1、1,1.5 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 串行与并行 同步与异步,2,1.5.1 单工与双工传输方式,单工：半双工：全双工：,接收,发送,3,1.5.2 串行与并行传输方式,并行传输 含义：数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输 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,串行传输 含义：将比特流逐位在一条信道上传送 优点：
2、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,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终止位，用来指示一个字符的开始和结束。,异步传输方式,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。 缺点：增加了
3、线路附加开销，降低了有效性。 适用场合：小于等于1200bit/s的低速数据传输。,7,同步传输方式,要求双方时钟严格一致。为求一致，发送方的编码中隐含着供接收方提取的同步时钟频率。收发以数据帧为单位，帧头包含帧同步码，中间是信息码，帧尾是帧结束码。,同步传输方式,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。 缺点：实现较为复杂。 适用场合：大于2400bit/s的较高速率
4、的传输。,9,1.6 通信信道,信道是信号传输的通路，其传输特性描述的是不同频率的信号通过信道后能量幅度和相位变化的情况。 信道带宽用以衡量一个信道的传输能力，带宽越大表明传输能力越强。 信道容量则是用来衡量信道所能达到的最大传输能力的一个重要指标。 信道复用是利用同一传输媒介同时传送多路信号且相互之间不产生干扰的通信技术。,10,1.6.1 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,为了不失真地实现通信信号传输，信号的有效带宽必须和信道带宽相匹配。 两者匹配最主要考虑的是频率范围（或频带）的匹配。 信号与信道的关系等价于车与
5、马路的关系。,12,1.6.2 传输媒介,有线传输媒介：,13,光纤通信介质的三个可用窗口,14,无线传输媒介,信道容量是指信息在信道中无差错传输的最大速率。 在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，用香农公式计算信道容量。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。,15,1.6.3 信道容量,（比特/秒）,16,1.2.7 信道容量 (续),例 计算机终端通过电话信道传输数据，假设信道带宽为3400Hz，所要求的信道的信噪比为103。试求该信道的信道容量。,17,香农公式的意义,香农公式表明：当信号的平均功率S，信道的AWGN的平均功率N给定时，在具有
6、一定频带宽度B的信道上，单位时间内可传输的信息量C是有限的。 当且仅当传输速率C时，总可以找到一种信道编码方式，实现无差错传输。换句话说，在允许存在一定的差错率前提下，实际传输速率可以大于信道容量C，但此时不能保证无差错传输。,18,香农公式与扩频通信,按照香农公式 B一定时，S或N可令C S/N一定时，若B则C 结论：C、B和S/N可以通过相互提升或降低取得平衡。在扩频通信技术中，令B（很大），S/N可以很小。 例如，信道带宽3KHz，最大信息速率为10000bit/s。为了保证这些信息能够无误传输，要求至少S/N9。 若10000bit/s不变，但信道带宽变为10kHz，信噪比S/N就可降
7、低为1左右,19,1.6.4 信道的复用,在发送端将若干个独立无关的分支信号合并为一个复合信号，然后送入同一个信道内传输，接收端再将复合信号分解开来，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。 常用的多路复用技术 频分(FDM) 时分(TDM) 码分(CDM),20,FDM原理,发送端：各路信号分别进入通路调制器，分别用不同的载频进行调制，再经带通滤波器进行滤波，并选取上或下边带经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。,21,TDM原理,将多个用户接入信道，利用旋转开关的闭合对每个信号分时采样，使之互不重叠
8、，即将时间分成若干时隙，每个用户占用一个指定时隙，轮流使用同一信道。,22,1.7 调制与解调,调制解调是通信技术最重要的概念之一。 “携带”消息的信号称为载波信号，而被“携带”的消息称为调制信号，调制就是让消息被载波信号“携带”，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,23,1.7.1 调制的目的,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 例如，信道在10kHz100kHz之
9、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,24,1.7.2 常用的调制方式,25,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）,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）,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
10、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（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（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（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,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 对过滤后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,接收信号cos 1t 与cos 2t ，与本地载波cos 1t和cos 2t同时分别相乘，得到 cos 1t cos 1t = cos 21t + cos 0 = cos 21t + 1 = 1 cos 2t cos 2t = cos 22t + cos 0 = cos 22t + 1 = 1 cos 1t cos 2t = cos (1+2) t + cos (1-2) t 1 其中高频分量21、22以及1+2都被滤掉。 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0,33,本章小结和知识点,国内外通信发展简史 通信信号的性质与特征 通信系统的一般模型 可靠性与传输效率 通信系统的传输方式 信道的频率响应特性 信道的容量 调制与解调,
