数据通信PPT资料.ppt
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信道分类信道分类v按传输的信号类型分:
模拟信道和数字信道按传输的信号类型分:
模拟信道和数字信道信道都是以模拟形式表现出来的,差别在于是否以离散的方式使用。
信道都是以模拟形式表现出来的,差别在于是否以离散的方式使用。
v按按信信道道使使用用方方式式分分:
专专用用信信道道(两两点点或或多多点点间间的的线线路路是是固固定定不不变变的的,例例如如租租用用的的光光纤纤链链路路)和和公公用用信信道道(通通过过公公用用交交换换网网络络,如如公公用用电电话话网网、数字数据网)数字数据网)v按传输媒质分:
有线信道和无线信道按传输媒质分:
有线信道和无线信道v根根据据传传输输序序列列出出错错关关系系分分:
记记忆忆信信道道(每每个个码码元元发发生生错错误误是是与与其其前前后后码码元元之之间间有有一一定定关关系系的的,例例如如线线路路存存在在容容性性,高高电电平平充充电电低低电电平平无无法法快快速速回落)和无记忆信道(没关系),理想的数字信道是无记忆信道。
回落)和无记忆信道(没关系),理想的数字信道是无记忆信道。
记忆信道产生的原因记忆信道产生的原因由于线路的容性,放电不及时导致数据接收错误由于线路的容性,放电不及时导致数据接收错误InOut数字信道的深入分析(数字信道的深入分析
(1)当奇次谐波更丰富时,合成的波形将更逼近方波。
当奇次谐波更丰富时,合成的波形将更逼近方波。
数字信道的深入分析(数字信道的深入分析
(2)典型的数字信道典型的数字信道v典型数字信道:
平稳、无记忆、对称、离散,可为典型数字信道:
平稳、无记忆、对称、离散,可为二进制或多进制。
二进制或多进制。
平稳:
对任何码元来说,正确或错误传输的概率与发生平稳:
对任何码元来说,正确或错误传输的概率与发生时间无关;
时间无关;
无记忆:
接收到的第无记忆:
接收到的第i个码元仅与发送的第个码元仅与发送的第i个码元有关,个码元有关,与前面的其他码元无关;
与前面的其他码元无关;
对称:
指任一个码元正确传输和错误传输的概率与这个对称:
指任一个码元正确传输和错误传输的概率与这个码元是哪一种无关。
码元是哪一种无关。
信道容量信道容量v信道容量是指通信系统最大的信息传输速率。
信道容量是指通信系统最大的信息传输速率。
v我们在设计一个通信系统时,通常信道的带宽一定,我们在设计一个通信系统时,通常信道的带宽一定,要考虑信道的容量可以通过理论计算出极限值;
或要考虑信道的容量可以通过理论计算出极限值;
或者要求信道容量,要计算需要的信道带宽。
者要求信道容量,要计算需要的信道带宽。
v主要是通过奈奎斯特和香农两个定理来计算主要是通过奈奎斯特和香农两个定理来计算数字信道的信道容量数字信道的信道容量v1924年,奈奎斯特(年,奈奎斯特(H.Nyquist)推导出无噪声、对称无记忆的有限带)推导出无噪声、对称无记忆的有限带宽数字信道的最高传输率公式(奈奎斯特准则):
宽数字信道的最高传输率公式(奈奎斯特准则):
C=2Blog2L(bit/s)B为信道带宽,为信道带宽,L为数据使用的进制数;
为数据使用的进制数;
奈奎斯特准则是理想的最大值,实际系统无法超越。
v例题例题普通电话线路带宽约普通电话线路带宽约3kHz,请计算其传输二进制码元速率极限值,请计算其传输二进制码元速率极限值vC=2*B=2*3k=6K(Baud或者或者bps);
若码元采用若码元采用16QAM调制,计算其最大信息传输速率调制,计算其最大信息传输速率vC=2*3k*log216=24K(bps)模拟信道的信道容量模拟信道的信道容量v1948年,香农(年,香农(C.Shannon)把尼奎斯特的工作扩大到信道受到随机(热)噪)把尼奎斯特的工作扩大到信道受到随机(热)噪声干扰的情况。
