数据通信基础第三章.ppt

1,数据通信基础,通讯与信息学院 蔡燕,3.3 有线信道,3.4 无线信道,3.2 信道的传输特性,3.5 数据传输的信道容量,3.1 信道概述,第3章 信道,数据传输有哪些方式？ 何为信道？ 信道的种类,课前提问,3.1 信道概述,本节内容提要：,传输信道是任何通信系统中必不可少的组成部分，信道的传输性如何将直接影响系统的信能。 本节将介绍通信信道的基本概念、各种传输介质的特性、信道的分类等内容。,3.1.2 传输信道分类,1. 狭义信道和广义信道,狭义信道即传输媒介 广义信道由传输媒介和部分收发端的通信设备组成,调制器,发转换器,媒质,收转换器,解调器,编码器,译码器,调制信道,信源,信宿,编码信道,广义信道,信道模型,狭义信道,有线传输介质 (1)双绞线 1）屏蔽双绞线 2）非屏蔽双绞线 同轴电缆 光纤,双绞线分类,同轴电缆,光纤,光纤传输信号方式,无线传输 微波通信:微波通信就是利用地面微波进行通信。微波是一种频率很高的电磁波，其频率范围为300MHz300GHz, 微波通信主要使用的是240GHz的频率范围。微波的重要特点是在空间沿直线传播，不能绕射，因而微波在地面的传输距离有限，一般为4060km。 红外通信:红外通信使用波长约为750nm10m的红外线传送数据，有较强的方向性，受太阳光的干扰大。红外通信是一种廉价、近距离、无连线、低功耗和保密性较强的通信方案。 卫星通信:卫星通信是利用地球同步卫星作为中继，来转发微波信号的一种远距离的特殊微波通信方式。当地球同步卫星位于36000km高空时，其发射角可以覆盖地球上的1/3的区域。只要在赤道上空的同步轨道上等距离地放置三颗间隔120o卫星，就能实现全球的通信。,电磁波谱,信道的数学模型 特性： 有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 信道是线性的，满足叠加原理； 信道有一定的迟延时间，有损耗； 即使没有信号输入，输出端仍有一定的功率输出（噪声）。,3.2 信道的传输特性,（1）二对端网络 （2）多对端网络,表示已调信号通过网络所发生的变换，假定可以用 表示。 依赖于网络的特性，对 来说是一种干扰（乘性干扰）， 表示加性干扰，上式可以表示为：,对二对端的信号模型，输入与输出的关系：,3.2.1 恒参信道及其对信号传输的影响,恒参信道归纳 1三种有线电信道 （1）明线 与电缆相比，它的优点是传输损耗低。但它易受气候和天气的影响，并且对外界噪声干扰较敏感 （2）对称电缆 电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。,（3）同轴电缆 基带同轴电缆的最大传输距离一般不超过几公里，可用于数字数据信号的直接传输；而宽带同轴电缆的最大传输距离可达几十公里，用于传输高频信号，采用频分复用技术可以传送多路信号。,2光纤信道 光纤线径细、重量轻 ；由于不受外界电磁干扰和噪声的影响，能在长距离、高速率传输中保持低误码率 ；可弯曲半径小、不怕腐蚀、安全保密性好、节省有色金属。,光纤信道的特点,通信容量大。 传输距离远，损耗小。 不导电 适应恶劣环境，节省资源。 轻便，容易铺设,3无线电视距中继 无线电中继信道具有传输容量大、发射功率小、通信稳定可靠，以及和同轴电缆相比，可以节省有色金属等优点,再生中继器,4卫星中继信道 卫星中继信道具有通信距离远、覆盖面积大、传播稳定可靠、传输容量大、通信线电路灵活、机动性好等突出的优点。,全球卫星通信,无线信号接收和发送设备,L:1.0-2.0 GHZ S:2.0-4.0 GHZ C:4.0-8.0 GHZ X:8.0-12.4GHZ Ku:12 - 18GHZ K:18 27 GHZ Ka:27- 40 GHZ,微波通信的工作频段,恒参信道特性及其对信号传输的影响 1幅度-频率失真 幅度频率失真是指已调信号中各频率分量在通过信道时带来不同的衰减（或增益），所造成的输出信号的失真（畸变）。 2相位-频率失真 信道的相位频率特性常用群迟延频率特性来表示。所谓群迟延频率特性是指相位频率特性对频率的导数。若相位频率特性用来表示，则群迟延频率特性为 d() ()= - d ,（,（1）原信号 （2）经迟延时后的信号 群迟延产生失真的例子,3.2.2 随参信道及其对信号传输的影响,1衰落 吸收型衰落（天气） 阴影衰落（遮挡） 干涉型衰落（多路径传输）,2延迟畸变 多径传输效应 色散效应,噪声 噪声的概念 噪声的种类 （1）环境噪声 内部噪声（起伏噪声） 自然噪声 人为噪声 热噪声 散弹噪声 电源噪声 噪声的描述,1.连续信道的信道容量 在连续信道中，假设信道的带宽为B(Hz)，信道输出的信号平均功率为S(W)及输出加性高斯白噪声平均功率为N(W)，该信道的信道容量为 C = Blog2(1+S/N) (bit/s) 由于噪声功率N与信道带宽B有关，故若噪声单边功率频谱密度为n0，噪声功率N等于n0B ，则 C = Blog2(1+S/ n0B) (bit/s),3.3 信道容量,1若提高信噪比S/N，则信道容量C也提高； 2若n00，则C，这意味着无干扰信道容量为无穷大； 3若增加信道带宽B，则信道容量C也增加，但不能无限制的增加，即当B时，C1.44S/ n0； 4C一定时，B与S/N可进行互换； 5若信源的信息速率R小于或等于信道容量C，则理论上可实现无误差（任意小的差错率）传输。若RC，则不可能实现无误差传输。,例题3-1,若信道带宽为3000HZ，信号噪声功率比为30dB,求信道 容量。 解 因为10lg（S/N）=30dB,所以S/N=1000，则该信道容 量为： C=B2(1+ S/N)=3000 2(1+1000) 30kbit/s,例题3-2,已知一首压缩过的双通道立体声歌曲的信息量为9.36106 bit,歌曲 长度为5分钟，通过电话信道播放，已知电话信道带宽 B=3kHz,要使接 收端能听到清晰的歌曲，则信道的信噪比S/N应为多少？ (2 X 3.32lg X ) 解 歌曲的信息传输速率为 R=9.36106 /(560)=3.12104bit/s 则信道的容量C至少要等于R，即 S/N=2C/B-1 1000 即要求的信噪比大约为30dB。,例题3-4,已知某未经压缩的彩色电视图像由480000个像素组成，每个像素的色彩和 亮度使用32位二进制数来描述。如果彩色电视播放的帧率（每秒钟播放的画面数 目，单位是帧/S）30帧/S 。那么该信号无失真传输的信道容量是多少？若干信 道的信噪比是40dB,那么传送该彩色电视图像需要的信道带宽是多少？ 解 每幅图像的信息量是 48000032=15360000=15.36106bit 则该信源的信息速率为 R=15.36106 30 4.6108bit/s 所以所需的最小信道容量为 C= R 4.6108bit/s 信道带宽B=C/ 2(1+ S/N) 4.6108 /(3.324)=3.46107 Hz,2.离散信道的信道容量 根据奈奎斯特准则，带宽为B的信道所能传输 的信号的最高码元速率为2B Baud。因此离散信道的 信道容量C可表示为 C=2B 2M bit/s 其中，M为码元符号所能取得离散值的个数