第四講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第三講數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)5.

基帶傳輸和寬帶傳輸多路復(fù)用技術(shù)基本概念數(shù)字信號(hào)的傅立葉分析數(shù)據(jù)通信概念信道和信道基本參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸1.數(shù)字信號(hào)的Fourier分析傅立葉級(jí)數(shù)：任何正常周期為T(mén)的函數(shù)g(t)，都可由（無(wú)限個(gè)）正弦和余弦函數(shù)合成：其中，f=1/T是基頻，an和bn稱(chēng)為正弦和余弦函數(shù)的n次諧波的振幅，c是常數(shù)任何信號(hào)的傳輸都可理解為以傅立葉級(jí)數(shù)的形式傳遞如每個(gè)傅立葉級(jí)數(shù)的信號(hào)分量被等量衰減，則合成后，振幅有所衰減，基本形狀不變對(duì)任何已知的g(t)，可求得：諧波數(shù)越高，傳輸質(zhì)量越好如傳輸ASCII字符b，即，可求得：對(duì)指定的最高頻率，傳輸帶寬是有限的波特率：信號(hào)變化次數(shù)（每秒采樣的次數(shù)）比特率：數(shù)據(jù)傳輸速率bps如果信號(hào)分為2級(jí)：01，則波特率=比特率如果信號(hào)分為8級(jí)：01234567，則波特率=3比特率即一次信號(hào)變化（一次采樣）可表示3bit

如信號(hào)分為V級(jí)，則比特率=log2V波特率設(shè)波特率=比特率=bbps則：發(fā)送8bit(1B)需要T=8/b秒，因而基頻f=1/T=b/8Hz如：截止頻率為F則：最大的諧波次數(shù)n滿(mǎn)足nf<=F，即：n<=F/f=8F/b當(dāng)截止頻率為F為3000HZ時(shí)波特率和比特率2.數(shù)據(jù)通訊的基本概念

2.1數(shù)據(jù)與信號(hào)模擬數(shù)據(jù)是指在某個(gè)時(shí)間段產(chǎn)生的連續(xù)的值。例如聲音和視頻，溫度和壓力等都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是指產(chǎn)生的離散的值。信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種基本形式傳輸信號(hào)的信道也有模擬信道和數(shù)字信道之分2.2數(shù)據(jù)傳輸3信道參數(shù)和名稱(chēng)解釋Nyquist定理Shannon定理舉例：噪聲信道中的傳輸速率在噪聲信道（話(huà)音信道）中，當(dāng)帶寬為3500Hz，信噪比為30dB（較為典型的電話(huà)信道），則：最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)=3500log2(1+1000)

35000(b/s)最大數(shù)據(jù)傳輸速率為35kbps，這是在噪聲信道中的傳輸速率極限，實(shí)際上是不可能達(dá)到的信道工作方式單工通信：?jiǎn)蜗騻鬏?，如廣播、電視半雙工：雙方都可以發(fā)送或接收，但不能同時(shí)，即當(dāng)一方發(fā)送時(shí)，另一方接收全雙工：雙方同時(shí)可以發(fā)送和接收信息全雙工則需要兩條信道4.數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，通常有三種基本的調(diào)制方式：1)調(diào)幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)調(diào)頻FSK(FrequencyShiftKeying)3)調(diào)相PSK(PhaseShiftKeying)

目前廣泛應(yīng)用的調(diào)制技術(shù)是正交調(diào)相：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)調(diào)幅ASK

(AmplitudeShiftKeying)用載波的兩個(gè)不同的振幅來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值如用無(wú)信號(hào)表示0，有信號(hào)表示1調(diào)頻FSK

(FrequencyShiftKeying)用載波附近的兩個(gè)不同的頻率來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值如用信號(hào)頻率為f表示0，信號(hào)頻率為2f表示1調(diào)相PSK

(PhaseShiftKeying)用載波的相位移動(dòng)來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值如用信號(hào)相位角為0表示0相位角為

表示1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制舉例基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相010011100正交調(diào)相QPSK

(QuadraturePhaseShiftKeying)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸最簡(jiǎn)單的方法是用兩個(gè)不同的電壓信號(hào)值來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值0和1常用的數(shù)字信號(hào)編碼有：不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼不歸零編碼

NRZ

（nonreturn-tozero

）正電平表示1，零電平表示0曼切斯特編碼

（Manchesterencoding）差分曼徹斯特編碼

（differentialManchesterencoding）編碼舉例模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸采樣、量化和編碼話(huà)音信道話(huà)音信道的數(shù)據(jù)傳輸速率5.基帶傳輸寬帶傳輸6.多路復(fù)用頻分多路復(fù)用FDM波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。F2F3F1F2F3共享光纖的光譜

光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵時(shí)分多路復(fù)用TDMTDM圖示TDM的同步和異步同步TDM圖示TDM的同步和異步異步TDM圖示碼分復(fù)用(CDMA)原理：每個(gè)信源均分配有一個(gè)惟一的碼型序列(稱(chēng)為碼片chip)。信源要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先將其轉(zhuǎn)換：“1”→”+1”，“0”→“-1”。若數(shù)據(jù)為“+1”，就直接發(fā)送碼片；若數(shù)據(jù)為“-1”，就發(fā)送該碼片的反碼?？梢钥闯?，這實(shí)際上就是為比特1(0)進(jìn)行再編碼，并使每個(gè)信源采用的編碼方式各不相同。例如：若一信源分配的碼片為，則它發(fā)送數(shù)據(jù)0110時(shí)，實(shí)際發(fā)送的序列為

實(shí)際采用的碼片長(zhǎng)度為64位或128位對(duì)碼片序列的要求每個(gè)站分配的碼片要惟一。兩個(gè)不同站的碼片必須正交，即一個(gè)站的碼片向量S與其他站的碼片向量T的內(nèi)積必須為0。(與其他站的碼片反碼的向量?jī)?nèi)積也必須為0)。即任一碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積都是1。碼片向量與自己反碼的碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積都是-1。即CDMA的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程當(dāng)A、B兩個(gè)CDMA站通信時(shí)，接收方B首先獲取發(fā)送方A的碼片序列SA。B連續(xù)計(jì)算收到的信號(hào)(含有其他站的信號(hào))與SA的內(nèi)積。

由于SA與其他站的碼片正交(內(nèi)積為0)，故其他站