02第二章 数据通信技术基础PPT课件

❖ 所有其他站的信号都被过滤掉，其内积的相 关项为0。
CDMA的技术优势
CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝 组网和频率复用等多种技术结合而成，含有频域、 时域和码域三维信号处理的一种协作，具有抗干扰 性好，保密安全性高，同频率可在多个小区内复用 使用，容量和质量之间可做权衡取舍。
❖ 系统容量大——比GSM大4-5倍
返回
频带传输
❖ 调制： 是一种传输媒体的转换技术，调制信号的传输称载波通信
❖ 载波信号： 发送设备产生的一个高频信号作为基波来承载信息信号
❖ 幅移键控ASK： 根据数字信号来控制载波信号的振幅，‘1’时振幅不变， ‘0’时振幅为零
❖ 频移键控FSK： 根据数字信号来控制载波信号的频率，‘0’时频率小，‘1’ 时频率大
❖ 频谱：任意非简谐运动均是由一系列不同频率不同振幅的简谐运动组 成。利用傅立叶变换，
1
1
-1 a) s(t)的曲线
1
-1 b) s(t)的一次傅立叶近似
1
-1 c) s(t)的三次傅立叶近似
1
-1 d) s(t)的五次傅立叶近似
1
-1
-1
e) s(t)的十一次傅立叶近似
f) s(t)的二十一次傅立叶近似
第二章数据通信技术基础21数据通信技术222数据传输原理23数据通信的主要技术指标24差错检测与控制第一节数据通信系统dtedtedcedce数据通信系统模型数据通信系统的五个阶段以打电话为例modem工作原理调制器接口数据输入电话线数据输入电话线com1解调器控制器接口解调器控制器接口数据输出电话线com1com1调制器与解调器调制器1270hz1070hzinout1070hz解调器in1270hz带通滤波1070hz带通滤波检波检波outmodemspowerrs232linephonev42ohaahsrdtdcdtrmrrs232modem管脚介绍针脚功能123保护地发送数据接收数据保护地发送数据接收数据4567820请求发送允许发送数据设备准备好信号地载波检测数据终端就绪请求发送允许发送数据设备准备好信号地载波检测数据终端就绪modem连接方式准备地dtedcedtedce17171717载波数据建立就绪传输载波数据建立就绪传输20645823206458232064582320645823数据空modem连接方式235235dtedte送数据收数据送数据收数据清除待发送54682075468207清除待发送请求发送数据设备准备好数据载波检测数据终端准备好地线请求发送数据设备准备好数据载波检测数据终端准备好地线基本术语信息信号介质信道的关系?信息
❖ 用户数增加，话音质量下降，但对用户数并无限制， 操作者可在容量和话音质量之间折中考虑
❖ CDMA系统的声码器可动态调整数据传输速率，并 根据适当的门限值选择不同的电平级发射。门限根 据噪声而改变，在背景噪声大的情况下，可得到较 好的通话质量
CDMA的技术优势
“掉话”现象少，采用软切换技术，“先连 接再断开”，完全克服了硬切换容易掉话的 缺点
----同频同道同时不同编码
❖ CDMA：将每一个比特时间划分成m个短的间隔，称码片，
通常m取值为64或128，每一个站点被指派一个唯一的码片 序列，表示1（0），其反码表示0（1）。
（128位）
10000001111………………………….0011110101 (128位反码）
………………………….1100001010 ‘0’
❖ 是扩频通信中的一种
‘1’
发送信息的数据率为n (bps),实际数据率为mn(bps)， 频率为原来的m倍
CDMA的正交公式
❖ CDMA要求每个站点的码片唯一，而且必须 互相正交 ❖ 两个码片序列正交，即它们的内积为零，设A站的码片为向
量S，B站的码片为向量T, S*T=1/mΣ Si*Ti=0
多路复用技术
❖ 多路复用技术——是为了提高线路的利用率，在一
条通信介质上传送多路信号的技术，它包括如下几种 方式： ❖ 频分多路复用技术（FDMA）
~~~同时同道不同频 ❖ 时分多路复用技术（TDMA）
~~~同频同道不同时 ❖ 码分多路复用技术（CDMA）
~~~同时同道同频不同编码 ❖ 波分多路复用技术（WDMA）
传输前的 信息和信号
信息
信号
信道
信源
信宿
传输中的信息和信号 发信息
收信息
模拟数据和数字数据
❖ 数据：
传输信息实体，涉及事 物的形式。数据可分为 模拟数据和数字数据。 ❖ 模拟数据：
反映的是在某个区间内 连续的值，如声音和图 像等。
❖ 数字数据：
反映的是离散的值，如 文本信息。
