【正文】 4B/5B編碼規(guī)則，轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的 5比特碼。 這種兩級(jí)編碼方案 ， 可使編碼效率達(dá)到 80％ 以上 。 換句話說 ， NRZ并非單獨(dú)應(yīng)用 ， 而是采用兩級(jí)編碼方案 。而 NRZ編碼中的碼元速率與編碼速率始終相一致，具有很高的編碼效率，符合高速網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)編碼的要求。因此，過去大多數(shù)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)都不采用這種編碼方式。 全寬碼的優(yōu)點(diǎn)是：每個(gè)脈沖寬度越大 ， 發(fā)送信號(hào)的能量就越大 ， 這對(duì)于提高接收端的信噪比有利；其次 ， 脈沖時(shí)間寬度與傳輸帶寬成反比關(guān)系 ， 即全寬碼在信道上占用較窄的頻帶 ， 并且在頻譜中包含了碼位的速度 。 ( c ) 差分曼徹斯特編碼信號(hào)波形位值( b )( c )圖 29 基本數(shù)字信號(hào)編碼技術(shù) 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 1. ?NRZ編碼 在 NRZ編碼中 ， 用正電壓表示 1， 用負(fù)電壓表示 0，并且在表示一個(gè)碼元時(shí) ， 電壓均無需回到零 ， 故稱不歸零碼 。 這種編碼技術(shù)的主要目的是實(shí)現(xiàn)通信雙方數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?。 例如 ， 用無電壓來表示 0， 用恒定的正電壓表示 1；也有用正電壓表示 1， 而用負(fù)電壓表示 0。信道編碼是為了降低誤碼率，提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 在數(shù)據(jù)通信中，根據(jù)不同的目的，編碼可分為信源編碼和信道編碼。 這些基本調(diào)制技術(shù)也可以組合起來使用 。 在音頻線路上 ， 傳輸速率可達(dá) 9600?b/s。在音頻電話線路上，通常只能達(dá)到 1200 b/s的傳輸速率； 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) FSK方式不易受干擾的影響 ， 比 ASK方式的編碼效率高 。在有些情況下，用振幅恒定載波的存在與否來表示 0和 1兩個(gè)二進(jìn)制值；FSK(Frequency Shift Keying)是用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來表示 0和 1兩個(gè)二進(jìn)制值； PSK(Phase Shift Keying)是用載波信號(hào)的相位移動(dòng)來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如令代表 0；代表 1。 ( b ) F S K調(diào)制 。常見的基本數(shù)字調(diào)制方式有幅移鍵控 (ASK)、 頻移鍵控(FSK)、 相移鍵控 (PSK)等三種 (如圖 28所示 )。 這種編碼技術(shù)是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成適合信道傳輸?shù)哪M信號(hào) 。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，主要采用如下三種數(shù)據(jù)編碼技術(shù)：數(shù)字信號(hào)模擬化編碼 (又稱數(shù)據(jù)調(diào)制 /解調(diào)技術(shù) )；數(shù)字信號(hào)數(shù)字化編碼 (又稱同步技術(shù) )；模擬信號(hào)數(shù)字化編碼 (又稱信源編碼 /譯碼技術(shù) )。在實(shí)際應(yīng)用 中，要接近這個(gè)極限是相當(dāng)困難的。根據(jù)香農(nóng)定理，無論其使用多少個(gè)量化電平，也不管抽樣速率多快，其數(shù)據(jù)傳輸率不可能大于7 104?b/s，計(jì)算過程如下： 因?yàn)? lg ( S /N) 1035 ?316210S / N ??b / s )(7 8 0 691 1 . 6 36 0 0 03 1 6 2 )B l b ( 16 0 0 0R m a x ?????? 香農(nóng)的結(jié)論是根據(jù)信息論推導(dǎo)出來的，適用范圍非 常廣。 ?信噪比 通常使用來 表示，單位是分貝 (dB)。 1948年 ， 香農(nóng) (C f(t)第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 因?yàn)楦哂谛诺缼捯酝獾母哳l分量信號(hào)已被信道衰減掉 。如果要輸出數(shù)字信號(hào)，還必須以一定的速率對(duì)進(jìn)行等間隔的抽樣。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 信道最大數(shù)據(jù)傳輸率 早在 1924年，奈奎斯特 (H 由此可見 ，信道的帶寬不僅影響著信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量 ， 而且也限定了信號(hào)的傳輸速率 。 如果信號(hào)的帶寬大于信道的帶寬 ， 則輸入信號(hào)的部分頻率分量將不能通過信道 ， 從而造成輸出的信號(hào)發(fā)生畸變或失真 。 所謂 “ 信道帶寬 ” ， 是指信道中能夠傳送信號(hào)的最大頻率范圍 (如圖 27(b)所示 )。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) A0 . 7 0 70 fcfAf0 f1f20 . 7 0 7( a ) 截止頻率 ( b ) 帶寬圖 27 信道截止頻率與帶寬 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 截止頻率反映了信道固有的物理特性 。