工业通信与网络技术(模拟信号和数字信号编码技术)

1、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

2、,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,0 1 0 0 1 1 0 0 1,二进制数据,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

3、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Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) 不归零1制Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) 双极性AMIBipolar -AMI 伪三进制Pseudoternary 曼彻斯特Manchester 差分曼彻斯特Differential Manchester 双极性8零替换B8ZS 高密度双极性3零HDB3,NRZ,Multilevel Binary,Biphase,Scrambling Tech

4、niques,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-L 1为负电平，0为正电平,NRZ-L,最简单的编码方法,0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1,+,_,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0,0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1,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

5、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 IEEE 802.3 差分曼彻斯特Differential Manchester 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 IEEE 802.5,双相位,0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1,Manchester,Differential Manchester,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,+,_,_,

6、+,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 (Alternate Mark Inv

7、ersion) 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-Signal Wave,1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0,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

8、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

9、础,扰码技术信号波形,1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0,双极性AMI,B8ZS,+,_,_,+,0 0 0 V B 0 V B,0 0 0 V B 0 0 V 1 1 B 0 0 V,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：300Hz to 3400Hz 数据：600Hz to 3000Hz (带宽2400Hz） 调制技术 性能,电话网带宽,调制技术,ASK FSK PSK,调制

10、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1200 bps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= 250 kHz，fd = 25 kHz，M=8（L=3比特），分别为8个可能

11、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 & PSK FSK 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