热噪声出现的大小用信噪比声干扰的情况。
热噪声出现的大小用信噪比S/N(信号功率(信号功率S与噪声功率与噪声功率N之比)之比)来衡量。
通常使用来衡量。
通常使用dB作为单位:
作为单位:
10lg(S/N)v在加性高斯白噪声信道中,传输功率受限的信号,信道极限传输速率(信道容量)在加性高斯白噪声信道中,传输功率受限的信号,信道极限传输速率(信道容量)C为:
为:
C=Blog2(1+S/N)其中其中B为信道频带宽度,为信道频带宽度,S/N是平均信号噪声功率比(信噪比)是平均信号噪声功率比(信噪比)v增加信号功率,降低噪声可以提高信道容量。
增加信号功率,降低噪声可以提高信道容量。
v此式是利用信息论得出的,具有普遍意义;
与信号电平级数、采样速度无关;
此此式是利用信息论得出的,具有普遍意义;
此式仅是上限,难以达到。
式仅是上限,难以达到。
v该公式说明在给定的频带宽度和信噪比条件下,高斯白噪声信道的最大无差错传该公式说明在给定的频带宽度和信噪比条件下,高斯白噪声信道的最大无差错传输能力是一定的,否则就不可能是误差错传输输能力是一定的,否则就不可能是误差错传输,并不是单纯通过增加单符号信息并不是单纯通过增加单符号信息量能够无限增加的量能够无限增加的,只是逼近理想的最大值。
只是逼近理想的最大值。
模拟信道的信道容量计算模拟信道的信道容量计算例题例题1:
已知数据传输信道,信噪比为:
已知数据传输信道,信噪比为30dB,带宽为,带宽为3kHz,求信道的,求信道的最大数据传输速率。
最大数据传输速率。
10lg(S/N)=30S/N=1030/10=1000C=3klog2(1+1000)30kbps例题例题2:
对于带宽为:
对于带宽为3KHz的信道,若有的信道,若有8种不同的物理状态来表示数据种不同的物理状态来表示数据(例如(例如8QPSK调制方式),信噪比为调制方式),信噪比为20dB,问:
结合,问:
结合Nyquist定理和定理和Shannon定理计算最大限制的数据速率是多少?
定理计算最大限制的数据速率是多少?
10lg(S/N)=20S/N=1020/10=100C=3klog2(1+100)=3K*(lg101)/(lg2)20kbps根据根据Nyquist准则:
准则:
C=2Blog2L=2*3k*3=18kbps所计算结果小于所计算结果小于Shannon定理最大限制的数据速率定理最大限制的数据速率20k,因此最大速率,因此最大速率18K有线传输介质有线传输介质双绞线双绞线v双绞线双绞线TP(TwistedPair)是目前使用最广,价格相对便宜的一种传输)是目前使用最广,价格相对便宜的一种传输介质。
它是由两条相互绝缘的铜导线组成。
其中导线的典型直径为介质。
其中导线的典型直径为1mm(在(在0.4mm至至1.4mm之间)。
这两条线扭绞在一起,可以减少对之间)。
这两条线扭绞在一起,可以减少对邻近线对的电气干扰,因为两条平行的金属线可以构成一个简单的天线,邻近线对的电气干扰,因为两条平行的金属线可以构成一个简单的天线,而双绞线则不会。
而双绞线则不会。
v由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆。
双绞线对可以并排放在由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆。
双绞线对可以并排放在保护套中。
目前双绞线电缆广泛应用于电话系统。
几乎所有的电话机都保护套中。
几乎所有的电话机都是通过双绞线接到电话局的。
在双绞线中传输的信号在几公里的范围内是通过双绞线接到电话局的。
在双绞线中传输的信号在几公里的范围内不需放大,但传输距离比较远时就必须使用放大器。
不需放大,但传输距离比较远时就必须使用放大器。
v双绞线既可以传输模拟信号,又能传输数字信号。