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 我們把信號(hào)在信道傳輸過程中某個(gè)分量的振幅衰減到原來的 (即輸出信號(hào)的功率降低了一半 )時(shí)所對(duì)應(yīng)的那個(gè)頻率稱為信道的截止頻率 (如圖 27(a)所示 )。這是因?yàn)橹С中诺赖奈锢韺?shí)體 —— 傳輸介質(zhì)都存在固有的傳輸特性，即對(duì)信號(hào)的不同頻率分量存在著不同程度的衰減。 聲音信號(hào)的頻譜大致在 20 Hz～ 20 kHz的范圍 (低于 20 Hz的信號(hào)為次聲波 ， 高于 20 kHz的信號(hào)為超聲波 )， 但在實(shí)際應(yīng)用中 ， 一個(gè)窄得多的帶寬就能產(chǎn)生可接受話音的重現(xiàn) ，因而話音信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)頻譜為 300～ 3400?Hz， 其帶寬為 3 kHz；電視信號(hào)的頻譜為 0～ 4 MHz， 其帶寬為 4 MHz。 一般來說 ， 信號(hào)的帶寬越大 ， 意味著該信號(hào)傳送數(shù)據(jù)的速率就越高 ， 要求傳輸介質(zhì)的帶寬也越大 。 T/1f ? na nbf2ω 0 ??nA nθf(t) nA第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 由于信號(hào)的大部分能量都集中在一個(gè)相對(duì)較小的低頻帶范圍之內(nèi) ， 因此 ， 我們將這段頻帶稱為有效帶寬 (簡(jiǎn)稱帶寬 )。我們把 各次諧波的振幅 按照頻率的高低依次排列起來所形成的譜狀圖形稱為信號(hào)的頻譜。傅立葉已經(jīng)證明：任何一個(gè)周期為的函數(shù)都是由無窮多個(gè)正弦函數(shù)和余弦函數(shù)合成： 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) )θtc o s ( n ωAt)s i n n ωbtc o s n ω(a2af ( t ) n0n1n0n0n0 ????? ???? (29) 式中， ???2T2T0 f ( t ) d tT2a(210) ???2T2T0n dtf ( t )s i n n ωT2a (211) ???2T2T0n dtf ( t ) c o s n ωT2b (212) 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 2n2nn baA ?? (213) )/aa r c t a n ( bθ nnn ? (214) 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 其中， 是基頻； 和 是次正弦諧波和余弦諧波的振幅； 。 信號(hào)的頻域特性表示出了信號(hào)包含的各個(gè)頻率分量和它們的幅值 、 相位的關(guān)系 。 而在通信領(lǐng)域我們常常需要了解信號(hào)的頻譜和帶寬 ， 也就是說 ， 要在頻域中研究信號(hào) 。 通常 ， 我們習(xí)慣于在時(shí)域上研究信號(hào) ， 如正弦信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為 )ft s i n ( 2 π Af ( t ) ??? (28) 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 其中 ， A為振幅； f為頻率； θ為初始相位 。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 可靠性 ρr= 100% (26) 頻帶利用率 (27) 系統(tǒng)工作總時(shí)間系統(tǒng)正常工作時(shí)間l b MBT1BRη b ??第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)通信的基本理論 信號(hào)的頻譜與帶寬 信號(hào)具有時(shí)域和頻域兩種最基本的表現(xiàn)形式 。 顯然 ， 我們都希望盡可能短的時(shí)間內(nèi)建立通信 ， 特別是斷續(xù)式或突發(fā)性的通信更加注重此項(xiàng)指標(biāo)；標(biāo)準(zhǔn)化程度的高低是衡量通信系統(tǒng)品質(zhì)的重要指標(biāo) 。影響系統(tǒng)可靠性的因素很多，如系統(tǒng)設(shè)備的可靠性、信道的質(zhì)量、操作人員的素質(zhì)與狀態(tài)等 (見式26)；頻帶利用率是描述數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬之間關(guān)系的指標(biāo)，也是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有效性的指標(biāo)，它是單位頻帶內(nèi)所能傳輸?shù)男畔⑺俾?(見式 27所示 )，式中，B是系統(tǒng)頻帶寬度， Rb、 T、 M的含義同上。 Pb= 100% (25) ?所傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)接收中出錯(cuò)的比特?cái)?shù)第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 除上述主要性能指標(biāo)外，還有系統(tǒng)的可靠性、頻帶利用率、通信建立時(shí)間及標(biāo)準(zhǔn)化等指標(biāo)。 Pe= 100% (24) ?所傳輸?shù)目偞a元數(shù)接收中出錯(cuò)的碼元數(shù)第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 誤比特率 Pb是指錯(cuò)誤接收的信息的比特?cái)?shù)在傳輸信息的總比特?cái)?shù)中所占的比例 。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 2. 