計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)第02章通信技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、第02章通信技術(shù)基礎(chǔ)第02章 通信技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容提要數(shù)據(jù)傳送格式編碼技術(shù)同步技術(shù)多路復(fù)用數(shù)據(jù)傳輸信道通信技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信 連續(xù)信息是其狀態(tài)連續(xù)變化的信息，如連續(xù)變化的語(yǔ)音。圖像、視頻等。連續(xù)信息也稱為模擬信息。數(shù)據(jù)通信離散信息信息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散型如符號(hào)文字?jǐn)?shù)據(jù)等。離散信息也稱為數(shù)字信息連續(xù)信息其狀態(tài)連續(xù)變化的信息如連續(xù)變化的語(yǔ)音圖像視頻等。連續(xù)信息也稱為模擬信息數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)以一種適合傳送的形式快速有效地從一方傳送到另一方。 信息分成兩大類： 離散信息，連續(xù)信息。數(shù)據(jù)通信離散信息:指信息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散型的如符號(hào)文字?jǐn)?shù)據(jù)等離散信息也稱為數(shù)字信息。連續(xù)信息：是其狀態(tài)連續(xù)變化的信息如連續(xù)

2、變化的語(yǔ)音圖像視頻等連續(xù)信息也稱為模擬信息。 數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)以一種適合傳送的形式快速有效地從一方傳送到另一方。 信息分成兩大類： 一類是離散信息，另一類是連續(xù)信息。 數(shù)據(jù)通信研究的主要內(nèi)容A 1. 可靠的傳輸通路: 有基帶傳輸和頻帶傳輸之分。 2數(shù)據(jù)交換: 是完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵, 可分為電路交換、報(bào)文交換、分組交換等。 數(shù)據(jù)通信研究的主要內(nèi)容B 3通信協(xié)議: 通信網(wǎng)絡(luò)的“大腦”， 與網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件共同控制和管理著數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。4通信處理: 涉及到數(shù)據(jù)的差錯(cuò)控制、碼型轉(zhuǎn)換、流量控制等內(nèi)容。5同步問(wèn)題: 數(shù)據(jù)通信重要因素。主要有碼元同步、幀同步和網(wǎng)同步。基本概念 1信號(hào) 對(duì)數(shù)據(jù)的電

3、磁和電子編碼。2信息 對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的表達(dá)和解釋。3傳輸 信號(hào)的數(shù)據(jù)傳遞。4比特率(R) 5傳輸損耗 在任何傳輸系統(tǒng)中，接收端得到的信號(hào)不可能與發(fā)送端傳送出的信號(hào)完全一致，在信號(hào)傳輸過(guò)程中肯定會(huì)出現(xiàn)傳輸損耗。 這些損耗會(huì)隨機(jī)地引起模擬信號(hào)的改變，或使數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)差錯(cuò)。 它們是影響數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸距離的重要因素之一。噪聲 對(duì)通信系統(tǒng)，噪聲的產(chǎn)生是不可避免的。 信道噪聲是獨(dú)立于信號(hào)的，始終干擾著信號(hào)，對(duì)傳輸造成很大的危害。 噪聲對(duì)數(shù)據(jù)通信，影響較大的是兩種： 高斯白噪聲和脈沖噪聲。 白噪聲是指功率譜密度在整個(gè)頻域內(nèi)均勻分布的噪聲。 所有頻率具有相同能量密度的隨機(jī)噪聲稱為白噪聲。噪聲 在傳輸過(guò)程中，接

4、收端得到的信號(hào)由兩部分組成：發(fā)送端送出的信號(hào)；在傳輸過(guò)程中插入到數(shù)據(jù)信號(hào)中的噪聲。根據(jù)產(chǎn)生原因不同噪聲可分為四類：熱噪聲交調(diào)噪聲串音脈沖噪聲 1熱噪聲 由帶電粒子在導(dǎo)電媒體中進(jìn)行的熱運(yùn)動(dòng)引起的，它存在于所有在絕對(duì)零度以上的環(huán)境中工作的電平設(shè)備和傳輸媒介中。 這種噪聲無(wú)法被消除，它為通信系統(tǒng)的性能設(shè)置了上限。噪聲功率密度可作為熱噪聲值的度量，以（W/Hz）為單位。熱噪聲計(jì)算 1Hz帶寬內(nèi)存在的熱噪聲值可由下式進(jìn)行計(jì)算 N0kT 其中:N0為噪聲功率密度；k為玻爾茲曼常數(shù)，其單位是 焦耳開(kāi)（J/K）T為熱噪聲源的熱力學(xué)溫度，其單位是開(kāi)（K）熱噪聲計(jì)算例 若系統(tǒng)帶寬為Hz，試求在 40oC的溫度下熱