模拟信号 数字信号
❖ 时域图和频域图
数据传输速率 调制速率 误码率 信道容量
技术指标
❖ 数据传输速率（位速率）——单位时间传输的二进 制代码位数，单位bps
S=(1/T )log2 N
第二章 数据通信技术基础
2.1 数据通信技术 2.2 数据传输原理 2.3 数据通信的主要技术指标 2.4 差错检测与控制
第一节 数据通信系统
DTE
DCE
DCE
DTE
数据通信系统模型
数据通信系统的五个阶段
以打电话为例
Modem工作原理
数据输入 Com1
Com1 数据输出
调制器 解调器
控制器
接口 接口
频率规划简单，用户按不同的序列码区分， 不相同的CDMA载波可在相邻小区内使用， 网络规划灵活，扩展简单。
建网成本低，覆盖范围大，所需基站少，降 低成本，手机电池寿命长
多路复用技术举例
FDMA
（三种频率）
TDMA
（一种频率）
F1 2 3 8bit 8bit 8bit t
多路复用技术的综合比较与组网
数字信号传——PCM技术（脉冲编码调制技术）
ASK(幅移键控)
模拟信号传
FSK(频移键控) PSK(相移键控)
多相调制
联合调制(QAM)
数字信号传
非归零制编码 曼彻斯特编码
数据传输的同步方式 数据通信方式
差分曼彻斯特编码
数字数据
数字数据
基带信号：未经调制等变换，仍包含信 号源基本频带的信号
频带信号：调制成的模拟信号
注：向量和各站码片反码的向量的内积也是零 任何一个码片向量的规格化内积都是1，即 S*S=1/m ΣSi*Si=1 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值为-1 由 可知通信双方必须知道对方的码片序列
例题：
❖ A站要接收B站发送的数据，必须知道B站所 特有的码片序列B 。 A站用得到的码片向量 B与接收到的未知信号进行求内积运算，当B 站发送为‘1’时，内积结果为1，当B站发 送为‘0’时，内积的结果为-1。
星座点可存在的区域
返回
PCM脉码调制
采
111
111
110
110
101
101
100
100
011
011
010
010
001
001
000
000
数字化编码为： 001-011-110-111-110-100-011-011-011-011-100-101
PCM 脉冲编码技术应用
PC
PC
数字信号传输
MODEM
1 保护地 2 发送数据 3 接收数据 4 请求发送 5 允许发送 6 数据设备准备好 7 信号地 8 载波检测 20 数据终端就绪
Modem连接方式
准备地 就绪 建立
传输
DTE
1 7 20 6 4 5 8 2 3
DCE
DCE
1
1
7
7
20
20
6
6
4
4
5
载波
5
8
8
2
数据 数据
2
3
3
DTE
1 7 20 6 4 5 8 2 3
频域图
最大振幅——频率图：
A
A
1s t
4
f
A
A
t0
f
如果一个信号在瞬时发生变化，它的频率是 无穷大，永不变化，它的频率是零
频宽和有效频宽
在传输媒体上发送数字信号时，其实是在发送无穷多简单信 号，若只传输那些具有重要振幅的分量（根据一定的门限） 我们仍然可以以合理的精度在接收端复制出原数字信号
模拟信号传输
MODEM
长途交换局
数字载波系统
长途交换局 返回
数据传输的同步方式
❖ 同步： 使接受端时钟与数据脉冲频率相同，以保证正
确接收信息，实现同步的方式有两种，同步传输和 异步传输 ❖ 同步传输（位同步）
传输的信息被组装成帧，每帧包含多个字节， 字节间无间隙，由接收方解码时分解 ❖ 异步传输（群同步）
电话线 电话线
调制器与解调器
in
调制器
1270Hz 1070Hz
+-
out
in
1270Hz 带通滤波
检波
-+
out
解调器
1070Hz 带通滤波
检波
Modem
POWER RS-232 LINE PHONE
OH AA HS RD TD CD TR MR
V.42
RS—232Modem管脚介绍
针脚 功能
集中式
频分 固定分配——模拟载波通信 动态分配——无线移动通信
时分 同步固定分配——数字载波通信
统计随机分配——分组交换设备
多路复用技术的综合比较与组网
无线信道——无线网络 频分 有线信道——CATV宽带网 分布式 时分 有冲突——Ethernet LAN
无冲突——Token LAN
返回
第三节 数据通信的主要技术指标
t
TDMA(Time Division multiplexing) ----同频同道不同时
❖将物理信道按时间分片，轮流分给多个信号 使用，分为同步TDM和异步TDM。
