数据通信_信道

1、计算机学院计算机学院1数据通信基础数据通信基础第第3 3章章 信道（信道（1 1）数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院2第第2章复习章复习1 1、数据通信、数据通信 是两个实体间数据的传输和交换，将源站数据是两个实体间数据的传输和交换，将源站数据编码成信号，沿传输介质传输至目的站。编码成信号，沿传输介质传输至目的站。2 2、信号的时域表示、信号的时域表示 传输的信号是时间的函数，即以时间为自变量传输的信号是时间的函数，即以时间为自变量表示的信号，称为信号的时域表示。表示的信号，称为信号的时域表示。3 3、信号的频域表示、信号的频域表示 传输的信号是频率的函数，即以频率为自变量传输的信号

2、是频率的函数，即以频率为自变量表示的信号，称为信号的频域表示。表示的信号，称为信号的频域表示。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院3第第2章复习章复习4 4、信号分类、信号分类 信号是时间的函数，可分成连续信号和离散信信号是时间的函数，可分成连续信号和离散信号两种。号两种。5 5、周期信号、周期信号 不管是连续信号还是离散信号，如相同的信号不管是连续信号还是离散信号，如相同的信号形式能周期性地重复则称为形式能周期性地重复则称为“周期信号周期信号”。6 6、有效频带、有效频带 大部分的信号能量包含在相对较窄的频带内，大部分的信号能量包含在相对较窄的频带内，这个频带称为有效频带或频带。这个

3、频带称为有效频带或频带。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院4第第2章复习章复习7 7、数据率与频带的关系、数据率与频带的关系 信号数据率越高，所需的有效频宽越宽。即传输信号数据率越高，所需的有效频宽越宽。即传输系统的频宽越大，系统能传输的数据率越高。系统的频宽越大，系统能传输的数据率越高。8、数据数据 数据是指有意义的实体，它涉及事物的形式。数据是指有意义的实体，它涉及事物的形式。9 9、信息、信息 信息涉及的是这些数据的内容和解释。信息涉及的是这些数据的内容和解释。1010、信号、信号 是指数据的电磁或电子编码。是指数据的电磁或电子编码。1111、信号发送、信号发送 是指沿传输介质

4、传播信号的动作。是指沿传输介质传播信号的动作。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院5第第2章复习章复习1212、传输、传输 是指传播和处理信号的数据通信。是指传播和处理信号的数据通信。1313、模拟数据、模拟数据 是在某个区间产生连续的值。例如，声音和视是在某个区间产生连续的值。例如，声音和视频就是强度连续改变的图形。频就是强度连续改变的图形。1414、数字数据、数字数据 数字数据产生离散的值，例如文本信息和整数。数字数据产生离散的值，例如文本信息和整数。1515、模拟信号、模拟信号 是一种连续变化的电磁波，这种电磁波可以按是一种连续变化的电磁波，这种电磁波可以按照不同频率在各种介质上

5、传输。照不同频率在各种介质上传输。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院6第第2章复习章复习1616、数字信号、数字信号 是一系列的电压脉冲，用恒定的正电压表示二是一系列的电压脉冲，用恒定的正电压表示二进制的进制的“1 1”，用恒定的负电压表示二进制的，用恒定的负电压表示二进制的“0 0”。1717、傅里叶分析的目的、傅里叶分析的目的 通信线路上传送的数据是以电信号的形式传送通信线路上传送的数据是以电信号的形式传送的，如果在传输介质上直接传送数字信号，则形的，如果在传输介质上直接传送数字信号，则形成电压脉冲序列。成电压脉冲序列。 这些电压脉冲序列都是时间的单值函数，它们这些电压脉冲序列都

6、是时间的单值函数，它们包含的谐波分量可以用傅立叶级数表示其特征并包含的谐波分量可以用傅立叶级数表示其特征并进行分析，以便了解信道包含的带宽以及对信号进行分析，以便了解信道包含的带宽以及对信号提出的要求。提出的要求。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院7第第2章复习章复习1818、按数据代码传输的顺序可以分为、按数据代码传输的顺序可以分为 并行传输和串行传输并行传输和串行传输1919、按数据的同步方式分、按数据的同步方式分 异步传输和同步传输异步传输和同步传输2020、按数据的流向和时间关系分、按数据的流向和时间关系分 单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工2121、信息量、信息量 是

