计算机网络2013~2014第一学期——数据通信模型与信号编码.PPT

* * 编码与调制 数据 数字 模拟 信号 数字 模拟 信道 数字 模拟 由于传输介质及其格式的限制，通信双方的信号不能直接进行传送，必须通过一定的方式处理之后，使之能够适合传输媒体特性，才能够正确无误地传送到目的地。 调制：指用模拟信号承载数字或模拟数据。 编码：指用数字信号承载数字或模拟数据。 数字/数字编码 单极性编码 应用失效问题： (1) 直流分量，单极性编码信号平均振幅不是零，有的媒体没有传输直流分量能力，如微波、变压器。 (2)同步，连续信号（多个1）如何识别数量，时间同步，信号传输会发生扭曲，拉长。 极化编码 极化编码采用两个电压值：一个正电压、一个负电压。减轻了直流分量问题。 在双相位编码中，每个比特均含正电压和负电压，彻底解决了直流分量问题。 非归零编码 归零编码 双相位编码 信号在每比特间隙中发生改变但并不归零。 曼切斯特编码：在每个比特间隙中间引入跃迁来同时代表不同比特和同步信息。 1：一个负电平到正电平跳变。 0：一个正电平到负电平跳变。 差分曼切斯特编码：比特间隙跃迁用于携带同步信息，开始位置是否有跃迁代表比特。 1：没有跳变。 0：有跳变。 数字/模拟编码 用模拟信号代表数字信息的编码技术。 例如电话线传输模拟信号，用于传输数字数据前转换。 数据必须被调制到一个模拟信号上。 一个正弦波可以通过三个要素定义：振幅、频率和相位。当改变其中任何一个时，就有了波的另一个形式。 若用原来的波代表1，可以用变形的波代表0。 载波信号 在模拟传输中，发送设备产生一个高频信号作为基波承载信息信号——基波信号、载波信号。 接收设备将自己收听到的频率调整到与所期望的发送方载波信号频率一致。 数字信息通过改变载波信号的一个或多个特性（振幅、频率和相位）被调制（移动键控）到载波信号上（调制信号）。 调制（移动键控） 0 1 0 0 1 1 1 0 0 基带信号 调幅 调频 调相 比特率波特率 比特率——每秒传输的比特数。 波特率——每秒传输的信号单元数，一个信号单元包含1或多个比特。 两个节点间通信，需要的信号单元越少，系统效率越高，传输更多比特是所需的带宽就少。 波特率决定了发送信号所需的带宽。 幅移键控（ASK） ASK受噪声影响大，热、电磁感应等易引起线路中不期望的电压值，改变振幅。 频移键控（FSK） FSK避免了噪声问题，接受方通过在给定时间内的具体频率变化识别比特值，能够忽略尖峰脉冲。 相移键控（PSK） 二相位PSK，编码中使用两个不同的相位值（0和180度）。 相移键控（PSK） 2-PSK Q-PSK 相移键控（PSK） Q-PSK 如何进一步提高编码效率？ 正交调幅（QAM）编码将ASK和PSK以某种方式结合起来，使得每一比特、双比特、三比特、四比特组等之间具有最大的反差。 8正交调幅 2振幅、4相位 (Quadrature Amplitude Modulation) 一个8-QAM信号的时域图 若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。 例：正交振幅调制 QAM r ? (r, ?) 可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。 由于4 bit 编码共有16 种不同的 组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。 若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。 模拟-数字编码 用数字信号表示模拟信号。光盘录制歌曲。 最小失真的数字流。 脉冲振幅调制（PAM）： 接收模拟信号，采样，产生脉冲。 采样指每隔相等的时间间隔测量一次信号振幅。 对于一个接收设备，重现一个模拟信号只需少量信息。 奈奎斯特定理：PAM中采样频率至少是原始信号中最高频分量频率的两倍。 模拟信号 脉冲振幅调制信号 PAM采样的脉冲取值仍然是可以任意值（是一个模拟信号，而不是数字化的），并不适合数据通信。 脉冲码调制（PCM）——将PAM所产生的采样结果修改成完全的数字化信号，量化——对采样结果赋予一个特定范围内的整数值。 +38 -50+48 +10+39 +127-10 +125-90 +90-80 +60 例：对于一个带宽为10,000Hz（1000～11000）的信号，需要怎样的采样频率？如果每个样本的量化值是八位二进制，比特率是多少？ 解：采样频率必须是信号最高频率的两倍： 采样频率 = 2 * 11000