數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)1課件

1.1數(shù)字通信系統(tǒng)信息（Information)-關(guān)于事物運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)和規(guī)律的表征.數(shù)據(jù)（Data)-經(jīng)信息技術(shù)處理的信息集合。數(shù)字（Digital)-在此指信息處理方法（相對(duì)模擬）。通信（Communication)-信息的傳遞過(guò)程.第一章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)信息源Source模擬信號(hào)Analogsignal非電/電變換模擬通信Analogcomm.模擬通信系統(tǒng)Analogcommunicationsystem數(shù)字通信系統(tǒng)Digitalcommunicationsystem模擬信號(hào)數(shù)字化信息源Source連續(xù)信息源Continuous(analog)informationsource離散信息源Discrete(digital)informationsource模擬信號(hào)Analogsignal模擬通信Analogcomm.模擬通信系統(tǒng)Analogcommunicationsystem數(shù)字信號(hào)Digitalsignal數(shù)字通信Digitalcomm.模擬信號(hào)數(shù)字化非電/電變換信息源本身發(fā)出的就是數(shù)字形式（離散化信息）的信號(hào)(比如電報(bào)、數(shù)據(jù)、指令)，那么不管用數(shù)字傳輸還是用模擬傳輸方式來(lái)傳輸這個(gè)信號(hào)的通信方式均可稱為數(shù)據(jù)通信。1.1.1數(shù)字與模擬信號(hào)

模擬信號(hào)-取值是連續(xù)的. Y=f(t) Tb<t<Te數(shù)字信號(hào)-離散時(shí)刻，有限個(gè)取值. Yi=f(ti) t∈Ti

——模擬的語(yǔ)音，以8kHz采樣，8bit量化，做64kbps傳輸1.1.2數(shù)字通信的特點(diǎn)1）抗噪聲能力強(qiáng)2）記錄、處理過(guò)程不易失真3）集成化，處理元件制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，便宜4）適合離散信息表示和相應(yīng)處理方法（如加密,壓縮）5）占用帶寬大1.1.4典型傳輸媒體/信道有線通信有線電通信光纖通信雙絞線同軸電纜短波通信微波通信衛(wèi)星通信紅外線通信同步衛(wèi)星中、低軌道衛(wèi)星無(wú)線通信中、短波數(shù)傳電臺(tái)—利用空間或電離層做媒體，較受環(huán)境環(huán)境因素制約 （氣候、電磁干擾、多種衰落、頻率管制等因素），傳輸速率較低。微波— 可利用頻段范圍寬，約30GHz。（長(zhǎng)、中、短波合計(jì)30MHz） 受環(huán)境影響?。ㄌ祀?、工業(yè)噪聲） 不大受地形限制（相對(duì)有線），適合野外應(yīng)用。 方向性強(qiáng)（相互干擾小，可空分復(fù)用） 經(jīng)濟(jì)（較同軸便宜50%）衛(wèi)星— 微波頻段，可用帶寬大。傳輸距離遠(yuǎn)（萬(wàn)公里）。覆蓋面大。 典型應(yīng)用有互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星電話等。移動(dòng)通信—含個(gè)人移動(dòng)通信、集群移動(dòng)。 （傳呼、移動(dòng)電話、無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)等） 20世紀(jì)80年代，基于FDMA的第一代模擬系統(tǒng)(1G) 20世紀(jì)90年代，基于TDMA和CDMA的第二代數(shù)字系統(tǒng) 目前，基于發(fā)展的寬帶CDMA的數(shù)字第三代系統(tǒng)(3G)。 提供數(shù)據(jù)速率為2Mbps(靜態(tài)環(huán)境)的多媒體業(yè)務(wù)。信道描述模型1）加性噪聲信道

r(t)=αs(t)+n(t)

s(t)—發(fā)送信號(hào) r(t)—接收信號(hào) n(t)—噪聲信號(hào) α—衰減因子常見(jiàn)加性噪聲1）人為噪聲：電器開(kāi)關(guān)、工業(yè)。2）自然噪聲：自然界電磁輻射3）系統(tǒng)內(nèi)部噪聲：熱噪聲、脈沖噪聲等

