數(shù)據(jù)通信原理PPT課件

1、作者：薛嵐燕 詹仕華 謝秀娟E-mail： 福建農(nóng)林大學(xué)計算機與信息學(xué)院下一頁上一頁一、課程介紹一、課程介紹 數(shù)據(jù)通信原理是在介紹了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成及有關(guān)基數(shù)據(jù)通信原理是在介紹了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成及有關(guān)基本概念的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸、頻帶傳輸本概念的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸、頻帶傳輸和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸這三種基本傳輸方式從理論上進(jìn)行了和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸這三種基本傳輸方式從理論上進(jìn)行了詳細(xì)的論述，然后介紹了差錯控制的基本理論及應(yīng)用，詳細(xì)的論述，然后介紹了差錯控制的基本理論及應(yīng)用，接著討論了數(shù)據(jù)通信的幾種交換方式（如電路交換、接著討論了數(shù)據(jù)通信的幾種交換方式（如電路交換、報文交換、分組交換和幀方式

2、），繼而分析了通信協(xié)報文交換、分組交換和幀方式），繼而分析了通信協(xié)議，最后介紹了分組交換網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)議，最后介紹了分組交換網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDNDDN）的基本構(gòu)成及應(yīng)用。）的基本構(gòu)成及應(yīng)用。下一頁上一頁 數(shù)據(jù)通信原理是一門非常重要的專業(yè)課，通過數(shù)據(jù)通信原理是一門非常重要的專業(yè)課，通過對本課程的學(xué)習(xí)，能使同學(xué)們對數(shù)據(jù)通信的基本概對本課程的學(xué)習(xí)，能使同學(xué)們對數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)等有一個較全面的了解，并能掌握念、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)等有一個較全面的了解，并能掌握一定的數(shù)據(jù)通信基本理論和有關(guān)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的一一定的數(shù)據(jù)通信基本理論和有關(guān)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的一些應(yīng)用技能。些應(yīng)用技能。 學(xué)好

3、這門課對學(xué)習(xí)后繼課程打下一個良好的基學(xué)好這門課對學(xué)習(xí)后繼課程打下一個良好的基礎(chǔ)，同時也會對從事通信和計算機等方面的工作有礎(chǔ)，同時也會對從事通信和計算機等方面的工作有所幫助。所幫助。二、教學(xué)目的二、教學(xué)目的下一頁上一頁數(shù)據(jù)通信的重要性：數(shù)據(jù)通信的重要性： 計算機之間的通信：數(shù)據(jù)通信計算機之間的通信：數(shù)據(jù)通信 通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢：通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢：電話網(wǎng)電話網(wǎng)三網(wǎng)融合三網(wǎng)融合就是數(shù)據(jù)通信就是數(shù)據(jù)通信 （可見它的重要性）（可見它的重要性） 計算機網(wǎng)計算機網(wǎng)有線電視有線電視網(wǎng)網(wǎng)寬帶寬帶IPIP網(wǎng)網(wǎng)下一頁上一頁目錄第第1 1章章 緒論緒論第第2 2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識第第3 3章章 數(shù)據(jù)

4、信號的基帶傳輸數(shù)據(jù)信號的基帶傳輸?shù)诘? 4章章 數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸數(shù)據(jù)信號的頻帶傳輸?shù)诘? 5章章 差錯控制與信道編碼差錯控制與信道編碼第第6 6章章 物理層接口與傳輸控物理層接口與傳輸控制教程制教程第第7 7章章 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)下一頁上一頁目的要求l本章介紹數(shù)據(jù)通信有關(guān)的重要概念和定義，要求理解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成、數(shù)據(jù)傳輸速率、方式、質(zhì)量和信道容量的基本內(nèi)容。下一頁上一頁授課內(nèi)容l1.1 數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)組成l1.2 數(shù)據(jù)通信傳輸方式l1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)l1.4 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計算機網(wǎng)絡(luò)返回目錄下一頁上一頁1.1 數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)組成l1.1.1 消息、信息及數(shù)據(jù)的關(guān)系l1.1

5、.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成l1.1.3 數(shù)據(jù)通信及其特點返回目錄下一頁上一頁1.1 數(shù)據(jù)通信及系統(tǒng)組成l信息與網(wǎng)絡(luò)的時代，幾大互聯(lián)網(wǎng)：CASNet、CERnet、CHINAGBN、Chinanet(163網(wǎng))、UNInet、CNCNET、與其他網(wǎng)絡(luò)物理隔離服務(wù)于軍隊的軍網(wǎng)l這幾大網(wǎng)絡(luò)為我國數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用和發(fā)展提供強大而多樣的網(wǎng)絡(luò)平臺，而數(shù)據(jù)通信也為這些網(wǎng)絡(luò)提供了可靠而堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。下一頁上一頁1.1.1 消息、信息及數(shù)據(jù)的關(guān)系l1、消息 消息是指通信過程中傳輸?shù)木唧w原始對象，如電話中語音，電視中圖像，電報中電文，雷達(dá)中目標(biāo)的距離、高度、方位，遙測系統(tǒng)中測量的數(shù)據(jù)等。這些消息在物理特征上各不相同，

6、所以各種消息的組成亦不相同。特點： 能夠被通信雙方理解 可以傳遞下一頁上一頁l2、信號把消息轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)奈锢砹?，就是信號。信號攜帶著消息，它是消息的運載工具。通信中的信號有電信號和光信號兩種。信號可以分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是指信號的某一參量可以取無窮多個值，并且與原始消息直接對應(yīng)的信號，如話音信號及其按照抽樣定理所得的PAM樣值信號等；下一頁上一頁數(shù)字信號是指信號的某一參量只能取有限多個值，且與原始消息不直接對應(yīng)的信號，如計算機終端輸出的二進(jìn)制信號及其經(jīng)過PSK、FSK等調(diào)制方式調(diào)制后所得的信號等下一頁上一頁模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)換：模擬信號一般通過PCM脈碼調(diào)制(

7、Pulse Code Modulation)方法量化為數(shù)字信號，即讓模擬信號的不同幅度分別對應(yīng)不同的二進(jìn)制值，例如采用8位編碼可將模擬信號量化為28=256個量級，實用中常采取24位或30位編碼；數(shù)字信號一般通過對載波進(jìn)行移相(Phase Shift)的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號。 計算機、計算機局域網(wǎng)與城域網(wǎng)中均使用二進(jìn)制數(shù)字信號。下一頁上一頁l討論：l（1）數(shù)字信號與模擬信號的區(qū)別就在于是根據(jù)幅度取值上是否離散而定的。l（2）模擬信號與數(shù)字信號二者之間，在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)換的。下一頁上一頁l根據(jù)信道上傳輸?shù)男盘栃问降牟煌?，可以分為兩類通信方式。l模擬通信：以模擬信號的形式傳遞消息。采用頻分復(fù)