7、指对消息中所含信息的不确定性的度量。是指对消息中所含信息的不确定性的度量。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院8第第2章复习章复习2222、平均信息量、平均信息量 由多个消息所形成的消息串中，每个消息（或由多个消息所形成的消息串中，每个消息（或符号）所含的信息量的统计平均值，称为信源中符号）所含的信息量的统计平均值，称为信源中消息（或符号）的平均信息量。消息（或符号）的平均信息量。2323、交换方式、交换方式 电路交换、报文交换、分组交换电路交换、报文交换、分组交换2424、分组交换、分组交换 一次通信中的所有分组在网络中传播有两种方一次通信中的所有分组在网络中传播有两种方式，即数据报

8、和虚电路。式，即数据报和虚电路。 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院9第第0505次课要求次课要求掌握内容：掌握内容：1 1、信道的定义和分类。、信道的定义和分类。2 2、信道的传输特性。、信道的传输特性。3 3、有线信道的特性。、有线信道的特性。4 4、数据传输的信道容量。、数据传输的信道容量。理解内容理解内容1 1、无线信道的相关内容、无线信道的相关内容数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院103.1 3.1 信道概述信道概述 信道是在数据通信系统中位于发送端和接收端信道是在数据通信系统中位于发送端和接收端之间的物理通路，用来实现数据的传输，是通信系之间的物理通路，用来实现

9、数据的传输，是通信系统的重要组成部分。是进行信息交换并允许光电信统的重要组成部分。是进行信息交换并允许光电信号通过的路径。号通过的路径。 信道的特性由带宽、容量、衰减、延迟和噪声信道的特性由带宽、容量、衰减、延迟和噪声等组成。等组成。 信道的特性直接决定着信息传送方式。信道的特性直接决定着信息传送方式。 信道的作用就是传输信号。信道的作用就是传输信号。 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院113.1 3.1 信道概述信道概述一、信道的定义一、信道的定义 信道是以传输介质为基础的信号通路，信道不信道是以传输介质为基础的信号通路，信道不仅有传输介质，而且包括通信系统中的一些转换装仅有传输介

10、质，而且包括通信系统中的一些转换装置。置。 信道中的传输介质有光纤、同轴电缆、双绞线；信道中的传输介质有光纤、同轴电缆、双绞线； 转换装置有编码器、解码器、调制器、解调器、转换装置有编码器、解码器、调制器、解调器、发转换器、收转换器。发转换器、收转换器。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院123.1 3.1 信道概述信道概述二、信道分类二、信道分类 有线信道有线信道 狭义信道狭义信道 无线信道无线信道 恒参信道恒参信道信道信道 调制信道调制信道 随参信道随参信道 广义信道广义信道 无记忆信道无记忆信道 编码信道编码信道 有记忆信道有记忆信道数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院1

11、33.1 3.1 信道概述信道概述1 1、狭义信道和广义信道、狭义信道和广义信道 如果信道仅指信号的传输介质，这种信道称之如果信道仅指信号的传输介质，这种信道称之为狭义信道。为狭义信道。 通信信道的性能主要是由狭义信道所决定的。通信信道的性能主要是由狭义信道所决定的。 狭义信道按照传输介质的特性可分为有线信道狭义信道按照传输介质的特性可分为有线信道和无线信道。和无线信道。 一个实际的通信信道，除了传输介质外，还包一个实际的通信信道，除了传输介质外，还包括有关的转换装置，比如调制解调器、编解码器、括有关的转换装置，比如调制解调器、编解码器、发收转换器等，这样的信道称之为广义信道。发收转换器等，这

12、样的信道称之为广义信道。 广义信道按照它包括的功能可以分为编码信道广义信道按照它包括的功能可以分为编码信道和调制信道。和调制信道。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院143.1 3.1 信道概述信道概述信道模型信道模型数据通信基础数据通信基础信源编码器调制器发转发器收转发器解调器解码器信宿传输介质狭义信道调制信道广义信道编码信道计算机学院计算机学院153.1 3.1 信道概述信道概述2 2、有线信道和无线信道、有线信道和无线信道 狭义信道可分为有线信道和无线信道狭义信道可分为有线信道和无线信道 有线信道使用的传输介质是实体可见的，有对有线信道使用的传输介质是实体可见的，有对称电缆（很多

13、对双绞线组成）、双绞线、同轴电缆称电缆（很多对双绞线组成）、双绞线、同轴电缆和光纤等。和光纤等。 无线信道使用的传输介质是非实体的，主要包无线信道使用的传输介质是非实体的，主要包括中长波地表波传播、超短波及微波视距传播、卫括中长波地表波传播、超短波及微波视距传播、卫星中继、短波电离层反射、移动无线电等。星中继、短波电离层反射、移动无线电等。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院163.1 3.1 信道概述信道概述3 3、调制信道和编码信道、调制信道和编码信道 所谓调制信道指的是从调制器的输出端到解调所谓调制信道指的是从调制器的输出端到解调器的输入端这个范围的信道器的输入端这个范围的信道

