第三章通信中的基本原理.ppt

1、第三章通信中的基本原理厦门大学ATR第六研究室石江宏2009年3月1日2022/11/12厦门大学通信工程系2一、基础知识数字通信系统o数字通信系统结构2022/11/12厦门大学通信工程系3基础知识数字编码技术o信源编码：去除信源中的多余信息，目的是提高传输效率 v语音v图像（帧内，帧间）v其他数据压缩（有失真，无失真）o信道编码：抑制干扰，目的是提高传输的可靠性 v差错控制编码v编码调制o密码编码v对称加密v非对称加密2022/11/12厦门大学通信工程系4基础知识技术术语o数据(Data)：传递（携带）信息的实体。数字数据以二进制数表示o信息(Information)：数据的内容或解释

2、o信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电气编码）o总结：信息以数据形式表达，数据以信号的形式传播 信息信息编码数据编码数据信号信号在介质上传输在介质上传输信号信号解码数据解码数据信息信息通信系统的任务通信系统的任务2022/11/12厦门大学通信工程系5基础知识通信速率o恒参高斯噪声信道的最高信息速率：Cmax=W log2(1+S/N)o理想低通信道的最高信号传输速率（码元速率，波特率，符号率）：max2W（B单位是波特，单位是波特，W单位是单位是H）o理想带通信道的最高信号传输速率（码元速率，波特率，符号率）：maxW（B单位是波特，单位是波特，W单位是单位是H）o理想低通最高数

3、据速率：Rmax=2W log2 M（M为信号编码级数）为信号编码级数）o总结：信息速率不能超过Cmax，信号传输速率不能超过max 2022/11/12厦门大学通信工程系6基础知识模拟信号数字化o模拟数字转换v取样v量化v编码o数字模拟转换v求和2022/11/12厦门大学通信工程系7基础知识通信速率o应用实例1.假设电话线实际可利用的带宽W=3000Hz，采用A律13折线非均匀量化，其量化信噪比S/N=35dB，上行原始数据信息35kbps。2.对于下行，解码器的任务就是鉴别256个离散电压（8bit 量化），但是采用A律解扩的D/A在趋近零的电压太接近，MODEM无法分别，所以从256个

4、电压中选择128个最可靠的（7bit量化），因此下行56kbps。ISPD/AA/DD/A V.90(56kbps)数字数字数字数字模拟模拟交换机2022/11/12厦门大学通信工程系8基础知识通信速率o应用实例D/AA/DA/DD/AD/AA/D V.34(28.8-33.6kbps)交换机交换机1交换机交换机2模拟模拟模拟模拟数字数字数字数字2022/11/12厦门大学通信工程系9基础知识量化噪声oADC器件理论上达到的SNR(满幅度，均匀量化)SNR=6.02N4.77+20lg(Am/V)10lg(0.5fs/W)=6.02N1.7610lg(0.5fs/W)o实际上，话音动态范围大，

5、部分幅度会出现超过量化范围而造成过载，引入的过载噪声；部分信号因为低于最大量化电平V而导致SNR降低。o信息量：两次不确定性之差，或者说不确定性的减少。也就是当认识上的不确定性消除或者减少了，信息才是实在的、有效的2022/11/12厦门大学通信工程系10基础知识量化噪声o语音输入时的SNR特性D=Am/vAm为语音信号峰值v为量化范围（峰值）超过量化范围产生过载2022/11/12厦门大学通信工程系11基础知识带通信号采样定理2022/11/12厦门大学通信工程系12基础知识带通信号采样定理o 对于中心频率f0=40MHz，带宽为B=8MHz的带通信号，采样区间分别是多少？当然M取尽量大，采

6、样频率尽量高，只要采样频率小于AD器件最高采样频率就可以2022/11/12厦门大学通信工程系13基础知识最优采样频率条件：m确定，即奈奎斯特区确定，可以最后定下采样频率2022/11/12厦门大学通信工程系14基础知识频谱效率o频谱效率，频带利用率：单位频带内的数据传输速率 Rb/W3db=B log2 M/W3db (bps/Hz,B单位是波特，单位是波特，W3db滤波器带宽滤波器带宽)o功率效率，功率利用率:在保证信道传输质量下，系统所需归一化信噪比越高，功率利用率越低。功率效率高，频带利用率就低o在功率受限信道中,可采用纠错编码，增加信息冗余度,但传输信号占用的带宽加大,在同样接收条件

7、下，发射功率可以降低,提高功率利用率；o在频带受限信道中,可采用多元调制，以减少占用带宽，提高功率，使得频率利用率提高o在功率和频带都受限的信道中,则可通过加大调制信号集来为纠错编码提供所需的冗余度。2022/11/12厦门大学通信工程系15基础知识频谱效率o不同调制方式比较功率效率M越大，频带利用率就越高，系统调制解调方式所要求的归一化信噪比越高，需要加大功率，所以功率效率就越低2022/11/12厦门大学通信工程系16基础知识传输方式o模拟传输：v模拟数据模拟信号v数字数据模拟信号o数字传输：v模拟数据数字信号v数字数据数字信号2022/11/12厦门大学通信工程系17基础知识传输方式o数

8、字数据模拟信号(频带MODEM)vASKv2FSKvBPSKvQPSKvQAMvGMSK0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 10 00 00 0 1 1 0 0ASKASK调幅调幅FSKFSK调频调频PSKPSK调相调相2022/11/12厦门大学通信工程系18基础知识传输方式o数字数据数字信号v二元码NRZRZManchester（0变成01，1变成10）CMI（1交替用11和00代替，0用01代替）nBmB（用m位码表示n位信息码）Miller码（1用01和10代替，两个00，用00和11交替）2022/11/12厦门大学通信工程系19基础知识传输方式o数字数据数字信号 v三元码A

