通信系统的同步类型及其实现方法，返回

2、，结束，学习目录，返回，2.1信号与调制和解调的同步2.2传输通道2.3复用2.4数据编码2.5数据通信，结束，2.1信号与调制和解调，本节概述：信号分类：模拟信号和数字信号基带信号和频带信号周期信号和非周期信号已知信号和随机信号能量信号和功率信号，本节将介绍信号频谱、带宽和调制和解调的基本概念。2.1.1信号的频谱，即随机信号的频谱，通常用其功率公共密度来表示：功率公共密度与信号平均功率的关系：2.1.2信号的带宽，即信号的绝对带宽(B)，通常是指对应于信号频谱正频域非零部分的频率范围，如下图所示： 基带数据信号一般具有无限的绝对带宽，如下图所示：2.1.2信号带宽和以下等效带宽是根据实际应

3、用中的信号功率谱定义的。 (1)零带宽数据信号频谱的主要能量集中在第一个零点。当旁瓣不足以引起信号失真时，fb被定义为信号的零带宽。2.1.2信号带宽，(2)带宽百分比带宽由以下公式定义：其中fr称为带宽百分比，可等效为96%、98%、99%，这意味着信号功率占该带宽范围内的总功率，即2.1.2信号带宽，(3)矩形等效带宽对于频谱结构在零或中心频率处取最大值的信号，如下图所示，可定义矩形等效带宽BC。即：2.1.2信号带宽，(4)3dB带宽3dB带宽也称为半功率带宽，如下图所示：2.1.3调制和解调的基本概念，1。调制和解调的定义，时域定义：调制是利用基带信号控制载波信号的一个或几个参数的变化

4、，并在其上加载信息，形成调制信号的传输，而解调是调制的逆过程，通过特定的方法从调制信号的参数变化中恢复原始基带信号。频域定义：调制是将基带信号的频谱移动到信道通带或某个频带的过程，而解调是将频带信号从信道恢复到基带信号的逆过程。调制解调器是调制和解调的统称，2.1.3调制和解调的基本概念是x(t)调制信号，即数据端产生的基带信号C(t)是载波，交流是载波幅度，fC是载波频率，0是载波的初始相位。S(t)是调制信号，即调制频带信号，它包含x(t)的所有信息，并且是在信道中传输的信号。调制器模型，2.1.3调制和解调的基本概念，根据调制信号的类型x(t)，根据载波类型，3 .调制分类，根据调制器功

5、能，模拟调制：x(t)是模拟基带信号，如调幅、调频等。2.1.3调制和解调的基本概念，相干解调：通过在本地相干载波上执行相干操作，从调制信号的相位变化中恢复原始信号的方法。该模型如下图所示。解调分类，假设初始相位是0，那么：所以在管理器传递到低通滤波器LPF之后，输出信号是：2.1.3调制和解调的基本概念，非相干解调：它的原理是从调制信号的幅度变化中提取调制信号，因为它不需要同步载波，所以也叫异步解调。与相干解调相比，非相干解调设备更简单，更容易实现，如普通的包络检波器。非相干解调器通常具有阈值效应，因此不适合低信噪比输入。所谓的阈值效应是指当解调器的输入信噪比下降到一定程度时，输出信噪比急剧

6、恶化。输出信噪比是输出信号的平均功率与输出噪声的比值，是通信可靠性的指标，与误码率直接相关。2.1.3调制和解调的基本概念，无线传输，频分复用，5。调制和解调的功能，选择合适的调制和解调方法可以提高传输的有效性，选择合适的调制和解调方法可以提高传输的可靠性，2.2传输信道，本节内容概述：传输信道是任何通信系统必不可少的一部分，信道的传输能力将直接影响系统的信道能量。本节将介绍通信信道的基本概念、各种传输介质的特性、信道噪声、信道容量、传输数据信号时语音信道的要求和性能等。2.2.1传输信道分类2.2.2传输介质2.2.3信道噪声2.2.4信道容量2.2.5语音信道传输数据信号，2.2.1传输信

