网络与通信技术(9-2)

dt


F ( ) e
j t
d
• F(w)-频谱密度函数-频谱函数-频谱 • F(w)-w曲线为频谱图。 • 下面分析典型的信号
2.2 信号分析
2.2.2 信号的频谱分析 • 冲激信号及频谱
– 时域冲激信号： – 频域冲激信号：
(t ) 1
1 2 ( )
2E
• 矩形脉冲信号
2.1 数字通信系统基础
2.1.6 数据通信系统的主要性能指标 • 从两个方面：有效性和可靠性 • 对于模拟信道
– 有效性：用“传输频带”来衡量 – 可靠性：用接收端输出“信噪比”来衡量
• 对数字信道
– 有效性：用“数据传输率”来衡量
• 码元传输速率（波特率） • 信息传输速率（比特率）
– 可靠性：用“差错率”来衡量
2.1 数字通信系统基础
2.1.7 通信传输介质 • 非导向传输介质
– 是指信号的传输不需要物理的导体（如双绞线、同轴 电缆和光纤），它是利用自由空间（也可以在真空中） 传输电磁波或光波来实现信号传输的。通常称之为无 线通信。 – 电磁波的传输速度、频率和波长的关系为
c f
2.2 信号分析
• 基带传输：数字信号直接加到信道上，信号频谱未发生变化； • 频带传输：把数字信号调制到另一高频信号上，进行传输，在接收端， 还要把数字信号解调出来，被传输的信号频谱发生了变化。
2.1 数字通信系统基础
2.1.4 数据通信模式
• 单工方式
– 通信是单方向的，一端只能发送数据，另一端只能接收数据。如： 无线广播、传统的有线电视、GPS等均是采用单工方式。
2.1.6 数据通信系统的主要性能指标
3. 差错率
– 差错率是一个统计平均值，因此，在测试或统计时， 总的发送比特（字符、码组）数应达到一定的数量， 否则得出的结果将失去意义。
2.1 数字通信系统基础
2.1.7 通信传输介质 • 双绞线 ：
– 非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP） – 屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）
F ( )


f (t ) e
j t
dt =

sin(

2
)
f (t )
E

2
2
t
2.2 信号分析
2.2.2 信号的频谱分析 • 周期信号及频谱分析
– 对周期信号
– Cn为傅里叶系数
cn


f (t )
cn e

jn1 t
1 T


f (t ) e
– 并行传送效率高，一次传送多个比特数据，但要用多根数据线并 行连接，用在要求高数据传输速率，且两个设备相距不远的场合。
• 串行传送
– 异步传送：异步方式是一次传送一个字节，在一字节的前面加l比 特的0作为起始位，在后面加1~2比特的1作为停止位，构成10位 至11位比特长的数据块进行传送。收发设备之间不必有同步时钟 信号，在传送的字节之间可以有任意的空闲，这时线路上一直保 持高电位1，当下一字节到来时，线路出现低电位0表示传送开始。 – 同步传送：在收发设备之间利用同步信号传送由0和1组成的比特 序列数据，不加起始位和停止位到数据上。
• 误码率
2.1 数字通信系统基础
2.1.6 数据通信系统的主要性能指标 1. 频带利用率
– 在比较两个通信系统的效率时，只看他们的信息传输速率是不够 的，或者说，即使两个系统的传输速率相同，它们的效率也可能 不同，所以还要看传输信息所占的频带。通信系统占用的频带愈 宽，传输信息的能力应该愈大。 – 在通常情况下，可以认为二者成比例，用单位频带内的码元速率 描述系统的传输效率，即每赫兹的波特数
第二章 数据通信基本原理
9/2/2010
2.1 数字通信系统基础
2.1.1 数据通信系统的组成 • •收设备 规则1 规则1 传输媒体 规则2 规则2 . . 协议 协议 协议 . .
. 规则n 传输媒体 发送设备 信道 发送设备 . 规则n
2.2.1 信号的分析方法
• 时域分析法
– 是关于时间的函数，绘出函数的图形，称为信号的波形。
• 频域分析法
– 是关于频率的函数 – 方法：傅里叶变换 – 称为频谱分析
2.2 信号分析
2.2.2 信号的频谱分析 • 傅里叶变换
F ( ) f (t )


f (t ) e
j t
2.1.6 数据通信系统的主要性能指标
– 无噪信道最大数据传输速率
1924年，Henry Nyquist推导证明了在无噪声信道上的最大数 据传输速率的计算公式，称为奈奎斯特速率。设信道的低通通 带宽度为B，若一个有L级电平的信号通过该信道，则信道最 大的数据传输速率为
C 2 B log 2 L
H ( )
A
0.707 A
0
1
2

