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1、第三讲第三讲 数据通信的基础知识数据通信的基础知识5.基带传输和宽带传输基带传输和宽带传输6.多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念1.数字信号的傅立叶分析数字信号的傅立叶分析2.数据通信概念数据通信概念3.信道和信道基本参数信道和信道基本参数4.数据传输数据传输1.数字信号的Fourier分析傅立叶级数：任何正常周期为傅立叶级数：任何正常周期为T的函数的函数g(t)，都可，都可由（无限个）正弦和余弦函数合成：由（无限个）正弦和余弦函数合成：其中，其中，f=1/T是基频，是基频，an和和bn称为正弦和余弦函称为正弦和余弦函数的数的n次谐波的振幅，次谐波的振幅，c是常数是常数任何信号的传输都可
2、理解为以傅立叶级数的形式传递如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减，如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减，则合成后，振幅有所衰减，基本形状不变对则合成后，振幅有所衰减，基本形状不变对任何已知的任何已知的g(t)，可求得：，可求得：谐波数越高，传输质量越好如传输如传输ASCII字符字符b，即，即 01100010，可求得：，可求得：对指定的最高频率，传输带宽是有限的波特率：信号变化次数（每秒采样的次数）波特率：信号变化次数（每秒采样的次数）比特率：数据传输速率比特率：数据传输速率 bpsbps如果信号分为如果信号分为2级：级：0 1，则波特率，则波特率=比特率比特率如果信号分为如果信号分为8级：级
3、：0 1 2 3 4 5 6 7，则波特率，则波特率=3比特率比特率即一次信号变化（一次采样）可表示即一次信号变化（一次采样）可表示3bit如信号分为如信号分为V级，则比特率级，则比特率=log2V 波特率波特率设波特率设波特率=比特率比特率=b bps则：发送则：发送8 bit(1B)需要需要T=8/b秒，因而基频秒，因而基频f=1/T=b/8 Hz如：截止频率为如：截止频率为F则：最大的谐波次数则：最大的谐波次数n满足满足nf=F，即：，即：n=F/f=8F/b当截止频率为F为3000HZ时波特率和比特率2.数据通讯的基本概念2.1数据与信号模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值。例如声音
4、和视频，模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值。例如声音和视频，温度和压力等都是时间的连续函数温度和压力等都是时间的连续函数数字数据是指产生的离散的值。数字数据是指产生的离散的值。信号有模拟信号和数字信号两种基本形式信号有模拟信号和数字信号两种基本形式传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分2.2数据传输3信道参数和名称解释Nyquist定理Shannon定理举例：噪声信道中的传输速率在噪声信道（话音信道）中，当带宽为在噪声信道（话音信道）中，当带宽为3500Hz，信噪比信噪比 为为30dB（较为典型的电话信道），则：（较为典型的电话信道），则：最大数据
5、传输速率最大数据传输速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)=3500log2(1+1000)35000(b/s)最大数据传输速率为最大数据传输速率为35k bps，这是在噪声信道，这是在噪声信道中的传输速率极限，实际上是不可能达到的中的传输速率极限，实际上是不可能达到的 信道工作方式单工通信：单向传输，如广播、电视半双工：双方都可以发送或接收，但不能同时，即当一方发送时，另一方接收全双工：双方同时可以发送和接收信息全双工则需要两条信道全双工则需要两条信道4.数据传输数字数据在模拟信道上传输数字数据在数字信道上传输模拟数据在数字信道上传输数字数据在模拟信道上传输将数字数据调制成模拟信号进行传输
6、，将数字数据调制成模拟信号进行传输，通常有三通常有三种基本的调制方式：种基本的调制方式：1)1)调幅调幅ASK(AmplitudeASK(AmplitudeShiftKeying)ShiftKeying)2)2)调频调频FSK(FrequencyFSK(FrequencyShiftKeying)ShiftKeying)3)3)调相调相PSK(PhasePSK(PhaseShiftKeying)ShiftKeying)目前广泛应用的调制技术是正交调相：目前广泛应用的调制技术是正交调相：QPSK(QuadratureQPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)PhaseShif
