福建工程學(xué)院數(shù)通課件2

1、2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸v主要內(nèi)容主要內(nèi)容1：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：歸零碼：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：歸零碼/非歸零碼非歸零碼 曼徹斯特曼徹斯特碼碼2：模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：抽樣：模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：抽樣 量化量化 編碼編碼3：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸：ASK FSK PSK4：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸：異步傳輸：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸：異步傳輸 同步傳輸同步傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸1：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸v數(shù)據(jù)編碼是為了使數(shù)據(jù)能在信道上傳輸數(shù)據(jù)編碼是為了使數(shù)據(jù)能在信道上傳輸v數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)v信號(hào)也可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)信號(hào)也可分為模

2、擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)v計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最普遍使用的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最普遍使用的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸即基帶傳輸技術(shù)號(hào)傳輸即基帶傳輸技術(shù)v數(shù)字信號(hào)傳輸需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示數(shù)字信號(hào)傳輸需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示及收發(fā)兩端的的信號(hào)同步問(wèn)題，其最常用的方法是及收發(fā)兩端的的信號(hào)同步問(wèn)題，其最常用的方法是用不同的電平信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)字用不同的電平信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)字v把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號(hào)把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號(hào)常見(jiàn)的有兩類：常見(jiàn)的有兩類：不歸零碼和曼徹斯特編碼不歸零碼和曼徹斯特編碼v（1）不歸零碼（NRZ，Non-Return to Zero） 二進(jìn)制數(shù)字0、1分別

3、用兩種電平來(lái)表示；常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸1：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸不歸零制編碼是效率最高的編碼，缺點(diǎn)是存在發(fā)送方和接收方的同步問(wèn)題 單極性不歸零碼,無(wú)電壓(也就是元電流)用來(lái)表示0,而恒定的正電壓用來(lái)表示1。每一個(gè)碼元時(shí)間的中間點(diǎn)是采樣時(shí)間,判決門限為半幅度電平(即0.5)。也就是說(shuō)接收信號(hào)的值在0.5與1.0之間,就判為1碼,如果在O與0.5之間就判為0碼。每秒鐘

4、發(fā)送的二進(jìn)制碼元數(shù)稱為碼速。 雙極性不歸零碼,1碼和0碼都有電流,但是1碼是正電流,0碼是負(fù)電流,正和負(fù)的幅度相等,故稱為雙極性碼。此時(shí)的判決門限為零電平,接收端使用零判決器或正負(fù)判決器,接收信號(hào)的值若在零電平以上為正,判為1碼;若在零電平以下為負(fù),判為0碼。 以上兩種編碼,都是在一個(gè)碼元的全部時(shí)間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流(單極性),以及發(fā)出正電流或負(fù)電流(雙極性)。每一位編碼占用了全部碼元的寬度,故這兩種編碼都屬于全寬碼,也稱作不歸零碼NRZ (Non Return Zero)。如果重復(fù)發(fā)送1碼,勢(shì)必要連續(xù)發(fā)送正電流;如果重復(fù)發(fā)送0碼,勢(shì)必要連續(xù)不送電流或連續(xù)發(fā)送負(fù)電流,這樣使某一位碼元與其下一位

5、碼元之間沒(méi)有間隙,不易區(qū)分識(shí)別。歸零碼可以改善這種狀況。2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸1：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o（2）曼徹斯特編碼（）曼徹斯特編碼（Manchester Coding）n用電壓的變化表示用電壓的變化表示0和和1。o規(guī)定在規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變：o高高低的跳變代表低的跳變代表0，低，低高的跳變代表高的跳變代表1n每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（Self-Synchroni

6、zing Code）。）。n缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。倍）。1：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o （3）差分曼徹斯特編碼（Differential ）n每個(gè)碼元的中間每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。仍要發(fā)生跳變。n用用碼元開始處碼元開始處有無(wú)跳變來(lái)表示有無(wú)跳變來(lái)表示0和和1 ，有跳變代表，有跳變代表0，無(wú)，無(wú)跳變代表跳變代表1。電地暖電地暖 1：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸7o 三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011 時(shí)鐘時(shí)鐘NRZ曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼差分差分曼徹斯特編

7、碼曼徹斯特編碼2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o 數(shù)字信號(hào)的數(shù)字傳輸（基帶傳輸）的優(yōu)點(diǎn)是：抗干擾能力強(qiáng)、成本低。o 缺點(diǎn)是：由于基帶信號(hào)頻帶寬，傳輸時(shí)必須占用整個(gè)信道，因此，通信信道利用率低；此外，占用頻帶寬，信號(hào)易衰減，只能使用有線方式，限制了使用的場(chǎng)合。在局域網(wǎng)中經(jīng)常使用基帶傳輸技術(shù)。1：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o 使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸o 采樣定理：采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以，若以2F的采樣頻的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原率對(duì)其采樣，則從采樣得到的

