《通信系统》PPT课件.ppt
第三章 高速公路通信系统,提纲,模拟信号数字化,数字信号的多路复用,数据差错控制技术,模拟信号数字化,模拟信号数字化目的数字通信系统传输可靠、是发展方向。自然界的许多信号都是模拟的，将模拟信号转化为数字信号传输可以利用数字传输的优点。模拟信号转化为数字信号，称为A/D变换。传输到接收端转换为模拟信号，称为D/A变换。,采样量化编码,模拟信号在数字通信系统传输结构框图,模拟信号数字化,模拟信号数字化,采样量化编码解码,采样将时间上连续的信号变成时间上离散信号的过程。,用冲激脉冲进行理想采样，采样时间间隔均匀。,模拟信号数字化-采样,低通信号冲激采样及频谱,模拟信号数字化,收端重建的模拟信号m（t）,低通型模拟信号m（t）,采样定理的含义,采样后的样值序列含有原模拟信号的信息，如果要把样点恢复成原模拟信号，在采样时要满足一定的条件（香农）采样定理。,低通信号的采样定理：一个频带限制在0fH内的低通信号m(t)，如果采样频率fs 2fH，则可以由采样序列无失真地重建恢复原始信号m(t)。,模拟信号数字化,脉冲载波调制脉冲幅度调制PAM：用基带信号m(t)去改变脉冲的幅度。脉冲宽度调制PWM：用基带信号m(t)去改变脉冲的宽度。脉冲相位调制PPM：用基带信号m(t)去改变脉冲的相位。,模拟信号数字化,模拟信号数字化,量化用预先规定的有限个电平来表示模拟采样值的过程上述过程中有限个电平称为量化电平。注意：采样是把时间上连续信号变换成时间上离散的信号。量化是将取值连续的采样信号变成取值离散的采样值序列。,量化的过程,T,s,),m,(6,T,s,),t,量化器,m,(,kT,s,),m,q,(,kT,s,),采样、量化、编码过程的示意图,图b：根据采样定理，m(t)经过采样后变成了时间离散、幅度连续的信号mS(t)。图c：将其送入量化器，就得到了量化输出信号mq(t)。这里采用了“四舍五入”法将每一个连续采样值归结为某一临近的整数值，即量化电平，这里采用了8个量化级，将图(b)中7个准确样值4.2、6.3、6.1、4.2、2.5、1.8、1.9分别变换成4、6、6、4、3、2、2。,均匀量化的缺陷,-0.52=-1（1-0.52）/0.52=92%,均匀量化严重降低小幅值信号的信噪比，一般采用非均匀量化。,非均匀量化实际中常采用的方法有两种：见P123一种是采用13折线近似A律压缩特性一种是采用15折线近似律压缩特性,模拟信号数字化,A律压缩特性 A律压缩特性公式为：,式中A为压缩系数，表示压缩程度。在上图的曲线中：A1时，y=x，为无压缩即均匀量化情况。A值越大，在小信号处斜率越大，对提高小信号信噪比越有利。,A律压缩特性,y表示归一化的输出值。x表示归一化的输入值。A是压扩参数，表示压缩的程度。当A87.6时，压缩特性与A律13折线压缩特性相似。A律13折线压缩特性对小信号信噪比的改善是靠牺牲大信号的量化信噪比换来的。,模拟信号数字化,A律13折线的建立对x轴不均匀分成8段，分段的方法是每次以二分之一对分。对y轴在01范围内均匀分成8段，每段间隔均为1/8。把x，y各对应段的交点连接起来构成8段直线。,模拟信号数字化,13折线近似A律以上分析的是第一象限，对于双极性信号，在第三象限也有对称的一组折线，也是7根。但其中靠近零点的1、2段斜率也都等于16，与正方向的第1、2段斜率相同，又可以合并为一根，因此，正、负双向共有2(8-1)-1=13 折，故称其为13折线。各段的斜率见下表。,A=86.6与 13 折线压缩特性的比较,模拟信号数字化,编码把量化的电平值表示成二进制码组的过程。将模拟信号的经过采样、量化变换为数字信号，然后再变换成代码传输，这种方式称为脉冲编码调制(PCM)。,模拟信号数字化,编码,编码？,模拟信号数字化,编码,模拟信号数字化,解码是编码的反变换。采用专门的编码和解码芯片。,提纲,模拟信号数字化,数字信号的多路复用,数据差错控制技术,多路复用：1.