数据传输原理
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• 计算机的信息是以二进制形式表示的。 所谓基带传输就是指二进制信息借助电 (矩形)脉冲表示形式(载体)直接送入信道 的传输方式。
• 基本传输信号随时间变化的函数为
• 其中 ： • ａn为第n个脉冲的幅值，ａn的取值由2L
决定；
• L是一个由物理状态(信号)表示的二进制 的位数，L表示几元调制；
• ｇ(t)为所有脉冲的共同波形函数；T为脉 冲发生的时间间隔。
图2-4 3种类型的调制方式
ASAKSK AA AS
ASK FSK PSK
• 1) 键控调幅(ASK) • 2) 键控调频(FSK) • 3) 键控调相(PSK)
1) 键控调幅(ASK)
• 频率、相位不变，而振幅随信号而变化。
• u(t) ＝0,
代表数字“0”
• u(t) ＝Umsinωt， 代表数字“1” • 图2-4 3种类型的调制方式
2) 键控调频(FSK)
• 振幅、相位不变，而频率随信号而变化。 • u(t)＝Umsinω2t， 代表数字“0” • u(t)＝Umsinω1t， 代表数字“1” • 图2-4 3种类型的调制方式
3) 键控调相(PSK)
• 相位随信号变化，其余两个参数不变。 • U(t)＝Umsin(ωt+π)，代表数字“0” • U(t)＝Umsin(ωt+0)， 代表数字“1” • 图2-4 3种类型的调制方式
2.0 问题的提出
• 信号从源机出发，经源机端口(Port)进入 信道，再经目的机端口进入目的机。
• 理想信道无损耗、无干扰，接收信号的 幅度和波形与发送信号完全一样。
• 实际的信道都有延迟、耗损和干扰，会 使传送的信号衰减、变形，致使接收信 号与发送信号不一致，甚至使目的机不 能正确识别信号所携带的信息。
• L=2为四级矩形。ａn可有四个取值：ａ n=-1表示00, ａn=-0.5表示01, ａn=+0.5 表示10, ａn=+1表示11。
• ｇ(t) 波形如图2－2所示。
• 在局域网中基带调制通常采用曼彻斯特 (Manchester) 编码。
• Manchester编码的规则是：信号的前半 周期为低电平，后半周期为高电平表示 数字“0”;信号前半周期为高电平，后 半周期为低电平表示数字“1”。
2．调制解调器(MODEM)
• 当进行远距离数据通信时，需要采用调制与解 调技术，调制解调器(MODEM)便是完成这一功 能的设备，它是调制器(Modulator)和解调器 (Demodulator)复合体的总称。
• 为了能利用电话线传送数字信号，通常需要把 数字信号先转换(调制)为某种形式的模拟信号， 发至电话线上；
• 衡量调制方式的优劣大体上可从3个角度 去考虑：
• 第一是数字波形的差异性； • 第二是波形的频谱； • 第三是技术实现的难易程度。
பைடு நூலகம்
• 一般希望，代表“0” 、“1”两种状态 的数字波形之间的差异要尽量大些，另 外，数字波形与干扰波形的差异也要尽 量大。
• 描述两个波形之间差异程度的定量参数 叫“波形相关”系数，根据计算，“键 控调相”波形差异最大，具有较高的抗 干扰能力，是一种较好的调制方式。
• 本章内容是采用各种信号传输技术和抗 干扰编码技术，以保证数据在物理层上 无差错地传送，数据通信以信号传输为 基础。最简单的理想的信号传输如图2-1 所示。
图2-1 信号传输示意图
2.1 信号传输方式
• 2.1.1 基带传输 • 2.1.2 宽带传输 • 2.1.3 物理层的四个重要特性
2.1.1基带传输
• 一元调制(L=1)：一个物理状态(信号 Signal)携带了1位二进制数。
• 二元调制(L=2)：一个信号携带了2位二 进制数。
• ...
