第三章数据信号的传输
2022移动通信第三章移动信道的传播特性
2022移动通信第三章移动信道的传播特性在当今的信息时代，移动通信已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是日常的沟通交流，还是工作中的信息传递，都离不开移动通信的支持。
而要实现稳定、高效的移动通信，就必须深入了解移动信道的传播特性。
这一章，我们就来探讨一下 2022 年移动通信中移动信道的传播特性。
移动信道是指移动终端（如手机）和基站之间的无线传播路径。
它的传播特性非常复杂，受到多种因素的影响。
首先，地形地貌是影响移动信道传播特性的重要因素之一。
在城市环境中，高楼大厦林立，会导致信号的反射、折射和散射。
信号可能会在建筑物之间来回反射，形成多径传播。
这就好比我们在一个有很多镜子的房间里说话，声音会经过多次反射才到达对方的耳朵，从而使得声音变得复杂和不稳定。
在山区，地形起伏较大，信号可能会被山峰阻挡，出现阴影效应，导致某些区域信号较弱甚至完全没有信号。
其次，气候条件也会对移动信道的传播特性产生影响。
例如，在雨天，雨水会吸收和散射无线电波，从而导致信号衰减。
大雾天气中，水汽会对信号产生类似的影响。
此外，雷电等恶劣天气还可能会产生电磁干扰，影响信号的质量。
移动信道的传播特性还与信号的频率有关。
一般来说，频率越高，信号的穿透力越弱，但能够提供更高的数据传输速率。
在移动通信中，不同的频段具有不同的传播特性。
低频段的信号传播距离较远，但带宽较窄，数据传输速率相对较低；高频段则相反，虽然传输速率快，但传播距离较短，覆盖范围较小。
多径传播是移动信道的一个重要特性。
当信号从发射端发出后，可能会通过多条不同的路径到达接收端。
这些路径的长度和传播环境各不相同，导致信号到达接收端的时间、相位和幅度都有所差异。
这种多径效应会引起信号的衰落，包括瑞利衰落和莱斯衰落。
瑞利衰落通常发生在没有直射路径的情况下，信号幅度服从瑞利分布；而当存在较强的直射路径时，则会出现莱斯衰落。
为了应对移动信道的复杂传播特性，移动通信系统采用了一系列的技术手段。
《计算机网络（第7版）谢希仁著》第三章数据链路层要点及习题总结
《计算机⽹络（第7版）谢希仁著》第三章数据链路层要点及习题总结1.数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测2.点对点信道的数据链路层 （1）链路和数据链路 链路（物理链路）：链路（link）就是从⼀个结点到相邻结点的⼀段物理线路（有线或⽆线〉，⽽中间没有任何其他的交换结点 数据链路（逻辑链路）：为当需要在⼀条线路上传送数据时，除了必须有⼀条物理线路外，还必须有⼀些必要的通信协议来控制这些数据的传输，换⽽⾔之，数据链路=链路+通信协议 （2）早期的数据通信协议叫通信规程 （3）数据链路层的协议数据单元-------帧 （4）封装成帧：封装成帧（framing）就是在⼀段数据的前后分别添加⾸部和尾部，这样就构成了⼀个帧。
⼀个帧的帧长等于帧的数据部分长度加上帧⾸部和帧尾部的长度。
⾸部和尾部的⼀个重要作⽤就是进⾏帧定界（即确定帧的界限），为了提⾼帧的传输效率，应当使帧的数据部分长度尽可能地⼤于⾸部和尾部的长度。
但是，每⼀种链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限⼀⼀最⼤传送单元 MTU (Maximum Transfer Unit），当数据是由可打印的 ASCII 码组成的⽂本⽂件时，帧定界可以使⽤特殊的帧定界符（如SOH和EOT）。
SOH：Start Of Header EOT：End Of Transmission （5）透明传输：所传输的数据中的任何 8 ⽐特的组合⼀定不允许和⽤作帧定界的控制字符的⽐特编码⼀样，⽆论什么样的⽐特组合的数据，都能够按照原样没有差错地通过这个数据链路层。
发送端的数据链路层在数据中出现控制字符 “SOH”或“EOT”的前⾯插⼊⼀个转义字符“ESC”（其⼗六进制编码是 1B，⼆进制是 00011011 ）。
⽽在接收端的数据链路层在把数据送往⽹络层之前删除这个插⼊的转义字符。
这种⽅法称为字节填充或字符填充。
如果转义字符也出现在数据当中，那么解决⽅法仍然是在转义字符的前⾯插⼊⼀个转义字符。
第三章模拟信号的数字化传输
非均匀量化：所谓非均匀量化，指当信号幅度小时，量化台阶也小，信号幅度大时，量化台阶也大，以改善量化性能。
• 3.2.4 自适应差分脉冲编码调制
