數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)課件教材

數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3數(shù)據(jù)通信概述

Overview數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號(hào)才能在信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以編碼成模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，編碼方案取決于具體的要求和所用的傳輸媒體及通信設(shè)備。問(wèn)題：在實(shí)際基帶傳輸系統(tǒng)中，并非所有的原始數(shù)字基帶信號(hào)都能在信道中傳輸，例如： ●含有豐富直流和低頻成分的基帶信號(hào)就不適宜在信道中傳輸，因?yàn)樗锌赡茉斐尚盘?hào)嚴(yán)重畸變； ●如果代碼出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的連“0”符號(hào)，不利于準(zhǔn)確提取同步信息； ●易于形成碼間干擾； ●抗噪聲性能差，Ud不易設(shè)定。傳輸編碼要求：信號(hào)中沒(méi)有直流成分信號(hào)自帶同步時(shí)鐘以較少的帶寬獲得較高的數(shù)據(jù)率有抗干擾的能力有發(fā)現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的能力實(shí)現(xiàn)要簡(jiǎn)單編碼類型用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)用模擬信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)用模擬信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)→數(shù)字信號(hào)

DigitalData,DigitalSignal數(shù)字信號(hào)離散的不連續(xù)的電壓脈沖一個(gè)脈沖代表一個(gè)信號(hào)元素(碼元)※二進(jìn)制數(shù)據(jù)可直接編碼成信號(hào)元素DigitaltoDigitalEncodingDigitalDataDigitalsignal術(shù)語(yǔ)Terms數(shù)據(jù)率

R：數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩ū忍?秒）比特持續(xù)時(shí)間或長(zhǎng)度

1/R發(fā)送方發(fā)送一個(gè)比特所需的時(shí)間比率r：每個(gè)信號(hào)元素承載的數(shù)據(jù)元素的數(shù)量（見(jiàn)P68圖）調(diào)制速率(modulationrate)信號(hào)電平改變的速率以波特(baud)為單位=每秒信號(hào)元素?cái)?shù)“傳號(hào)”(mark)和“空號(hào)”

(space)分別是二進(jìn)制數(shù)字1和0信號(hào)的解讀

InterpretingSignals接收方必須知道：各個(gè)比特的定時(shí)方式——何時(shí)起始,何時(shí)結(jié)束每個(gè)比特信號(hào)電平的狀態(tài)——是高或低這兩項(xiàng)任務(wù)都是通過(guò)在每個(gè)比特間隔的中間位置采樣來(lái)進(jìn)行的影響信號(hào)成功解讀的因素：數(shù)據(jù)率提高會(huì)增加誤碼率信噪比提高會(huì)降低誤碼率帶寬增加可提高數(shù)據(jù)率亦可通過(guò)編碼方案提高傳輸性能編碼方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)

EvaluatingofEncodingSchemes(1)信號(hào)頻譜(signalspectrum)沒(méi)有高頻分量,可減少傳輸所需的帶寬沒(méi)有直流分量,可通過(guò)變壓器進(jìn)行交流耦合,實(shí)現(xiàn)隔離減少干擾實(shí)際上,信道的傳輸性能通常在頻帶的兩邊較差。一個(gè)好的信號(hào)設(shè)計(jì)應(yīng)將傳輸功率集中在帶寬中部,以減小失真。時(shí)鐘同步

(clocking)測(cè)定每一個(gè)比特起始和結(jié)束位置（同步）并非易事。一種相當(dāng)昂貴的方案是在發(fā)送和接收設(shè)備間增設(shè)一條外部時(shí)鐘線另一種方案是提供某些基于所傳送信號(hào)的同步機(jī)制。這一點(diǎn)可以通過(guò)合適的編碼技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。編碼方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)

EvaluatingofEncodingSchemes(2)差錯(cuò)檢測(cè)

(errordetection)可在具體的信號(hào)編碼中方案加入部分差錯(cuò)檢測(cè)功能以提高檢錯(cuò)速度信號(hào)干擾和抗噪聲度有些編碼在噪聲存在的狀態(tài)下仍具有優(yōu)秀的性能費(fèi)用和復(fù)雜性數(shù)據(jù)速率一定時(shí),信號(hào)速率超高,成本越高有些編碼要求信號(hào)速率高于實(shí)際的數(shù)據(jù)速率編碼方案