2.2 信号分析
2.2.4 信号带宽和信道容量 • 信道容量
– 指信道中无差错传输信息的最大速率，分为连续信道 的信道容量和离散信道的信道容量。 – 连续信道的信道容量，即Shannon 公式
C B log 2 (1 S / N )
– 对于离散信道的信道容量
2.1 数字通信系统基础
2.1.7 通信传输介质 • 同轴电缆
2.1 数字通信系统基础
2.1.7 通信传输介质 • 光纤
– 光在光纤中传输的原理：依据光在两种不同介质处， 会产生折射这一原理实现的。
2.1 数字通信系统基础
2.1.7 通信传输介质 • 多模光纤和单模光纤
– 多模光纤：纤芯直径50~100um，多次反射->收端，传 输距离达几公里。 – 单模光纤： 8~10um，细，以直线方式传播，传输距离 达几十公里。
jn1 t
dt
– 对于矩形周期信号，其频谱
F ( ) 2 c n ( n 1 )

2.2 信号分析
2.2.3 信号通过线性系统 • 信号通过通信系统传输时，系统的特性及信道的 噪声特性会影响信号传输的质量。 • 分析信号通过系统后输入与输出之间的关系：
– 时域关系： – 频域关系：
C lim 1 n
n
max I ( x1 x 2 x n ; y 1 y 2 y n ) n
Q(x )
其中，I为信道输入和输出随机序列之间的互信息，Q为输入分布。
噪音
2.1 数字通信系统基础
2.1.2 数据与信号 • 数据
– 数据是信息的表示形式，它是计算机处理的对象。数 据的类型有：文本、图像、音频和视频。
• 信号
– 信号是信息在媒体上的表示形式，它以电磁能量的方 式在媒体上传输。在通信和网络中的信号有电信号和 光信号两类信号。信号也分为模拟信号和数字信号两 种形式。 – 信号在媒体上传输时由于信道上存在信号衰减、信号 失真、信号延迟及噪声和干扰对信号的影响，最终表 现为数据传输的错误和传输性能（如传输速率）的下 降。

V B
2.1 数字通信系统基础
2.1.6 数据通信系统的主要性能指标 2. 数据传输率
– 波特率 – 比特率 – 两者的关系
振幅 1s
1 电平1 电平2 脉宽
0
1
1
0
0
1
时间
1s
Rb R B log 2 N
振幅
01 电平4 电平3 电平2 电平1 脉宽
10
01
11
11
00
10
时间
2.1 数字通信系统基础
y (t ) h (t ) x (t )
Y ( ) H ( ) X ( )
• 对于无失真传输系统的特性，应满足无失真传输 条件：
H ( )
( )
H ( ) K
jt0
K
( ) j t 0
0
0


2.2 信号分析
2.2.4 信号带宽和信道容量 • 系统带宽的定义：系统的带宽是指一个系统的幅 频特性在给定的数值范围内分布的那段正频率期 间。
– 有噪信道的最大数据传输速率
在实际应用中信道总是含有噪声的，尤其是对于无线信道，噪 声绝不可忽略。1944年Claude Shannon推导出一个公式。若 信道的带宽为B，信道上的信号噪声比为S/N，则信道最大数 据速率为
C B log（ S / N） 1 2
2.1 数字通信系统基础
• 半双工方式：
– 通信可以是双向的，通信的两端设备既可以发送数据，也可以接 收数据，但不能同时进行双向数据传输，在任意一个时刻，信道 上只有一个方向能传输数据，例如步话机。
• 全双工方式：
– 同时在两个方向传输数据，如电话系统、计算机通信系统等。
2.1 数字通信系统基础
2.1.5 数据传送方式
• 并行传送
2.1 数字通信系统基础
2.1.3 模拟通信系统和数字通信系统
• 几个术语
– 模拟信号，数字信号，模拟传输系统，数字传输系统。
• 常见的通信系统有
– 模拟数据模拟信号传输系统 （无线广播、传统的有线电视和电话） – 模拟数据数字信号传输系统 （电力系统通信，PCM编码） – 数字数据模拟信号传输 （需要MODEM，如早期电话，有线电视， 无线LAN） – 数字数据数字信号传输 （计算机网络）
– 低通系统带宽
• B = fm
H ( )
– 带通系统带宽
• B = 2fm
2 B
m
0
m

H ( )
2 B
c mc c m
0
c m c c m