5、噪聲源的噪聲功率。 解：首先根據(jù)公式求出噪聲功率密度于是當(dāng)帶寬為WHz時(shí)，噪聲功率為將其換算成單位dBm，根據(jù)公式可得 2交調(diào)噪聲 交調(diào)噪聲是多個(gè)不同頻率的信號(hào)共享一個(gè)傳輸媒介時(shí)可能產(chǎn)生的噪聲。 通常情況下，發(fā)送端和接收端是以線性系統(tǒng)模式工作，即輸出為輸入的常數(shù)倍。 3串音 串音是一個(gè)信號(hào)通道中的信號(hào)對(duì)另一個(gè)信號(hào)通道產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象，又稱串?dāng)_。 是相鄰信號(hào)通道之間發(fā)生耦合所引起的，常見(jiàn)于雙絞線之間，偶爾也會(huì)發(fā)生在同軸電纜之間。 4脈沖噪聲 脈沖噪聲：一種由突發(fā)的振幅很大持續(xù)時(shí)間很短，耦合到信號(hào)通路中的非連續(xù)尖峰脈沖引起的干擾。 這種噪聲是由電火花、雷電等原因引起的，它的出現(xiàn)是無(wú)法被預(yù)知的。衰損

6、信號(hào)在傳輸介質(zhì)中傳播時(shí)有一部分能量轉(zhuǎn)化成熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收，從而造成信號(hào)強(qiáng)度不斷減弱，這種現(xiàn)象稱為衰損。衰損(2) 若D的取值為負(fù)，則說(shuō)明從P2功率到P1出現(xiàn)了衰損，否則說(shuō)明從功率P2到P1出現(xiàn)了增益。P2P2是發(fā)送端衰損(3) 有時(shí)分貝也用于衡量電壓之間和電流之間的差別。由于功率分別與電壓和電流存在下述關(guān)系： 和 所以同理可得衰損(4)例 1例 25 假設(shè)在傳輸系統(tǒng)上傳輸?shù)男盘?hào)具有 12 mW的功率，而在一定距離遠(yuǎn)的某處測(cè)得功率為7mW，試求出這段線路上信號(hào)的衰損 。衰損(5)例 1解：根據(jù)公式可得可見(jiàn)，這段線路上的衰損為2.34 dB。 衰損(6)例 2例2 假設(shè)有一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)

7、，該系統(tǒng)采用放大器連接傳輸線路。若第一段傳輸線路的衰損為 20 dB，放大器的增益為 40 dB，第二段傳輸線路的衰損為 35 dB，求這個(gè)系統(tǒng)的總衰損。 衰損(6)例 2(計(jì)算)解：這個(gè)系統(tǒng)的總衰損為各部分衰損或增益的代數(shù)和，即 :衰損絕對(duì)電平的定義 為了表示傳輸系統(tǒng)中某點(diǎn)的絕對(duì)電平，往往使用單位dBm，它是以1mW為參考的功率單位。于是絕對(duì)電平可定義為:失 真 信號(hào)在線路上傳輸時(shí)，不同頻率的分量將在不同程度上受到衰損和延遲的影響，使得到達(dá)接收端的信號(hào)與發(fā)送端送出的初始信號(hào)之間產(chǎn)生差異。這種在傳輸過(guò)程中信號(hào)波形出現(xiàn)的變化稱為失真。相位失真波形失真6波特率 波特率是每秒鐘信號(hào)變化的次數(shù)，也叫做

8、調(diào)制速率，單位為波特(Baud或B)。 波特率和比特率不總是相同的，但過(guò)去常被混用。如果每個(gè)信號(hào)都是1個(gè)比特，波特率和比特率就相同。 波特率（2） 一個(gè)單比特的信號(hào)以每秒9600bit的速度傳送數(shù)據(jù)，波特率是9600B，只是傳送數(shù)據(jù)可能速度。 如果一個(gè)信號(hào)由2個(gè)比特組成，傳送數(shù)據(jù)的速度是2400bits，那么波特率就是1200B； 如果信號(hào)由3個(gè)比特組成，波特率就是800B。 7傳輸速率 傳輸速率是指在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，它是評(píng)價(jià)通信速度的重要指標(biāo)。 在數(shù)據(jù)傳輸中，經(jīng)常用到的指標(biāo)有調(diào)制速率、數(shù)據(jù)信號(hào)速率和數(shù)據(jù)傳輸速率。1) 調(diào)制速率 調(diào)制 是將基帶數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于線路傳輸?shù)哪硞€(gè)頻率載