用双绞线传输数字信双绞线既可以传输模拟信号,又能传输数字信号。
用双绞线传输数字信号时,其数据传输率与电缆的长度有关。
距离短时,数据传输率可以高号时,其数据传输率与电缆的长度有关。
距离短时,数据传输率可以高一些。
在几公里的范围内,双绞线的数据传输率可达一些。
在几公里的范围内,双绞线的数据传输率可达10Mbps,甚至,甚至100Mbps,因而可以采用双绞线来构成价格便宜的计算机局域网。
,因而可以采用双绞线来构成价格便宜的计算机局域网。
双绞线平衡传输的原理双绞线平衡传输的原理v双绞线大多采用平衡传输,采用了平衡发差分收。
双绞线大多采用平衡传输,采用了平衡发差分收。
v平衡就是没有地,信号在两条线间。
平衡就是没有地,信号在两条线间。
v差分收可以抵消共模干扰。
差分收可以抵消共模干扰。
5类类UTP网线头的定义网线头的定义v网卡使用网卡使用1、2;
3、6两对平衡线作为收和发两对平衡线作为收和发v颜色线和同颜色带白色条纹的线在电缆中是扭成对的。
颜色线和同颜色带白色条纹的线在电缆中是扭成对的。
v建议的顺序是:
橙白,橙;
蓝白,绿;
绿白,蓝;
棕白,棕建议的顺序是:
棕白,棕12345678有线传输有线传输同轴电缆同轴电缆v通常由通常由50和和75,50通常称为射频电缆,用于无通常称为射频电缆,用于无线通信馈线(发射设备和天线之间的电缆);
线通信馈线(发射设备和天线之间的电缆);
75用于用于2M和有线电视,多用于基带。
和有线电视,多用于基带。
v低频串音及抗干扰性能不如双绞线。
低频串音及抗干扰性能不如双绞线。
v具有寿命长、频带宽、质量稳定、外界干扰小、可具有寿命长、频带宽、质量稳定、外界干扰小、可靠性高、维护便利、技术成熟等优点。
靠性高、维护便利、技术成熟等优点。
v其费用介于双绞线与光纤之间其费用介于双绞线与光纤之间。
有线传输有线传输光纤光纤v频带宽、容量大;
频带宽、容量大;
v损耗低、中继距离长;
损耗低、中继距离长;
v抗电磁干扰能力强;
抗电磁干扰能力强;
v尺寸小、重量轻;
尺寸小、重量轻;
v抗腐蚀性好。
抗腐蚀性好。
有线传输有线传输光缆结构光缆结构有线传输有线传输光纤导光原理光纤导光原理有线传输有线传输光纤种类光纤种类有线传输有线传输光纤分类特点光纤分类特点v光纤波长有光纤波长有850nm、1310nm和和1550nm等等v单模光纤波长单模光纤波长1550nm,只有单一的传播路径,一般用于长,只有单一的传播路径,一般用于长距离传输带宽为距离传输带宽为2000MHz/km,单模光纤在波长,单模光纤在波长1.31um或或1.55um时,光速的低损耗窗口每公里衰减可做到时,光速的低损耗窗口每公里衰减可做到0.20.4dB以下,因此光纤通讯方式可实现以下,因此光纤通讯方式可实现20km无中继传输,使无中继传输,使用激光光源,光纤成本高,多用于干线。
用激光光源,光纤成本高,多用于干线。
v多模光纤波长多模光纤波长850nm,有多种传播路径,多模光纤的带宽为,有多种传播路径,多模光纤的带宽为50500MHz/km,可以使用发光二极管作光源,光纤成本,可以使用发光二极管作光源,光纤成本低,多用于支线;
低,多用于支线;
v1310nm波长区有多模光纤和单模两种。
波长区有多模光纤和单模两种。
有线传输有线传输光纤通信系统光纤通信系统电电端端机机调调制制光光检检测测判判决决再再生生光光源源光光检检测测放放大大电电端端机机光光源源中继机中继机光纤光纤光光纤纤光发信机光发信机光接收机光接收机无线传输信道无线传输信道微波中继信道微波中继信道微波通信:
利用微波波段的电磁波在对流层的视距离范围内微波通信:
利用微波波段的电磁波在对流层的视距离范围内进行信
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