EncodingSchemesNonreturntoZero-Level(NRZ-L)NonreturntoZeroInverted(NRZI)ManchesterDifferentialManchesterBipolar-AMIPseudoternaryB8ZSHDB3…數(shù)字信號(hào)的編碼格式（1）單極性非歸零波形(NRZ)特點(diǎn)：①

有直流分量和低頻分量。在有些信道中不易傳輸。②

波形之間無(wú)間隔，易產(chǎn)生碼間干擾。③

不能直接提取同步信息。④

抗噪性能差：判決門限不能穩(wěn)定在最佳電平。⑤

需信道一端接地。單極性：基帶信號(hào)的“0，正”電平分別與二進(jìn)制符號(hào)“0，1”一一對(duì)應(yīng)。單極性編碼只使用一個(gè)電壓值。非歸零：τ＝Ts設(shè)：消息代碼由二進(jìn)制符號(hào)0、1組成，則單極性編碼存在的問(wèn)題

ProblemsforUnipolarEncoding兩個(gè)問(wèn)題使得單極性編碼在信號(hào)傳輸應(yīng)用中使用不多:直流分量（DCComponent）信號(hào)的平均振幅不是零。不能由沒(méi)有處理直流分量能力的媒體傳輸，如微波或變壓器。主要用于光纖傳輸。同步（Synchronization）在一個(gè)碼元時(shí)間內(nèi)，不是有電壓(或電流),就是無(wú)電壓(或電流)，電脈沖之間沒(méi)有間隔，不易區(qū)分識(shí)別。所以接收方不能正確識(shí)別每一個(gè)比特何時(shí)開(kāi)始、何時(shí)結(jié)束(原始數(shù)據(jù)中出現(xiàn)連續(xù)的1或0時(shí)）。同步：?jiǎn)栴}在哪里?到底有幾個(gè)”1”（用高電平表示）?當(dāng)一臺(tái)設(shè)備發(fā)送一個(gè)比特的數(shù)字信號(hào)時(shí)，它將在一定的周期內(nèi)（假定為T）產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的信號(hào)。一個(gè)內(nèi)置的時(shí)鐘負(fù)責(zé)定時(shí)。接收設(shè)備必須知道信號(hào)的周期，這樣它才能在每個(gè)T時(shí)間單元內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。它也有一個(gè)負(fù)責(zé)定時(shí)的內(nèi)置時(shí)鐘。剩下的就是確保收發(fā)兩端的兩個(gè)時(shí)鐘使用同樣的T。但兩個(gè)時(shí)鐘能完全一致么？

原因：收發(fā)雙方脈沖時(shí)鐘不可能精確一致答案是否定的。原因在于：任何物理設(shè)備都存在著設(shè)計(jì)上的局限性和缺陷。幾乎可以肯定任何兩個(gè)時(shí)鐘都存在著微小的差別，這使得設(shè)備無(wú)法對(duì)傳輸信號(hào)作十分精確的采樣。就象指揮家確保演奏者的同步一樣，通信設(shè)備也需要某種機(jī)制以使它們的定時(shí)保持一致。不變的信號(hào)不具備同步機(jī)制。但如果信號(hào)改變的話，這種改變就可以用來(lái)保持設(shè)備的同步。有些強(qiáng)制信號(hào)改變的編碼方案就是基于這個(gè)原因。

傳輸不同步：換一種方式理解用戶A用戶B我發(fā)了幾個(gè)大箱幾個(gè)小箱?四個(gè)大箱四箱小箱

問(wèn)題在于：

連續(xù)多個(gè)相同數(shù)據(jù)的采樣節(jié)奏用戶A用戶B我發(fā)了幾個(gè)大箱幾個(gè)小箱?？？大概是……極性編碼

TypesofPolarEncoding極性碼不歸零型歸零型雙相位型

不歸零電平編碼不歸零反相編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼采用兩個(gè)電壓值編碼：一個(gè)正電壓，一個(gè)負(fù)電壓。不歸零編碼