8、用實線多路通信（頻分復(fù)用是利用各路信號在信道上占用不同的頻率范圍，同在一條信道上傳輸，并且互不干擾）。l數(shù)字通信：以數(shù)字信號的形式傳遞消息。采用時分復(fù)用實線多路通信（時分復(fù)用是利用各路信號咋信道上占有不同的時間間隙，同在一條信道上傳輸，并且互不干擾）。下一頁上一頁l3、信息香農(nóng)認(rèn)為：信息是有秩序的量度，是人們對事物了解的不確定性的消除或減少。信息是對組織程度的一種測度，信息能使物質(zhì)系統(tǒng)有序性增強，減少破壞、混亂和噪音。根據(jù)香農(nóng)的有關(guān)信息的定義，那么信息是如何度量的呢？ 顯然，信息量與不確定性消除程度有關(guān)，量度信息多少的測度就是信息量。 下一頁上一頁 一則離散消息包含的信息量可表示為： PIal

9、og其中P表示該消息發(fā)生的概率；底數(shù)a決定了信息量的單位，它可以任意取值，常取2、10、e： a=2 I= -log2P 單位為比特（bit） a=e I= -lnP 單位為奈特（nat） a=10 I= -lg P 單位為哈（hartley） a=M I= -logMP 單位為M進(jìn)制信息單位下一頁上一頁數(shù)據(jù)通信中若數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制傳輸，此時將二進(jìn)制的每個符號“0”或“1”稱為碼元。當(dāng)兩個碼元等概出現(xiàn)時，每個碼元包含的信息量為： I=log22=1 bit因此通常常將二進(jìn)制序列稱為比特流，但若兩個碼元出現(xiàn)的概率不等，此時每個碼元包含的信息量已不是1bit。 更一般的情況，當(dāng)采用M進(jìn)制傳輸時，此時

10、共有“0，1， ，M-1”個碼元，且各碼元出現(xiàn)的概率不相等，分別為P0，P1，PM-1，此時每個碼元包含的信息量并不相等，分別為：jPjI2log下一頁上一頁因為上式與熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)中系統(tǒng)熵的計算公式相似，故常將平均信息量稱為信息熵?？梢宰C明上式中，當(dāng)P0=P1= =PM-1時取最大值對上式求其期望，將其稱作平均信息量H，表示平均每個碼元包含信息的多少，單位為bit/符號如下式所示：102logMjPjjPHMMMHMj2102log1log1下一頁上一頁l4、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)就是賦予一定含義的數(shù)字、字母、文字等符號及其組合，它是消息的一種表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)涉及到事物的形式，而信息涉及的是這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容

11、。數(shù)據(jù)又分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號和數(shù)字信號 表示和傳播.而模擬信號和數(shù)字信號都可以在合適的傳輸介質(zhì)上傳輸.通常,將傳輸過程中使用模擬信號的傳輸方式稱為模擬數(shù)據(jù)傳輸(可能需要調(diào)制解調(diào)器);將傳輸過程中使用數(shù)字信號的傳輸方式稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸(可能需要編解碼)。返回下一頁上一頁1.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成l1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。下一頁上一頁l2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE、數(shù)據(jù)電路終結(jié)設(shè)備DCE以及傳輸信道三部分組成DTE：數(shù)據(jù)終端

12、設(shè)備,指計算機、用戶電報終端、可視圖文終端、局 域網(wǎng)設(shè)備等輸入輸出設(shè)備,其主要功能是完成數(shù)據(jù)的采集、存儲及處理等功能，并提供人機接口,供操作人員訪問通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)資源。DCE: 數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備，是DTE和信道的接口，使信道更有利于信道的傳輸。如調(diào)制解調(diào)器Modem 。傳輸信道：根據(jù)不同的規(guī)則有不同的分類方法，例如可以分為模擬信道和數(shù)字信道、有線信道和無線信道、交換信道和專用信道等。數(shù)據(jù)電路：由DCE和傳輸線路構(gòu)成.可視為廣義信道。數(shù)據(jù)鏈路：具有通信協(xié)議功能的數(shù)據(jù)，傳輸更可靠，其誤碼率一般比數(shù)據(jù)電路下降10-4左右。下一頁上一頁l數(shù)據(jù)通信過程：在模擬信道中，DCE是MODEM，數(shù)據(jù)終端先產(chǎn)生了

13、數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備以后，用傳輸代碼來表示變成數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過傳輸控制器完成各種傳輸控制功能，此時數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的是基帶信號，發(fā)送方將DTE送來的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行調(diào)制，將其頻帶搬移到話音頻帶上，同時也將信號變成模擬信號，接收端則進(jìn)行相反的變換。在數(shù)字信道中，DCE是數(shù)字適配器，數(shù)據(jù)終端先產(chǎn)生了數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備以后，用傳輸代碼來表示變成數(shù)據(jù)信號，經(jīng)過傳輸控制器完成各種傳輸控制功能，此時數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的還是基帶信號，數(shù)字適配器執(zhí)行碼型和電平轉(zhuǎn)換、定時、信號再生和同步功能，信道服務(wù)單元主要是執(zhí)行信道均衡、信號整形等功能。接收端則進(jìn)行相反的變換。下一頁上一頁討論：（1）數(shù)據(jù)電路與數(shù)據(jù)鏈路

14、的關(guān)系數(shù)據(jù)鏈路由數(shù)據(jù)電路及兩端的傳輸控制器組成，對于只單獨建立數(shù)據(jù)電路，是無法進(jìn)行可靠有效地通信。（2）只有建立了數(shù)據(jù)鏈路通信雙方才能有效，可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。（3）一個中央計算機系統(tǒng)，實際上也就是數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE，是可以通過通信線路連接多個數(shù)據(jù)終端，實現(xiàn)主機之間資源共享。返回下一頁上一頁1.1.3 數(shù)據(jù)通信及其特點l1、數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)通信是依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個功能單元之間來傳遞數(shù)據(jù)通信信息。（功能單元就是指數(shù)據(jù)終端）它可以實現(xiàn)計算機與計算機、計算機與終端或者終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。 下一頁上一頁所謂通信協(xié)議就是通信雙方事先約定好的雙方都必須遵守的通信規(guī)則，它實際上

15、是一些通信規(guī)則集。 通信協(xié)議一般由語法、語義和時序組成：（1）語法（Syntax）：數(shù)據(jù)與控制信息的格式、數(shù)據(jù)編碼等。（2）語義（Semantics）：控制信息的內(nèi)容，需要做出的動作及響應(yīng)。（3）時序（Timing）：事件先后順序和速度匹配。 下一頁上一頁l2、數(shù)據(jù)通信的特點（1）計算機終端等機器作為主體直接參與通信（2） 傳輸速率高，要求通信終端的響應(yīng)速度快（3）DTE發(fā)出的數(shù)據(jù)是離散信號（數(shù)字信號），既可利用現(xiàn)有的PSTN，又可利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來完成。（4）具有差錯控制能力（5）具有靈活的接口能力（6）每次呼叫平均時間短，要求接續(xù)和傳輸響應(yīng)時間快（7）抗干擾能力強（8）容易加密，且加密技術(shù)、加