● 发展过程：1972年CCITT制定了G.711 64kb/s PCM语音编码标准，CCITT G.711A规 定的A律和μ律PCM采用非线性量化，在64kb/s的速率语音质量能够达到网络等级，当前 已广泛应用于各种数字通信系统中。由于它是一维统计语音信号，当速率进一步减小时， 将达不到网络等级所要求的话音质量。对于许多应用，尤其在长途传输系统中，64kb/s 的速率所占用的频带太宽以至通信费用昂贵，因此人们一直寻求能够在更低的速率上获 得高质量语音编码质量的办法。于是在1984年CCITT又提出了32kb/s标准的G.721 ADPCM 编码。ADPCM充分地使用了语音信号样点间的相关性，利用自适应预测和量化来解决语 音信号的非平稳特点，在32kb/s速率上能够给出符合公用网的要求的网络等级语音质量。
• PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式，其系统原理，首先，在发送端 进行波形编码 (主要包括抽样、量化和编码三个过程)，把模拟信号变换为二进制码
组。编码后的PCM码组的数字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是调制后的调
制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列，然后经低通
P6
+
1）
8
×本段长度
第8个比较电平=本段的起始电平+（1
2
通信原理 3-3_数据编码和调制
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第三章 数据的编码与调制
增量调制的解调过程
接收端每收到“1”，译码器的输出相对于前一个时刻的 值上升一个量阶 接收端收到一个“1”码就下降一个量阶 通过积分电路来接收数据 通过低通滤波器来平滑波形从而最大程度地恢复原来的 模拟信号
编码 输入 话音 输出 输出波形
• 特点:输入的模拟信号由一个阶梯函数来近似，每个取样周期上 升或下降一个步长值() ，在每个取样时刻，函数上升或下降。
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第三章 数据的编码与调制
增量调制（Δ M）缺点-超载失真
描述:在ΔM中量化过程中存在斜率过载（量化）失真， 主要是因为输入信号的斜率较大，调制器跟踪不上而 产生的。 原因:因为在ΔM中每个抽样间隔内只容许有一个量化 电平的变化，所以当输入信号的斜率比抽样周期决定 的固定斜率大时，量化阶的大小便跟不上输入信号的 变化，因而产生斜率过载失真（或称为斜率过载噪 声）。
f(t) f `(t)
0
t 抽样门
0
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第三章 数据的编码与调制
低通抽样定理
• 低通抽样定理内容 – 如果一个信号以固定的时间间隔、并以高于信 号最大主频率的两倍的速率进行取样，则这些 样本包含原信号中的所有信息 话音数据的频率限制在 4000Hz以下 需要每秒采集 8000 个样本 • 奈奎斯特采样定理：要使实信号采样后能够不失
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第三章 数据的编码与调制
带通抽样定理
带通抽样定理内容 如果带通信号的上截止频率为fh，下截止频率为fl，则此频率 应该满足如下关系式：
计算机网络原理公式与计算题
计算机网络原理公式及计算题第三章物理层公式一:数据传输速率的定义和计算每秒能传输的二进制信息位数,单位为位/秒（bits per second），记作bps或b/sR=1/T*Log2N（bps）T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况)单位为秒.N一个码元所取有效离散值个数,也称调制电平数,取2的整数次方值公式二: 信号传输速率（码元速率、调制速率或波特率）定义和计算单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率,单位为波特（Baud）。
B=1/T （Baud）公式三:调制速率与数据传输速率的对应关系式R=B*Log2N（bps）公式四 :奈奎斯特公式奈奎斯特（Nyquist）定理奈奎斯特首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值B与信息带宽H的关系B=2*H H是信道的带宽，单位为Hz信道传输能力的奈奎斯特公式 :C=2*H*Log2N公式五 :香农公式受随机噪声干扰的信道情况，给出了计算信道的香农公式：C=H*Log2（1+S/N）（bps）其中，S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。
由于实际使用的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10*log10 (S/N)，以分贝(dB)为单位来计算，在使用时要特别注意公式六 :误码率误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输出错的概率。
