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1、11.5 通信系统的传输方式通信系统的传输方式通信系统的传输方式是指通信双方所共同遵守的传输规则。从不同的角度观察，可以有不同传输方式。单工与双工单工与双工串行与并行串行与并行同步与异步同步与异步21.5.1 单工与双工传输方式单工与双工传输方式单工：单工：单工：单工：半双工：半双工：半双工：半双工：全双工：全双工：全双工：全双工：发送站发送站接收站接收站信息流向信息流向发送发送接收接收接收接收发送发送信息流向信息流向信息流向信息流向信息流向信息流向发送发送接收接收接收接收发送发送31.5.2 串行与并行传输方式串行与并行传输方式并行传输并行传输含义：数字信号以成组的方式在多多个个并行信道上传
2、输优点：传送速率高，发收双方不存在字符同步问题缺点：需要多个并行信道，增加了设备成本；并行线路间的电平相互干扰会影响传输质量适用场合：短距离通信，如计算机内部或在同一系统内设备间的通信1.5.2 串行与并行传输方式串行与并行传输方式串行传输串行传输含义：将比特流逐位在一条一条信道上传送优点：只有一条信道，设备成本低且易于实现缺点：必须解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题；比并行传输效率低适用场合：计算机通信1.5.3 同步与异步传输方式同步与异步传输方式异步传输方式异步传输方式收发双方的时钟节拍各自独立并允许有一定的误差。为了达到双方同步目的，需要在每个字符的头、尾各附加一个比特的起始位和
3、终止位，用来指示一个字符的开始和结束。异步传输方式异步传输方式同步过程同步过程发端发送信息时，从不传信息的平时态转到起始态，接收端检测出这种极性改变时，利用该极性的反转启动接收时钟以实现收发时钟的同步。接收端一旦收到终止位，就将定时器复位以准备接收下一个字符。优点：字符本身包含同步信息，无需专门的同步设备。优点：字符本身包含同步信息，无需专门的同步设备。缺点：增加了线路附加开销，降低了有效性。缺点：增加了线路附加开销，降低了有效性。适用场合：小于等于适用场合：小于等于1200bit/s的低速数据传输。的低速数据传输。7同步传输方式同步传输方式要要求求双双方方时时钟钟严严格格一一致致。为为求求一
4、一致致，发发送送方方的的编编码码中中隐隐含含着着供供接接收收方方提提取取的的同同步步时时钟钟频频率率。收收发发以以数数据据帧帧为为单单位位，帧帧头头包含帧同步码，中间是信息码，帧尾是帧结束码。包含帧同步码，中间是信息码，帧尾是帧结束码。同步传输方式同步传输方式实现方法实现方法外同步法：在一根时钟信号线上向接收端发送同步时钟脉冲，使接收时钟重复频率锁定在同步频率上，适用于近距离传输。自同步法：接收方的调制解调器从接收数据信息波形中直接提取同步信号，并用锁相技术获得与发送时钟完全相同的接收时钟，常用于远距离传输。优点：效率较高。优点：效率较高。缺点：实现较为复杂。缺点：实现较为复杂。适用场合：大于
5、适用场合：大于2400bit/s的较高速率的传输。的较高速率的传输。91.6 通信信道通信信道信信道道是是信信号号传传输输的的通通路路，其其传传输输特特性性描描述述的的是是不不同同频频率率的信号通过信道后能量幅度和相位变化的情况。的信号通过信道后能量幅度和相位变化的情况。信信道道带带宽宽用用以以衡衡量量一一个个信信道道的的传传输输能能力力，带带宽宽越越大大表表明明传输能力越强。传输能力越强。信信道道容容量量则则是是用用来来衡衡量量信信道道所所能能达达到到的的最最大大传传输输能能力的一个重要指标。力的一个重要指标。信信道道复复用用是是利利用用同同一一传传输输媒媒介介同同时时传传送送多多路路信信号
6、号且且相互之间不产生干扰的通信技术。相互之间不产生干扰的通信技术。101.6.1 传输特性与带宽传输特性与带宽信道的传输特性即信道的频率响应特性，包括幅频特性和相频特性。11信号带宽与信道带宽的匹配信号带宽与信道带宽的匹配为为了了不不失失真真地地实实现现通通信信信信号号传传输输，信信号号的的有有效效带带宽宽必必须须和信道带宽相匹配。和信道带宽相匹配。两者匹配最主要考虑的是频率范围（或频带）的匹配。两者匹配最主要考虑的是频率范围（或频带）的匹配。信号与信道的关系等价于车与马路的关系。信号与信道的关系等价于车与马路的关系。121.6.2 传输媒介传输媒介有线传输媒介：13光纤通信介质的三个可用窗口