14、从编码器的输出到译码器的输入这个范围的信从编码器的输出到译码器的输入这个范围的信道叫作编码信道。道叫作编码信道。4 4、恒参信道和随参信道、恒参信道和随参信道 恒参信道的各项参数是不随时间变化的，对信恒参信道的各项参数是不随时间变化的，对信号传输的影响是确定的号传输的影响是确定的 随参信道的各项参数会随着时间而变化，信道随参信道的各项参数会随着时间而变化，信道特性随时间而随机快速变化特性随时间而随机快速变化 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院173.1 3.1 信道概述信道概述5 5、有记忆信道和无记忆信道、有记忆信道和无记忆信道 所谓无记忆信道，指的是信道当前的输出只与所谓无记忆信

15、道，指的是信道当前的输出只与当前的输入有关系当前的输入有关系 所谓有记忆信道，指的是信道当前的输出不但所谓有记忆信道，指的是信道当前的输出不但与当前的输入有关系，还与当前时刻以前的输入与当前的输入有关系，还与当前时刻以前的输入有关系有关系 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院183.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性 设信道输入信号为设信道输入信号为s si i(t)(t)，则信道输出信号可，则信道输出信号可表示为：表示为：ro(t)=fsro(t)=fsi i(t)+n(t)(t)+n(t) n(t) n(t)是信道噪声，它与信道输出信号之间为相是信道噪声，它与信道输出信号之间

16、为相加关系，称为加关系，称为加性噪声加性噪声（或加性干扰）。（或加性干扰）。 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定功率的输出（噪声）。一定功率的输出（噪声）。 加性噪声主要是由内部噪声形成的，不能被消加性噪声主要是由内部噪声形成的，不能被消除，是影响通信质量的主要因素之一。除，是影响通信质量的主要因素之一。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院193.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性 f f* * 表示信道的传输特性，描述了信道对信号表示信道的传输特性，描述了信道对信号的损耗。的损耗。 如果信道对输入信号作非线性处理，则信道输如果信

17、道对输入信号作非线性处理，则信道输出信号有非线性失真，这种失真只有当输入信号存出信号有非线性失真，这种失真只有当输入信号存在时才有，称这种失真为在时才有，称这种失真为乘性噪声（或乘性干扰）乘性噪声（或乘性干扰），可表示为可表示为 r ro o(t)=fs(t)=fsi i(t)+n(t)=k(t)s(t)+n(t)=k(t)si i(t)+n(t)(t)+n(t) k(t) k(t)是乘性干扰，反映了信道的特性。是乘性干扰，反映了信道的特性。 乘性噪声包括各种线性畸变、非线性畸变、交乘性噪声包括各种线性畸变、非线性畸变、交调畸变、衰落畸变等。调畸变、衰落畸变等。数据通信基础数据通信基础计算机学

18、院计算机学院203.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性一、恒参信道的信道传输特性及其对信号传输的影一、恒参信道的信道传输特性及其对信号传输的影响响 恒参信道的特点是不产生非线性失真，传输特恒参信道的特点是不产生非线性失真，传输特性基本与时间无关。性基本与时间无关。 可将恒参信道看成一个线性时不变网络，其传可将恒参信道看成一个线性时不变网络，其传输特性可用冲激响应输特性可用冲激响应h(t)h(t)及频率特性及频率特性H(w)H(w)来表示。来表示。 设信道的输入信号及输出信号分别为设信道的输入信号及输出信号分别为x(t)x(t)和和y(t)y(t)，它们的傅里叶变换分别是，它们的傅里叶变换

19、分别是X(w)X(w)和和Y(w)Y(w)，则，则可将可将H(w)H(w)表示为表示为 式中式中|H(w)|H(w)|为信道的幅频特性，为信道的幅频特性， 为相为相频特性。频特性。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院213.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性1 1、幅频特性是低通型的信道、幅频特性是低通型的信道 低通型的信道能通过直流信号以及低频成分的低通型的信道能通过直流信号以及低频成分的信号，适合于传输基带信号。信号，适合于传输基带信号。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院223.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性2 2、幅频特性是带通型的信道、幅频特性是带通型