NonreturntoZero(NRZ)不歸零電平編碼（NRZ-L）負(fù)電平用于表示一個(gè)二進(jìn)制值，正電平用于表示另一個(gè)二進(jìn)制值由比特值決定信號(hào)的電平。

不歸零反相編碼（NRZI）

用一個(gè)比特間隔開(kāi)始時(shí)是否出現(xiàn)電平跳變表示1或0。屬于差分編碼，可靠性更好比特值決定正負(fù)電壓之間是否跳變，而非決定電平正負(fù)。不歸零碼：?jiǎn)栴}及應(yīng)用

Problems&ApplicationsforNRZ對(duì)工程師而言，實(shí)施容易。能充分利用帶寬。仍含有一定的直流分量，且缺乏同步能力。因其簡(jiǎn)單性和較低的頻率響應(yīng)特性，常用于終端設(shè)備、接口和數(shù)字磁記錄。信號(hào)傳輸中則不常單獨(dú)用之。※應(yīng)用實(shí)例：連接優(yōu)盤(pán)的USB串行接口通常使用NRZI作為信號(hào)的編碼。為了解決一長(zhǎng)串連續(xù)比特0引起的同步問(wèn)題，采用了所謂“位填充技術(shù)”。即在連續(xù)傳輸6個(gè)比特0的情況下強(qiáng)行插入一個(gè)比特1。歸零編碼

RZEncoding歸零編碼使用兩組電平值：正-零，負(fù)-零信號(hào)變化不是發(fā)生在比特之間而是發(fā)生在每個(gè)比特內(nèi)。在每個(gè)比特間隙的中段，信號(hào)將歸零。比特“1”實(shí)際上是用正電平跳變到零表示，比特“0”則用負(fù)電平跳變到零表示，而不是僅僅通過(guò)電平的正負(fù)來(lái)表示。在每個(gè)比特內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)變化可以解決同步問(wèn)題。但這種編碼方案中每比特需要兩次信號(hào)變化，從而占用了更多的帶寬。歸零碼：在40G傳輸技術(shù)中的應(yīng)用目前，絕大多數(shù)的信號(hào)均采用了非歸零碼（NRZ）的編碼方式，這種方式可以降低信號(hào)的譜寬，但由于占空比較大，前后脈沖的間隔較小，較容易發(fā)生重疊，造成碼間串?dāng)_。而歸零碼（RZ）的占空比通常只有普通非歸零碼的34％～67％，拉開(kāi)了相鄰脈沖的間隔，在信號(hào)平均能量不變的基礎(chǔ)上，大大提高了峰值功率，為接收端提供了更高的光信噪比，同時(shí)也提高了對(duì)光纖中極化模色散造成的時(shí)延的抵抗能力。朗訊科技公司在其最新的40G遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)采用了一種稱為載波抑制的歸零碼調(diào)制技術(shù)(CSRZ)，該技術(shù)可以最大程度地減小編碼造成的頻譜展寬，同時(shí)保留了歸零碼所擁有的一切優(yōu)點(diǎn)。資料來(lái)源

/news/content/73/20050316094321.htm雙相位編碼BiphaseEncoding解決同步問(wèn)題的最佳方案信號(hào)在比特間隔中發(fā)生改變但并不歸零現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中常用的雙相位編碼方式:曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼

ManchesterEncoding每個(gè)比特間隔的中間位置處都存在一個(gè)跳變。這種中間處的跳變既含有時(shí)鐘信息，也含有數(shù)據(jù)信息：從低到高的跳變代表1，從高到低的跳變代表0(注意有些系統(tǒng)也可能相反)。差分曼徹斯特編碼

DifferentialManchesterEncoding比特間隔中間位置處的跳變僅含有時(shí)鐘信息。在比特間隔開(kāi)始處如果出現(xiàn)跳變表示0，如果沒(méi)有跳變表示1。下一個(gè)位是1：無(wú)反向；下一個(gè)位是0：反向同步問(wèn)題回頭看用戶A用戶B我發(fā)了幾個(gè)大箱幾個(gè)小箱?？？大概是……