9、波信號(hào)的過(guò)程。 調(diào)制速率 在信號(hào)調(diào)制過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)波形變換的次數(shù)，它的單位是波特（Baud）。調(diào)制速率為： 其中，T是單位調(diào)制信號(hào)波周期（s）。單位調(diào)制信號(hào)波又被稱為碼元，又稱為碼元傳輸速率。調(diào)頻波例 如圖 2-1所示的調(diào)頻波，其中一個(gè)“0”或“1”狀態(tài)的最短時(shí)間長(zhǎng)度為，試求調(diào)制速率 解：根據(jù)公式（2.1） 頻率快頻率慢2)數(shù)據(jù)信號(hào)速率 數(shù)據(jù)信號(hào)速率是指在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道的信息量，簡(jiǎn)稱比特率。數(shù)據(jù)信號(hào)速率以比特秒為單位，一般用bit/s表示，簡(jiǎn)寫成bps。 若在串行方式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，則數(shù)據(jù)信號(hào)速率可定義為信號(hào)分為: 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào): 一種連續(xù)變化的電磁波，數(shù)字信號(hào): 用

10、不同的電壓值表示二進(jìn)制的邏輯“1”和邏輯“0”。 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)編碼方法 計(jì)算機(jī)只存儲(chǔ)、傳輸和處理二進(jìn)制形式的信息。 將二進(jìn)制數(shù)和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系加以規(guī)定，這種規(guī)定便是字符編碼。 信息表示、交換、處理、傳輸和存儲(chǔ)，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的形式來(lái)頒布和實(shí)施的。 國(guó)際5號(hào)碼（IA5）是一種最初由美 國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)提出的編碼方案，它是一種目前被廣泛使用的編碼。 與這種編碼相同的還有美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼，簡(jiǎn)稱ASC碼。如表21所示。 國(guó)際5號(hào)碼1國(guó)際5號(hào)碼編碼集中總共可以包含128個(gè)不同的字符 2EBCDIC碼其全稱為擴(kuò)充的二一十進(jìn)制交換碼 3國(guó)際2 號(hào)碼 國(guó)際2號(hào)碼（IA2）是一種用5位二進(jìn)制數(shù)表示

11、字符的編碼，又稱波多碼。 根據(jù)其具有的5位碼長(zhǎng)，這種編碼似乎只能表示32個(gè)不同的字符，無(wú)法滿足36個(gè)基本字符的需要。碼型及其編碼方式（重點(diǎn)）用直流信號(hào)表示二進(jìn)制中0和1的信號(hào)形式被稱為碼型常見(jiàn)基帶數(shù)據(jù)信號(hào)波形1二電平碼二電平碼是最簡(jiǎn)單、最基本的一種碼型 它采用兩種不同的電平來(lái)分別 表示二進(jìn)制中的0和1。 2差分碼 差分碼是一種以電平跳轉(zhuǎn)狀況來(lái)表示數(shù)據(jù)信息的碼型。以差分碼傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，在一個(gè)比特持續(xù)的時(shí)間內(nèi)信號(hào)電平不會(huì)出現(xiàn)跳變。而且這段時(shí)間內(nèi)電平的值與數(shù)據(jù)信息不相關(guān)。 3雙極碼 （1）雙極性信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼信號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼用無(wú)電壓的狀態(tài)表示二進(jìn)制0用交替的正、負(fù)電平表示二進(jìn)制1雙極碼（2）雙極性 8零

12、替換碼 1、無(wú)電壓狀態(tài)表示02、交替的正負(fù)電平表示1雙極碼（2）雙極性 8零替換碼（B8ZS碼）雙極碼（3）高密度雙極性3零碼 高密度雙極性3零碼是日本和歐洲地區(qū)用于處理長(zhǎng)0串的一種AMI變形碼。 采用這種碼型時(shí)，如果遇到由連續(xù)的4個(gè)比特0組成的序列。 雙極碼（3）高密度雙極性3零碼 4裂相碼 裂相碼是一種在比特中點(diǎn)位置上電平跳轉(zhuǎn)為相反極的碼型。 目前最常用的兩種裂相碼是：曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼。 （1）曼徹斯特碼(A) 曼徹斯特碼:中點(diǎn)位置的電平跳變、作為數(shù)據(jù)信息、作為同步信息的裂相碼。 在比特中點(diǎn)位置上出現(xiàn)的從負(fù)電平到正電平的跳變表示二進(jìn)制的1； 出現(xiàn)從正電平到負(fù)電平的跳變表示二進(jìn)制的0

