《《铁道供电远动系统运行与维护》教学课件3.6数据的编码与调制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《铁道供电远动系统运行与维护》教学课件3.6数据的编码与调制（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三部分 远动系统原理项目六 数据的编码与调制 模拟调制模拟数据的基本调制技术主要包括调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）。1、调幅。是利用载波的振幅强度传送信息的调制方式。2、调频。是利用载波的频率变化传送信息的调制方式。3、相位调制。是利用载波的相位变化传送信息的调制方式。模拟编码脉冲编码调制的工作过程包括3部分：抽样、量化和编码。图3-6-3所示为脉冲编码调制的3个过程以及相对应的波形信号。模拟编码 1抽样 模拟信号是电平连续变化的信号。每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值作为样本表示模拟信号在某一区间随时间变化的值。抽样频率以奈奎斯特抽样定理为依据，如果以等于或高于通信信道
2、带宽两倍的速率定时对信号进行抽样，就可以恢复原模拟信号的所有信息。2量化 量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。经过量化后的样本幅度为离散的量化级值，根据量化之前规定好的量化级，将抽样所得样本的幅值与量化级的幅值比较，取整定级。 3编码 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。如果有16个量化级，就需要使用4个比特进行编码。经过编码后，每个样本都用相应的编码脉冲表示。 数字调制数字正弦载波调制可简称为“数字调制”，其基本原理是，由数字码元符号序列或其相应脉冲序列作为调制信号，去选控某确定参量的离散值，可有数字调幅、调频和调相，并分别称为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK
3、）和相移键控（PSK）。数字调制1、幅移键控（Amplitude Shift Keying，ASK） ASK 是通过改变载波信号的幅度值来表示数字信号“1”、“0”的，以载波幅度 A1 表示 数字信号“1”，用载波幅度 A2表示数字信号“0”（通常 A1取 1，A2取 0），而载波信号的参数f和f 恒定。 2频移键控（Frequency Shift Keying，FSK） FSK是通过改变载波信号频率的方法来表示数字信号“1”、“0”的，用f1表示数字信号“1”，用f2表示数字信号“0”，而载波信号的A和f不变。 在电力系统调度自动化中，用于与载波通道或微波通道相配合的专用调制解调器多采用FS
4、K移频键控原理。FSK的实现比较简单。且避免了ASK中存在的噪声问题，但受限于载波的物理容量，频带的利用率较低。数字调制3.相移键控（Phase Shift Keying，PSK） PSK 是通过改变载波信号的相位值来表示数字信号“1”、“0”的，而载波信号的 A 和 f不变。PSK包括如下两种类型。 （1）绝对调相 绝对调相使用相位的绝对值，初相为0表示数字信号“1”，初相为表示数字信号“0”。 （2）相对调相 相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移p。 4多相调制和混合调相 ASK、FSK和PSK都是最基本的调制技术，实现容易，技术简单，抗
5、干扰能力差，且调制速率不高，为了提高数据传输速率，也可以采用多相调制的方法。 数字编码1、单极性不归零码单极性不归零码是一种最简单的数字基带信号波形，如图3-6-5（a）所示。单极性采用正电平（或负电平）和零电平表示二进制码，因而只有一种极性。所谓“不归零”是指每个脉冲的电平在在整个码元周期Ts内保持不变（中途不回归零电平）。单极性不归零码的优点是脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路产生；它的缺点是波形中有直流分量，只能在直流耦合的线路中使用。该波形常用在近距离传输中。2、单极性归零码所谓归零是指每个脉冲的电平在一个码元周期Ts的中途回归到零电平，即脉冲宽度小于码元周期，如图3
6、-6-5（b）所示。单极性RZ码具有丰富分跳变边沿，便于提取定时信息。它是其他形式的数字基带信号提取同步信号时常用的一种过渡波形，可以先将其他不直接提取同步信号的数字基带信号变换为单极性归零码再提取同步信号。数字编码数字编码3、双极性不归零码双极性不归零码采用正电平和负电平表示二进制码，如图3-6-5（c）所示。通常1和0近似概率出现，因而双极性不归零码中基本没有直流分量，传输线路无须具有直流耦合能力。它在接收端的判决电平为零电平，不受信道变换特性的影响，其抗干扰能力也较强。在国际电信联盟制定的V.24接口标准和美国电工协会制定的RS-232C接口标准中均采用双极性不归零码。4、双极性归零码双