7、道分类，1。窄信道和宽信道，窄信道是传输介质，宽信道是由传输介质和部分收发信机组成的通信设备，2.2.1传输信道分类，2。调制信道和编码信道，调制信道：从调制器到解调器的所有通信设备和传输介质，编码信道：从编码器到解码器的所有通信设备和传输介质，2.2.1传输信道的分类，3 .恒定参数信道和可变参数信道。恒定参数信道是指非时变线性网络，其中信道传输特性对信号的影响在信号传输期间被确定或变化非常缓慢。可变参数信道：其传输特性随时间变化，这一般相当于对时变线性网络或时变非线性网络进行分析。典型的恒定参数信道，如双绞线、同轴电缆、光纤和其他有线信道、微波信道、卫星信道等。典型的可变参数信道，如电离层

8、反射信道、对流层散射信道和移动通信信道等。2.2.1传输信道的分类，4。无记忆编码信道和无记忆编码信道。无记忆信道是指在传输过程中误码元素在统计上相互独立的信道。无记忆信道指的是在错误代码元素之间具有某种统计相关性的信道。示例分析：下图所示为二进制无记忆信道模型，其对应的误码率公式为：2.2.2传输媒体，1。双绞线，双绞线是由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称绞合而成。绞合的目的是：(1)减少线对之间的相互干扰，(2)同时增强机械和电气稳定性，分类，2.2.2传输介质，2 .同轴电缆，同轴电缆由内导体、绝缘层外导体和塑料保护套组成，如下图所示：分类，内导体和外导体形成一组线对，外导体同时起屏蔽

9、外部电磁干扰的作用， 基带同轴电缆：阻抗为50欧姆，宽带同轴电缆如10Base-2用于局域网数据传输：阻抗为75欧姆，有线电视网络和公共电话网光传输系统，2.2.2传输介质，4 .无线信道，长波信道：30Hz300KHz，小带宽，大天线尺寸，常用于电报、电话、水下通信、航海导航等领域，中波信道：0.3 3MHz，用于广播、业余无线电和海上无线电通信等领域，其中5001500KHz为标准民用调幅广播，短波信道：3 30MHz。信道干扰大，但投资小，建设快。它常用于军事通信和国际定点通信。微波信道：3 300千兆赫，天线定向通信容量大，可用于微波、卫星通信、射电天文、科学研究等。超短波信道：30兆

10、赫 3千兆赫，天线尺寸小，可用于移动通信、雷达、航空航天、卫星通信等。2.2.3通道噪声，1。波动噪声，波动噪声是由热噪声、杂散子弹噪声和宇宙噪声表示的噪声。波动噪声具有时域和频域性能稳定的特点，这在所有通信系统中都是普遍存在且不可避免的。波动噪声对数据通信的影响是产生随机误差，这些误差由随机出现的错误代码元素表示，并且彼此没有相关性。波动噪声是无记忆信道中噪声的主要形式。2.2.3信道噪声，2 .脉冲噪声，脉冲噪声在时域中表现为不规则的短脉冲串噪声，从频域来看，脉冲噪声通常具有较宽的频带，但频率越高，频谱强度越小。脉冲噪声的特点是突发性、大幅度、短持续时间和相邻脉冲之间的长静默。脉冲噪声是记

11、忆通道噪声的主要表现形式。脉冲噪声对数据通信的影响是突发错误。错误码元素相对集中，相互之间有一定的相关性。2.2.3通道噪声和3。高斯白噪声可以从以下两个方面定义为高斯白噪声：它在任何维度上的概率密度函数服从高斯分布(即正态分布)高斯噪声，它在整个频域上具有均匀分布的功率谱密度白噪声。2.2.4通道容量，1。奈奎斯特信道容量公式奈奎斯特研究了理想信道(无噪声，无码间干扰)中带宽与速率之间的关系，得出以下结论：其中，B为带宽单位赫兹，M为传输过程中数据信号的值状态，即M元传输，2。香农信道容量公式香农研究了模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，得到了著名的香农公式：其中B是带宽单位赫兹，S/N是