13、。 （1）曼徹斯特碼（B）圖描述了用曼徹斯特碼對(duì)數(shù)據(jù) 1101011010進(jìn)行編碼的情況。（2）差分曼徹斯特碼 A 差分曼徹斯特碼是一種融入了差分碼特點(diǎn)的裂相碼。這種碼型以比特中點(diǎn)位置的電平跳轉(zhuǎn)作為同步信息，以比特開(kāi)始時(shí)刻是否出現(xiàn)電平跳變的情況作為數(shù)據(jù)信息。 若在比特開(kāi)始時(shí)刻出現(xiàn)電平跳變，則該比特表示0，否則表示1。 （2）差分曼徹斯特碼B圖描述了用差分曼徹斯特碼對(duì)數(shù)據(jù) 11 0001011 010進(jìn)行編碼的情況。 5密勒碼 密勒碼也是一種利用電平的跳變表示數(shù)據(jù)信息的碼型。比特中點(diǎn)的電平跳轉(zhuǎn)表示二進(jìn)制的1 比特中點(diǎn)沒(méi)有出現(xiàn)電平跳轉(zhuǎn)時(shí)則表示二進(jìn)制的0 若當(dāng)前傳輸?shù)谋忍?后面緊跟另一個(gè)比特0，則該

14、比特0的傳輸以一個(gè)電平跳轉(zhuǎn)結(jié)束。 密勒碼圖219描述了用密勒碼對(duì)數(shù)據(jù)11 101011010進(jìn)行編碼的情況。 6.多電平碼是一種以M個(gè)電平狀態(tài)表示的，由n個(gè)比特組成的碼元的編碼，較為常見(jiàn)的多電平碼有自然碼和格雷碼。M個(gè)電平是以0電平為中心對(duì)稱等距設(shè)置的。 多電平碼例如，當(dāng)M4時(shí)多電平碼所選用的4個(gè)電平為3a，a，a和3a。分別列出了在四電平自然碼和四電平格雷碼中電平與碼元之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。多電平碼 多電平碼的優(yōu)點(diǎn)是提高： 傳輸效率 頻帶利用率 輸入比特率一定時(shí)，M的取值越大頻帶利用率就越高 發(fā)送功率一定時(shí)，M越大抗噪聲干擾的能力就越低 M的取值一般不宜超過(guò)16 四電平自然碼和四電平格雷碼對(duì)數(shù)據(jù)編

15、碼例 分別采用四電平自然碼和四電平格雷碼對(duì)數(shù)據(jù) 001110011000進(jìn)行編碼。 7雙二進(jìn)制碼 雙二進(jìn)制碼：一種通過(guò)電平狀態(tài)表示數(shù)據(jù)信息的碼型。用無(wú)電壓狀態(tài)表示二進(jìn)制中的1；用正、負(fù)電平交替表示二進(jìn)制的0，當(dāng)兩個(gè)比特0之間出現(xiàn)奇數(shù)個(gè)比特1時(shí)，則位置靠后的那個(gè)比特0需改變電平極性。 7雙二進(jìn)制碼 圖描述了用雙二進(jìn)制碼對(duì)數(shù)據(jù)110001011010進(jìn)行編碼的情況。 ASCII碼和EBCDIC碼是計(jì)算機(jī)通信中最常用的兩種編碼。還有博多碼、莫爾斯碼和二一十進(jìn)制碼（BCD）。 信息怎樣被編碼成適合傳輸?shù)母袷绞峭ㄐ艧o(wú)法回避的基本問(wèn)題。 ASCII碼、博多碼、莫爾斯碼 和BCD碼ASCII碼 最流行的編碼

16、，是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCII(American Standard Code for Information Interchange)。一種7位編碼，為每一個(gè)鍵盤字符和特殊功能字符分配一個(gè)唯一組合。傳輸一條ASCII編碼信息 莫爾斯碼、博多碼和BCD碼 莫爾斯碼是最古老的一種編碼。 由Samtuel Morse在1838年發(fā)明的，用于電報(bào)通信。這些代碼由一系列的點(diǎn)和劃組成。 其特點(diǎn)是字母代碼的長(zhǎng)度并不統(tǒng)一。 字母E對(duì)應(yīng)于單個(gè)點(diǎn)，字母H有四個(gè)點(diǎn)。 在原始的電報(bào)中，要發(fā)送信息，控制一個(gè)電路斷開(kāi)或連通的開(kāi)關(guān)。 博多碼、莫爾斯碼和BCD碼 博多碼定義五位代碼11111(上碼)和11011(下碼)，用