16、密手段優(yōu)于傳統(tǒng)通信方式返回下一頁上一頁1.2 數(shù)據(jù)通信傳輸方式l1.2.1 基帶傳輸與頻帶傳輸l1.2.2 并行傳輸與串行傳輸l1.2.3 異步傳輸與同步傳輸l1.2.4 單工、半雙工與雙工傳輸返回目錄下一頁上一頁1.2.1 基帶傳輸與頻帶傳輸l1、基帶傳輸 基帶傳輸就是將DTE經(jīng)過碼型變換、電平轉(zhuǎn)換等必要處理后直接在信道上傳輸，常用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。l2、頻帶傳輸頻帶傳輸是在數(shù)據(jù)傳輸之前首先經(jīng)過調(diào)制器，將基帶信號變換成頻帶信號，然后在信道中傳輸。返回下一頁上一頁1.2.2 并行傳輸與串行傳輸l1、并行傳輸并行傳輸是指將數(shù)據(jù)符號編碼后，在兩條以上的并行信道上同時傳輸，一般一次傳輸一個字

17、符；如：采用8單位代碼組成的字符時，可以用8條信道并行傳輸。下一頁上一頁特點：（1）優(yōu)點：對于每次只傳輸一個字符，因此它不需要額外的措施來實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步；（2）缺點：必須有多條并行信道，成本比較高，不適宜遠(yuǎn)距離傳輸。適用場合：計算機等設(shè)備內(nèi)部或兩個設(shè)備之間距離比較近時的外線上采用，如計算機到打印機之間的數(shù)據(jù)傳輸。下一頁上一頁l2、串行傳輸串行傳輸是指將數(shù)據(jù)編碼按位或按碼元依次在一條信道上傳輸。特點：（1）優(yōu)點：只需要一條傳輸信道，花費的成本低，易于實現(xiàn)（2）缺點：是要采取措施實現(xiàn)字符同步。 適用場合：是目前外線上主要采用的一種傳輸方式，通常用于遠(yuǎn)距離通信。返回下一頁上一頁1.2.3 異

18、步傳輸與同步傳輸l1、異步傳輸所謂異步傳輸是指只要DTE有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，就可以在任何時刻向信道發(fā)送信號，而接收方通過檢測信道上的電平變化與否就能自主判斷何時接收數(shù)據(jù)。異步傳輸方式一般以字符為單位傳輸，每個字符的起始時刻可以是任意的。 每次只傳送由若干bit組成的一個字符的代碼在每次發(fā)送的一個字符代碼前面，都要加一個“起始”信號，“起始”信號極性規(guī)定為“0”，長度為一個碼元該字符代碼的后面，都要加一個“停止”信號，“停止”信號的極性為“1”，長度有兩種：國際電報2號碼的“停止”信號長度為1.5個碼元，國際5號碼或其他代碼的“停止”信號長度為1或2個碼元下一頁上一頁特點：（1）優(yōu)點：收發(fā)雙方的時鐘

19、信號不需要精確的同步，實現(xiàn)字符之間同步比較簡單（2）缺點：對于每個字符都需要加入起始位和終止位，因此信息傳輸效率低 適用場合：常用于1200比特/s及其以下的低速數(shù)據(jù)傳輸 下一頁上一頁l2、同步傳輸所謂同步傳輸必須建立準(zhǔn)確的同步系統(tǒng)，因此它都是以固定的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，所以在一個串行數(shù)據(jù)流中，各信號碼元之間的相對位置是固定的，也就是同步。 同步系統(tǒng)首先要建立準(zhǔn)確的位同步，若以該方式傳輸時，數(shù)據(jù)一般以幀的形式組織，故還必須建立幀同步，若是頻帶傳輸且收端需要相干接受，還需建立載波同步。下一頁上一頁特點：（1）優(yōu)點：不需要每字節(jié)都加同步信息，故傳輸效率較高 （2）缺點：必須建立準(zhǔn)確的時鐘同步

20、，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜適用場合：常用于2400bit/s及其以上的高速數(shù)據(jù)傳輸 返回下一頁上一頁1.2.4 單工、半雙工和雙工傳輸l1、單工傳輸單工傳輸是指兩站之間只能沿一個方向傳輸數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)由A站傳到B站，稱為正向信道。（B站至A站只能傳送聯(lián)絡(luò)信號，傳輸效率較低，一般不超過75bit/s，稱為反向信道。通常用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，例如氣象數(shù)據(jù)的收集）如：計算機與監(jiān)視器及鍵盤、計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸、遙測等A站B站正向數(shù)據(jù)信道反向信道下一頁上一頁l2、半雙工傳輸半雙工傳輸是指兩個站之間可以在兩個方向上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但不能同時，只能輪流進(jìn)行傳輸。即傳輸信號時占用信道的整個帶寬。如：對講機、使用同一載頻

21、工作的無線電機等。A站B站正向數(shù)據(jù)信道反向信道下一頁上一頁l3、雙工傳輸雙工傳輸是指在兩數(shù)據(jù)站之間，可以在兩個方向上同時進(jìn)行傳輸?？梢允撬木€或二線傳輸：四線傳輸時有兩條物理上獨立的信道，一條發(fā)送一條接收，兩個方向的信號可以采用頻分復(fù)用或時分復(fù)用的方法將信道的帶寬一分為二；二線傳輸可以采用回波抵消技術(shù)使兩個方向的數(shù)據(jù)共享信道帶寬。如普通電話。 適用于高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。A站B站下一頁上一頁討論：雙工傳輸往往采用四線線路來實現(xiàn)。單工或半雙工傳輸往往采用兩線線路來實現(xiàn)。兩線線路也可實現(xiàn)雙工傳輸，但此時往往需要采用頻率復(fù)用、時分復(fù)用或回波抵消技術(shù)等較為復(fù)雜的技術(shù)。返回下一頁上一頁1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的質(zhì)

22、量指標(biāo)l1.3.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的有效性l1.3.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的可靠性返回目錄下一頁上一頁所謂質(zhì)量指標(biāo)是指用來衡量一個通信系統(tǒng)性能優(yōu)劣的技術(shù)指標(biāo)，對于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其質(zhì)量指標(biāo)有很多種，例如：l標(biāo)準(zhǔn)性用來衡量描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、接口、協(xié)議等的標(biāo)準(zhǔn)化程度 l經(jīng)濟(jì)性用來描述系統(tǒng)的性能價格比l可維護(hù)性用來描述系統(tǒng)故障處理與系統(tǒng)維護(hù)的復(fù)雜程度l可用度用來描述系統(tǒng)正常工作能力的高低l本節(jié)主要從數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)來討論系統(tǒng)有效性和可靠性下一頁上一頁1.3.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的有效性有效性是指給定信道內(nèi)傳輸信息的多少，常通過傳輸速率、頻帶利用率來描述；l1、碼元速率（RB）碼元速率是指給定信道內(nèi)單位時間傳輸碼元的