曼徹斯特編碼如何解決收發(fā)同步問(wèn)題?用戶A用戶B我發(fā)了幾個(gè)大箱幾個(gè)小箱?哈哈,我知道了!雙相位編碼的應(yīng)用

ApplicationsofBiphaseCodes數(shù)據(jù)傳輸中的常用技術(shù)曼徹斯特編碼是IEEE802.3（以太局域網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的編碼（使用同軸電纜和雙絞線）。差分曼徹斯特編碼是IEEE802.5（令牌局域網(wǎng)）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的編碼（使用屏蔽雙絞線）。雙相位編碼的優(yōu)缺點(diǎn)

BiphaseProsandCons缺點(diǎn)每個(gè)比特時(shí)間內(nèi)至少出現(xiàn)一次跳變，可能出現(xiàn)兩次最大調(diào)制率是NRZ的兩倍需要更大的帶寬（高速低效）優(yōu)點(diǎn)通過(guò)比特中間跳變實(shí)現(xiàn)同步(自定時(shí))無(wú)直流分量差錯(cuò)檢測(cè)如果發(fā)現(xiàn)預(yù)期的跳變未出現(xiàn)雙極性編碼

TypesofBipolarEncoding雙極性編碼信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼雙極性8零替換編碼高密度雙極性3零編碼使用兩個(gè)以上的電平值進(jìn)行編碼雙極性交替信號(hào)反轉(zhuǎn)碼（AMI）

BipolarAMIEncoding偽三進(jìn)碼

Pseudoternary用零值電平代表二進(jìn)制數(shù)1用正負(fù)交替變換的電平代表二進(jìn)制數(shù)0可以說(shuō)是雙極性AMI編碼的另一種形式多電平方案m個(gè)數(shù)據(jù)元素組可以產(chǎn)生2m數(shù)據(jù)模式組合。不同信號(hào)元素可用不同電平表示2B1Q：兩位數(shù)據(jù)模式編碼成一個(gè)4電平信號(hào)元素2B1Q用于DSL技術(shù)，通過(guò)使用用戶電話提高高速因特網(wǎng)連接8B6T（自行閱讀）編碼方案：把8位模式編碼成6個(gè)信號(hào)元素模式，每個(gè)信號(hào)有3個(gè)電平平均速率4D-PAM5（自行閱讀）多線路傳輸編碼規(guī)則：如果下一個(gè)位是0，無(wú)跳變?nèi)绻乱粋€(gè)位是1且當(dāng)前電平不是0，下一個(gè)電平是0如果下一個(gè)位是1且當(dāng)前電平是0，下一個(gè)電平是最后一個(gè)非零電平的相反值應(yīng)用：100base-T作業(yè)：為什么要用MLT-3編碼方式多電平二進(jìn)制的不足

TradeOffforMultilevelBinary編碼效率不如NRZ線路信號(hào)電平值有三個(gè)，但每個(gè)信號(hào)元素本來(lái)可以表示log23=1.58個(gè)比特的信息，在此只能表示一個(gè)比特的信息接收器必須區(qū)分三個(gè)電平狀態(tài)(+A,-A,0)而不是區(qū)分兩個(gè)電平狀態(tài)差錯(cuò)率相同的情況下，需要增加約3分貝的額外信號(hào)功率（換言之，信噪比一定時(shí)NRZ的差錯(cuò)率比多電平二進(jìn)制低得多）。未能完全解決同步問(wèn)題雙極性AMI連續(xù)長(zhǎng)串0時(shí)，偽三進(jìn)碼連續(xù)長(zhǎng)串1時(shí)塊編碼描述

SubstitutioninBlockCoding塊編碼表示：mB/nB三個(gè)步驟：分組、置換、組合特點(diǎn)當(dāng)n>m時(shí)，這一變化就增加了許多冗余碼，對(duì)于前面的多種編碼方法，加上塊編碼可以彌補(bǔ)它們的不足，提高性能。4B/5B編碼原理