17、來(lái)確定如何解釋后續(xù)的五位代碼。 上碼后續(xù)的代碼當(dāng)作字母；下碼下來(lái)的所有代碼將被解釋為數(shù)字或其他的特殊符號(hào)。報(bào)文“ABC123”將被轉(zhuǎn)換成下面的博多碼(從左到右)：11111 00011 11001 01110 11011 10111 10011 00001 上碼 A B C 下碼 1 2 3 2、博多碼 數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) 數(shù)據(jù)壓縮（Data Compression）消除數(shù)據(jù)中的冗余，達(dá)到減少數(shù)據(jù)量，縮短數(shù)據(jù)塊或記錄長(zhǎng)度的過(guò)程。 數(shù)據(jù)壓縮方法與技術(shù)比較多。 通常把數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)分成兩大類： 1、冗余度壓縮，為無(wú)損壓縮 2、嫡壓縮，稱有損壓縮，不可逆壓縮等。 字母A-E的頻率 表2-4 字母A

18、E的哈夫曼編碼 哈夫曼編碼確實(shí)減少了待發(fā)送的比特?cái)?shù)，但卻要求知道頻率值。 它還假設(shè)比特位被組成字符或其它一些重復(fù)的單元。 很多在通信媒體中傳播的數(shù)據(jù)，包括二進(jìn)制(機(jī)器代碼)、文件、傳真數(shù)據(jù)和視頻信號(hào)等，都不屬于這一類。 游程編碼 未壓縮的流和經(jīng)游程編碼的流 如果圖210a的流以一個(gè)1開(kāi)始，壓縮流如何區(qū)分呢?與兩個(gè)連續(xù)1的情況類似，這種方法把流看作以一個(gè)長(zhǎng)度為0的零序列開(kāi)始。所以發(fā)送的第1組4個(gè)比特應(yīng)該是0000。 這種技術(shù)最適用于有很多個(gè)零序列的情形。隨著值為1的比特出現(xiàn)頻率的增大，該技術(shù)的效率也將有所下降。實(shí)際上，有時(shí)候用這種技術(shù)處理某個(gè)流，可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更長(zhǎng)的比特流。小結(jié)根據(jù)解決時(shí)鐘同步問(wèn)

19、題所采用的方法不同，串行傳輸可分為異步傳輸和同步傳輸。在異步串行傳輸中，每58位數(shù)據(jù)需一個(gè)起始位和一個(gè)（長(zhǎng)波為1， 1.5或2）停止位封裝。在字節(jié)之間可能有變長(zhǎng)的時(shí)間間隙。在同步串行傳輸中，比特流是連續(xù)發(fā)送，字節(jié)兩端沒(méi)有起始位和停止位，字節(jié)之間也沒(méi)有間隙。接收方將根據(jù)發(fā)送方提供的同步信息把連續(xù)的比特流重組成字節(jié)。調(diào)制速率、數(shù)據(jù)信號(hào)速率和數(shù)據(jù)傳輸速率是常用于衡量傳輸性能的傳輸速率。 在任何傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)傳輸部將出現(xiàn)傳輸損耗，如衰損、失真和噪聲等。這些損耗使信號(hào)的波形發(fā)生改變，從而影響了數(shù)據(jù)的傳輸速率和傳輸距離。 信噪比是用來(lái)描述傳輸過(guò)程中信號(hào)受噪聲影響程度的量，而香農(nóng)理論則給出了一種計(jì)算傳輸速

20、率上限的方法。 通信常識(shí)（短波傳輸 ） 短波通信是一種以波長(zhǎng)為10m100m的電磁波進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)囊环N通信方式，工作頻率的范圍在3MHz30MHz。短波通過(guò)兩種形式進(jìn)行傳播： 沿地球的表面以地波的形式傳播和電離層的反射以天波的形式傳播。這兩種傳播形式有其各自的頻率范圍和傳輸距離。 短波在以地波的形式進(jìn)行傳播時(shí)，陸地和海洋均會(huì)引起信號(hào)的衰損，所以短波一般采用天波的形式進(jìn)行傳播。短波傳輸短波通信主要采用天波形式進(jìn)行傳播，電離層的特點(diǎn)在很大程度上影響著短波通信的各項(xiàng)特性。短波通信的優(yōu)點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)無(wú)需太大的發(fā)射功率設(shè)備成本適中等這種通信方式易受季節(jié)晝夜太陽(yáng)活動(dòng)的影響通信質(zhì)量不夠穩(wěn)定容易受到外部干擾地

