第12章數據通信中的調制解調及編／解碼技術

第一頁，共68頁。第九章內容提要：內容提要：光纖介質及光纖通信、無線電傳輸信道；電力線載波技術；

DTMF編／解碼技術；通信中的三態邏輯編／解碼技術；無線電通信、紅外遙控技術；數據據通信中的差錯控制技術等主要內容。

第二頁，共68頁。12.1光纖通信技術光纖（光導纖維）；傳導光波的非常纖細而柔軟的介質。光纖：由石英玻璃拉成細絲，直徑為2Pm～125Pm。光纜：由纖芯、包層和外套三部分組成，如圖9-1所示。纖芯：光纖最中心的部分，它由一條或多條非常細的玻璃纖維形成；纖芯外面是包層；最外層是外護套。第三頁，共68頁。12.1光纖結構示意圖

第四頁，共68頁。

12.1光纖具有以下主要優點

1.傳輸頻帶寬、容量大光波頻率：1014～1015間，在幾十千米距離內數據率可達2Gbit／s；同軸電纜為幾百Mbit／s，雙絞線為幾Mbit／s。一個話路：4kHz頻帶；一個彩色電視節目：6MHz頻帶；一根光線上幾十萬路或幾十路電視節目。第五頁，共68頁。12.1光纖具有以下主要優點：

2.損耗低、中繼距離長光纖損耗低，長距離傳輸，可靠性高、成本低。

3.抗電磁干擾能力強不受輸電線、電氣化鐵路饋電線、高壓設備電器和雷電的影響。保密性極強。

4.尺寸小、重量輕一根18芯的光纜橫截面積為12mm2，1m長的光纜僅重90g；同樣同軸電纜橫截面積為65mm2，重達11kg。第六頁，共68頁。12.1光纖有單模和多模

兩種基本傳輸模式

第七頁，共68頁。12.1多模方式滿足全反射角度的光線在光纖里傳播。有多條傳播路徑，每條路徑不等，傳過光纖的時間不同，易造成信號碼元間的串擾。防止信號碼元串擾，應降低傳輸的數據率。多模光纖傳輸帶寬較窄。如圖12-3（a）所示。多模方式又分多模漸變和多模突變兩種。第八頁，共68頁。12.1單模方式光纖纖芯減?。簻p小入射角，光才能入射向前傳播。單模方式：纖芯半徑小到波長數量級，可以在光纖里傳播一個角度的光波，如圖12-3（C）所示。傳輸特性：有極寬的頻帶，適于長距離、大容量的基礎干線光纜傳輸系統。第九頁，共68頁。12.2無線傳輸信道頻率（波長）相差較大的電波，具有不同的特性。中長波：沿地面傳播，繞射能力較強；短波：以電離層反射方式傳播，傳輸距離很遠；微波：在大氣對流層中直線傳播，繞射能力很弱。無線電波按其頻率來劃分頻段，如表12-1所示。

第十頁，共68頁。12.2無線電波的頻段第十一頁，共68頁。12.2地面微波中繼信道

微波：沿直線傳播的，視線傳播，繞射能力很弱。現象：傳播過程中，遇到不同介質時，產生折射和反射；碟形天線：它將聚焦電磁波，使接收天線對準發送方，形成視線傳輸。位于地面的高處，提高天線間的作用距離，越過中間障礙傳輸。第十二頁，共68頁。12.2衛星中繼工作過程

各種信號：電報、話音、數據或電視信號；

復合成基帶信號：先調制到中頻（70MHz）上；

變頻器：使頻率達到發射頻率（6GHz）；

放大器：信號有足夠的能量向衛星發射出去。第十三頁，共68頁。12.3

電力線載波技術電力線載波：高壓輸電線路作為高頻信號傳輸通道的一種通信方式，是電力系統特有的。機械強度高：不需要線路的基建投資和維護費用，有一定的經濟性和可靠性?；臼侄危弘娏€載波作為電力系統傳輸信息。

第十四頁，共68頁。電力線載波通信原理1－發電機2－變壓器3－斷路器4－母線5－電力線第十五頁，共68頁。電力線載波通信現狀分析

電力線載波有弱點：通道干擾大、信息量小，電力線對載波信號存在高衰減，高噪聲，引起數據信號變形；設備管理維護：造成的穩定性差、故障率高等不足，不適應現代電網對通信多方面、多功能的要求；通信設備性能先進，價格低廉。第十六頁，共68頁。電力線載波的實現1.電力線載波的可行性電力線上是高電位，不能直接接觸。但是電力線導線粗，結構堅固，對高頻信號提供了衰耗小，可靠性高的傳輸通路。通信遠動、自動裝置的服務以及高頻保護的收發信機都在電力線的兩端，可靠的線路作為通道。第十七頁，共68頁。12.3高壓電力線載波的實現高壓電力線載波：可通過在高壓傳輸線路的