8、離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。始信號(hào)。o 要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)o 模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。三個(gè)步驟：字信號(hào)。三個(gè)步驟：n采樣采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣n量化量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上n編碼編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼n編碼后的信號(hào)稱為編碼后的信號(hào)稱為PCM信號(hào)（脈碼調(diào)制信號(hào)（脈碼調(diào)制, Pulse Coded Modulation）。）。2：模擬數(shù)據(jù)

9、的數(shù)字傳輸：模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸10o 語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化n 語(yǔ)音帶寬f4kHzn 采樣時(shí)鐘頻率：8kHz（2倍語(yǔ)音最大頻率）n 樣本量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（8bit/每樣本）n 數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit = 64kb/so每路PCM信號(hào)的速率 = 64kb/s模擬模擬語(yǔ)音信號(hào)語(yǔ)音信號(hào)采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘PCM 信號(hào)信號(hào)采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼 數(shù)字化數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)語(yǔ)音信號(hào)f4kHzfs=8kHz11PCM編碼過(guò)程舉例 語(yǔ)音信號(hào)語(yǔ)音信號(hào)011 100 011 011 001 100 PCM 輸出輸出343314011100011011001100 PCM 信號(hào)信號(hào) （有量化誤差）（有量

10、化誤差）3.23.92.83.41.24.2 PAM信號(hào)信號(hào)2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o 利用模擬信道傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的方法稱為頻帶傳輸；o 在頻帶傳輸中，常用普通電話線作為傳輸介質(zhì) 。o 為了利用模擬語(yǔ)音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。o 調(diào)制解調(diào)器（modem）是頻帶傳輸中最典型的通信設(shè)備。3：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸o 調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理o 將發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制，調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器；將接收端的模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)，解調(diào)設(shè)備稱為解調(diào)器。同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（mo

11、dem）。2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸電話機(jī)電話線電話線電話機(jī)電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)ModemModem3：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o 使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸o 三種常用的調(diào)制技術(shù)：三種常用的調(diào)制技術(shù)：n幅移鍵控幅移鍵控ASK （Amplitude Shift Keying）n頻移鍵控頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keying）n相移鍵控相移鍵控PSK （Phase Shift Keying）o原理：原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。 載波信號(hào)載波信

12、號(hào) S(t) = Acos(t+) oS(t)的參量包括：的參量包括： 幅度幅度A、頻率頻率 、初相位初相位n調(diào)制就是要使調(diào)制就是要使A、 或或隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化3：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸3：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和和1FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和和1PSK：用載波的起始相位的變化表示：用載波的起始相位的變化表示0和和10 0 1 1 0 1000 1 0ASKFSKPSK2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o 所謂同步

13、，就是要求通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致。o 數(shù)據(jù)通信中常用的兩種同步方式是：異步傳輸和同步傳輸。4：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o （1）.異步傳輸o 異步傳輸是以字符為單位進(jìn)行傳輸，傳輸字符之間的時(shí)間間隔可以是隨機(jī)的、不同步的。 但在傳輸一個(gè)字符的時(shí)段內(nèi)，收發(fā)雙方仍需依據(jù)比特流保持同步，所以也稱為起-止式同步傳輸。o 異步傳輸方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。但需在每個(gè)字符的首尾附加起始位和停止位，因而它的額外開銷大，傳輸效率低。o 這種方式主要用于低速設(shè)備。4：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o （2）.同步傳輸o同步方式是指在一組字符

14、（數(shù)據(jù)幀）之前加入同步字符，同步字符之后可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符。o同步方式數(shù)據(jù)幀的典型組成 ：n同步字符（同步字符（ SYN SYN ）：表示數(shù)據(jù)幀的開始）：表示數(shù)據(jù)幀的開始 n地址字段：包括源地址和目的地址地址字段：包括源地址和目的地址n控制字段：用于控制信息控制字段：用于控制信息n數(shù)據(jù)字段：用戶數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)字段：用戶數(shù)據(jù)n 檢驗(yàn)字段：用于檢錯(cuò)檢驗(yàn)字段：用于檢錯(cuò) n幀結(jié)束字段：表示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束幀結(jié)束字段：表示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束 o同步方式中，數(shù)據(jù)傳輸額外開銷小，傳輸效率高。但是同步方式實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，傳輸中的一個(gè)錯(cuò)誤將影響整個(gè)字符組（而異步傳輸中的同樣錯(cuò)誤只影響一個(gè)字符的正確接收）。這種方式用于高速設(shè)備。4：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸：數(shù)據(jù)同步與異步傳輸2.2 數(shù)據(jù)編碼與數(shù)據(jù)傳輸o 異步傳輸與同步傳輸?shù)膮^(qū)別o 異步傳輸是面