21、面微波傳輸?shù)孛嫖⒉ㄍㄐ攀且环N在對(duì)流層視距范圍內(nèi)，利用微波波段的電磁波進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?長(zhǎng)途通信時(shí)，需要在終端站之間建立中繼站，如下圖。地面微波傳輸 中繼站的功能是進(jìn)行變頻、放大和功率補(bǔ)償，其數(shù)量的多少則與傳輸距離和地形地貌有關(guān)。 微波通信一次只能朝一個(gè)方向傳播信號(hào)，若以這種的方式實(shí)現(xiàn)像電話交談這樣的雙向通信，就需要采用兩個(gè)頻率分別用于不同方向的信息傳輸。 地面微波傳輸 每種頻率的信號(hào)需要各自的接收裝置和發(fā)送裝置，兩種裝置集成在一起，使用一個(gè)天線就能完成接收和發(fā)送某個(gè)頻率信號(hào)的工作。 微波天線安裝在地勢(shì)較高的位置上。位置越高，發(fā)送出去的信號(hào)就越不易為高大建筑物和山丘所阻擋，信號(hào)傳播出更遠(yuǎn)

22、的距離。 衛(wèi)星微波通信 衛(wèi)星微波通信：是在地面微波技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，廣泛應(yīng)用于電視廣播、長(zhǎng)途電話傳輸?shù)阮I(lǐng)域。 通信衛(wèi)星：相當(dāng)于一個(gè)中繼站，兩個(gè)或多個(gè)地球站通過(guò)它實(shí)現(xiàn)相互間的通信。 衛(wèi)星微波通信 通信衛(wèi)星可以在多個(gè)頻段上工作。 衛(wèi)星從一個(gè)頻段接收信號(hào)，信號(hào)經(jīng)放大和再生之后再?gòu)牧硪粋€(gè)頻段發(fā)送出去。 用于地球站向衛(wèi)星傳輸信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)器信道稱為上行通道，用于衛(wèi)星向地球站傳輸信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)器信道稱為下行通道。衛(wèi)星微波通信如圖2. 31所示 衛(wèi)星微波通信衛(wèi)星傳輸?shù)淖罴杨l段在110GHz之間。因?yàn)轭l率低于1GHz時(shí)易受到自然界噪聲及人為噪聲的影響，而頻率高于10GHz時(shí)雨雪天氣易使其產(chǎn)生衰損。 衛(wèi)星微波通信

23、為了保證在通信衛(wèi)星的協(xié)助下地球站之間能夠進(jìn)行持續(xù)通信，衛(wèi)星應(yīng)與地球站保持相對(duì)靜止，衛(wèi)星的飛行周期應(yīng)該與地球的自轉(zhuǎn)周期一致。 蜂窩電話 蜂窩電話是一種廣泛應(yīng)用的移動(dòng)通信方式。為實(shí)現(xiàn)這種通信方式，每個(gè)蜂窩服務(wù)區(qū)將被劃分為很多小區(qū)域，這些小區(qū)域稱為蜂窩單元。 蜂窩電話 關(guān)鍵點(diǎn)：防止信號(hào)相互干擾，相鄰蜂窩單元信道不同。缺點(diǎn)：是每次通話需要長(zhǎng)時(shí)間占用信道，降低了信道利用率。 手機(jī)撥號(hào)后，開(kāi)始掃描波段，找到信號(hào)最強(qiáng)的信道并與之連接，將電話號(hào)碼信息傳至該信道對(duì)應(yīng)的基站。電話號(hào)碼再經(jīng)由移動(dòng)電話交換局傳至中央電話站。 同步技術(shù) 按照作用分 載波同步 位（碼元）同步 群同步 網(wǎng)同步 同步分為兩類數(shù)據(jù)信號(hào)的解調(diào)所需