開始點、結束點、連接點使用電感形式的載頻阻波濾波器利用特定的信道來傳輸高頻信號第十八頁，共68頁。12.3中低壓電力線載波的實現

低壓配電網通過中、低壓配電變壓器受電，380/220V的低壓配電線路一般不超過250m。配電間到進戶配電箱的典型網絡拓撲為輻射狀樹型復合結構。第十九頁，共68頁。電容寬帶耦合裝置電容耦合：耦合電容器為主要元件的耦合方式，用高頻電容連接高頻載波信號的輸入、輸出端與電力線接入點電容性耦合裝置屬于一種直接耦合裝置，將高頻載波信號直接注入到電網，從電力線上接收高頻載波信號。其原理如圖所示。

電容耦合裝置原理第二十頁，共68頁。電感耦合電感耦合又稱為變壓器耦合。常用的耦合變壓器如圖9-9所示。

電感耦合裝置變壓器原理圖9-9耦合變壓器實物圖第二十一頁，共68頁。電力線直擴載波通信系統

第二十二頁，共68頁。DTMF（雙音多頻）編碼方法

DTMF是英文DualToneMultiPleFrequency的縮寫，意為“雙音多頻”，它在程控系統中應用最為廣泛。機有兩種撥號方式，即脈沖撥號方式和雙音多頻撥號方式。第二十三頁，共68頁。雙音多頻的含義雙音多頻撥號方式中的雙音：指用兩個特定的單音信號的組合疊加來代表數字或符號（功能）。兩個單音的頻率不同，代表的數字和功能也不同。雙音多頻機，有16個按鍵，其中有10個數字鍵（0～9），6個功能鍵（、＃、A、B、C、D）。按組合的原理，有8種不同的單音頻信號。由于采用的頻率有8種，稱為多頻。從8種頻率中抽2種進行組合，稱為8中取2的雙編碼方法。第二十四頁，共68頁。雙音多頻的含義

根據CCITT的建議，國際上采用697Hz、770Hz、825Hz、941Hz、1209Hz、1336Hz、1477Hz和1633Hz。

將8種頻率分成兩個群，即高頻群和低頻群。從高頻群和低頻群中各抽出一種頻率進行組合，有16種不同的組合，代表16種不同的數字或功能。第二十五頁，共68頁。雙音多頻按鍵圖第二十六頁，共68頁。雙音多頻撥號代碼按“1”鍵時，由撥號電路產生697Hz與1209Hz疊加的信號電流輸出；按“2”鍵時，產生697Hz與1336Hz的疊加輸出，以此類推。第二十七頁，共68頁。2.3

通信中的三態邏輯

編／解碼技術MC145026的A1～A9是地址或數據輸入端。每位可有三種狀態：高電平、低電平、開路。利用其不同的組合與MC145028配對時可產生39＝19683種不同的編碼。

第二十八頁，共68頁。編碼器

MC145026

工作原理（2）發送波形與時序圖第二十九頁，共68頁。發送的編碼數據波形發送的編碼數據波形如圖

“1”為兩個寬脈沖，“0”為兩個窄脈沖，“開路”為一個寬脈沖和一個窄脈沖。脈沖的高低電平分別為電源的70％與30％。第三十頁，共68頁。發送編碼數據波形第三十一頁，共68頁。多路遙控系統

典型設計第三十二頁，共68頁。MC145026和DMC145027編／解碼器

在通信中的典型應用

MC145026和MC145027組成的編碼器用于多路遙控和數據傳輸。編碼后的數據流由DO串行輸出。MC145027譯碼器接收MC145026輸出的編碼數據流，當譯碼器地址與編碼器地址狀態相同并連續收到兩組相同編碼信號時，端由低電平跳變為高電平，指示接收有效。第三十三頁，共68頁。編碼器DO端及譯碼器端波形第三十四頁，共68頁。MC145026的DO端

輸出編碼信號的速率由編碼器的時鐘頻率決定：第三十五頁，共68頁。9.5多路編／解碼無線遙控

多路數字編／解碼集成電路MC145026和MC145027為核心元件制作的無線遙控電路。它有16種控制功能，可遙控各種工業電器、家用電器、電子玩具、節日彩燈以及進行無線尋呼等。

第三十六頁，共68頁。9.4

紅外遙控技術

紅外線遙控：目前使用最廣的一種通信和遙控手段。

紅外線遙控裝置：體積小、功耗小、功能強、成本低等。

應用：彩電、錄像機、錄音機、音響設備、空調機，以及玩具等其他小型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。在工業設備中：在高壓、輻射、有毒氣體、粉粉塵等環境下，采用紅外線遙控安全可，能有效地隔離電氣干擾。第三十七頁，共68頁。

紅外遙控系統

彩電遙控系統是由紅外遙控信號編碼發送器、紅外遙控信號接收器和解碼器（解碼芯片或單片機）及其外圍電路等三部分構成的。第三十八頁，共68頁。紅外遙控系統

遙控信號發送器用來產生遙控編碼脈沖，驅動紅外發射管輸出紅外遙控信號，遙控接收器完成對遙控信號的放大、檢波、整形并解調出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組組連續的串行二進制碼。第三十九頁，共68頁。1.紅外遙控工作原理