7、光纤通信介质的三个可用窗口14无线传输媒介无线传输媒介频频段段频频率范率范围围波波长长范范围围主要用途主要用途主要主要传传播方式播方式极低极低频频（ELF）极）极长长波波30-3000 Hz0.1-1000 km远远程通信、海上潜艇程通信、海上潜艇远远程程导导航航地波地波甚低甚低频频（TLF）超）超长长波波3-30KHz1000-10 km低低频频（LF）长长波波30-300KHz10 -1 km中中远远程、地下通信、无程、地下通信、无线导线导航航地波或天波地波或天波中中频频（MF）中波）中波300-3MHz1000-100 m中波广播、中波广播、业业余无余无线电线电地波或天波地波或天波高高频
8、频（HF）短波）短波3-30MHz100 -10 m短波通信、短波短波通信、短波电电台、航海通信台、航海通信天波天波甚高甚高频频（VHF）超短波）超短波30-300MHz10 - 1 m电视电视、调频调频广播、广播、电电离离层层下散射下散射视视距波、散射波距波、散射波特高特高频频（UHF）分米波）分米波0.3-3GHz10- 1 dm移移动动通信、遥通信、遥测测、雷达、雷达导导航、航、蓝蓝牙牙视视距波、散射波距波、散射波超高超高频频（SHF）厘米波）厘米波3-30GHz10 -1 cm微波、微波、卫卫星通信、雷达探星通信、雷达探测测视视距波距波极高极高频频（EHF）毫米波）毫米波30-300G
9、Hz10 -1 nm雷达、微波、射雷达、微波、射电电天文通信天文通信视视距波距波光波（近光波（近红红外外线线）105 -107 GHz0.3- 310-6 cm光光纤纤通信通信光光导纤维导纤维信道容量是指信息在信道中无差错传输的最大速率。信道容量是指信息在信道中无差错传输的最大速率。在在信信号号平平均均功功率率受受限限的的高高斯斯白白噪噪声声信信道道中中，用用香香农农公公式式计算信道容量。计算信道容量。其中，B为信道带宽，S为信号平均功率，N为噪声平均功率，C是该信道理论最大传输速率。151.6.3 信道容量信道容量（比特/秒）161.2.7 信道容量信道容量 (续续)例例 计计算算机机终终端
10、端通通过过电电话话信信道道传传输输数数据据，假假设设信信道道带带宽宽为为3400Hz，所所要要求求的的信信道道的的信信噪噪比比为为103。试试求求该该信信道道的的信信道容量。道容量。17香农公式的意义香农公式的意义香香农农公公式式表表明明：当当信信号号的的平平均均功功率率S，信信道道的的AWGN的的平平均均功功率率N给给定定时时，在在具具有有一一定定频频带带宽宽度度B的的信信道道上上，单单位时间内可传输的信息量位时间内可传输的信息量C是有限的。是有限的。当当且且仅仅当当传传输输速速率率C时时，总总可可以以找找到到一一种种信信道道编编码码方方式式，实实现现无无差差错错传传输输。换换句句话话说说，
11、在在允允许许存存在在一一定定的的差差错错率率前前提提下下，实实际际传传输输速速率率可可以以大大于于信信道道容容量量C，但但此此时时不不能保证无差错传输。能保证无差错传输。18香农公式与扩频通信香农公式与扩频通信按照香农公式按照香农公式B一定时，S或N可令CS/N一定时，若B则C结结论论：C、B和和S/N可可以以通通过过相相互互提提升升或或降降低低取取得得平平衡衡。在在扩扩频通信技术中，令频通信技术中，令B（很大），（很大），S/N可以很小。可以很小。例例如如，信信道道带带宽宽3KHz，最最大大信信息息速速率率为为10000bit/s。为为了了保保证证这这些些信信息息能能够够无无误误传传输输，要
12、要求求至至少少S/N9。 若若10000bit/s不不变变，但信道带宽变为但信道带宽变为10kHz，信噪比，信噪比S/N就可降低为就可降低为1左右左右191.6.4 信道的复用信道的复用 在在发发送送端端将将若若干干个个独独立立无无关关的的分分支支信信号号合合并并为为一一个个复复合合信信号号，然然后后送送入入同同一一个个信信道道内内传传输输，接接收收端端再再将将复复合合信信号分解开来，恢复原来的各分支信号，称为多路复用。号分解开来，恢复原来的各分支信号，称为多路复用。多路复用目的是提高线路利用率。多路复用目的是提高线路利用率。常用的多路复用技术常用的多路复用技术频分(FDM)时分(TDM)码分
