第3章物理层2

矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称 为基带,矩形脉冲信号就叫做基带信号；
在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法 称为基带传输；
基带传输是一种最基本的数据传输方式。
在发送端，基带传输的信源数据经过编码器 变换，变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯 特编码或差分曼彻斯特编码信号。在接收端由 解码器恢复成与发送端相同的数据。
4
时域方法和频域方法
时域方法是以时间t为自变量，观察电信号(电 压或电流)随时间变化的情况。
频域方法通过傅里叶分析，以频率f(或角频率 w)为自变量，观察电信号的频谱组成、振幅与 相位，分析电信号通过某一通信信道后频谱分 量的变化，最终给出电信号波形的变化及引起 传输失真的情况。
从实验技术的角度看，时域方法是用示波器去 观察信号的波形，频域方法则是用频谱仪去观 察信号的频谱。
可得bn
bn
=2
T
0T g(t)cos(2nft)dt
7
傅里叶分析
例：传输8比特的ASCII字符“b”，位模式 为０１１０００１０，其输出电压波形为：
0 1
g(t) = 0
1 0
0tT 8
T t 3T
8
8
3T t 6T
8
8
6T t 7T
8
8
7T t T 8
8
傅里叶分析
其傅里叶分析的系数为：
an =[cos(n/4) - cos(3 n/4) + cos(6 n/4) - cos(7 n/4)] bn =[sin(3n/4) - sin( n/4) + sin(7 n/4) - sin(6 n/4)] c = 3/8
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傅里叶分析
E(t) 0 1 1 0 0 0 1 0
E(t)
13
D5
15
D6
13
D7
6
D8
3
0001 0100 0111 1101 1111 1101 0110 0011
编码信号
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调制器、 曼彻斯特编码器与PCM编码器的比较
数字数据 信号
调制器 （a）调制解调器中调制器的作用
模拟数据 信号
数字数据 信号
数据信号编码器 （b）Machester编码器的作用
傅里叶分析是通信与电子学的基本分析方法。5
数据通信的理论基础
信号在通信信道上传输时的数学表示及其所受 到的限制。
➢ 傅里叶分析
任何一个周期为T的有理周期性函数 g(t) 可分解为 若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：
g(t) = c +
an sin(2nft ) + bn cos(2nft)
数字数据 信号
模拟语音 信号
PCM编码器 （c）PCM编码器的作用
数字语音 信号
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3.4.4 比特率的定义 数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输的二进
制比特数，单位为比特/秒，记做bps。 对于二进制数据，数据传输速率为：S=1/T（bps）
数字语音信号
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脉冲编码调制的工作过程：采样、量化与编码
A 1.5 1.28≈1.3
1.0
1.52≈1.5 1.26≈1.3 0.73≈0.7
0.5 0.27≈0.3
0.41≈0.4 0.12≈0.1
0
D 8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1
t
样本 量化级 二进制编码
D1
1
D2
4
D3
7
பைடு நூலகம்
D4
10
3.3.2 波特率的定义
波特率: 调制速率描述通过模拟线路传输模拟数据信 号传输过程中，从调制解调器输出的调制信 号每秒钟载波调制状态改变的数值，单位是 1/s，称为波特（baud）。
调制速率也称为波特率。 波特率描述的是码元传输的速率。
比特率: 数据传输速率描述在计算机通信中每秒传送 的构成代码的二进制比特数，单位是bps。
n1
n1
f = 1/T an, bn
基本频率 n次谐波项的正弦和余弦振幅值
6
傅里叶分析
已知 g(t)，求c, an, bn 1) 将等式两边从０到Ｔ积分可得c
c=
2 T
0T g(t)dt
2) 用sin(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，
可得an
an
=
2 T
0T g(t)sin(2nft)dt
3) 用cos(2kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，
上次课的内容：
➢ 第三章 物理层
➢ 物理层与物理层协议的基本概念 ➢ 数据通信的基本概念 ➢ 数据编码技术
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第三章 物理层（续）
基带传输技术 频带传输技术 多路复用技术 广域网中的数据交换技术 同步数字体系SDH
2
3.4 基带传输技术
在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列 的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号；
2400
2400
QPSK-4（k=4） 2
4800
2400
QPSK-8（k=8） 3
7200
2400
QPSK-16 （ k=16 ） 4
9600
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3.4 基带传输技术
3.4.1 基带传输的定义
在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列 的数字信号是典型的矩形脉冲信号。
人们将矩形脉冲信号称为基本信号。
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波特率与比特率的关系
比特率S（单位为bps）与调制速率B（单位为 baud）的关系：
S=B·log2k
式中k为多相调制的相数。 log2k值表示一次调制状态的变化传输的二进 制比特数。
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波特率与比特率的关系
调制速率（baud） 多相调制的相数 log2k值 数据传输速率（bps）
2400
QPSK-2（k=2） 1
1．基本分析方法
计算机中的数据是用离散的二进制数0、1表示 的。在计算机通信过程中，传输的数据流是随 机的二进制比特序列。设计适用于计算机通信 的数据通信系统，首先要讨论计算机数据的特 征及对系统的要求，使用的分析工具是傅里叶 级数。
在通信技术中，观察与分析电信号的基本方法 有两种：时域方法与频域方法。
在数字信道上直接传送基带信号的方法称为基 带传输。
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3.4.2 数字数据编码方法
数据 (a)非归零码
同步时钟
(b)曼彻斯特编码
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
0
1
0
0
1
0
1
1
(c)差分曼彻斯特编码
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3.4.3 脉冲编码调制方法
PCM技术的典型应用是语音信号的数字化。
模拟语音信号
脉冲编码调制PCM
(a)
0 E(t)
t
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t
E(t)
(b)
0 E(t)
(c)
0 E(t)
t
01
t
E(t)
t
012
t
E(t)
(d)
0 E(t)
t
01234
t
E(t)
(e) 0
t
012345678
t
➢ 通信信道带宽对数据信号传输中失真的影响很大；
➢ 信道带宽越宽，信号传输的失真越小。