通用紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成，應用編／解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖所示。發射部分包括鍵盤矩陣、編碼發送電路及其外圍電路。接收部分包括光電轉換放大器、接收電路、解碼電路及執行電路。第四十頁，共68頁。

紅外遙控工作原理圖第四十一頁，共68頁。遙控發射器及其編碼

遙控碼具有以下特征：

（1）采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為0.5ms、間隔0.5ms、周期為1ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.5ms、間隔1.5ms、周期為2ms的組合表示二進制的“1”，其波形如圖2.4-2所示。第四十二頁，共68頁。遙控發射器及其編碼

脈寬調制的串行碼波形第四十三頁，共68頁。遙控碼具有的特征（3）（3）每組碼包含16個二進制位，它由17個脈沖的16個間隔構成，如圖下所示。M50462AP產生的遙控編碼是連續的16位二進制碼組，其中每組編碼前8位為用戶碼，后8位為操作碼（功能碼），圖為編碼格式。第四十四頁，共68頁。

遙控編碼格式第四十五頁，共68頁。遙控碼具有的特征（4）（4）16位二進制碼的發射順序是低位在先，高位在后，分前8位和后8位兩部分。前8位是用戶識別碼，能區別不同的電器設備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該遙控發射器的用戶識別碼固定為16進制的47H。后8位指令控制碼（7位有效位）。M50462AP最多有64種不同組合的編碼，但生產廠只給出37種編碼，這對彩電遙控及類似應用場合已經足夠。第四十六頁，共68頁。（5）遙控器在按鍵按下后，周期性地發出同一種16位二進制碼，周期約為32ms。一組碼本身的持續時間隨它所包含的二進制“0”和“1”的個數不同而不同，大約在20～25ms之間。前后兩個碼的間隔時間在7～12ms之間，這段時間為起始位，圖12.4-5為發射波形圖。

遙控碼具有的特征（4）第四十七頁，共68頁。發射波形第四十八頁，共68頁。全面了解紅外遙控(C)第四十九頁，共68頁。全面了解紅外遙控(D)第五十頁，共68頁。全面了解紅外遙控(E)第五十一頁，共68頁。3.接收器及解碼

紅外遙控接收器由紅外接收二極管等組成。完成對遙控信號的前置放大、限幅放大、帶通濾波、峰值檢波和波形整形，然后解調出與輸入遙控信號反相的遙控編碼脈沖，此信號再送去解碼。

第五十二頁，共68頁。紅外遙控解碼

紅外遙控的16位二進制串行碼是脈寬調制的，脈沖寬度固定（0.5ms），而脈沖的間隔不同。測出脈沖間隔時間，可知是二進制的“0”還是“1”。考慮到誤差，可把脈沖間隔為0.3～0.7ms的判為“0”，脈沖間隔為1.3～1.7ms的判為“1”。

第五十三頁，共68頁。解碼單片機

和兩引腳上的波形

第五十四頁，共68頁。一體化紅外線接收器及其在數據通信中的應用基本電路（3）《三峽工程施工設備狀態監測系統》

第五十五頁，共68頁。1紅外編／解碼IC芯片及紅外遙控技術

紅外遙控編／解碼IC芯片簡介PT2262—IR芯片是將載波振蕩、編碼、發射部分集于一體的集成電路。其外圍電路簡單，使用方便。

第五十六頁，共68頁。③無線電遙控玩具車

無線電遙控玩具車由無線電編碼發射器和無線電解碼接收器兩部分電路構成。圖2.4－38是發射器電路。圖中V1、L1、C3、C4等組成載頻振蕩器，C4決定了發射頻率。

第五十七頁，共68頁。無線電遙控玩具車

無線電解碼接收器電路如圖所示

V1等組成自熄式超再生檢波電路，熄滅頻率的高低由L2、L3、C3等決定。L1、C1是接收調諧回路，調節C1可改變接收頻率。V2等組成音頻放大電路。C6是高頻旁路電容。V3、VD1、VD2等組成整流觸發電路。

無線電解碼接收器電路第五十八頁，共68頁。12.7滾動碼遙控發射器最新加密編碼技術--Keeloq滾動算法對所要傳輸的代碼進行加密-----使得每次發送的碼以無規律方式變化，且都是唯一的，不重復的，故稱之為滾動碼，因此具有極高的保密性。

汽車門鎖硬件結構圖第五十九頁，共68頁。滾動碼遙控發射器電路原理滾動碼遙控發射器的電路組成和固定碼遙控發射器基本相同，如圖12.31HCS300引腳圖，圖12.32是一種常見的滾動碼遙控發射器的工作原理。編碼芯片的遙控發射器電路原理第六十頁，共68頁。HCS301的編碼過程由原代碼，加密密