数据传输系统
1、数字信号－模拟传输
全双工（full duplex）：允许两个方向上同时进 行数据传输。
半双工（half duplex）：允许两个方向上进行数 据传输，但某一时刻只能单向数据传输。
单工（simplex）：只允许一个方向数据通过。 V.90：提供了33.6k上行，56kbps下行。
时分复用
为了有效地利用传输线路，可将多个话路的 PCM 信号用时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)的方法装成时分复用帧，然后 发送到线路上。
中国采用欧洲体制，以 E1 为一次群。
美国和日本等国采用北美体制，以 T1 为一 次群。
频分复用、时分复用和统计时分复用
数据传输系统
1、数字信号－模拟传输 （2）调制解调器原理
调制解调器
数据经过模拟传输系统后可能会出现差错。源自发送的 0 基带信号1
0
0
1
1
1
0
0
t
接收到的 失真信号
t
采样时刻
t
还原后 0
1
0
0
1
0
1
0
0
的数据
出现差错
调制解调器的作用
调制解调器(modem)包括：
调制器(MOdulator)：把要发送的数字信号转 换为频率范围在 300~3400 Hz 之间的模拟信 号，以便在电话用户线上传送。
令向量 S 为(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)，向 量 T 为(–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)。
在实用的系统中是使用伪随机码序列。
码片序列的正交关系
令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示 其他任何站的码片向量。
两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和 T 的规格化内积(inner product)都是 0：
S T
1 m
m i1
SiTi
0
(2-4)
码片序列的正交关系举例
t
T
CH15 CH16 CH17 … CH30 CH31 CH0
T = 125 us
15 个话路
时分复用可能会造成 线路资源的浪费
用户
Aa
a
Bb b
C
cc
D
d
时分复用 t
①
t②
ab
t③
#1
④
t
bc
ca dt
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
统计时分复用 STDM
用户
Aa
a
B bb
C
cc
D
d
统计时分复用 t①
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
时间
时分复用
频率
在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
时间
时分复用
频率
在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。
发送比特 1 时，就发送序列 00011011， 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。
S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
CDMA 的重要特点
每个站分配的码片序列不仅必须各不相同， 并且还必须互相正交(orthogonal)。
目前我国长途通信线路已实现了数字化， 因而现在的模拟通信电路就只剩下从用户 电话机到市话交换机之间的这一段几公里 长的用户线上。
时分复用
频率
在 TDM 帧中的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
时间
时分复用
频率
在 TDM 帧中的 位置不变
双向同时通信（全双工通信）——通信的 双方可以同时发送和接收信息。
基带(baseband)信号和 宽带(broadband)信号
基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两 种不同的电压来表示，然后送到线路上去 传输。
宽带信号则是将基带信号进行调制后形成 的频分复用模拟信号。
2.2.3 信道的最高码元传输速率
输出信号波形 (失真不严重)
输入信号波形
输出信号波形 (失真严重)
数据传输系统
1、数字信号－模拟传输 （1）信号调制
Asin(ω t+Φ )
A、幅移键控法 ASK B、频移键控法 FSK C、相移键控法 PSK
数据传输系统
1、数字信号－模拟传输
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0 调幅 调频 调相
任何实际的信道都不是理想的，在传输 信号时会产生各种失真以及带来多种干 扰。
码元传输的速率越高，或信号传输的距 离越远，在信道的输出端的波形的失真 就越严重。
数字信号通过实际的信道
失真不严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
输入信号波形
失真严重
实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）
数据通信的理论基础
傅立叶分析
周期为T的函数g(t)可展开成多个或无限个正 弦和余弦函数的和。带宽：传输过程中振幅 不会明显减弱（通常保留一半能量处）的频 率范围。
带宽对于信号传输影响P74
数据传输系统
数据通信系统
数字比特流 模拟信号
模拟信号 数字比特流
正文 PC 机
调制解调器
公用电话网
这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频 谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片
(chip)。
码片序列(chip sequence)
每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。
如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。
模拟的和数字的数据、信号
模拟数据 模拟数据 数字数据 数字数据
放大器 调制器
PCM 编码器
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号 模拟信号 数字信号
数据传输系统
单向通信（单工通信）——只能有一个方 向的通信而没有反方向的交互。
双向交替通信（半双工通信）——通信的 双方都可以发送信息，但不能双方同时发 送(当然也就不能同时接收)。
t②
③ t
④ t
a bbc cd a t #1 #2 #3
3 个 STDM 帧
波分复用 WDM
波分复用就是光的频分复用。
0
1550 nm
1
1551 nm
2
1552 nm
3
1553 nm 复
4
1554 nm 用
5
1555 nm 器
6
1556 nm
7
1557 nm
8 2.5 Gb/s 1310 nm
3、信道容量：是指信道能够传送的最大数 据率。
信道的主要技术指标
4、信道最大数据传输率
尼奎斯特（Henrry Nyquiest)定理（无噪声）
最大数据传输率=2 H log2V （位/秒） 其中H：带宽。V：信号的离散级数
香农（Claude Shannon)公式（考虑热噪声）
最大数据传输率=H log2（1+S/N） 其中H：带宽。S/N：信噪比，即信号功率与噪
解调器(DEModulator)：把电话用户线上传送 来的模拟信号转换为数字信号。
本书中的调制解调器是指使用在标准的二 线模拟话路（3.1 kHz 的标准话路带宽） 上的调制解调器。
调制解调器的作用（续）
调制器的主要作用就是个波形变换器，它把基 带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输 的波形
A、不归零制编码 B、曼彻斯特编码 C、微分曼彻斯特编码
数据传输系统
2、数字信号－数字传输 NRZ编码原理：直接用高低电平来表示数字0
或1。 曼彻斯特编码原理：每位中间都有一次跳变既
用于时钟同步，跳变又方向表示数据，电平翻 转仅在每位起始位置出现。下跳变0，上跳变1 微分曼彻斯特编码原理：每位中间的跳变仅用 于时钟同步，每位起始时有无跳变来表示数据。 有为0，无为1
调制解调器
正文 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
输 源点 输 发送器
发送
传输 系统
入
入
的信号
信
数
息
据
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
几个术语
数据(data)——运送信息的实体。 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 “模拟的”(analogous)——连续变化的。 “数字的”(digital)——取值是离散数值。 调制——把数字信号转换为模拟信号的过程。 解调——把模拟信号转换为数字信号的过程。
数据传输系统
2、数字信号－数字传输
11 0010
11 0010
00 1101
数据传输系统
1、数字信号－数字传输 （2）同步方法
A、异步方式：由起始位、数据位、校 验位和停止位构成。每次传输一个字节。
数据传输系统
2、数字信号－数字传输 （2）同步方法
B、同步方式：每次传输一个数据块。通 常采用曼彻斯特编码。