设传输的二进制数据总数为N位，其中出错的位数为Ne，则误码率表示为；Pe= Ne/N公式七 :采样定律采样定理Fs（= 1/Ts ）≥2Fmax 或Fs≥2BsFs是采样频率，Fmax 是原始信号最大频率，Ts 为采样周期，Bs（= Fmax- Fmin）为原始信号的带宽。
量化级是2的整数倍，用来生成每次采样的二进制码的个数， 2二进制码个数=量化级，比如量化级为128，则每次采样二进制码为7个信号传输速率=采样频率*每次采样的二进制码个数R(数据传输率)=1/T*log2N公式八: T1载波和E1载波的编码效率和开销率。
计算机网络原理公式及计算题
计算机网络原理公式及计算题第三章物理层公式一:数据传输速率的定义和计算每秒能传输的二进制信息位数,单位为位/秒（bits per second），记作bps或b/sR=1/T*Log2N（bps）T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况)单位为秒.N一个码元所取有效离散值个数,也称调制电平数,取2的整数次方值公式二: 信号传输速率（码元速率、调制速率或波特率）定义和计算单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率,单位为波特（Baud）。
B=1/T （Baud）公式三:调制速率与数据传输速率的对应关系式R=B*Log2N（bps）公式四 :奈奎斯特公式奈奎斯特（Nyquist）定理奈奎斯特首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值B与信息带宽H的关系B=2*H H是信道的带宽，单位为Hz信道传输能力的奈奎斯特公式 :C=2*H*Log2N公式五 :香农公式受随机噪声干扰的信道情况，给出了计算信道的香农公式：C=H*Log2（1+S/N）（bps）其中，S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。
由于实际使用的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10*log10 (S/N)，以分贝(dB)为单位来计算，在使用时要特别注意公式六 :误码率误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输出错的概率。
设传输的二进制数据总数为N位，其中出错的位数为Ne，则误码率表示为；Pe= Ne/N公式七 :采样定律采样定理❖Fs（= 1/Ts ）≥2Fmax 或Fs≥2Bs❖Fs是采样频率，Fmax 是原始信号最大频率，Ts 为采样周期，Bs（= Fmax- Fmin）为原始信号的带宽。
❖量化级是2的整数倍，用来生成每次采样的二进制码的个数，❖2二进制码个数=量化级，比如量化级为128，则每次采样二进制码为7个❖信号传输速率=采样频率*每次采样的二进制码个数❖R(数据传输率)=1/T*logN2公式八: T1载波和E1载波的编码效率和开销率。
铁路通信信号系统中的数据传输与处理
铁路通信信号系统中的数据传输与处理第一章：引言铁路通信信号系统作为重要的交通基础设施之一，承担着保障铁路行车安全和运行效率的重要任务。
而数据传输与处理作为其中的核心技术之一，不仅关乎着系统的可靠性和稳定性，同时对铁路运输的效能和安全性也有着重要影响。
本章将简要介绍铁路通信信号系统及数据传输与处理的概念和重要性。
1.1 铁路通信信号系统铁路通信信号系统是指用于实时监控、指挥和控制铁路列车运行的技术体系。
通信信号系统主要由信号设备、通信设备以及计算机控制系统组成。
其中，信号设备用于监控列车位置、速度和状态等信息，通信设备负责实现设备之间的数据传输和通信，而计算机控制系统则承担着数据处理和决策的任务。
1.2 数据传输与处理的重要性在铁路通信信号系统中，数据传输与处理是系统正常运行和安全运行的基础。
首先，实时准确的数据传输能够为列车位置、速度和状态等信息提供及时的监控和反馈，有助于指挥员做出正确决策，并确保列车之间的安全距离。
其次，高效可靠的数据处理能够实现系统对大量数据的快速处理和分析，提供给相关人员用于制定运输计划和响应紧急事件。
因此，数据传输与处理在铁路通信信号系统中具有重要的地位和作用。
第二章：铁路通信信号系统中的数据传输技术2.1 有线数据传输技术有线数据传输技术是指通过导线或光纤等物理介质进行信号传输的技术。
其优点是传输速度快、抗干扰能力强和传输距离远。
常见的有线数据传输技术包括串行通信技术、以太网技术和同轴电缆传输技术等。
2.2 无线数据传输技术无线数据传输技术是指通过无线电波进行信号传输的技术。
其优点是方便快捷、布网灵活和设备分布广泛。
常见的无线数据传输技术包括无线局域网技术、GSM-R技术和卫星通信技术等。