20、的信道 带通型的信道对信号频率大于带通型的信道对信号频率大于f1f1且小于且小于fHfH的信的信号能顺利通过，对其他频率的信号衰减或阻止通过，号能顺利通过，对其他频率的信号衰减或阻止通过，适用于传输频带信号。适用于传输频带信号。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院233.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性二、随参信道的信道传输特性及其对信号传输的影二、随参信道的信道传输特性及其对信号传输的影响响1 1、衰减、衰减 衰减衰减就是指信号在信道中传输时，随着传输距就是指信号在信道中传输时，随着传输距离的增加，信号强度减弱的程度。离的增加，信号强度减弱的程度。 衰减直接导致信道信噪比降低

21、。衰减直接导致信道信噪比降低。 对于对于有线信道有线信道，衰减会随着传输距离的增加而，衰减会随着传输距离的增加而增加，信号的衰减一般是连续变化的，特性比较稳增加，信号的衰减一般是连续变化的，特性比较稳定。定。 对于对于模拟信号模拟信号，通常在数据传输一定距离之后，通常在数据传输一定距离之后使用信号放大器来加强信号；对于使用信号放大器来加强信号；对于数字信号数字信号，则依，则依靠中继器来再生信号。靠中继器来再生信号。 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院243.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性1 1、衰减、衰减 对于对于无线信道无线信道，衰减的变化则要复杂得多。衰，衰减的变化则要

22、复杂得多。衰减除了随传输距离的增加而增加之外，还会由于传减除了随传输距离的增加而增加之外，还会由于传输路径的多样性而变化。输路径的多样性而变化。 衰落：信号衰减随着时间而随机变化的现象。衰落：信号衰减随着时间而随机变化的现象。 衰落描述的是衰减的变化。包括吸收型衰落、衰落描述的是衰减的变化。包括吸收型衰落、干涉型衰落和阴影衰落等。干涉型衰落和阴影衰落等。（1 1）吸收型衰落）吸收型衰落 对于无线信道，由于传输介质各项参数的变化对于无线信道，由于传输介质各项参数的变化和环境的随机变化而形成的衰落称为吸收型衰落。和环境的随机变化而形成的衰落称为吸收型衰落。 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机

23、学院253.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性1 1、衰减、衰减（2 2）阴影衰落）阴影衰落 由于建筑物、山丘、河流等的遮挡而造成的衰由于建筑物、山丘、河流等的遮挡而造成的衰减变化为阴影衰落。阴影衰落与信号的频率有关，减变化为阴影衰落。阴影衰落与信号的频率有关，信号频率越高，波长越短，绕射能力就越弱，因而信号频率越高，波长越短，绕射能力就越弱，因而阴影衰落随信号频率增高而增加。阴影衰落随信号频率增高而增加。（3 3）干涉型衰落）干涉型衰落 在超短波散射传播等情况下，接收端接收到的在超短波散射传播等情况下，接收端接收到的信号是由多条路径传输的信号叠加而成的，它们合信号是由多条路径传输的信号

24、叠加而成的，它们合成的信号时而增强时而减弱，这样形成的衰落称为成的信号时而增强时而减弱，这样形成的衰落称为干涉型衰落。干涉型衰落。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院263.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性2 2、延迟畸变、延迟畸变 通信信号在传输中通过信道所花费的时间称为通信信号在传输中通过信道所花费的时间称为信号延迟，由于信号延迟而造成的信号失真称为延信号延迟，由于信号延迟而造成的信号失真称为延迟畸变。迟畸变。 延迟畸变产生的原因有两个：延迟畸变产生的原因有两个： 多径传输效应造成的；多径传输效应造成的； 传输介质的色散效应造成的。传输介质的色散效应造成的。数据通信基础数据

25、通信基础计算机学院计算机学院273.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性2 2、延迟畸变、延迟畸变（1 1）多径传输效应）多径传输效应 当信号通过无线信道传播时，信号可能会通过当信号通过无线信道传播时，信号可能会通过两个以上的不同长度的路径到达接收端天线，这种两个以上的不同长度的路径到达接收端天线，这种现象称为信号的多径传输。其效应是信号失真。现象称为信号的多径传输。其效应是信号失真。（2 2）色散效应）色散效应 当信号在传输介质中传输时，由于传输介质的当信号在传输介质中传输时，由于传输介质的不均匀性，各种频率的无线电波传播速度有差别，不均匀性，各种频率的无线电波传播速度有差别，它们到达接

26、收端时的延迟是不同的，这种效应称为它们到达接收端时的延迟是不同的，这种效应称为色散效应。由于色散效应，信号中的不同频率成分色散效应。由于色散效应，信号中的不同频率成分到达接收端时不能保持原样而发生畸变，引起失真。到达接收端时不能保持原样而发生畸变，引起失真。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院283.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性三、噪声三、噪声 噪声指的是通信信道中除了有用信号外的其他噪声指的是通信信道中除了有用信号外的其他不携带有用信息的电信号。不携带有用信息的电信号。 干扰：有规律的周期性的无用信号。干扰：有规律的周期性的无用信号。 噪声：无规律的无用信号。噪声：无规律