7、极性归零码是双极性码的归零形式，如图3-6-5（d）所示。它除了具有双极性脉冲抗干扰能力较强、波形中不含有直流成分等优点外，还具有自同步功能。每个脉冲的前沿和后沿起到启动和终止信号的作用，容易识别出每个码元的起止时刻，因此得到了较广泛的应用。数字编码曼彻斯特编码（Manchester Encoding），也叫做相位编码（PE），是一个同步时钟编码技术，被物理层使用来编码一个同步位流的时钟和数据。曼彻斯特编码被用在以太网媒介系统中。曼彻斯特编码提供一个简单的方式给编码简单的二进制序列而没有长的周期没有转换级别，因而防止时钟同步的丢失，或来自低频率位移在贫乏补偿的模拟链接位错误。在这个技术下，实际
8、上的二进制数据被传输通过这个电缆，不是作为一个序列的逻辑1或0来发送的（技术上叫做反向不归零制（NRZ）。相反地，这些位被转换为一个稍微不同的格式，它通过使用直接的二进制编码有很多的优点。曼彻斯特编码，常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示“0”，从低到高跳变表示“1”，如图3-6-6（a）。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示“0”或“1”，有跳变为“0”，无跳变为“1”，如图3-6-6（b）。 数字编码两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时
9、，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。信道编码一、差错控制基本方法差错控制是一门以纠错编码为理论依据来控制差错的技术，即是“针对某一特定的数据传输或存储系统，应用纠错或检错编码及其相应的其他技术来提高整个系统传输数据可靠性”的方法。在数字通信中，利用纠错码或检错码进行差错控制的方式大致有以下几类。1、反馈重传方式发送端发出能够发现（检测）错误的码，通过信道传送到发送端，译码器只需判决码组中有无错误出现。再把判决信号通过反馈信道送回发送端。发送端根据这些判决信
10、号，把接收端认为有错的消息再次传送，直到接收端认为正确为止。这种差错控制方式也称为自动重传请求（ARQ）2、前向纠错方式（FEC）发送端发送具有一定纠错能力的码，接收端收到这些码后，根据编码产生的规律，译码器不仅能自动地发现错误，而且能够自动地纠正接收矢量在传输中的错误。信道编码3、混合纠错方式混合纠错方式（HEC）方式下发送端发送的码不仅能够被检测出错误，而且还具有一定的纠错能力。译码器得到接受序列以后，首先检验错误情况，如果在码的纠错能力以内，则自动进行纠正。如果错误很多，译码器仅能检测出来，但无法纠正，则接收端通过反馈信道，发送重新传送的消息。除了上述三种主要方式以外，还有所谓狭义信息反
11、馈系统（IRQ）。这种方式是接收端把收到的消息原封不动地通过反馈信道送回发送端，发送端比较发送的与反馈回来的消息，从而发现错误，并且把传错的消息再次传送，最后达到对方正确接收消息的目的。信道编码二、奇偶校验码对于一般的数字序列，为了能发现传输中的一位或更多差错，一种很简单的方法是在码字后面加1个冗余码元（校验元或称监督元）。一个码字的1码总个数称为码字“重量”，可能为奇数，或者为偶数。对于信息码长为位的码字集合，可以视各码字的码重为奇数（或偶数）而加入“0”（或“1”）校验元。此种方式称为奇（偶）校验码。也就是说，如果要是全部码字长为的码重均为偶数，应对原来（n-1）位信码的码重为奇数者加入“
12、1”，对偶数重量的信码加入的校验元为“0”，这种方式我们称为偶校验码。同样也可构成奇校验码。信码按奇或偶规则加入了1个监督位后，则成为有检错功能的“码字”，码长为。信道编码三、循环冗余校验码（CRC）循环冗余校验码是一种非常适合于检错的差错控制码。由于其检错能力强，它对随机错误和突发错误都能以较低冗余度进行严格检验。其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。通信规约中CDT规约就采用的CRC校验方式。循环冗余校验码（CRC）的基本原理是：在K位信息码后再拼接R位的校验码，整个编码长度为N位，因此，这种编码又叫（N，K）码。对于一个给定的（N，K）码，可以证明存在一个最高次幂为N-K=R的多项式G（x）。根据G（x）可以生成K位信息的校验码，而G（x）叫做这个CRC码的生成多项式。 校验码的具体生成过程为：假设发送信息用信息多项式C（X）表示，将C（x）左移R位，则可表示成C（x）*2的R次方，这样C（x）的右边就会空出R位，这就是校验码的位置。通过C（x）*2的R次方除以生成多项式G（x）得到的余数就是校验码。