24、的同步；數(shù)據(jù)碼元的分組及譯碼所需的同步。 在信息交互的通信中，各種數(shù)據(jù)信號(hào)的處理和傳輸都是在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行的。 為使整個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確工作，收、發(fā)雙方必須要有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 這個(gè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)就是靠定時(shí)系統(tǒng)去完成收、發(fā)雙方時(shí)間的一致性，即同步。 同步技術(shù) 在頻帶傳輸系統(tǒng)中，接收方若采用相干解調(diào)的方法，從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原發(fā)送信號(hào)，則需獲取與發(fā)送方同頻同相的載波，這個(gè)過(guò)程稱為載波同步。 載波同步是實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。 載波同步 2位同步 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，最基本單元是位，或碼元，均具有相同的持續(xù)時(shí)間。 頻率和相位要與接收碼元一致。 將接收端產(chǎn)生與接收碼元的頻率和相位一致的“定時(shí)

25、脈沖序列”的過(guò)程稱為位同步。3群同步 群同步又稱幀同步 為有效地傳遞數(shù)據(jù)報(bào)文，還要對(duì)傳輸碼元序列按一定長(zhǎng)度進(jìn)行分組、分幀或打信息包。 接收端要準(zhǔn)確地恢復(fù)這些數(shù)據(jù)報(bào)文，就需要知道這些組、幀、包的起止時(shí)刻，接收端獲得這些定時(shí)序列稱群同步。 4網(wǎng)同步 在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，傳送和交換的是一定傳輸速率的比特流，這就需要網(wǎng)內(nèi)各種設(shè)備具有相同的頻率，以相同的時(shí)標(biāo)來(lái)處理比特流。這就是網(wǎng)同步的概念。 網(wǎng)同步就是網(wǎng)中各設(shè)備的時(shí)鐘同步。 同步 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：基本的、必不可少的同步是收發(fā)兩端的時(shí)鐘同步(位同步)，這是同步的基礎(chǔ)。 為保證抗干擾性能，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地傳遞，要求系統(tǒng)定時(shí)信號(hào)滿足： 接收端的與發(fā)送端定時(shí)信號(hào)頻率相同。

26、 定時(shí)信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)間保持固定的相位關(guān)系。同步位同步(時(shí)鐘同步)是關(guān)鍵 可以采用三類方法： 使用統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) 利用獨(dú)立的同步信號(hào) 頻分制傳輸 時(shí)分制傳輸 自同步法 傳送數(shù)據(jù)的格式 位同步：在接收端的基帶信號(hào)中提取碼元定時(shí)的過(guò)程。 它與載波同步有一定的相似和區(qū)別。 載波同步是相干解調(diào)的基礎(chǔ)，采用相干解調(diào)都需要載波同步，在基帶傳輸時(shí)沒(méi)有載波同步問(wèn)題；所提取的載波同步信息是載頻為fc的正弦波，與接收信號(hào)的載波同頻同相。實(shí)現(xiàn)方法有插入導(dǎo)頻法和直接法。 位同步1. 插入導(dǎo)頻法 插入導(dǎo)頻法頻譜圖 這種方法與載波同步時(shí)的插入導(dǎo)頻法類似，也是在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)處插入所需的位定時(shí)導(dǎo)頻信號(hào)。其中圖（a）為常見(jiàn)

27、的雙極性不歸零基帶信號(hào)的功率譜，插入導(dǎo)頻的位置是不；圖（b）表示經(jīng)某種相關(guān)變換的基帶信號(hào)，其譜的第一個(gè)零點(diǎn)為，插入導(dǎo)頻應(yīng)在1/2T處。插入位定時(shí)導(dǎo)頻系統(tǒng)框圖 2. 直接法 直接提取位同步的方法又分濾波法和特殊鎖相環(huán)法。 1） 濾波法 波形變換濾波法濾波法原理圖 包絡(luò)檢波濾波法 從2PSK信號(hào)中提取位同步信息 2） 鎖相法 位同步鎖相法的基本原理與載波同步的類似，在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信號(hào)的相位，若兩者相位不一致，鑒相器就產(chǎn)生誤差信號(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)的相位，直至獲得準(zhǔn)確的位同步信號(hào)為止。 濾波法中的窄帶濾波器可以是簡(jiǎn)單的單調(diào)諧回路或晶體濾波器，也可以是鎖相環(huán)路。鎖相法