• J元调制(L=j) ：一个信号携带了j位二 进制数 。
• 设ｇ(t) 为矩形脉冲函数，则
• L=1为二级矩形。ａn可有两个取值：ａn= －1表示“0”, ａn=+1表示“1” 。
• Manchester编码示例如图2－3所示。
图2-2 基带信号
图2－3 Manchester编码示例
2.1.2 宽带传输
• 1．常用的调制方式 • 2．调制解调器(MODEM)
1．常用的调制方式
• 二进制信息“1”和“0”在基带传输中 一般以矩形脉冲表示。
• 矩形脉冲含有较大的低频和高频分量， 普通通信电缆传输特性较差，其通频带 约为30～3400Hz。
• 因此，远距离传输时就需将矩形脉冲信 号加以变换，调制成两种不同的正弦波， 分别代表数字“0”和“1”。
• 正弦电压可用下式表示：
ｕ(t)＝Um sin(ωt+φ) • 正弦函数的3个可变参数为振幅Um、、角
频率ω及相位φ，对应有“键控调幅”、 “键控调频”和“键控调相”3种类型的 调制方式，如图2—4所示。
• 从四个方面定义DTE与DCE，以及它们之间的 接口。这四个方面是机械的(Mechanical)、 电 气 的 ( Electrical)、 功 能 的 ( Functional) 和过程(Procedural)的特性。
• 下面以计算机与MODEM为例说明EIA RS－ 232－C四方面特性。
• 物理层中定义了两种设备：数据终端 设 备 DTE(Data Terminal Equipment) 和 数 据 线 路 端 接 设 备 DCE(Data Circuitterminating Equipment), 有 的 书 上 将 DCE 解 释 为 数 据 通 信 设 备 ( Data Communication Equipment)。
(2)解调器(Demodulator)
• 如图2-6所示：
图2-6 键控调频解调器原理
2.1.3物理层的四个重要特性
• 世界上有许多制定标准的组织，如ISO、ITU －T(CCITT) 、EIA(美国电子工业协会)等。
• 计算机、打印机等可视为DTE(数据终端设备) 设备；MODEM可视为DCE(数据线路端接设备) 设备。
• 当信号到达另一端时再还原(解调)为数字信号， 供终端设备或计算机使用。下面简单介绍 MODEM的结构原理。
• (1)调制器(Modulator) • (2)解调器(Demodulator)
(1)调制器(Modulator)
• 调频式调制器的原理如图2—5所示。
图2-5 键控调频调制器原理图
• 基本传输信号随时间变化的函数为
• 其中 ： • ａn为第n个脉冲的幅值，ａn的取值由2L
决定；
• L是一个由物理状态(信号)表示的二进制 的位数，L表示几元调制；
• ｇ(t)为所有脉冲的共同波形函数；T为脉 冲发生的时间间隔。
图2-4 3种类型的调制方式
ASAKSK AA AS
ASK FSK PSK
• 1) 键控调幅(ASK) • 2) 键控调频(FSK) • 3) 键控调相(PSK)
1) 键控调幅(ASK)
• 频率、相位不变，而振幅随信号而变化。
• u(t) ＝0,
代表数字“0”
• u(t) ＝Umsinωt， 代表数字“1” • 图2-4 3种类型的调制方式
2) 键控调频(FSK)
• 振幅、相位不变，而频率随信号而变化。 • u(t)＝Umsinω2t， 代表数字“0” • u(t)＝Umsinω1t， 代表数字“1” • 图2-4 3种类型的调制方式
3) 键控调相(PSK)
• 相位随信号变化，其余两个参数不变。 • U(t)＝Umsin(ωt+π)，代表数字“0” • U(t)＝Umsin(ωt+0)， 代表数字“1” • 图2-4 3种类型的调制方式
2.0 问题的提出
• 信号从源机出发，经源机端口(Port)进入 信道，再经目的机端口进入目的机。
• 理想信道无损耗、无干扰，接收信号的 幅度和波形与发送信号完全一样。
• 实际的信道都有延迟、耗损和干扰，会 使传送的信号衰减、变形，致使接收信 号与发送信号不一致，甚至使目的机不 能正确识别信号所携带的信息。
• L=2为四级矩形。ａn可有四个取值：ａ n=-1表示00, ａn=-0.5表示01, ａn=+0.5 表示10, ａn=+1表示11。