第三章：铁路通信信号系统中的数据处理技术3.1 数据采集与存储技术数据采集与存储技术用于对信号设备和通信设备等接入点采集的数据进行记录和存储。
常见的数据采集与存储技术包括数据库技术和云存储技术等。
计算机网络原理公式及计算题
计算机网络原理公式及计算题第三章物理层公式一：数据传输速率的定义和计算每秒能传输的二进制信息位数，单位为位/秒（bits per second）,记作bps或b/sR=1/T＊Log2N（bps）T为一个数字脉冲信号的宽度（全宽码情况）或重复周期（归零码情况）单位为秒。
N一个码元所取有效离散值个数，也称调制电平数,取2的整数次方值公式二：信号传输速率（码元速率、调制速率或波特率）定义和计算单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率，单位为波特(Baud）。
B=1/T （Baud）公式三：调制速率与数据传输速率的对应关系式R=B＊Log2N（bps）公式四:奈奎斯特公式奈奎斯特（Nyquist）定理奈奎斯特首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值B与信息带宽H的关系B=2*H H是信道的带宽,单位为Hz信道传输能力的奈奎斯特公式：C=2*H＊Log2N公式五：香农公式受随机噪声干扰的信道情况，给出了计算信道的香农公式: C=H＊Log2（1+S/N）（bps）其中，S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。
由于实际使用的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10＊log10 (S/N），以分贝(dB)为单位来计算，在使用时要特别注意公式六:误码率误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输出错的概率。
设传输的二进制数据总数为N位,其中出错的位数为Ne,则误码率表示为;Pe= Ne/N公式七：采样定律采样定理❖Fs（= 1/Ts ）≥ 2Fmax 或Fs≥2Bs❖Fs是采样频率，Fmax 是原始信号最大频率,Ts 为采样周期，Bs （= Fmax— Fmin）为原始信号的带宽。
❖量化级是2的整数倍,用来生成每次采样的二进制码的个数，❖2二进制码个数=量化级,比如量化级为128,则每次采样二进制码为7个❖信号传输速率=采样频率＊每次采样的二进制码个数❖R(数据传输率）=1/T＊log2N公式八: T1载波和E1载波的编码效率和开销率.T1载波利用脉码调制PCM和时分TDM技术,使24路采样声音信号复用一个通道。
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k
其中
g(tkT)gg12((ttkkTT))
以概率P出现 以概率1-P出现
第三章数据信号的传输
图中，虽然基带信号是三角波，但实际上可以是任意的波形
第三章数据信号的传输
（二）基带数据信号的功率谱密度
p(f)fS2 P1G (nSf)(1P)G 2(nSf)2(fnSf) k
fSP(1P)G 1(fS)G 2(fS)2
形脉冲、半余弦脉冲等。 但并非所有基带信号的波形都能在信道中传输： 有的含有丰富的直流和低频成分，不便于提取同步信号；有的易
于形成码间串扰…… 由于矩形脉冲易于形成和变换，因此基带信号最常用的波形是矩
形脉冲。
第三章数据信号的传输
1. 单极性不归零波形 信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码0和1，
G2(f)Asifnfejf
代入（3-1-2），得
p (f) A 2 f 4 S 22n sn in Sn S f f2 (f n S ) fA 2 f 4 S2 sfifn 2
第三章数据信号的传输
（3-1-5）
P(f)
f
0
fb 2fb
(a) 单极性码
第三章数据信号的传输
5. 伪三进信号 原信号的“0”在信号中用零来表示，原信号的“1”用正负交
替的归零脉冲来表示。
01 0 0 1 0 1 1 0 1 0 v 0
t -v
第三章数据信号的传输
5. 差分波形 这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码，而是用
相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，图中， 以电平跳变表示1，以电平不变表示0，当然上述规定也 可以反过来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变 化来表示代码，因此称它为相对码波形，而相应地称前 面的单极性或双极性波形为绝对码波形。
第三章数据信号的传输