9、MI（0用0，1用+1和-1交替）HDBn（4个连0用B00V或000V）BnZS(6个0时用0VB0VB)2022/11/12厦门大学通信工程系20基础知识传输方式o数字数据数字信号 v多元码2B1Q101101002022/11/12厦门大学通信工程系21基础知识数字传输技术o常用数字传输编码 vManchester:10M以太网,TokenRingv4B5BNRZ：100M以太网v8B10B+NRZ：1000M以太网，PCI-EvPDH的E1,E2,E3:HDB3 AMIvPDH的E4:CMIvSDH的STM-1:CMIvISDN,DDN,HDSL：2B1QvMiller码：数据记录，光

10、纤传输，RFID2022/11/12厦门大学通信工程系22基础知识数字传输技术o数字传输编码结构特点 v能提取定时v无直流成分和只有很小的低频成分v提高传输码型的传输效率v具有内在的检错能力2022/11/12厦门大学通信工程系23基础知识传输方式o模拟数据数字信号vPCM编码vADPCM编码v增量调制2022/11/12厦门大学通信工程系24基础知识传输方式o模拟数据模拟信号vFMvAM2022/11/12厦门大学通信工程系25p确定复用（固定复用、同步复用、位置复用）p频分复用(FDM)所有用户在同时占用不同的带宽资源。p时分复用(TDM)所有用户分时占用同样的频带宽度。p波分复用(WDM

11、):DWDM&CWDM 光的频(对应波长)分复用。特点：一次呼叫同时建立两个方向的电路；在每一个方向上占使用一条电路；在一次呼叫过程中，持续占用确定电路；占用电路是传输系统的总传输容量的确定部分。p统计复用（标记复用、异步复用）p统计时分复用STDM 改进的时分复用，提高TDM的传输效率。特点：一次呼叫建立一个方向的电路；在每一个方向上占使用一条电路；断续占用这些电路；占用电路是传输系统的全部传输容量。基础知识信道复用技术2022/11/12厦门大学通信工程系26p波分复用就是光的频分复用。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm6155

12、7nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km基础知识波分复用2022/11/12厦门大学通信工程系27ABCDaabbcdb cattttt4个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户基础知识时分复用2022/11/12厦门大学通信工程系280121631125 125 m m m ms=32 s=32 时隙时隙时隙时隙 =2.048 Mbps=2.048 Mbps帧同步帧同步信令信道信令信道30 路话音数据信道路话音数据信道+2 路控制信道

13、路控制信道基础知识E1帧格式2022/11/12厦门大学通信工程系29t3个STDM帧#1ab bcacd#2#3ABCDabcdttttacbabb cat#1cd#2#3#4有数据就分配时隙，要分配地有数据就分配时隙，要分配地址，一般时隙数小于用户数址，一般时隙数小于用户数基础知识统计时分复用2022/11/12厦门大学通信工程系30p面向连接服务(connection-oriented)n面向连接服务具有连接建立、数据顺序传输和连接释放这三个阶段。（如PSTN是有连接确定复用,ATM虚连接统计复用）p无连接服务(connectionless)n两个实体之间的通信不需要先建立好连接。n是一

14、种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。基础知识寻址方式2022/11/12厦门大学通信工程系31基础知识通信协议发发E-mailE-mail打印文件打印文件mail喂，请用中文喂，请用中文,慢一点！慢一点！出错了出错了，请重发请重发！协协议议是是指指通通信信双双方方必必须须遵遵循循的的控控制制信信息息交交换换的的规规则则之之集集合合。语法语法 语义语义 定时规则定时规则2022/11/12厦门大学通信工程系32基础知识通信协议o协议分层设计思想2022/11/12厦门大学通信工程系33基础知识通信协议应用层表示层会话层传

15、输层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层互连物理传输媒体通信子网资源子网2022/11/12厦门大学通信工程系34基础知识物理层o物理层的主要任务:确定与传输媒体的接口的一些特性n机械特性:形状、尺寸、线数、排列等。n电气特性 电缆的各条线上电压的范围。n功能特性：各线的功能及其上电平的电压表示的意义。n规程特性：不同功能的各种可能事件的出现顺序。2022/11/12厦门大学通信工程系35基础知识链路层o链路层的主要任务:保证点到点物理连接点的链路层的可靠和有效性算法；保证广播信道分配的公平性算法。n寻址、排序、流量控制、差错控制n帧定界，将数据和控制信息区分开 n点对

16、点的透明传输（没有经过其他中间节点）n控制对传输介质访问的公平性n确定型访问协议：有序访问，不冲突，用于负荷大的网络n竞争型访问协议：随机访问，会冲突2022/11/12厦门大学通信工程系36基础知识网络层o网络层的主要任务:它是保证端到端的数据传输的最低层。（不同与链路层的点到点传输）n路由选择（知道网络的拓扑）n拥塞控制n网络互联（特别是负责差异网络的互联）n为传输层提供服务（屏蔽网络拓扑，类型，数量）2022/11/12厦门大学通信工程系37基础知识传输层o传输层的主要任务:为源端机和目的机提供可靠、合理的数据传输，与网络结构无关，是系统协议体系的核心。n为应用层提供可靠、合理的服务n提供建立、维护、拆除传输连接的功能n提供端到端的差错恢复和流控制2022/11/12厦门大学通信工程系38基础知识卫星电话协议转换2022/11/12厦门大学通信工程系39基础知识GSM协议转换2022/11/12厦门大学通信工程系40文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块基