12、信噪比。2.2.5语音通道传输数据信号，1。线性系统分析、时域分析(卷积)、2.2.5语音信道传输数据信号、2。信号无失真传输，信号无失真传输的定义，信号无失真传输是指信号通过线性系统后，振幅和时间延迟的衰减或放大，而没有波形失真。对应的频域信号为：对应的时域信号为：2.2.5语音通道传输数据信号，即系统的幅频特性和相频特性满足以下公式，从而实现信号无失真传输和信号无失真传输的条件。群延迟特性被定义为，因此当实现信号无失真传输时，需要满足群延迟特性。2.2.5语音通道传输数据信号。从以上分析可以看出，要实现信号无失真传输，系统特性必须如下图所示：无失真传输特性、幅频特性、相频特性、群时延特性、

13、2.2.5语音通道传输数据信号、3。语音信道传输数据信号的要求、衰减和电平，这些信号在传输过程中会由于传输介质的阻抗特性而衰减，并且可以在某些设备中同时放大。对于数据传输，CCITTH.12建议信号的最大净损耗不得超过28dB，CCITTH.51规定在模拟语音信道上传输的数据信号的最大功率一般为-13dB 0，即在零测试时测得的数据信号的平均功率，原始波形基波：二次谐波=2: 1，失真波形基波：二次谐波=1: 1，波形失真图，2.2.5语音通道传输数据信号，CCITTM.1020建议对幅频特性的要求如下图所示：2.2.5语音通道传输数据信号，群时延失真，群时延特性的失真反映了相频特性的失真程度

14、，这将对信号的每个频率分量产生不同的延迟量，从而造成时域信号的波形失真。CCITTM.1020建议对群延迟特性的要求如下图所示。2.2.5语音信道传输数据信号，噪声效应，语音信道的噪声要求满足数据通信的要求。在语音通信中，系统的输出信噪比要求至少为26dB。在数据通信中，通常要求输出信噪比约为25dB。在语音通信过程中，脉冲噪声的影响没有得到特别的关注，但是脉冲噪声对数据通信有很大的影响，甚至可能导致通信失败。例如，56kb/s v . 90 modem用于传输数据。如果存在持续时间为1毫秒的强脉冲噪声，它将影响56位的判决结果。CCITT对不同的传输速率提出了不同的规定。一般来说，在有限的时

15、间内，超过阈值水平的脉冲数不能超过某个阈值。2.2.5语音信道传输数据信号，3 .数字语音信道传输数据，数字语音信道指的是脉码调制电话信道，每个信道的速率为64千比特/秒。脉码调制通信的基本原理是：在发送端经过模数转换后在信道中传输用户的语音信号，在接收端经过数模转换后恢复原始语音信号。PCM30/32每帧有32个时分复用信道，因此总速率为：3264千比特/秒=2048千比特/秒(2M比特/秒)，称为基本群速率或E-1信道。PCM24由24个时分复用信道组成，每帧加1位同步信息，因此总速率为8000(248 1)=1544位/秒，称为T-1信道。当使用数字语音信道传输数据信号时，数据服务单元首

16、先用于电平转换。数字电话信道可以传输一个数据信号或多个低速和中速数据信号，具体取决于速度。复用是提高系统传输效率的有效措施。多信道复用是指多个信号共享资源(频率、占用时间等)。)相同的信道来发送信号，并且多个信号在用于接收的特定参数中被区分。本节将介绍常见的复用方法，如频分复用、时分复用、波分复用，以及复用器的基本概念，2.3.1频分复用(FDM)2.3.2时分复用(时分复用)2.3.3码分复用(WDM)2.3.4复用器和集中器。2.3.1频分复用(FDM)，即所谓的频分复用，是指在频域上将传输信道分成若干个字信道，每个字信道传输一个信号的复用方法，如下图所示。频分复用的关键是通过调制将每个信号的频谱移动到信道的不同子信道，位置由子载波频率决定，接收端通过解调恢复，以减少信号频谱移动过程中对信号的破坏。通常采用线性调制技术，即2.3.1频分复用(FDM)。案例分析表明，如果信道带宽为B，N个信号带宽为fi，保护间隔为Bg，则存在：2.3.2时分复用(TDM)。时分复用的原理是将信道占用时间分成几个小的时间片，称为时隙，每个时隙是一个时分复用信道，可以传输用户