数据信号的传输-1

数据通信原理方莉北京邮电大学信通院Tel：13501330293，Email：[e-mail]2课程简介第一章概述第二章数据信号传输第三章差错控制第四章数据交换第五章通信协议第六章数据通信网目录3第二章数据信号传输数据信号的传输是数据通信的基础。数据信号的传输有三种方式：基带传输频带传输数字传输4第二章数据信号传输第一节数据信号及特性描述第二节数据信号的基带传输第三节数据信号的频带传输第四节数据信号的数字传输5第一节数据信号及特性描述基带传输中设计或选择信号码型时要求不含直流分量，且高频分量和低频分量要少便于定时与同步信息地提取编码方案对信源透明码型具有一定抗噪声性能码型具有较高的编码码型没有或者只有很小的误码增值码型变换设备要简单可靠6第一节数据信号及特性描述数据终端产生的数据信息是以“0”、“1”组成的随机序列，它用不同形式的电信号表示，从而构成不同形式的数据信号；本节将介绍NRZ码、RZ码、双极性码、双极性归零码、差分码等编码规则、频谱组成、特点及应用等。主要内容1.1基带信号1.2数据序列功率谱特性71.1基带信号数据序列的电信号表示图3-1（a,b,c,d）常用数据序列形式81.1基带信号数据序列的电信号表示差分信号：利用相对于前一个码元电平是否改变来表示“1”或“0”。图3-1(f)常用数据序列形式91.1基带信号单极性不归零(NRZ)码编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码；波形如下：特点及应用：•发送能量大有利于提高收端信噪比•带宽窄但直流和低频成分大；•不能提取同步信号•判决电平不易稳定•一般用于设备内部和短距离通信中。tTb判决电平110011101.1基带信号单极性归零(RZ)码编码规则：高电平表示1码，零电平表示0码；电平的持续时间τ比码元周期Tb小，其波形如下占空比：τ/Tb，典型的取值是τ/Tb=50%特点及应用：•具有单极性码的大多特点但带宽增大，•可以直接提取同步信息；•一般用于设备内部和短距离通信中。tTb判决电平110011τ111.1基带信号双极性不归零码编码规则：用正电平表示“1”，负电平表示“0”，特点及应用：•发送能量大有利于提高收端信噪比•无直流但低频成份大•不能提取同步信号•判决电平容易稳定，无需线路接地t判决电平Tb121.1基带信号双极性归零码编码规则：用正电平表示“1”，负电平表示“0”，电平的持续时间τ比码元周期Tb小，其波形如下：占空比：τ/Tb，典型的取值是τ/Tb=50%特点及应用：•具有双极性码的优点•比较容易提取同步信息；110011判决电平tTbτ131.1基带信号差分码编码规则：差分码是用相邻两个电平变化与否表示“1”和“0”：特点及应用：•即使传输过程中所有电平都发生了反转，接收端仍能正确判决；•是数据传输系统中的一种常用码型；141.1基带信号例1：已知二进制数据序列为1010110，以矩形脉冲为例，画出双极性归零信号的波形图（设τ=T/2）。1010110151.1基带信号例2：已知二进制数据序列为1100101，以矩形脉冲为例，画出差分信号的波形图（假设“1”电平改变，“0”电平不变；初始电平为0）。1100101161.2数据序列功率谱特性频谱是描述信号的频域特性。研究基带信号的频谱结构是十分必要的；通过谱分析，可以了解信号需要占据的频带宽度，所包含的频谱分量，有无直流分量，有无定时分量等；针对信号的谱特点来选择相匹配的信道，以及确定是否可以从信号中提取定时信号。171.2数据序列功率谱特性基带信号的频谱特性确知信号－－傅氏变换－－频谱数字基带信号是随机的脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。用随机过程的理论来分析。