SubstitutioninBlockCoding4B/5B原理從25=32個(gè)可能的編碼中取出24=16個(gè)來(lái)表示0～F，使每組編碼中0的個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)，1的個(gè)數(shù)不少于2個(gè)。4B/5B編碼嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)只是一種數(shù)據(jù)編碼而不是信號(hào)編碼，即不是把一定數(shù)量（4bit）0或1編程另外一種數(shù)量，但也是為了避免直流分量，并能增加控制信息參見(jiàn)P4124B/5B編碼技術(shù)（4B/5BEncoding）曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼每個(gè)比特需要多達(dá)兩次信號(hào)狀態(tài)跳變——10Mbps的數(shù)據(jù)率將使線路上信號(hào)狀態(tài)每秒變化20M次(20M波特)，編碼效率只有50%（常用于10Mbps的LAN中）。4B/5B編碼以4個(gè)比特為一組進(jìn)行編碼，編碼位數(shù)為5個(gè)，所以又稱為“塊編碼”（‘Blockcoding）。其編碼效率達(dá)80%（100Mbps→125M波特）。4B/5B編碼確保無(wú)論4比特符號(hào)為何種組合(包括全“0”)，其對(duì)應(yīng)的5比特編碼中至少有2位“1”，從而保證所傳輸?shù)倪@組信號(hào)中至少發(fā)生兩次跳變，以利于接收端的時(shí)鐘提取。為了得到信號(hào)同步，可以采用二級(jí)編碼的方法。即先按4B/5B編碼，然后再利用NRZ-I編碼。4B/5B編碼用于百兆位以太網(wǎng)和FDDI網(wǎng)等。此外，還有可用于千兆位以太網(wǎng)的8B/10B（在多模光纖上支持高達(dá)149.76Mbps速率）等編碼技術(shù)。塊編碼與NRZ-I結(jié)合可以克服NRZ-I的缺陷，解決同步問(wèn)題；但是增加了NRZ-I的信號(hào)速率。冗余位增加了20%的波特，結(jié)果仍然小于兩相方案，并且無(wú)法解決DC成分問(wèn)題擾碼技術(shù)Scrambling擾碼技術(shù)的原理：將可能產(chǎn)生恒定電平的比特序列用足夠多的跳變替換掉，以滿足同步的要求（高速高效）填入的比特序列應(yīng)產(chǎn)生足夠的跳變以保證同步應(yīng)能被接收方識(shí)別并能被自動(dòng)替換成原始的比特序列與原始的比特序列等長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)無(wú)直流分量無(wú)長(zhǎng)時(shí)間的零電平狀態(tài)不降低數(shù)據(jù)率可提供差錯(cuò)檢測(cè)功能典型方案：B8ZS、HDB3B8ZS

雙極性8零替換編碼基于雙極性AMI（北美方式）編碼規(guī)則－與前導(dǎo)比特極性有關(guān)如果出現(xiàn)連續(xù)八個(gè)0，且其前導(dǎo)比特1是正電平，則八個(gè)0比特被編碼為：000+-

0-

+如果出現(xiàn)連續(xù)八個(gè)0，且其前導(dǎo)比特1是負(fù)電平，則八個(gè)0比特被編碼為：000-

+0+

-其中有兩個(gè)碼元違背了AMI編碼規(guī)則（所謂“擾亂”），亦不可能是由噪聲產(chǎn)生。接收方檢測(cè)到這一組編碼后，會(huì)將其還原為連續(xù)八個(gè)0的比特序列?！半p極性8零替換”編碼示意圖

B8ZSEncodingHDB3

高密度雙極性3零編碼亦基于雙極性編碼（歐洲和日本方式）遇到連續(xù)四個(gè)0比特時(shí)就在編碼中用含有一個(gè)或兩個(gè)正負(fù)電平的脈沖來(lái)制造“擾亂”，以便同步。遇到連續(xù)四個(gè)0比特即“擾亂”，而不是連續(xù)八個(gè)0比特，故曰“高密度”。編碼規(guī)則：根據(jù)前導(dǎo)比特1的極性和自上一次替換后傳輸?shù)谋忍?的數(shù)目，按四種方式相應(yīng)改變編碼?！案呙芏入p極性3零”編碼示意圖

