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第,4,章,-,*,第,4,章 数字传输,4.1 数字,数字转换,4.,2,模拟,数字转换,4.3 传输模式,1,4.1 数字,数字转换,线路编码,Line Coding;Block Coding;Scrambling,(D,ata to signal)(data to data)(signal to signal),2,信号元素,vs,数据元素,数字信号的一个稳定态,一个比特,r =,一个,信元,中的比特数,3,数据速率和信号速率,数据速率,R,：比特率，数据率（,bps,）,信号速率,S,:,信元速率，脉冲速率，调制速率，波特率（,baud,）,R=,r,S,max,(bps),S,case,=c,1,S,max,(baud),其中,R,为比特率，,S,max,是波特率的最大值,(,理论值,),，,c,1,是场合系数，,S,case,是不同场合的实际波特率。,数字信号的有效带宽,数字信号有效带宽,=c,2,S,max,(Hz),在工程上，一般可取,数字信号有效带宽,min,=(1/2)S,max,r =,一个,信元,中的比特数,4,直流分量和基线漂移,(,Baseline Wandering),当含直流分量的信号经过隔直流的传输系统后，信号产生畸变（幅度偏移）。,直流分量产生能量消耗。,5,自同步,(Self-synchronization),自同步：在数字信号中加入适当的跳变。,6,Line coding schemes,7,Unipolar,encoding,NRZ,单极性,含直流分量,无自同步,S,max,=R,S,min,=0,带宽,min,=S,max,/2 =R/2,S,ave,=(S,max,S,min,)/2=S,max,/2,(Non-Return Zero),8,Polar encoding (two polarities),(,曼彻斯特码,),9,NRZ-L (level),NRZ-I (invert),P=(1/2)(V/2),2,+(1/2)(-V/2),2,=(V,2,)/4,V/2,（绝对码）（差分码）,S,max,=R,S,min,=0,带宽,min,=S,max,/2 =R/2,(S,ave,=S,max,/2),10,RZ,S,max,=2R,S,min,=2R,带宽,min,=S,max,/2 =R,(S,ave,=2R =S,max,/2),自同步,11,Manchester cod,e,Differential Manchester cod,e,（绝对码）（差分码）,S,max,=2R,S,min,=R,带宽,min,=S,max,/2 =R,(S,ave,=(3/2)R,S,max,/2),无直流分量,自同步,12,Bipolar encoding,(three levels to represent data),AMI,Pseudoternary,S,max,=R,S,min,=0,带宽,min,=S,max,/2 =R/2,(S,ave,=S,max,/2),(alternate mark invert),(alternate space invert),无直流分量,无自同步,13,在,m,B,n,L,编码方法中，每,m,个二进制比特被转换为,n,个信元，其中每个信元具有,L,进制（,L,个级别），且有,2,m,L,n,.(mn),多级,编码,2B1Q,8B6T,4D-PAM5,m,个,2,进制,数据单元,(bit),n,个具有,L,级别的,信号单元,Quaternary,Ternary,14,10,10,10.,.,00,00,00,S,max,=R/2,S,min,=0,带宽,min,=S,max,/2 =R/4,(S,ave,=S,max,/2),2B1Q,15,8B6T,2,8,=256,3,6,=729,729-256=473 (,禁用码：检错，,DC,平衡,),256,个准用码的,DC,值为,0,或,+1,。发送端记录前一个码字的,DC,值，若为,+1,，则将后一个,DC,值为,+1,的码字极性取反。,S,max,=(6/8)R,S,min,=(3/8)R (,见附录,),取 带宽,min,=,S,max,(,非,S,max,的,“,1/2,”,),(S,ave,S,max,/2,码型非均匀分布,),无直流分量,自同步,16,4D-PAM5,S,max,=R/8,S,min,=0,取 带宽,min,=,S,max,(,非,S,max,的,“,1/2,”,),电平,“,0,”,用于自同步,(4 dimension-pulse amplitude modulation ),17,MLT-3,S,max,=R,S,min,=0,带宽,min,=S,max,/2 =R/2,(S,ave,=S,max,/2),在最频繁变化场合，,f,1,=R/4,(,对,NRZ-I,，,f,1,=R/2),多,跳变编码,差分码,“,0,”,不变，,“,1,”,在三种电平间变化,18,线编码方案归纳,19,Block,coding,data,data,称为“,m,B/,n,B,”,编码：将,m,比特变换为,n,比特。