13、(CDM)20FDM原理原理发发送送端端：各各路路信信号号分分别别进进入入通通路路调调制制器器，分分别别用用不不同同的的载载频频进进行行调调制制，再再经经带带通通滤滤波波器器进进行行滤滤波波，并并选选取取上上或或下下边边带带经经各路汇合后由合路器输出各路频率互不干扰的群信号。各路汇合后由合路器输出各路频率互不干扰的群信号。接收端：经过与发送端相反的过程恢复出各路话音信号。接收端：经过与发送端相反的过程恢复出各路话音信号。21TDM原理原理将将多多个个用用户户接接入入信信道道，利利用用旋旋转转开开关关的的闭闭合合对对每每个个信信号号分分时时采采样样，使使之之互互不不重重叠叠，即即将将时时间间分分
14、成成若若干干时时隙隙，每每个个用用户户占占用一个指定时隙，轮流使用同一信道。用一个指定时隙，轮流使用同一信道。221.7 调制与解调调制与解调调制解调是通信技术最重要的概念之一。调制解调是通信技术最重要的概念之一。“携携带带”消消息息的的信信号号称称为为载载波波信信号号，而而被被“携携带带”的的消消息息称称为为调调制制信信号号，调调制制就就是是让让消消息息被被载载波波信信号号“携携带带”，解调就是从载波信号中检测出消息。，解调就是从载波信号中检测出消息。正弦周期信号和脉冲周期信号常被用作载波信号正弦周期信号和脉冲周期信号常被用作载波信号231.7.1 调制的目的调制的目的把消息信号调制成适合在
15、信道中传输的信号。把消息信号调制成适合在信道中传输的信号。例 如 ， 话 音 频 率 是 3003400Hz， 而 信 道 频 带 在10kHz100kHz之间，利用频率为11kHz的载波调制到11.3kHz14.4kHz之间，就可通过信道进行传输。信道的多路复用信道的多路复用例如，信道在10kHz100kHz之间，带宽是90 kHz，按每路话音信号4000Hz计算至少可以同时传输22路话音信号241.7.2 常用的调制方式常用的调制方式 调制信号载波信号模拟信号数字信号正弦载波调幅(AM)双边带调制(DSB)单边带调制(SSB)残留边带调制(VSB)调频(FM)调相(PM)幅移键控(ASK)
16、 频移键控(FSK)相移键控(PSK)脉冲载波脉冲编码调制(PCM)脉冲增量调制(M)DPCM脉冲幅度调制(PAM)脉冲相位调制(PPM)脉冲宽度调制(PWM)25模拟振幅调制模拟振幅调制 载波信号幅度随调制信号变化的调制称为振幅调制，简称调幅。26模拟频率调制（调频）模拟频率调制（调频）载波频率fc随调制信号的瞬时幅值呈线性变化。调频与解调示意图27模拟相位调制（调相）模拟相位调制（调相） 载波瞬时相位(t) 随调制信号瞬时幅值呈线性变化。 把平面化的正弦载波立体化，即在三维空间中观察其变化过程。当一个振幅为A，频率为fc，初始相位为的正弦载波Asin(2fct+) 随时间变化时，其x轴代表
17、时间，y轴代表幅度，z轴代表的就是相位。载波信号的幅度和相位随时都在变化，利用每一个周期的初始相位不同可以实现对相位的调制。28二进制幅移键控（二进制幅移键控（2ASK）利用二进制数字信号来控制载波振幅29二进制频移键控（二进制频移键控（2FSK）利用二进制数字信号来控制载波频率30二进制相移键控（二进制相移键控（2PSK）利用二进制数字信号来控制载波相位31数字调制的相干解调数字调制的相干解调用本地载波与接收的载波键控信号相乘，得到基带信号用本地载波与接收的载波键控信号相乘，得到基带信号用低通滤波器过滤掉高频信号用低通滤波器过滤掉高频信号对过滤后的基带信号进行采样和判决，还原原始信号对过滤后
18、的基带信号进行采样和判决，还原原始信号32数字调频的相干解调示例数字调频的相干解调示例接接收收信信号号cos 1t 与与cos 2t ，与与本本地地载载波波cos 1t和和cos 2t同时分别相乘，得到同时分别相乘，得到cos 1t cos 1t = cos 2 1t + cos 0 = cos 2 1t + 1 = 1cos 2t cos 2t = cos 2 2t + cos 0 = cos 2 2t + 1 = 1cos 1t cos 2t = cos ( 1+ 2) t + cos ( 1- 2) t 1其中高频分量其中高频分量21、22以及以及1+2都被滤掉。都被滤掉。抽样判决比较两个低通滤波输出电平的大小抽样判决比较两个低通滤波输出电平的大小上面输出电平值大，判为1下面输出电平值大，判为033本章小结和知识点本章小结和知识点u国内外通信发展简史u通信信号的性质与特征u通信系统的一般模型u可靠性与传输效率u通信系统的传输方式u信道的频率响应特性u信道的容量u调制与解调