HDB3Encoding

AMI、B8ZS和HDB3編碼比較B-合乎AMI編碼規(guī)則V-不合AMI編碼規(guī)則多電平二進(jìn)制編碼的應(yīng)用實(shí)例ISDN接口192kbps的“基本速率”接口，使用偽三進(jìn)碼。1.544Mbps的“基群速率”接口，使用B8ZS的AMI編碼。2.048Mbps的“基群速率”接口，使用HDB3的AMI編碼。小結(jié)：“數(shù)字→數(shù)字”編碼方案4.1用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)4.2用模擬信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)4.3用數(shù)字信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)4.4用模擬信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)示意圖

ModulationTechniques改變載波信號(hào)的振幅改變載波信號(hào)的頻率改變載波信號(hào)的相位幅移鍵控ASK描述ASK是通過(guò)改變載波信號(hào)的幅度值表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”，以幅度A1表示數(shù)字信號(hào)的“1”，用載波幅度A2表示數(shù)字信號(hào)的“0”（通常A1取1，A2取0），而載波信號(hào)的參數(shù)f和φ恒定。幅移鍵控編碼

AmplitudeShiftKeying二進(jìn)制的兩個(gè)數(shù)分別由載波信號(hào)兩種不同的振幅值表示。通常，其中一個(gè)振幅值為零，以降低傳輸信息所需的能量。所生成的調(diào)制信號(hào)：式中，載波信號(hào)是Acos(2πfct)。噪聲通常只影響振幅。所以ASK是受噪聲影響最大的調(diào)制技術(shù)。在語(yǔ)音線路上ASK通常僅用于數(shù)據(jù)率不高于1200bps的情況。更多地用于通過(guò)光纖傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（有無(wú)光脈沖）。調(diào)幅信號(hào)的帶寬：B=(1+d)×S（0<d≦1,取決于調(diào)制和過(guò)濾處理）幅移鍵控編碼

AmplitudeShiftKeying二進(jìn)制1二進(jìn)制0頻移鍵控編碼

FrequencyShiftKeying二進(jìn)制的兩個(gè)數(shù)分別由鄰近載波頻率的兩個(gè)頻率表示。

式中，

f1

和

f2

通常是載波頻率fc

的兩個(gè)偏移值，其絕對(duì)值相等，偏移方向相反。抗干擾性能優(yōu)于ASK（噪聲對(duì)其影響?。?。典型數(shù)據(jù)率為1200bps左右（語(yǔ)音線路）。亦常用于高頻

(3to30MHz)無(wú)線傳輸。使用同軸電纜的局域網(wǎng)中，甚至可用于更高的頻率。帶寬BFSK=(1+d)×S

+|f2-f1|二進(jìn)制1二進(jìn)制0頻移鍵控編碼示意圖

FSKEncoding相移鍵控編碼

PhaseShiftKeying通過(guò)載波相位的變換表示數(shù)據(jù)抗干擾性能優(yōu)于ASK（噪聲對(duì)其影響?。?。用兩個(gè)相位代表兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)：雙值相移鍵控

(BPSK)及其“星座圖”(Constellation)二進(jìn)制1二進(jìn)制0二相位PSK編碼示意圖

B-PSKEncoding4–PSK(QPSK)我們還可以采用四種信號(hào)相位變化方式，讓每一種變化代表兩個(gè)比特(4-PSK)。此時(shí)我們可以用兩倍于2-PSK的速率傳輸數(shù)據(jù)。四相位PSK編碼示意圖

4–PSKEncoding8-PSK

八相位PSK4-PSK的想法可進(jìn)一步擴(kuò)展到8相位。此時(shí)每次對(duì)相位只變化45°,而不是90°。通過(guò)使用八個(gè)不同相位,每相移一次可以代表三個(gè)比特。所以8-PSK的傳輸速率比2-PSK快三倍。性能問(wèn)題

