数据通信与网络课件

?数据率 R：
?数据传输的速率（比特 /秒）
?比特持续时间或长度 1/R
?发送方发送一个比特所需的时间
?比率r ：每个信号元素承载的数据元素的数量（见 P68图） ?调制速率 (modulation rate )
?信号电平改变的速率 ?以波特(baud) 为单位 = 每秒信号元素数
?“传号” (mark ) 和“空号” (space )
?分别是二进制数字 1和0
信号的解读 Interpreting Signals
?接收方必须知道：
?各个比特的定时方式 ——何时起始,何时结束 ?每个比特信号电平的状态 ——是高或低 ?这两项任务都是通过在每个比特间隔的中间位
置采样来进行的
?影响信号成功解读的因素：
?数据率提高会增加误码率 ?信噪比提高会降低误码率 ?带宽增加可提高数据率 ?亦可通过编码方案提高传输性能
单极性编码存在的问题
Problems for Unipolar Encoding
两个问题使得单极性编码在信号传输应用中使用不多:
?直流分量（DC Component ）
?信号的平均振幅不是零。 ?不能由没有处理直流分量能力的媒体传输，如微波或变
压器。 ?主要用于光纤传输。
?同步（Synchronization ）
?在一个码元时间内，不是有电压(或电流),就是无电压(或 电流) ，电脉冲之间没有间隔，不易区分识别。所以接 收方不能正确识别每一个比特何时开始、何时结束 (原始 数据中出现连续的1或0时）。
同步：问题在哪里 ?
到底有几个” 1”（用高电平表示） ?
当一台设备发送一个比特的数字信号时，它将在一定的
传输不同步：换一种方式理解
我发了几个大 箱几个小箱?
四个大箱 四箱小箱
用户A
用户B
问题在于：
连续多个相同数据的采样节奏
我发了几个大 箱几个小箱?
？？ 大概是……
用户A
用户B
极性编码 Types of Polar Encoding
采用两个电压值编码：一个正电压，一个负电压。
数据通信与网络基础3
数据通信
概述
Overview
?数据转换为信号才能在信道上传输 ?模拟数据和数字数据都可以编码成模拟信号或数
字信号，编码方案取决于具体的要求和所用的传 输媒体及通信设备。
问题：在实际基带传输系统中，并非所有的原 始数字基带信号都能在信道中传输，例如：
●含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜 在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变；
?时钟同步 (clocking)
?测定每一个比特起始和结束位置（同步）并非易事。 ?一种相当昂贵的方案是在发送和接收设备间增设一条外
部时钟线 ?另一种方案是提供某些基于所传送信号的同步机制。这
一点可以通过合适的编码技术来实现。
编码方案的评价指标 Evaluating of Encoding Schemes (2)
●如果代码出现长时间的连“ 0”符号，不利于 准确提取同步信息；
●易于形成码间干扰； ●抗噪声性能差， Ud不易设定。
?传输编码要求：
?信号中没有直流成分 ?信号自带同步时钟 ?以较少的带宽获得较高的数据率 ?有抗干扰的能力 ?有发现传输错误的能力 ?实现要简单
?编码类型
?用数字信号传输数字类数据 ?用模拟信号传输数字类数据 ?用数字信号传输模拟类数据 ?用模拟信号传输模拟类数据
?差错检测 (error detection)
?可在具体的信号编码中方案加入部分差错检测功 能以提高检错速度
?信号干扰和抗噪声度
?有些编码在噪声存在的状态下仍具有优秀的性能
?费用和复杂性
?数据速率一定时 ,信号速率超高 ,成本越高
?有些编码要求信号速率高于实际的数据速率
编码方案
Encoding Schemes
?Nonreturn to Zero-Level (NRZ-L) ?Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) ?Manchester ?Differential Manchester ?Bipolar -AMI ?Pseudoternary ?B8ZS ?HDB3 ?…
数 字 信 号 的 编 码 格 式
编码方案的评价指标
Evaluating of Encoding Schemes (1)
?信号频谱(signal spectrum)
?没有高频分量,可减少传输所需的带宽 ?没有直流分量,可通过变压器进行交流耦合,实现隔离减
少干扰 ?实际上,信道的传输性能通常在频带的两边较差。一个好
的信号设计应将传输功率集中在带宽中部 ,以减小失真。
数字数据→数字信号
Digital Data, Digital Signal
?数字信号
?离散的不连续的电压脉冲 ?一个脉冲代表一个信号元素 (码元) ※ ?二进制数据可直接编码成信号元素
Digital Data
Digital signal
Digital to Digital Encoding
术语Terms
周期内（假定为T）产生一个持续的信号。一个内置的
时钟负责定时。接收设备必须知道信号的周期，这样它 才能在每个T 时间单元内对信号进行采样。它也有一个 负责定时的内置时钟。剩下的就是确保收发两端的两个 时钟使用同样的T 。但两个时钟能完全一致么？
原因：收发双方脉冲时钟不可能精确一致
答案是否定的。原因在于： 任何物理设备都存在着设计上的局限性和缺陷。几乎可以肯 定任何两个时钟都存在着微小的差别，这使得设备无法对传 输信号作十分精确的采样。 就象指挥家确保演奏者的同步一样，通信设备也需要某种机 制以使它们的定时保持一致。不变的信号不具备同步机制。 但如果信号改变的话，这种改变就可以用来保持设备的同步。 有些强制信号改变的编码方案就是基于这个原因。
设：消息代码由二进制符号 0、1组成，则
（1）单极性非归零波形 (NRZ)
单极性：基带信号的“ 0，
正”电平分别与二进制符 号“0，1”一一对应。 单
极性编码只使用一个电压值。
Hale Waihona Puke 10100110+E 0
非归零 ：τ＝Ts
特点： ① 有直流分量和低频分量。在有些信道中不易传输。 ② 波形之间无间隔，易产生码间干扰。 ③ 不能直接提取同步信息。 ④ 抗噪性能差：判决门限不能稳定在最佳电平。 ⑤ 需信道一端接地。