23、多少。其單位是波特(Baud)。 碼元：攜帶數(shù)據(jù)信息的波形或信號脈沖，如二電平信號，一個碼元有兩種狀態(tài)：0或1，四電平信號，一個碼元有四種狀態(tài)：00、01、10、11。任意的M進(jìn)制有“0,1,M-1”共M個碼元。等概條件下每個碼元包含的信息量相等，例如此時M進(jìn)制的每個碼元包含的信息量為Log2M 下一頁上一頁+1-10T2T3T 4T 5T6T7Tt+1-10T2T3T 4T 5T6T7Tt-3+30001101101001110二電平信號四電平信號下一頁上一頁 調(diào)制速率反映信號波形變換的頻繁程度。又稱碼元傳輸速率(碼元速率)或傳碼率、波特率、符號速率。定義：每秒鐘傳輸信號碼元的個數(shù)。單位：波

24、特，常用“Bd”表示標(biāo)識符：RB RB = 1/T，其中T為碼元長度，即一個碼元波形的持續(xù)時間。 因此， RB與進(jìn)制無關(guān)。下一頁上一頁l2、信息速率信息速率是指給定信道內(nèi)單位時間傳輸信息的多少,單位是比特/秒（bit/s）,信息速率又稱為傳信率。信息速率與碼元速率有如下關(guān)系：對于M進(jìn)制，各碼元等概出現(xiàn)時有 Rb=RBlog2M 若各碼元不等概出現(xiàn)，則 Rb=RBH 其中H為平均信息量。下一頁上一頁l例1：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸128個符號，其中有64個符號出現(xiàn)的概率分別為1/128，另外32個符號的出現(xiàn)概率分別為1/64，且每個符號的持續(xù)時間為0.1ms，求此時系統(tǒng)的信息速率。l解：由題意可知系統(tǒng)

25、的碼元速率為RB=1/Tb=100Baud由于各符號出現(xiàn)概率不同，則平均信息量為H=64(1/256)*log2(256)+(32(1/128)*log2 (128)+(32(1/64)*log2 (64) =6.25bit/符號所以信息速率Rb=RBH =1006.25=625bit/s下一頁上一頁l3、頻帶利用率頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)實現(xiàn)的傳輸速率，單位為Baud/Hz，或者bit/s. Hz，這主要取決于用哪種速率來計算。 （單位為Baud/Hz） （單位為bit/s.Hz）其中，B為系統(tǒng)帶寬，單位為Hz。BRrBBRrb返回下一頁上一頁1.3.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的可靠性可靠性是指給定信

26、道內(nèi)傳輸信息的準(zhǔn)確程度，常通過誤碼率、誤比特率等來描述。l1、誤碼率（Pe） (n)其中n表示系統(tǒng)傳輸?shù)目偞a元數(shù)，ne表示傳輸出錯的碼元數(shù)目，也即誤碼率是指錯誤碼元在總碼元數(shù)目中所占的比率。nnPee下一頁上一頁l2、誤比特率（Pb） (nb)其中nb表示系統(tǒng)傳輸?shù)目偙忍財?shù)，nbe表示傳輸出錯的比特數(shù)目，也即誤比特率是指錯誤比特在傳輸?shù)目偙忍財?shù)目中所占的比率。bbebnnP下一頁上一頁l例2：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為1200Bd，采用8電平傳輸，假設(shè)100秒誤了1個比特，求誤碼率 。設(shè)系統(tǒng)的帶寬為600Hz，求頻帶利用率為多少bit/（s.Hz）。l解：由于各個碼元出現(xiàn)的概率相同，則信息速率R

27、b=RBlog2M=1200log28=3600bit/s誤比特率Pb接收出現(xiàn)差錯的比特數(shù)軍/總的發(fā)送比特數(shù)(1/100)/3600=2.8106 頻帶利用率r=Rb/B=3600/6006bit/(s.Hz) 返回下一頁上一頁1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)l1.4.1 計算機網(wǎng)絡(luò)l1.4.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)l1.4.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程返回目錄下一頁上一頁1.4.1 計算機網(wǎng)絡(luò)l1、計算機網(wǎng)絡(luò)組成計算機網(wǎng)通常分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩部分如下圖所示資源子網(wǎng)由計算機系統(tǒng)、終端、各種外圍設(shè)備以及各種信息資源庫等 組成，其作用是處理網(wǎng)內(nèi)各種數(shù)據(jù)并向用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。通信子網(wǎng)由通信控制處理機、通信線路

28、等組成，主要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸與交換等通信處理功能。下一頁上一頁l2、計算機通信網(wǎng)的分類l按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同可以分為：星型網(wǎng) 總線型網(wǎng) 環(huán)型網(wǎng)l按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍可分為：局域網(wǎng)LAN 校園網(wǎng)CAN 城域網(wǎng)MAN 廣域網(wǎng)WAN 全球網(wǎng)GANl按照所屬權(quán)限可分為：公用網(wǎng) 專用網(wǎng)返回下一頁上一頁1.4.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)l數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上依靠分布在各處的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和通信線路所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，其根本任務(wù)是在網(wǎng)絡(luò)上透明、無錯、快速地交換和傳輸數(shù)據(jù)，即計算機網(wǎng)絡(luò)中的通信子網(wǎng)，對其基本要求有快速的交換與傳輸、高度的標(biāo)準(zhǔn)化和完善的網(wǎng)絡(luò)管理等 。返回下一頁上一頁1.4.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的

29、發(fā)展過程l計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)根源于社會的需求。l19世紀(jì)40年代20世紀(jì)30年代電磁技術(shù)廣泛用于通信l20世紀(jì)30年代60年代 電子技術(shù)廣泛用于通信l60年代80年代 計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合下一頁上一頁1、面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)TMMTPSTNCPU通信控制器通信控制器TPSTNPSTN：Public Switched Telephone NetworkPublic Switched Telephone NetworkModem(Modem(調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器) )：數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備串行接口串行接口下一頁上一頁（1）通信控制器的功能 多個終端同時要

30、求與主機通信時的爭用問題串行信號與并行信號的轉(zhuǎn)換 控制Modem差錯檢測與控制（2）特點單機系統(tǒng) 速率慢主機系統(tǒng)負(fù)荷過重 線路利用率低下一頁上一頁2、兩級結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)IMPIMPIMPIMPIMP通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)HHHHHHHHHHHHH邏輯上形成了由資源與通信子網(wǎng)組成的兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)56.6kbps下一頁上一頁（1）通信子網(wǎng)由56kbps的通信線路把分散在不同地點的通信處理機(IMP)連接起來構(gòu)成的。傳輸線 +轉(zhuǎn)發(fā)部件負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信工作。（2）資源子網(wǎng)由主機系統(tǒng)的軟硬件、數(shù)據(jù)庫等各種資源組成。承接各種數(shù)據(jù)收集、查詢及處理業(yè)務(wù)。（3）優(yōu)點提高通信線路的利用率充分發(fā)揮主機系統(tǒng)的效率減少傳輸