6. 多电平波形 上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际上
还存在多于一个二进制符号对应一个脉冲的情形。这种波 形统称为多电平波形或多值波形。例如，若令两个二进制 符号00对应+3E，01对应+E，10对应-E，11对应+3E，则 所得波形为4电平波形，在高数据速率传输系统中，采用这 种信号形式是适宜的。
第三章 数据信号的传输
第一节 数据信号的基带传输 第二节 数据信号的频带传输 第三节 数据信号的数字传输
第三章数据信号的传输
第一节 数据信号的基带传输
原始信号(未经调制的信号)所固有的基本频带称为基带。 未经调制等频率变换处理的原始数据信号称为基带信号。 在数据通信中直接传输基带信号的方式称为基带传输。 计算机、电传机等数字设备输出的二进制序列代码，PCM或ΔM方式输
P(f) τ/Tb=50%
0
fb
f 2fb 3fb 4fb
(b) 单极性归零码
第三章数据信号的传输
p( f ) T 2
4 fS 2 fS
0
2 fS
4 fS
f
图 3-1-1单极性归零码的功率谱密度
通过功率谱密度：
1、大致可以掌握传输某一数据信号所需要的基带宽度；
2、如何从数据信号的谱特性中提取接收端需要的码元信 息。
3. 双极性不归零波形 脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0，当0、1符
号等可能出现时无直流分量。这样，恢复信号的判决电平 为零值，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较 强。
第三章数据信号的传输
4. 双极性归零波形 每个码元内的脉冲都回到零点平，即相邻脉冲之间必定留
有零电位的间隔。有利于同步脉冲的提取。
第三章数据信号的传输
三、基带传输波形的形成
（一）基带数据的传输模型
噪声
a k
• 发送滤波
信道
aˆk
接收滤波 均衡 • 取样判决
1
2
f (t)
图3-1-2 基带数据传输系统模型
图中a k 是放送的数据序列，可以只有两个状态，也可
以有多个状态，前后序列可以是独立的，也可以是不
/2 t
将上式代入（3-1-2）
p(f)A2fS2sifnf2
（3-1-3）
第三章数据信号的传输
当 T 时，称为半占码，这时功率谱密度为：
2
p(f)A42TsifnTf/T2/22
（3-1-4）
例 3-1-3 试求“1”，“0”等概率出现的单极性归零码的功率谱 密度。
解：由题意 P=1/2，g1(t)0
出的码组等等都是数字基带信号。 由于数字基带信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，因此适
合于在具有低通特性的有线信道中近距离直接传输， 我们称之为数字 基带传输。 用来传输数字基带信号的通信系统称为数字基带传输系统。
第三章数据信号的传输
一、数字基带信号的波形 组成基带信号的单个码元的波形可以是矩形、升余弦脉冲、高斯
（3-1-2）
其中 fS 1/T是数码速率，G1( f )和G2( f )分别是g1(t) 和 g2 (t) 的 傅里叶变换。
从式（3-1-2）可看出，随机数据序列的信号功率谱可能包括 两个部分：连续谱和离散谱。
对于连续谱而言，由于代表数字信息的g1(t)及g2(t)不能完全相同，故 G1(f)≠G2(f)， 因而连续谱总是存在的； 而离散谱是否存在，取决g1(t)和 g2(t) 的波形及其出现的概率p。
第三章数据信号的传输
二、基带数据信号的频谱特性
（一）基带信号的一般表示式一令g1(t)代表二进制数据符号的“0”，g2 (t)表示代表“1”，
码元的时间间隔为T。假设数据序列出现的“0”，“1”概率
分别为P和1-P，且认为它们的出现彼此统计独立，则基
带信号可表示为：
f(t) g(tkT)
（3-1-1）
其特点是极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外 位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连0序列时没有 位同步信息。
第三章数据信号的传输
2. 单极性归零波形 有电脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长
度内总要回到零电平，所以称为归零波形。单极性归零波 形可以直接提取定时信息。
第三章数据信号的传输
第三章数据信号的传输
例3-1-1 试求双极性归零码的功率谱密度。设“1”码概率
P=1/2，脉冲宽度为，幅度为 A 。
解： 由题意
A
g1
(t
)
0
0t
其他t
g1(t) A
A
g2 (t)
0
0t
其他t
-/2 0
所以傅里叶变换为：
G 1 (f) G 2(f) G (f)A sfi fne jf