28、將采用鎖相環(huán)來(lái)提取位同步信號(hào)的方法稱為鎖相法。通常分兩類。 模擬鎖相法：環(huán)路中誤差信號(hào)去連續(xù)地調(diào)整位同步信號(hào)的相位。 鎖相環(huán)位同步法：高穩(wěn)定度的振蕩器，從鑒相器所獲得的與同步誤差成比例的誤差信號(hào)不是直接用于調(diào)整振蕩器，而是通過(guò)一個(gè)控制器在信號(hào)鐘輸出的脈沖序列中附加或扣除一個(gè)或幾個(gè)脈沖，這樣同樣可以調(diào)整加到減相器上的位同步脈沖序列的相位，達(dá)到同步的目的。 數(shù)字鎖相原理框圖 位同步脈沖的相位調(diào)整 微分整流型鑒相器同相正交積分型鑒相器 群同步 載波同步和位同步實(shí)質(zhì)上是對(duì)接收信號(hào)載波的相位和碼元脈沖的到達(dá)時(shí)刻進(jìn)行估計(jì)。 為了實(shí)現(xiàn)傳輸系統(tǒng)的群同步，要在數(shù)據(jù)序列中插入特殊的同步碼或同步字符，通過(guò)它們來(lái)描述

29、系統(tǒng)群同步的方式和實(shí)現(xiàn)方法。 群同步：變成了對(duì)同步碼(同步標(biāo)志)進(jìn)行估計(jì)檢測(cè)的問(wèn)題 。對(duì)群同步系統(tǒng)的基本要求 1)正確建立同步的概率大，錯(cuò)誤同步的概率?。?2)初始捕獲同步碼(建立同步)的時(shí)間短； 3)既要能迅速發(fā)現(xiàn)假鎖或失步，及時(shí)恢復(fù)同步，長(zhǎng)期保持正確的同步； 4)傳輸信息流中實(shí)現(xiàn)群同步且插入的冗余度要小。1. 起止式同步 起止式同步是起止式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的碼組同步方式，起止式傳輸又稱異步傳輸。 異步傳輸過(guò)程 起止式同步有以下特點(diǎn) 1) 每隔一個(gè)字符對(duì)收端時(shí)鐘相位作一次校正，時(shí)鐘誤差無(wú)積累。 2) 止信號(hào)的長(zhǎng)度不定，超過(guò)最小長(zhǎng)度即可。 3) 字符同步容易出錯(cuò)。 4) 因?yàn)槠鹬故酵阶址麅?nèi)位時(shí)鐘

30、相位是由“止”向“起”轉(zhuǎn)換的時(shí)刻決定的，所以在有噪聲干擾時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)刻可能滑動(dòng)，導(dǎo)致位定時(shí)的精度下降。 5) 傳輸效率低，為了同步目的而插入的冗余度已接近14。2.用特殊字符建立群同步 在許多同步數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，采用某些特殊字符(比特序列)來(lái)建立群同步。 數(shù)據(jù)幀格式及標(biāo)志 信道分類 信道可按不同方式來(lái)分類。從概念上可分為廣義信道和狹義信道。按傳輸媒體可分為有線信道和無(wú)線信道。前者包括明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜、光纜；后者主要有地面微波、衛(wèi)星、短波等信道。按信息復(fù)用形式，一般又可分為：頻分制信道和時(shí)分制信道。前者包括載波信道、頻分短波信道、頻分微波信道和頻分衛(wèi)星信道等；后者主要有時(shí)分基帶信道、時(shí)分短

31、波信道、時(shí)分微波信道和時(shí)分衛(wèi)星信道等。另外，還有碼分信道。此外，信道還可按信道參數(shù)的時(shí)間特性分為恒參信道和變參信道等。 1.廣義信道與狹義信道 信道在概念上通常有兩種理解：一是狹義信道，另一種是廣義信道。 狹義信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的具體的傳輸物理媒介，如明線、電纜、光纜或短波、微波、衛(wèi)星中繼等傳輸線路。廣義信道與狹義信道示意圖 2.按傳輸媒介的種類分類 (1)有線信道。明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜、波導(dǎo)、光纜等。 有線信道具有性能穩(wěn)定，外界干擾小，保密性強(qiáng)，維護(hù)便利等優(yōu)點(diǎn)，在通信網(wǎng)中占有較大的比例。 有線信道架設(shè)工程量大，一次性投資較大。目前，在有線信道中，明線、電纜等媒介的使用已逐漸減少，取而代之的是使用光纜。 按傳輸媒介的種類分類(2) 無(wú)線信道：利用無(wú)線電波在空間進(jìn)行信號(hào)傳輸。 無(wú)線電波頻段和傳輸方式有：中波、短波、超短波、微波、衛(wèi)星等。 無(wú)線信道：一次性投資較低，通信成本也低，通信