• ｇ(t) 波形如图2－2所示。
• 在局域网中基带调制通常采用曼彻斯特 (Manchester) 编码。
• Manchester编码的规则是：信号的前半 周期为低电平，后半周期为高电平表示 数字“0”;信号前半周期为高电平，后 半周期为低电平表示数字“1”。
2．调制解调器(MODEM)
• 当进行远距离数据通信时，需要采用调制与解 调技术，调制解调器(MODEM)便是完成这一功 能的设备，它是调制器(Modulator)和解调器 (Demodulator)复合体的总称。
• 为了能利用电话线传送数字信号，通常需要把 数字信号先转换(调制)为某种形式的模拟信号， 发至电话线上；
• 衡量调制方式的优劣大体上可从3个角度 去考虑：
• 第一是数字波形的差异性； • 第二是波形的频谱； • 第三是技术实现的难易程度。
பைடு நூலகம்
• 一般希望，代表“0” 、“1”两种状态 的数字波形之间的差异要尽量大些，另 外，数字波形与干扰波形的差异也要尽 量大。
• 描述两个波形之间差异程度的定量参数 叫“波形相关”系数，根据计算，“键 控调相”波形差异最大，具有较高的抗 干扰能力，是一种较好的调制方式。
• 本章内容是采用各种信号传输技术和抗 干扰编码技术，以保证数据在物理层上 无差错地传送，数据通信以信号传输为 基础。最简单的理想的信号传输如图2-1 所示。
图2-1 信号传输示意图
2.1 信号传输方式
• 2.1.1 基带传输 • 2.1.2 宽带传输 • 2.1.3 物理层的四个重要特性
2.1.1基带传输
• 一元调制(L=1)：一个物理状态(信号 Signal)携带了1位二进制数。
• 二元调制(L=2)：一个信号携带了2位二 进制数。
• ...
• J元调制(L=j) ：一个信号携带了j位二 进制数 。
• 设ｇ(t) 为矩形脉冲函数，则
• L=1为二级矩形。ａn可有两个取值：ａn= －1表示“0”, ａn=+1表示“1” 。
• Manchester编码示例如图2－3所示。
图2-2 基带信号
图2－3 Manchester编码示例
2.1.2 宽带传输
• 1．常用的调制方式 • 2．调制解调器(MODEM)
1．常用的调制方式
• 二进制信息“1”和“0”在基带传输中 一般以矩形脉冲表示。
• 矩形脉冲含有较大的低频和高频分量， 普通通信电缆传输特性较差，其通频带 约为30～3400Hz。
• 因此，远距离传输时就需将矩形脉冲信 号加以变换，调制成两种不同的正弦波， 分别代表数字“0”和“1”。
• 正弦电压可用下式表示：
ｕ(t)＝Um sin(ωt+φ) • 正弦函数的3个可变参数为振幅Um、、角
频率ω及相位φ，对应有“键控调幅”、 “键控调频”和“键控调相”3种类型的 调制方式，如图2—4所示。
• 从四个方面定义DTE与DCE，以及它们之间的 接口。这四个方面是机械的(Mechanical)、 电 气 的 ( Electrical)、 功 能 的 ( Functional) 和过程(Procedural)的特性。
• 下面以计算机与MODEM为例说明EIA RS－ 232－C四方面特性。
• 物理层中定义了两种设备：数据终端 设 备 DTE(Data Terminal Equipment) 和 数 据 线 路 端 接 设 备 DCE(Data Circuitterminating Equipment), 有 的 书 上 将 DCE 解 释 为 数 据 通 信 设 备 ( Data Communication Equipment)。
(2)解调器(Demodulator)
• 如图2-6所示：
图2-6 键控调频解调器原理
2.1.3物理层的四个重要特性
• 世界上有许多制定标准的组织，如ISO、ITU －T(CCITT) 、EIA(美国电子工业协会)等。
• 计算机、打印机等可视为DTE(数据终端设备) 设备；MODEM可视为DCE(数据线路端接设备) 设备。
• 当信号到达另一端时再还原(解调)为数字信号， 供终端设备或计算机使用。下面简单介绍 MODEM的结构原理。
• (1)调制器(Modulator) • (2)解调器(Demodulator)
(1)调制器(Modulator)
• 调频式调制器的原理如图2—5所示。
图2-5 键控调频调制器原理图