随机信号－－复杂变换－－功率谱181.2数据序列功率谱特性数字基带信号的一般表达式假设“1”用g1(t)表示，“0”用g2(t)表示，数字信号的波形如下图所示：ts(t)g2(t)g1(t)Tbtt3Tb/2-3Tb/2()()nbnstagtnT191.2数据序列功率谱特性假设在一个码元周期Tb内“1”出现的概率为P，“0”出现的概率为1-P，其中：an是第n个脉冲的相对幅度，其取值与所用码型有关，对于单极性信号有：对于双极性信号：出现以概率出现以概率P1)()()(21bbnTtgPnTtgtg码元码元”“”“0011na码元码元”“”“0111na()()nbnstagtnT20212212()(1)|()()||[()(1)()]|()ssssssnPffPPGfGffPGnfPGnffnf1.2数据序列功率谱特性随机数据序列信号的功率谱密度表达式：fs=1/Ts，符号速率；G1(f)和G2(f)分别为g1(t)和g2(t)的傅氏变换，频谱；式中的第一项表示连续谱，由其可以确定信号的带宽；第二项是离散谱，由其可以判断信号有无直流分量以及是否包含同步信息。211.2数据序列功率谱特性连续谱：由于g1(t)和g2(t)不可能完全相同，所以其对应的频谱G1(f)≠G2(f)，故连续谱部分总是存在的。离散谱:与信号码元出现“1”，“0”的概率和信号脉冲形状有关，在某些情况下可能没有离散谱分量。212212()(1)|()()||[()(1)()]|()ssssssnPffPPGfGffPGnfPGnffnf221.2数据序列功率谱特性数据序列功率谱特性结论：随机数字基带信号的功率谱通常包括离散谱和连续谱两部分；不论是连续谱还是离散谱都与基本脉冲g(t)的频谱P(f)、及基带信号的形式、统计特性有关；231.2数据序列功率谱特性例：设g1(t)为幅度A、宽度为T的矩形脉冲，g2(t)则为幅度-A、宽度为T的矩形脉冲。则有G1(f)=-G2(f)=G(f),当P＝1/2时的功率谱密度为：此时只有连续谱。2122212|()()(1)|()()||[()(1)()]||()ssssssnsPffPPGfGffPGnfPfGfGnffnf24几种典型随机数据信号序列的功率谱密度1)双极性归零序列设出现“1”，“0”的概率都是1/2，脉冲宽度为τ，幅度为±A。考虑g1(t)=-g2(t)，τ=T/2，其功率谱密度为：2122sin22222()42sfTATATfTGfGfSafTATfTPfSa25几种典型随机数据信号序列的功率谱密度1)双极性归零序列22222sin24242fTATfTATPfSafTf4/T2/T0-2/T-4/TP(f)26几种典型随机数据信号序列的功率谱密度2)双极性不归零序列设出现“1”，“0”的概率都是1/2，脉冲宽度τ＝T，幅度为±A。考虑g1(t)=-g2(t)，其功率谱密度为：f2/T1/T0-1/T-2/TP(f)22pfATSafT27几种典型随机数据信号序列的功率谱密度3)单极性归零序列设出现“1”，“0”的概率都是1/2，“1”码发g2(t)信号波形，脉冲宽度为τ=0.5T，“0”码发0。其功率谱密度为：2222162162snAnpfSafnfATfTSa28几种典型随机数据信号序列的功率谱密度3)单极性归零序列f4fs2fs0-2fs-4fsP(f)单极性归零码τ=T/229几种典型随机数据信号序列的功率谱密度4)单极性不归零序列f2fsfs0-fs-2fsP(f)单极性不归零码功率谱密度30部分码型的功率谱结构如下图所示：1.2数据序列功率谱特性31数据序列功率谱特性总结：1）单极性码既有连续谱，也有离散谱；双极性码只有连续谱，没有离散谱。2）不归零码连续谱第一个零点为1/T=fs；归零码连续谱第一个零点为2/T=2fs；3）τ=T/2时，连续谱第一个零点为1/τ。1.2数据序列功率谱特性32功率谱分析的意义：根据功率谱，可知道信号功率主要集中在哪个频率范围内，这样就可以考虑系统应有的带宽；单极性信号的功率谱含有离散谱，因此接收端如设法将这一部分提取出来，就可得到所需的码元同步信息；1.2数据序列功率谱特性33小结一、数据序列电信号表示功率谱基本公式几种数据序列功率谱的特点二、数据信号传输的基本方法基带传输、频带传输、数字数据传输