,(nm),20,21,4B/5B,编码,22,对,AMI,码中的,连续,8,个,“,0,”,，用,“,000VB0VB,”,替代,。,V-violate pulse B-balance pulse,Scrambling,B,8,ZS (bipolar,8,-zero substitution),23,HDB3,对,AMI,码中连续的,4,个,“,0,”,用,“,000V,”,或,“,B00V,”,替代，规则：在前一次替代后，出现数据脉冲,“,1,”,的数目为偶数，用,“,B00V,”,；,出现数据脉冲,“,1,”,的数目为奇数，用,“,000V,”,。,每次,B00V,替代后，对随后出现的数据流极性作反转，以保证之后的首个数据“,1”,不和前个“,V”,同极性（冲突）。,24,4.,2,模拟到数字的变换,Pulse Code Modulation(PCM),25,三种取样方式,26,取样频率必须不小于原始模拟信号最高频率的,2,倍。,Nyquist,定理,27,所谓取样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的取样序列的过程。,取样定理,(,Nyquist,theorem,),一个频带限制在（,0,，）内、时间连续的模拟信号，如果取样频率 ，则可以通过低通滤波器由样值序列 无失真地重建原始信号 。,28,证明抽样定理：,设,m(t,),为低通模拟信号，抽样脉冲序列是一个周期性冲激函数 ，则抽样信号为,式中,的频谱为,29,其中，为低通信号 的频谱,。,根据频率域卷积定理可得频域表达式,30,上式表明，抽样后信号的频谱 是无穷多个间隔为 的 相叠加而成。这就意味着 中包含 的全部信息。,31,抽样频率低于,Nyquist,取样,率,时产生混叠现象,32,取样信号的量化,-20+20,的取样信号划分为,8,个级别,(,归一化系数为,5),33,PCM,信号的带宽,PCM,数字信号带宽,min,=(1/2)S,max,=(1/2)R/r,=(1/2)(2f,m,n,b,)/r,PCM,数字信号带宽,min,=,原模拟信号带宽,f,m,n,b,对低通信号，,f,m,=,模拟信号带宽；对二电平编码，,r=1,：,提高,r,可降低数字信号的有效带宽。,编码,比特率,R=,f,s,log,2,L=,f,s,n,b,=2f,m,n,b,(bps),34,非均匀量化,基本思想：对小信号，采用小的量化间隔；对大信号，采用大的量化间隔，,使大、小信号对量化噪声的信噪比基本一致,。,方法：先对信号进行变增益预处理（小信号高增益），再作均匀量化。接收端作逆向变增益处理（小信号低增益），恢复信号正常比例。,(,曲线上各点的增益,=,原点至曲线上各点连线的斜率。）由此，对小信号相当于采用了小的量化间隔。,(,companding,),均,匀,量,化,编,码,解,码,入,出,入,传输,扩张,压缩,输入,输出,出,35,PCM,解码,D/A converter,36,Delta,调制,每个样本用,1,个,bit,编码。,37,d,d,38,4.,3,传输模式,(,异步,)(,同步,)(,等时,),39,并行,传输,40,串行,传输,41,异步,传输,42,异步传输的特点：,Two sides don,t need correlated clocking,（双方不需要相关的时钟）,Sender can send data units at any time,（发送方可在随意时刻发送数据）,The gap between two adjacent data units can be any duration,（相邻数据块之间的间隔是随意的）,Data units are small in bit-length,(,？,),（数据块长度较小）,Data units begins with a,“,start bit,”,and ends with one or more,“,stop bit(s),”,（数据块以,“,起始位,”,和,“,停止位,”,定界）,Synchronization is only maintained within each data unit (,？,),（同步操作仅在每个数据块内部的各比特之间进行）,Deviation accumulation only occurs in the duration of a data unit(,？,),（偏差的累积仅在每个数据块的持续期内）,43,44,发送端的发送速率为,10 kbps,，即每比特宽度为,100,s,。接收方的时钟比发送方快了,6%,，即每比特宽度比发送方的计时少,6,s,，由此接收方对每比特的取样间隔为,94,s,。如图所示，接收方的第,9,个取样的位置发生了错误。,【,示例,】,45,同步,传输,两端需要相关的时钟；,发送端在比特（或字节）开始时刻才发送帧；,在两帧之间的空闲时段是以比特（或字节）宽度计量（插入,“,空闲,”,比特,或字节）；,允许长的帧（无误差积累）；,各帧具有,“,定界字段,”,。,D,ata,46,同步,传输,同步帧,47,
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