Performance帶寬ASK帶寬與數(shù)據(jù)率R成正比。PSK帶寬亦與數(shù)據(jù)率R成正比。FSK的帶寬與低頻數(shù)據(jù)率R直接相關(guān)，但如果頻率很高，則主要取決于調(diào)制頻率相對(duì)于載波頻率的偏移量ΔF。在存在噪聲干擾的情況下，DPSK和QPSK的比特差錯(cuò)率要比ASK和FSK優(yōu)3dB。正交調(diào)幅編碼

QuadratureAmplitudeModulation(QAM)一種常用于ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶線路）和無(wú)線通信的模擬信號(hào)傳輸技術(shù)。調(diào)幅(ASK)和調(diào)相(PSK)技術(shù)的綜合(同時(shí)改變正弦波三個(gè)特性中的振幅和相位)。理論上可以有無(wú)數(shù)的狀態(tài)組合。※8-QAM編碼示意圖

8-QAMEncoding16-QAMConstellations

三種常見(jiàn)的16-QAM編碼星座圖QAM調(diào)制器：實(shí)例圖

QAMModulator4.1用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)4.2用模擬信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)4.3用數(shù)字信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)DigitalData,AnalogSignal4.4用模擬信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)AnalogData,AnalogSignal模擬數(shù)據(jù)→數(shù)字信號(hào)

AnalogData,DigitalSignal數(shù)字化(Digitization)把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，再通過(guò)NRZ-L或其他技術(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。AnalogtoDigitalEncoding※Codec-編碼解碼器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化

DigitizingAnalogData主要問(wèn)題如何在不損失信號(hào)質(zhì)量的前提下，將信息（數(shù)據(jù)）從無(wú)窮多的連續(xù)值轉(zhuǎn)換為有限個(gè)離散值。主要方法：PCM（脈沖編碼調(diào)制）采樣（脈幅調(diào)制，PAM）→量化→二進(jìn)制編碼脈沖振幅調(diào)制

PulseAmplitudeModulation(PAM)模擬-數(shù)字編碼的第一步是所謂“PAM”（脈幅調(diào)制），即對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，然后生成一連串基于采樣結(jié)果的脈沖。思考：采樣時(shí)間是越短越好還是越長(zhǎng)越好？采樣:奈奎斯特定理

Sampling:NyquistTheorem如果以一定時(shí)間間隔對(duì)某個(gè)信號(hào)f(t)進(jìn)行采樣，并且采樣頻率高于該信號(hào)最高頻率的兩倍，則采樣值包含了原信號(hào)的全部信息。通過(guò)使用低通過(guò)濾器，可以由這些采樣值重新構(gòu)成信號(hào)f(t)

。說(shuō)明：1、只有信號(hào)帶寬是有限時(shí)，才對(duì)其進(jìn)行采樣2、采樣率是最該頻率而不是帶寬的兩倍量化Quantization脈沖振幅調(diào)制信號(hào)的量化二進(jìn)制編碼

BinaryEncoding思考：1、量化位數(shù)越多越好？還是越少越好？2、兩個(gè)指標(biāo)：量化等級(jí)？量化誤差？“數(shù)字-數(shù)字”編碼

DigitaltoDigitalEncoding使用各種“數(shù)字-數(shù)字”編碼技術(shù)將二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳送。脈沖編碼調(diào)制:模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化

PCM:Fromanalogtodigitalsignal從模擬信號(hào)到PCM

FromAnalogtoPCM脈幅調(diào)制(PAM)→量化→二進(jìn)制編碼→“數(shù)字-數(shù)字”編碼小結(jié)：模擬信號(hào)在數(shù)字信道上傳輸

要先進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制(PCM,PulseCodeModulation):◆采樣：按信號(hào)最高頻率fmax的兩倍頻率取樣可精確還原（NyquistTheorem，奈奎斯特定理）◆量化：將取樣獲得的脈沖信號(hào)在振幅上進(jìn)行數(shù)值分級(jí)（我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中量化分為256個(gè)等級(jí)）◆編碼：將量化后的數(shù)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼然后再用“數(shù)字→數(shù)字”編碼技術(shù)進(jìn)行二次編碼。非線性編碼