31、線數(shù)目便于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)下一頁上一頁3、 (正式步入)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化時代（1）1974年：IBM提出了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（SNA）。（2）1975年：DEC公司提出了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（DNA）；UNIVAC公司提出了分布式通信體系結(jié)構(gòu)DCA。（3）1977年：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)成立了計算機與信息處理標(biāo)準(zhǔn)化委員會(TC97)下屬的開放系統(tǒng)互連(OSI)分技術(shù)委員會(SC16)，并開始著手制定OSI的一系列國際標(biāo)準(zhǔn)。（4）1981年：ISO正式提出了“開放系統(tǒng)互連(ISO)基本參考模型”的國際標(biāo)準(zhǔn)。下一頁上一頁4、局域網(wǎng)絡(luò)時代（1）1980年Intel、DEC及Xerox三個公司聯(lián)合公布了Etherne

32、t規(guī)范。（2）1980年2月IEEE(美國電氣與電子工程師協(xié)會)在舊會山成立了IEEE 802局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)委員會，并制定了一系列局域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，后來被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織所采納，成為局域網(wǎng)的ISO 8802的公共標(biāo)準(zhǔn)。（3）特點新一代光纖局域網(wǎng)絡(luò)光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品也相繼問世。下一頁上一頁LANLAN與與WANWAN的結(jié)合的結(jié)合5、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LANLANLANLANLAN的擴(kuò)展的擴(kuò)展WANWANWANWAN的擴(kuò)展的擴(kuò)展WANLANLANLANLAN返回下一頁上一頁目的要求l本章要求掌握信號帶寬的概念、掌握信道容量的計算、了解信道分類及信道噪聲、掌握FDM、TDM的基本原理、了解數(shù)

33、據(jù)通信的同步。下一頁上一頁授課內(nèi)容l2.1 信號與調(diào)制解調(diào)l2.2 傳輸信道l2.3 多路復(fù)用返回目錄下一頁上一頁2.1 信號與調(diào)制解調(diào)l2.1.1 信號的頻譜l2.1.2 信號的帶寬l2.1.3 調(diào)制解調(diào)的基本原理返回目錄下一頁上一頁2.1.1 信號的頻譜確知信號的頻譜為其傅氏變換： 或隨機信號的頻譜常用其功率普密度表示： 或功率譜密度與信號平均功率的關(guān)系：dtetxXtj)()(dtetxfXftj2)()(deXtxtj)(21)(dfefXtxftj2)()(dffPS)(返回下一頁上一頁2.1.2 信號的帶寬l信號帶寬是信號頻譜的寬度，也就是信號的最高頻率分量與最低頻率分量之差。實際

34、上，帶寬是衡量信號頻帶寬度的一個量，它表示我們通過測量儀器可以感受到的頻率范圍，也就是說，一個信號在頻域看上去有多寬。 下一頁上一頁l1、零點帶寬數(shù)據(jù)信號頻譜主要能量是集中在第一個零點之內(nèi)的，當(dāng)其旁瓣不足以引起信號失真時，定義 fb 為信號的零點帶寬。 下一頁上一頁l2、百分比帶寬 百分比帶寬由下式來定義： 其中 fr 稱為百分比帶寬，可以取96%、98%、99%等值，其含義是，在該帶寬范圍內(nèi)信號的功率占總功率 %)()(00dffPdffPrf下一頁上一頁l3、矩形等效帶寬 對于具有在零點或中心頻率處取最大值頻譜結(jié)構(gòu)的信號，如下圖所示，可以定義矩形等效帶寬BC 。其含義為：00)(dffPB

35、PC下一頁上一頁l4、3dB帶寬 3dB帶寬又稱半功率帶寬，如下圖所示：信號頻譜在 f0 處取最大值，2/ )()()(),(021210fPfPfPfff且返回下一頁上一頁2.1.3 調(diào)制解調(diào)的基本概念l為什么要調(diào)制？首先，由于頻率資源的有限性，限制了我們無法用開路信道傳輸信息。再者，通信的最終目的是遠(yuǎn)距離傳遞信息。由于傳輸失真、傳輸損耗以及保證帶內(nèi)特性的原因，基帶信號是無法在無線信道或光纖信道上進(jìn)行長距離傳輸?shù)?。為了進(jìn)行長途傳輸，必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制將信號頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。最后，較小的倍頻程也保證了良好的帶內(nèi)特性。 下一頁上一頁l1、調(diào)制的定義：（1）時域定義：調(diào)制就

36、是用基帶信號去控制載波信號的某個或幾個參量的變化，將信息荷載在其上形成已調(diào)信號傳輸，而解調(diào)是調(diào)制的反過程，通過具體的方法從已調(diào)信號的參量變化中將恢復(fù)原始的基帶信號。（2）頻域定義：調(diào)制就是將基帶信號的頻譜搬移到信道通帶中或者其中的某個頻段上的過程，而解調(diào)是將信道中來的頻帶信號恢復(fù)為基帶信號的反過程。 下一頁上一頁l2、調(diào)制器的模型x(t) 調(diào)制信號，即數(shù)據(jù)終端產(chǎn)生的基帶信號 C(t)是載波，AC是載波幅度，fC是載波頻率簡稱載頻,0是載波的初始相位。s(t)是已調(diào)信號，即調(diào)制后的頻帶信號，其中包含了x(t)的全部信息，信道中傳輸?shù)木褪窃撔盘枴?2cos()()(0ccftxAts下一頁上一頁l

37、3、調(diào)制的分類（1）按照調(diào)制信號的類型：模擬調(diào)制：一般指調(diào)制信號和載波都是連續(xù)波的調(diào)制方式。它有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種基本形式。 數(shù)字調(diào)制 ：一般指調(diào)制信號是離散的，而載波是連續(xù)波的調(diào)制方式。它有四種基本形式：振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控和差分移相鍵控。 下一頁上一頁（2）按照載波類型：連續(xù)載波調(diào)制：載波是連續(xù)波形信號，例如正弦高頻信號 脈沖載波調(diào)制：載波是脈沖序列，常用的是矩形脈沖序列（3）按照調(diào)制器功能：幅度調(diào)制：調(diào)制信號控制載波幅度變化，例如AM、ASK等 頻率調(diào)制：調(diào)制信號控制載波瞬時頻率變化，例如FM、FSK等 相位調(diào)制：調(diào)制信號控制載波瞬時相位變化，例如PM、PSK等。 下一頁上一頁