❖ 同步TDM——时间片预先分配好 ，固定的 ab d bc
❖ 异步TDM——时间片动态分配，信息带地址 a b d b c ……
地址
A
精致副本的频谱
A
有效频谱
无穷大频宽
f
有效频宽
f
有效频谱：无限频谱的一部分，是信号频谱中足以用来再生 原始信号的部分
有效频宽：有效频谱的宽度
介质带宽和有效带宽
传输介质
有效频谱
介质带宽
接收频谱
原始信号
接收信号
返回
第二节 数据传输原理
AM(调幅)
模拟信号传 FM(调频)
模拟数据
PM(调相）
数据
数字数据
❖ 相移键控PSK： 用载波信号的不同相位来表示二进制数，有几种调制状态称 为几相调制，当有四种调制状态时，称为四相调制，每种状 态用两位二进制表示
相移键控——PSK
❖ 绝对相位制： 以未调载波信号的相位作为参考点，若已调 载波信号的相位与参考点一致则为二进制数 ‘0’，若相位差180度则为‘1’
~~~同时同道不同波长 Wave Division Multiplexing Access
FDMA(Frequency Division Multiplexing)
S1
----同时同道不同频
g1
S2
g2
S3
g3
S4
g4
S5
复合器
g5
分离器
不同频率的信号共同享受同一公共信道
M
M
f
MM
s1 1
1
s2
s3
135 ° 180 ° 225 ° 270 ° 315 °
8——psk星座图
联合调制——QAM
目前的调制技术，改变不只一个模拟信号元素， 将调幅和调相技术结合起来的调制技术称为联合调 制(QAM)。有八种相位，两种振幅的QAM用星座图 表示如下：
联合调制中的失真问题
可识别
不可识别
真正的星座点
失真的信号
接收方
同
步
移位寄存器
的
实
现
本地时钟
返回
数据通信方式
并行方式
计算机内部
通信方式
串行方式 （网上通信）
单工通信方式 双工通信方式 全双工通信方式
多路复用方式
并行
串行
并行
非归零码
曼彻斯特码
非归零码
并行方式
发送方
串行方式
接收方
发送方
接收方
单工通信
传输方式
1001
半双工通信 全双工通信
1001
1001 1111
同步TDM
复合器
S1 S2
时间片
分离器
g1
g2
S3
S3 S2 S5
S2 S1
g3
S4
g4
S5
g5
固定分配时间片
异步TDM
复合器
分离器
S1
时间片
g1
S2
g2
S3
.. .. .. S3 S2 S5 S2 S1
g3
S4
g4
S5
动态分配时间片
g5
CDMA(Code division multiplexing Access)
❖数字数据用基带信号传称为基带传输，又称为数字传 输
❖数字数据用频带信号传称为频带传输，又称为模拟传 输
返回
基带传输
1 0 1 1 1 0 1
a) 不归零制编码
b)曼彻斯特编码
周期中间有跳变，下降 沿为‘1’，上升沿为 ‘0’
c)差分曼彻斯特编码
周期中间有跳变，若周期
开始也有跳变则为‘0’，否
则为‘1’
时域图和频域图
❖ 任何一个传输中的信号，都可用时域中波形的变化（时域图） 和频域中频谱分量的结构（频域图）来表示它的基本特性
A
t
f1 3f1 5f1 7f1 …… ω
时域图
频域图
❖ ω为周期，行业中用五种单位计量周期：s,ms,μs,ns, ps
❖ 频域图可分为最大振幅——频率图和相位——频率图，前者 比较常用
空Modem连接方式
DTE 2 3 5 4 6 8
20 7
DTE 2 3 5 4 6 8
20 7
送数据 收数据 清除待发送 请求发送 数据设备准备好 数据载波检测 数据终端准备好 地线
基本术语
信息、信号、介质、信道的关系
信息：数据的内容和含义 信号：携带信息的传输媒体，数据的电磁
或电子编码，分为数字信和模拟信号 介质：提供信号传输的物质 信道：用来表示向某一方向传送信息的 媒体
❖ 相对相位制： 以前一位数据的已调载波信号的相位作为参 考点，若与前一位相位一致则为二进制数 ‘1’，若相位差180度则为‘0’
调幅、调频、调相
数据 0 1 1 0 1 0
调幅
调频
调相
多相调制
八相调制Biblioteka 比特位 000 001 010 011 100 101 110 111
相位 0° 45 ° 90 °
传输的信息分成群（一字节），加起始位和终 止位实现同步，字节间有间隙
数据传输的同步方式
数据流方向 00000 01100101 11001001
字符之间无分界 同步传输（位同步）
停止位
1 00100011 0
起始位
数据流方向
1 00100011 0 1 00100011 0 1 00100011 0