出錯(cuò)率 誤字符率 Pw意指錯(cuò)誤接收的信息的字符數(shù)在傳輸信息的總字符數(shù)中所占的比例。 該式描述了調(diào)制速率 (波特率 )和數(shù)據(jù)信號(hào)速率 (比特率 )之間的關(guān)系 。 它是表示傳輸速率常用的單位 ， 簡(jiǎn)稱比特率 。 如果單位調(diào)制信號(hào)波的時(shí)間長(zhǎng)度為 T(s)， 則調(diào)制速率 T1RB ?(波特 ) (21) 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) (3) 數(shù)據(jù)信號(hào)速率 。 調(diào)制是將基帶信號(hào)變換為適合在線路上傳輸?shù)哪骋活l率載波信號(hào)的過程 。 數(shù)據(jù)傳輸速率是指單位時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)量 ， 數(shù)據(jù)量的單位可以是比特 、 字符碼等 ， 時(shí)間單位可以是秒 、 分等 ， 通常用 “ 字符 /分 ” 為單位 。 在數(shù)量上 ， 以傳輸速率衡量傳輸?shù)挠行?，在質(zhì)量上 ， 以出錯(cuò)率衡量傳輸?shù)目煽啃?。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 主要性能指標(biāo) 衡量和評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)的好壞時(shí) ， 必然要涉及到系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) (也稱質(zhì)量指標(biāo) )問題 。 在數(shù)字通信中 ， 要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號(hào) ， 收端和發(fā)端必須保持嚴(yán)格同步 。 如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定的話 ， 模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的 5～ 15倍 。 當(dāng)然 ， 數(shù)字通信相對(duì)于模擬通信來說 ， 主要的不足之處在于：頻帶利用率不高 。 由于計(jì)算機(jī)技術(shù) ， 數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù) 、 數(shù)字交換技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展 ， 許多設(shè)備 、 終端接口均是數(shù)字信號(hào) ， 因此極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接 。 因此 ， 數(shù)字通信保密性好 。 (3) 易加密 。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) (2) 差錯(cuò)可控 。 這是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)在每次再生后 ， 只要不發(fā)生錯(cuò)位或錯(cuò)碼 ， 它仍然像信源中發(fā)出的信號(hào)一樣 ， 沒有噪聲疊加在上面 。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 而模擬信號(hào)疊加上噪聲后 ， 即使噪聲很小 ， 也很難消除它 。在接收端恢復(fù)信號(hào)時(shí)，首先對(duì)其進(jìn)行抽樣判決，才能確定是“ 1”碼還是“ 0”碼，并再生“ 1”、“ 0”碼的波形。以二進(jìn)制為例，信號(hào)的取值只有兩個(gè)，這樣發(fā)送端傳輸?shù)暮徒邮斩诵枰邮蘸团袥Q的電平也只有兩個(gè)值。 與模擬通信相比 ， 數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)是： 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) (1) 抗干擾、抗噪聲性能好。 這樣做就可以在一條線路中同時(shí)傳送多路的數(shù)字信號(hào) ， 因而提高了信道的利用率 。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 由于每一路基帶信號(hào)的頻譜被搬移到不同的頻段上 。這就是圖中虛框標(biāo)注的調(diào)制解調(diào)器所要完成的工作。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 由于信道編碼器的輸出和信道譯碼器的輸入都是數(shù)字信號(hào) (或稱為基帶信號(hào) )，為了充分利用信道帶寬，通常將基帶信號(hào)經(jīng)過調(diào)制變換成與信道相匹配的頻帶信號(hào) (即模擬信號(hào) )。 另外 ， 數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中是依據(jù)一定的節(jié)拍按位或幀一個(gè)一個(gè)地傳遞 ，因而接收端也必須按位或幀以與發(fā)送端相同的節(jié)拍一個(gè)一個(gè)地接收 ， 否則 ， 就會(huì)因收發(fā)步調(diào)不一致而造成數(shù)據(jù)混亂或丟失 。由于信道通常會(huì)遭受到各種噪聲的干擾 (包括自然的、人為的 )，從而導(dǎo)致接收端接收的信號(hào)產(chǎn)生誤差或錯(cuò)誤，即稱為誤碼。而信源譯碼器的作用則是編碼的逆過程，即實(shí)現(xiàn)模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。 第 2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 信息源信源編碼器信道編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器信道譯碼器信源編碼器信宿噪聲源圖 2