38、l4、解調(diào)方式（1）相干解調(diào)通過本地相干載波進(jìn)行相干運算，從已調(diào)信號的相位變化中恢復(fù)原始信號的方法。（2）非相干解調(diào)其原理是從已調(diào)信號的幅度變化中提取調(diào)制信號，因為其不需要同步載波，所以又稱之為非同步解調(diào)。下一頁上一頁l5、調(diào)制解調(diào)的功能（1）實現(xiàn)信號與信道的匹配實現(xiàn)信號無線發(fā)射實現(xiàn)頻分復(fù)用（2）選擇合適的調(diào)制解調(diào)方式有利于提高傳輸可靠性（3）選擇合適的調(diào)制解調(diào)方式有利于提高傳輸有效性返回下一頁上一頁2.2 傳輸信道l2.2.1 傳輸信道的分類l2.2.2 傳輸介質(zhì)l2.2.3 信道噪聲l2.2.4 信道容量返回目錄下一頁上一頁l信道的定義：信道，通俗地說，是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號通路。具體

39、地說，信道是指由有線或無線電線路提供的信號通路。信道的作用是傳輸信號，它提供一段頻帶讓信號通過，同時又給信號加以限制和損害。 下一頁上一頁2.2.1 傳輸信道的分類l信道可以分為狹義信道和廣義信道兩種 。l1、狹義信道狹義信道是指在發(fā)端設(shè)備和收端設(shè)備中間的傳輸媒介，它包括有線信道和無線信道。l2、廣義信道廣義信道通常也可分成兩種，調(diào)制信道和編碼信道。如下圖所示。 下一頁上一頁下一頁上一頁l（1）調(diào)制信道模型調(diào)制信道的范圍是從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端。通常它具有如下性質(zhì)： 有一對(或多對)輸入端和一對(或多對)輸出端； 絕大部分信道都是線性的，即滿足疊加原理； 信號通過信道會出現(xiàn)遲延時間； 信

40、道對信號有損耗它包括固定損耗或時變損耗； 即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的功率輸出（噪聲）。 下一頁上一頁時變線性網(wǎng)絡(luò)時變線性網(wǎng)絡(luò)ei(t) e0(t)ei1(t) e01(t)ei2(t) e02(t)eim(t) e0m(t). . .(a) (b)圖2-2 調(diào)制信道模型下一頁上一頁對于二對端的信道模型來說，其輸出與輸入之間的關(guān)系式可表示成：將上式進(jìn)一步簡化可以寫成：這樣信道對信號的影響可歸納為兩點：一是乘性干擾k(t)，二是加性干擾n(t)。不同特性的信道，僅反映信道模型有不同的k(t)及n(t)。根據(jù)信道中k(t)的特性不同，可以將信道分為：恒參信道和變參信道。 )()(

41、)(0tnteftei)()()()(0tntetktei下一頁上一頁l（2）編碼信道模型從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸媒質(zhì)可用一個完成數(shù)字序列變換的方框加以概括，此方框稱為編碼信道。編碼信道的模型可用數(shù)字信號的轉(zhuǎn)移概率來描述。 0 01 12 23 30 01 1圖2-3 二進(jìn)制編碼信道模型圖2-4 四進(jìn)制編碼信道模型P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)下一頁上一頁模型中，把 、 、 、 稱為信道轉(zhuǎn)移概率。以 為例，其含義是“經(jīng)信道傳輸，把0轉(zhuǎn)移為1的概率”。 轉(zhuǎn)移概率由編碼信道的特性決定，一個特定的編碼信道就會有相應(yīng)確定的轉(zhuǎn)移概率。 編碼信道可進(jìn)一步分為無記憶編

42、碼信道和有記憶編碼信道。)0/0(P)0/1 (P) 10( /P) 11 ( /P)0/1 (P返回下一頁上一頁2.2.2 傳輸介質(zhì)l傳輸介質(zhì)是通信中實際傳送信息的載體。計算機網(wǎng)絡(luò)中采用的物理傳輸可分為有線和無線兩大類。雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種有線媒體。衛(wèi)星、無線電通信、紅外通信、激光通信以及微波通信傳送信息的載體都是屬于無線媒體。下一頁上一頁l1、雙絞線定義：將一對絕緣線紐絞在一起，任意擰成螺旋形就構(gòu)成了雙絞線。構(gòu)造：雙絞線線對絞合越緊密和均勻，雙絞線的質(zhì)量越好。特性：雙絞線的優(yōu)點是價格便宜、使用方便、安裝容易。因此常作為用戶與本地中心站及中心站與中心站間的連線。分類：雙絞線根據(jù)

43、有無屏蔽層可以分為：非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。下一頁上一頁下一頁上一頁l2、同軸電纜定義：同軸電纜是對地不對稱的同軸管構(gòu)成的一種通信回路。構(gòu)造：其內(nèi)導(dǎo)體是一銅質(zhì)芯線，外面包有絕緣層和網(wǎng)狀編織物的外導(dǎo)體屏蔽層，最外面是塑料保護(hù)外層。特性：壽命長、通信容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、外界干擾小、可靠性高和維護(hù)便利等優(yōu)點。在有限通信中占有很大比重。在局域網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛。分類：按其阻抗特性來分主要有三大類，即50、75、93。下一頁上一頁下一頁上一頁l3、光纖定義：光纖又稱光導(dǎo)纖維，通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲狀，是一根很細(xì)很細(xì)的、能傳導(dǎo)光束的介質(zhì)。構(gòu)造：和同軸電纜相似，但沒有網(wǎng)狀屏蔽層。

44、中心是玻璃纖芯，芯外面包圍著一層玻璃封套，又叫包層，再外面是一層薄的塑料外殼，用來保護(hù)玻璃封套。分類：目前廣泛應(yīng)用的光纖分為兩大類，單模光纖和多模光纖。單模：細(xì)芯，要有激光源；端難接；色散小，效率高；價格昂貴；適于長距離與高速場合。多模：粗芯；端接容易；色散大，效率低；價格較便宜；用于短距離與低速場合。下一頁上一頁光纖的物理原理：塑料制成的外殼可以吸收光線，防止串音，保護(hù)外層表面；透明玻璃制成的纖芯和包層可使光線沿著纖芯傳播，并在它們之間的接觸面上進(jìn)行光的反射；纖芯的折射率要高于包層，以保證光線在纖芯中傳輸時比在包層中慢，這樣就使從纖芯向包層傳送的光波能被反射回纖芯，并沿光纖傳播。光纖的傳輸原

45、理：利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來完成通信。光源被放置在發(fā)送端，如采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，并使之在電脈沖的作用下產(chǎn)生光脈沖，有光脈沖相當(dāng)于“1”，無光脈沖相當(dāng)于“0”，在接收端利用光電二極管制成光檢測器，在檢測到光脈沖時便可還原出電脈沖。下一頁上一頁返回下一頁上一頁2.2.3 信道噪聲l根據(jù)信道中加性噪聲的來源不同，可以粗略地分為以下四類： （1）無線電噪聲； （2）工業(yè)噪聲； （3）天電噪聲； （4）內(nèi)部噪聲。 下一頁上一頁l從噪聲性質(zhì)來區(qū)分可有： （1）單頻噪聲 ; （2）脈沖干擾 ; （3）起伏噪聲。 其中影響最大的是起伏噪聲，它是通信系統(tǒng)最基本的噪聲源。 而起伏噪聲主要包括：信道內(nèi)所有