NonlinearEncoding用于優(yōu)化PCM編碼方案。量化值間距相等帶來(lái)的問(wèn)題是：不論信號(hào)電平大小如何，每個(gè)采樣值的絕對(duì)誤差都相同。結(jié)果是振幅值較低的時(shí)候失真就更大一些。解決方法:量化值不要均勻分度——在振幅較低時(shí)設(shè)置的量化級(jí)數(shù)更多一些。由此可降低信號(hào)的整體失真，大大提高脈碼調(diào)制的信噪比。非線性編碼的效果

EffectofNonlinearCodingP120圖5.18增量調(diào)制(△調(diào)制)

（自行閱讀）DeltaModulation將輸入的模擬信號(hào)用一個(gè)階梯函數(shù)來(lái)近似。在每個(gè)采樣周期上升或下降一個(gè)步長(zhǎng)值(

)。通過(guò)近似一個(gè)模擬信號(hào)的導(dǎo)數(shù)而不是它的振幅，產(chǎn)生一個(gè)比特流。如果階梯函數(shù)將在下一個(gè)周期上升，那么就生成比特1，相反則生成比特0。與PCM相比，DM的主要優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。通常，在數(shù)據(jù)率相同的情況下，PCM具有更好的信噪比。增量調(diào)制舉例

ExampleofDeltaModulation4.1用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)4.2用模擬信號(hào)傳輸數(shù)字類數(shù)據(jù)4.3用數(shù)字信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)4.4用模擬信號(hào)傳輸模擬類數(shù)據(jù)（自行閱讀）AnalogData,AnalogSignal模擬數(shù)據(jù)→模擬信號(hào)

AnalogData,AnalogSignals調(diào)制：將輸入信號(hào)m(t)與頻率為fc

的載波信號(hào)合并的過(guò)程。調(diào)制后產(chǎn)生的信號(hào)s(t)的帶寬以fc為中心。

模擬信號(hào)進(jìn)行模擬調(diào)制的必要高頻可以獲得更高的傳輸效率可使用“頻分復(fù)用技術(shù)”調(diào)制方式振幅頻率

相位AnalogtoAnalogEncodingAnalogModulation

模擬調(diào)制本章作業(yè)1.簡(jiǎn)述信號(hào)速率和數(shù)據(jù)速率的區(qū)別2.

LAN常用的編碼方案是什么？為什么說(shuō)它的帶寬利用率只有50%？3.模擬信號(hào)在數(shù)字信道上傳輸時(shí)，要進(jìn)行何種調(diào)制？要經(jīng)過(guò)哪些處理步驟？為什么一條8位編碼的語(yǔ)音線路PCM信號(hào)速率是64Kbps。4.畫(huà)出數(shù)據(jù)流01010101的NRZ-I、曼徹斯特、差分曼徹斯特、MLT-3方案的圖5.教材P90-91，第2、27、28、31題6.發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)序列為11010010，分別畫(huà)出2ASK、2FSK、2PSK、QPSK、4-QAM的波形圖7.教材P103第11題（a）、第12題（d）——雙號(hào)教材P103第11題（d）、第12題（a）——單號(hào)8.教材P103第14題（c）、第15題（c）——單號(hào)教材P103第14題（d）、第12題（a）——雙號(hào)9.P104第18題

TheEnd信號(hào)傳輸?shù)幕痉椒ɑ鶐鬏敾鶐В何唇?jīng)調(diào)制變換的信號(hào)所占的頻帶基帶信號(hào)：一般基帶數(shù)字信號(hào)的頻譜是從零開(kāi)始直到一定頻率。這種高限頻率與低限頻率之比遠(yuǎn)大于1的信號(hào)稱為“基帶信號(hào)”?；鶐鬏敚翰话嵋苹鶐盘?hào)頻譜的傳輸方式不使用載波頻帶傳輸在發(fā)送端通過(guò)調(diào)制使基帶信號(hào)頻譜搬移到適合信道的載波頻帶，并在接收端通過(guò)解調(diào)恢復(fù)基帶信號(hào)頻譜的傳輸方式通過(guò)載波進(jìn)行載波：頻率的選取與使用的傳輸媒體相兼容調(diào)制的定義：將輸入信號(hào)m(t)與頻率為fc的載波信號(hào)合并的過(guò)程。調(diào)制