多个信号互不干扰的在同一信道传输。2.多路复用提高信道的利用率。,多路复用,提纲,模拟信号数字化,数字信号的多路复用,数据差错控制技术,数据差错控制技术（P141）,为了提高数字信号传输的有效性而采取的编码。为了提高数字通信的可靠性而采取的编码。信道编码方法：在信息序列上附加上监督码元，发现和纠正错误。,数据差错控制技术,原理,信道,数据,监督码元（校验码）,逻辑关系,差错控制方式,差错控制方式,前向纠错发送端经信道编码后可以发出具有纠错能力的码元.接收端译码后不仅可以发现错误码，而且可以判断错误码的位置并予以自动纠正。,差错控制方式,检错重发方式优点主要表现在：（1）只需要少量的冗余码，就可以得到极低的输出误码率；（2）有一定的自适应能力；不足主要表现在：（1）需要反向信道，故不能用于单向传输系统，并且实现重发控制比较复杂；（2）通信效率低，不适合严格实时传输系统。,差错控制方式,混合纠错方式前向纠错方式+检错重发方式。,差错控制方式,纠错编码的基本原理数据帧表示为（n，k）,n表示码组的长度；k信息的长度；r=n-k表示校验码长度。,n,k,r,差错控制方式,常用的分组码 1.奇偶校验码（VRC）见P141图3-20表示成为（n，n-1）。如果是奇监督码，在附加上一个监督元以后，码长为n的码字中“1”的个数为奇数个。如果是偶监督码，在附加上一个监督元以后，码长为n的码字中“1”的个数为偶数个。,差错控制方式,常用的分组码 2.方块校验码（LRC）,1,差错控制方式,常用的分组码 3.循环冗余校验码（LRC）检错思想：收发双方约定一个生成多项式G(x)（其最高阶和最低阶系数必须为1），发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的信息帧的多项式能被G(x)整除。接收方收到后，用G(x)除多项式，若有余数，则传输有错。,差错控制方式,常用的分组码 3.循环冗余校验码（LRC）二进制码元的代数表示（报文多项式）模2多项式代数运算法则（加法=减法？）预备知识：XOR（异或）,差错控制方式,二进制码元的代数表示（报文多项式）二进制数字序列：1 0 1 0 1 1 1 1 x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 1 M(x)=x7+x5+x3+x2+x1+1,差错控制方式,模2多项式代数运算法则（加法=减法？）,差错控制方式,XOR（异或）输入相同时输出为0。,作业,设G(x)=x4+x+1，待发送的数据为，根据上述已知条件设计一程序进行CRC编码的计算，编程语言不限（C，VC，VB，C#等）要求：1、提交打印稿，打印稿包含代码和输出CRC编码的截屏。打印稿写明：学号+姓名。2、提交时间：5月11日。,常用通讯接口RS232RS422RS485目前较为常用的串口有9针串口（DB9）和25针串口（DB25），通信距离较近时(12m)。RS422,RS485较远。,DB9和DB25的常用信号脚说明,串口编程,串口编程基于MSCOMM控件的编程基于多线程API编程,串口使用的注意事项,串口使用的注意事项串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现。同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连。接收数据针脚与发送数据针脚相连，彼些交叉，信号地对应相接。不同编码机制不能混接，如RS232C不能直接与RS422接口相连。使用现成的调试工具，串口调试助手、串口精灵。强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口易损坏。,串口调试工具（串口调试助手）,用例：广州科学中心“ITS都市”,用例：广州科学中心“ITS都市”,