46、的熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲等。 下一頁上一頁l通信中的常見噪聲l1、白噪聲定義：白噪聲是指它的功率譜密度函數(shù)在整個頻域內(nèi)是常數(shù)，即服從均勻分布。白噪聲的功率譜密度函數(shù)為：雙邊譜密度：單邊譜密度：)(2)(onnP)0 ()(onnP下一頁上一頁l2、高斯噪聲定義：高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布（即正態(tài)分布）的一類噪聲。其一維概率密度函數(shù)可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為： a為噪聲的數(shù)學(xué)期望值，也就是均值； 為噪聲的方差。2)(21)(22axxpexp2下一頁上一頁l3、高斯型白噪聲定義：高斯型白噪聲也稱高斯白噪聲，是指噪聲的概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布統(tǒng)計特性，同時它的功率譜密度函數(shù)是常數(shù)的一類

47、噪聲。l4、窄帶高斯白噪聲定義：當(dāng)高斯噪聲通過以 為中心角頻率的窄帶系統(tǒng)時，就可形成窄帶高斯噪聲。 c下一頁上一頁窄帶高斯噪聲可表示為： 式中， 為噪聲的隨機包絡(luò)； 為噪聲的隨機相位，相對于載波的變化而言，它們的變化要緩慢的多。(t)()(tttnccos(t)(t)返回下一頁上一頁2.2.4 信道容量l所謂的信道容量是指信道在單位時間內(nèi)所能傳送的最大信息量，即指信道的最大傳信率。單位是每秒多少比特。由于信道有模擬信道和數(shù)字信道之分。那么信道容量也有模擬信道容量和數(shù)字信道容量之分。 下一頁上一頁l1、模擬信道的信道容量 模擬信道的信道容量是可以根據(jù)香農(nóng)定理來計算。香農(nóng)定理指出：在信號平均功率受

48、限的加性高斯白噪聲信道中，信道的極限信息傳輸速率即信道容量。其中C為信道容量，B為帶寬，單位是Hz，S/N為信噪功率比 。 （S/N）db=10lg(S/N)(db) )/( 1log2sbNSBC下一頁上一頁l例1、有一個經(jīng)調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號的電話網(wǎng)信道，該信道帶寬為3000Hz，信道噪聲為加性高斯白噪聲，其信噪比為20db，求該信道的信道容量l解：（S/N）db=10lg(S/N)(db)S/N=102=100C=Blog2(1+S/N) =3000log2(1+100) =19974bit/s下一頁上一頁l例2、已知僅存在加性高斯白噪聲的信道容量為33.6kbit/s，其信號噪聲功率

49、比為30db，求此模擬信道的帶寬為多少？l解：10lg(S/N)=30dbS/N=103=1000C=Blog2(1+S/N) =Blog2(1001) =33.6kbit/s B=33.6/log21001 =3.37kHz=3371Hz下一頁上一頁l2、數(shù)字信道的信道容量典型的數(shù)字信道是平穩(wěn)、對稱、無記憶的離散信道，它可以用二進(jìn)制或多進(jìn)制傳輸離散是指信道內(nèi)傳輸?shù)男盘柺请x散的數(shù)字信號對稱是指任何碼元正確傳輸和錯誤傳輸?shù)母怕逝c其他碼元一樣平穩(wěn)是指對任何碼元來說，錯誤概率的取值都是相同的無記憶是指接收到的第i個碼元僅與發(fā)送的第i個碼元有關(guān)，而與第i個碼元以前的發(fā)送碼元無關(guān)下一頁上一頁根據(jù)奈奎斯特

50、準(zhǔn)則，帶寬為B的信道所能傳送的信號最高碼元速率為2B波特。因此，無噪聲數(shù)字信道容量為C2Blog2M (bit/s) 其中M為傳輸時數(shù)據(jù)信號的取值狀態(tài)，也就是進(jìn)制數(shù)下一頁上一頁l例：假設(shè)一個傳四進(jìn)制數(shù)字信號的無噪聲數(shù)字信道，帶寬為3000Hz，求其信道容量l解：C=2Blog2M =23000log24 =12000（bit/s）返回下一頁上一頁2.3 多路復(fù)用l2.3.1 頻分多路復(fù)用（FDM）l2.3.2 時分多路復(fù)用（TDM）l2.3.3 波分多路復(fù)用（WDM）返回目錄下一頁上一頁2.3.1 頻分多路復(fù)用（FDM）lFDM是把信道的可用頻帶分成多個互不交疊的頻段（帶） ，每個信號占其中一

51、個頻段。接收時用適當(dāng)?shù)臑V波器分離出不同信號，分別進(jìn)行解調(diào)接收。下一頁上一頁返回下一頁上一頁2.3.2 時分多路復(fù)用（TDM）l時分復(fù)用原理是將信道占用時間分成若干個小的時間片，稱之為時隙，每個時隙就是一條時分復(fù)用信道，可以傳輸一個用戶的信號。 也就是說各路信號可以同時在同一信道中傳輸時占有不同的時間間隔。這時就需要將時間分成均勻的時間間隔，將每路信號分配在不同的時間間隔內(nèi)傳輸，一邊達(dá)到互相分開的目的。l時分多路復(fù)用可以分為同步時分復(fù)用和異步時分復(fù)用兩種下一頁上一頁l1、同步時分復(fù)用（STDM）lSTDM采用固定時間片分配方式，將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段（一個周期），再將每

52、一時間段劃分成等長度的多個時隙，每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號，各路數(shù)字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。下一頁上一頁l由于在同步時分復(fù)用方式中，時隙預(yù)先分配且固定不變，無論時隙擁有者是否傳輸數(shù)據(jù)都占有一定時隙，形成了時隙浪費，其時隙的利用率很低 。下一頁上一頁l2、異步時分復(fù)用（ATDM）l異步時分復(fù)用技術(shù)又被稱為統(tǒng)計時分復(fù)用，它能動態(tài)地按需分配時隙，避免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。lATDM就是只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它。當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時，則不給它分配時隙。電路的空閑時隙可用于其他用戶的數(shù)據(jù)傳輸 。l在所有的數(shù)據(jù)幀中，除最后一個幀外，其他所有幀均不會出現(xiàn)空