7、tKeying)调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)用载波的两个不同的用载波的两个不同的振幅来表示两个二进振幅来表示两个二进制值制值 如用无信号表示如用无信号表示0 0，有，有信号表示信号表示1 1调频FSK(FrequencyShiftKeying)用载波附近的两个不用载波附近的两个不同的频率来表示两个同的频率来表示两个二进制值二进制值 如用信号频率为如用信号频率为f表示表示0，信号频率为，信号频率为2f表示表示1调相PSK(PhaseShiftKeying)用载波的相位移动来用载波的相位移动来表示两个二进制值表示两个二进制值如用信号相位角为如用信号相位角为0表表示示0相位
8、角为相位角为 表示表示1数字数据的调制举例基带信号基带信号调幅调幅调频调频调相调相010011100正交调相QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)数字数据的数字信号传输最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示两个二进制的数字数据值0和1常用的数字信号编码有：不归零编码不归零编码曼切斯特编码曼切斯特编码差分曼切斯特编码差分曼切斯特编码不归零编码NRZ（nonreturn-tozero）正电平表示正电平表示1，零电平表示，零电平表示0曼切斯特编码（Manchesterencoding）差分曼彻斯特编码（differentialManchesterencoding）编码举
9、例模拟数据在数字信道上传输采样、量化和编码话音信道话音信道的数据传输速率5.基带传输宽带传输6.多路复用频分多路复用FDM波分复用光的频分复用原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。F2F3F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅时分多路复用TDMTDM图示TDM的同步和异步同步TDM图示TDM的同步和异步异步TDM图示码分复用(CDMA)原理：每个信源均分配有一个惟一的码型序列原理：每个信源均分配有一个惟一的码型序列(称为码称为码片片chip)。信源要发送数据时，先将其转换：。信源要
10、发送数据时，先将其转换：“1”+1”，“0”“-1”。若数据为。若数据为“+1”，就，就直接发送码片；若数据为直接发送码片；若数据为“-1”，就发送该码片的反码。，就发送该码片的反码。可以看出，这实际上就是为比特可以看出，这实际上就是为比特1(0)进行再编码，并使每个信进行再编码，并使每个信源采用的编码方式各不相同。源采用的编码方式各不相同。例如：若一信源分配的码片为例如：若一信源分配的码片为11101000，则它发送数，则它发送数据据0110时，实际发送的序列为时，实际发送的序列为00010111 11101000 11101000 00010111实际采用的码片长度为实际采用的码片长度为6
11、4位或位或128位位对码片序列的要求对码片序列的要求 每个站分配的码片要惟一。每个站分配的码片要惟一。两个不同站的码片必须正交，即一个站的码片向量两个不同站的码片必须正交，即一个站的码片向量S与与其他站的码片向量其他站的码片向量T的内积必须为的内积必须为0 0。(与其他站的码片与其他站的码片反码的向量内积也必须为反码的向量内积也必须为0)0)。即。即任一码片向量的规格化内积都是1。码片向量与自己反码的码片向量的规格化内积都是-1。即CDMA的数据传输过程当当A A、B B两个两个CDMACDMA站通信时，接收方站通信时，接收方B B首先获首先获取发送方取发送方A A的码片序列的码片序列S SA A。B B连续计算收到的信号连续计算收到的信号(含有其他站的信号含有其他站的信号)与与S SA A的内积。的内积。由于由于S SA A与其他站的码片正交与其他站的码片正交(内积为内积为0)0)，故其他，故其他站的信号被过滤掉，而只剩下站的信号被过滤掉，而只剩下A A站的信号：发站的信号：发送的送的1 1计算后的结果为计算后的结果为+1+1，发送的，发送的0 0计算后的结计算后的结果为果为-1-1。这样就恢复出原始的数据。这样就恢复出原始的数据。小结数据数据(信息信息)离散，模拟离散，模拟信号信号离散，模拟离散，模拟信道信道信道的带宽、复用信道的带宽、复用调制、解调调制、解调