3）時(shí)變?yōu)V波器信道

r(t)=s(t)*c(τ，t)+n(t)用于反映： 1）信號(hào)衰落隨時(shí)間變化 2）傳輸時(shí)延隨時(shí)間變化 3）多徑傳播

信道容量—是指信道無(wú)錯(cuò)誤傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾?，常記為C。（單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘糠Q為信息容量）對(duì)于波形、無(wú)記憶信道，有給定帶寬B，在B內(nèi)有理想頻率響應(yīng)。信號(hào)受加性高斯白噪聲損傷。

r(t)=s(t)+n(t)有S—信號(hào)功率N—n0B,n0單邊帶噪聲功率譜密度由香農(nóng)定理分析—噪聲是阻礙信息傳輸?shù)闹匾蛩?）在帶寬一定時(shí)，要提高信道容量，應(yīng)減少N或增加S。2）在S/n0一定時(shí)，B即使趨于無(wú)限，C是有限的。3）要保持C不變，用增加信號(hào)功率來(lái)減少帶寬要求，代價(jià)大。 用增加帶寬來(lái)減小信號(hào)功率，代價(jià)較小。例1：有一個(gè)經(jīng)調(diào)制解調(diào)器傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)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。解：

1.1.5數(shù)字通信系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)有效性 在給定的信道內(nèi)能夠傳輸消息的內(nèi)容可靠性 在給定的信道內(nèi)接收信號(hào)的準(zhǔn)確程度適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)性經(jīng)濟(jì)性維護(hù)使用模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

有效性指標(biāo)：用每路信號(hào)所需的傳輸帶寬來(lái)衡量，帶寬越窄，有效性越好；

可靠性指標(biāo)：用輸出信噪比來(lái)衡量，信噪比越大，可靠性越好。信噪比（dB）。

數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1)有效性指標(biāo)：碼元傳輸速率（傳碼率）RB：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)量，單位是波特（Baud）。

RB=1/TB

(波特,Baud)信息傳輸速率（傳信率）Rb：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，單位是bit/s，或bps(bitpersecond)

Rb=RB·log2M比特/秒傳信率與傳碼率之間的關(guān)系：對(duì)于M進(jìn)制的碼元，Rb=RBlogM。2）可靠性指標(biāo)：誤碼率PB=接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)/發(fā)出的總碼元數(shù)；誤比特率Pb=接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/發(fā)出的總比特?cái)?shù)；

實(shí)際中往往是以趨于無(wú)窮大的發(fā)送量做統(tǒng)計(jì)依據(jù)例：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為1200，采用8電平傳輸，假設(shè)100秒誤了1個(gè)比特，①求誤碼率。②設(shè)系統(tǒng)的帶寬為600Hz,求頻帶利用率為多少。解：①數(shù)據(jù)傳信速率為

誤碼率＝接收出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)／總的發(fā)送比特?cái)?shù)

②現(xiàn)代通信的發(fā)展1838莫爾斯有線電報(bào)1948晶體管香農(nóng)IT通信統(tǒng)計(jì)理論建立1864麥克斯韋爾電磁輻射方程1950時(shí)分多路通信應(yīng)用于電話1876貝爾電話1956越洋電話鋪設(shè)1896馬克尼無(wú)線電報(bào)1957第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射1906真空管1958第一顆通信衛(wèi)星發(fā)射1918調(diào)幅廣播超外差接收機(jī)1960發(fā)明激光1925三路明線載波電話多路通信1961發(fā)明集成電路1936調(diào)頻廣播1962第一顆同步通信衛(wèi)星PCM進(jìn)入實(shí)用1937脈沖編碼調(diào)