53、閑的時隙，從而提高了資源的利用率，也提高了傳輸速率。下一頁上一頁返回下一頁上一頁2.3.3 波分多路復(fù)用（WDM）波分復(fù)用是指在一根光纖上，同時傳送多個波長不同的光載波， 其基本原理與頻分復(fù)用相同，區(qū)別僅在于FDM使用的是電載波，而 WDM使用的是光載波。 利用波分復(fù)用技術(shù)可以在不增建光纜線路或不改建原有光纜的基礎(chǔ)上，使光纜傳輸容量擴(kuò)大幾倍甚至幾十倍、上百倍 。返回下一頁上一頁目的要求l掌握基帶信號的碼型、基帶系統(tǒng)的組成、無碼間干擾的基帶傳輸?shù)亩x及條件、基帶系統(tǒng)形成波形、奈奎斯特第一準(zhǔn)則、部分響應(yīng)和時域均衡的基本原理基本特點。本章是本課程的重點。下一頁上一頁授課內(nèi)容l3.1 數(shù)據(jù)基帶信號分析

54、l3.2 基帶傳輸系統(tǒng)組成l3.3 無碼間干擾的基帶傳輸系統(tǒng)l3.4 眼圖l3.5 基帶傳輸系統(tǒng)性能分析l3.6 改善系統(tǒng)性能的幾個措施 返回目錄下一頁上一頁3.1 數(shù)據(jù)基帶信號分析l3.1.1 常用的基帶信號l3.1.2 基帶信號的功率譜密度 返回目錄下一頁上一頁3.1.1 3.1.1 常用基帶信號常用基帶信號基帶傳輸是數(shù)據(jù)通信中的基本傳輸方式，數(shù)據(jù)終端只要經(jīng)過簡單的電平和碼型變換后就可以在信道中直接傳輸，主要應(yīng)用在局域網(wǎng)等短距離的數(shù)據(jù)傳輸中?；鶐盘柺谴a的電表示形式，在實際基帶傳輸中并不是所有代碼的電波形都能在信道上傳輸，因此，選用傳輸碼型應(yīng)考慮以下原則：下一頁上一頁F傳輸碼型中應(yīng)不含有

55、直流分量，且低頻分量和過高頻分量也不要太多； F傳輸碼型中應(yīng)含有定時時鐘信息，以利于收端定時時鐘的提??；F傳輸碼型應(yīng)具有誤碼檢測能力；F碼型變換設(shè)備簡單、易于實現(xiàn)；F誤碼增殖要??；下一頁上一頁1 1、單極性碼不歸零（、單極性碼不歸零（NRZNRZ）碼：）碼： 編碼規(guī)則：1表示高電平，0表示低電平，在整個碼元期間電平保持不變Tbt01101100110E判決電平下一頁上一頁l特點及應(yīng)用:l 發(fā)送能量大有利于提高收端信比l 帶寬窄但直流和低頻成分大；l 不能提取同步信l 判決電平不易穩(wěn)定l 一般用于設(shè)備內(nèi)部和短距離通信中。下一頁上一頁占空比：/Tb ，典型的取值是/Tb=50% 2 2、單極性碼歸

56、零（、單極性碼歸零（RZRZ）碼：）碼： 編碼規(guī)則：傳送1時發(fā)送一個寬度小于碼元持續(xù)時間的歸零脈沖，傳送0時不發(fā)送脈沖。t01101100110ETb判決電平下一頁上一頁l特點及應(yīng)用：l具有單極性碼的大多特點但帶寬增大，l 可以直接提取同步信息l 一般用于設(shè)備內(nèi)部和短距離通信中。下一頁上一頁3 3、雙極性碼不歸零（、雙極性碼不歸零（BNRZBNRZ）碼：）碼： 編碼規(guī)則： 1表示高電平，-1表示低電平，在整個碼元期間電平保持不變t01101100110E-ETb判決電平下一頁上一頁l特點及應(yīng)用l發(fā)送能量大有利于提高收端信比l 無直流但低頻成份大l 不能提取同步信l 判決電平容易穩(wěn)定，無需線路接

57、地下一頁上一頁4 4、雙極性碼歸零（、雙極性碼歸零（BRZBRZ）碼：）碼： 編碼規(guī)則：構(gòu)成原理與RZ相同，1正，-1負(fù)，相鄰脈沖間必有零電平存在。在接收端根據(jù)接收波形歸于零電平便可知1比特信息結(jié)束。t01101100110E特點及應(yīng)用：具有雙極性碼的優(yōu)點比較容易提取同步信息下一頁上一頁編碼規(guī)則：差分碼是用相鄰兩個電平變化與否表示“1”和“0”，所以又稱為相對碼記作bn 5 5、差分碼、差分碼 差分碼又可以分為兩種：傳號碼和空號碼：傳號碼是指相鄰兩個電平變化表示為1，如果不變表示為0。其中1用高電平來表示，0用低電平來表示。實際上他們的運算就是異或運算。而空號碼則是相反的。 下一頁上一頁l特點

58、及應(yīng)用l即使傳輸過程中所有電平都發(fā)生了反轉(zhuǎn)，接收端仍能正確判決 l 是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的一種常用碼型下一頁上一頁6 6、極性交替（、極性交替（AMIAMI）碼：）碼： 編碼規(guī)則：消息代碼0仍變換為傳輸碼的0，而把代碼中的1交替地變換為傳輸碼的 +1、-1、 特點：無直流分量，且只有很小的低頻成分；從一個二進(jìn)制符號序列變成了一個三進(jìn)制符號序列；編譯碼電路簡單，并便于觀察誤碼情況；缺點：當(dāng)它用來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連0串，因而會造成提取定時信號的困難。t01101100110E下一頁上一頁7 7、三階高密度雙極性（、三階高密度雙極性（HDB3HDB3）碼：）碼： 編碼規(guī)則：（1）按AM

59、I碼編碼；（2）用000V替代長連零小段0000，V的極性與前一個非零碼的極性相同；（3）檢查V碼是否極性交替。若不交替，把當(dāng)前的000V用B00V代替，B的極性與前一個非零符號的極性相反；加B后，則后邊所有非零符號反號。檢查HDB3碼正確與否，一看“1”與B合起來極性是否交替，二看V碼是否交替，兩者都交替則編碼正確。 示例動畫演示下一頁上一頁例：信息流： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0第一步： 0+1 0 0 0 0-1+1 0 0 0 0 0-1+1-1 0第二步： 0+1 0 0 0+V-1+1 0 0 0+V 0-1+1-1 0第三步： 0+1 0 0 0+V-1+1-B 0 0-V 0+1-1+1 0t+100+10+v -1 0-B00 -v0 +1 -1 +1 0破壞脈沖補救脈沖下一頁上一頁特點：編碼比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡單除保持了AMI碼的優(yōu)點外，還增加了使連0串減少到至多3個的優(yōu)點，這對于定時信號的恢復(fù)是十分有利的。缺點：HDB3碼若產(chǎn)生一個誤碼，可能造成假4連0，譯碼端會引起多于一個的誤碼，即HDB3碼有誤碼增殖。譯碼：（1）檢測V碼并識別B00V和000V；兩個同極性碼后一個為V碼；（2）用0000取代B00V或000V；（3）全波整流還原成單極性碼。下一頁上一頁l 編碼規(guī)則： “1”用高低電平表示，“0”用低高電平表示