27、的无用信号。1 1、噪声的分类、噪声的分类 根据噪声的来源不同，噪声可分为环境噪声和根据噪声的来源不同，噪声可分为环境噪声和内部噪声两类。内部噪声两类。 环境噪声包括自然噪声和人为噪声。环境噪声包括自然噪声和人为噪声。 自然噪声源于存在于自然界的各种电磁波源，自然噪声源于存在于自然界的各种电磁波源，特点是频谱范围较宽，随机性大，难于消除。特点是频谱范围较宽，随机性大，难于消除。 人为噪声源于人类活动产生的电磁波源，特点人为噪声源于人类活动产生的电磁波源，特点频谱范围窄，波源固定，易于消除。频谱范围窄，波源固定，易于消除。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院293.2 3.2 信道的传输

28、特性信道的传输特性 内部噪声源于通信系统内部，分为热噪声、散内部噪声源于通信系统内部，分为热噪声、散弹噪声和电源噪声。弹噪声和电源噪声。 热噪声是导体内部自由电子的热运动产生的。热噪声是导体内部自由电子的热运动产生的。 散弹噪声是由于半导体器件中载流子发射的不散弹噪声是由于半导体器件中载流子发射的不均匀性造成的。均匀性造成的。 电噪声由电源电压的波动造成的。电噪声由电源电压的波动造成的。 内部噪声是由导体内部的自由电子作不规则运内部噪声是由导体内部的自由电子作不规则运动而形成的，其变化是随机的，又称为起伏噪声。动而形成的，其变化是随机的，又称为起伏噪声。 起伏噪声源于通信系统内部，对信号传输的

29、影起伏噪声源于通信系统内部，对信号传输的影响是不可避免的，也无法消除。其强度随温度的增响是不可避免的，也无法消除。其强度随温度的增加而增加。加而增加。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院303.2 3.2 信道的传输特性信道的传输特性2 2、噪声的描述、噪声的描述 对噪声的描述通常使用噪声的功率谱密度。对噪声的描述通常使用噪声的功率谱密度。 如果噪声的功率谱密度在整个频率范围内都是如果噪声的功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的，则称这种噪声为白噪声。均匀分布的，则称这种噪声为白噪声。 不是白噪声的噪声称为带限噪声或者有色噪声。不是白噪声的噪声称为带限噪声或者有色噪声。 如果噪声的统

30、计特性服从高斯分布而且功率谱如果噪声的统计特性服从高斯分布而且功率谱密度在整个频率范围内均匀分布，则称为高斯白噪密度在整个频率范围内均匀分布，则称为高斯白噪声。声。 分析表明：热噪声、散弹噪声和宇宙噪声都是分析表明：热噪声、散弹噪声和宇宙噪声都是高斯白噪声。高斯白噪声。 调制信道的加性噪声可以直接表述为窄带高斯调制信道的加性噪声可以直接表述为窄带高斯白噪声。白噪声。 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院313.3 3.3 有线信道有线信道用有线介质构成的信道就是有线信道。用有线介质构成的信道就是有线信道。 根据有线传输介质的不同，有线信道可以分为根据有线传输介质的不同，有线信道可以分为

31、双绞线、同轴电缆、光导纤维和架空明线等。双绞线、同轴电缆、光导纤维和架空明线等。 架空明线是指在电线杆上架设的相互平行而绝架空明线是指在电线杆上架设的相互平行而绝缘的裸线（结构类似供电线），是一种最早大量使缘的裸线（结构类似供电线），是一种最早大量使用的通信介质。用的通信介质。 架空明线的优缺点：架空明线的优缺点： 安装简单、传输损耗较低；安装简单、传输损耗较低； 通信质量差，受气候环境等的影响比较大，且通信质量差，受气候环境等的影响比较大，且对外界噪声干扰比较敏感。对外界噪声干扰比较敏感。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院323.3 3.3 有线信道有线信道有线信道的传输特性通常是

32、非常稳定可靠的，但是有线信道的传输特性通常是非常稳定可靠的，但是不如无线信道灵活和方便。不如无线信道灵活和方便。 信道特性对网络中数据通信质量的影响很大，信道特性对网络中数据通信质量的影响很大，这些特性主要是：这些特性主要是：（1 1）物理特性：对传输介质物理结构的描述。）物理特性：对传输介质物理结构的描述。（2 2）传输特性：传输介质允许传送数字信号，以）传输特性：传输介质允许传送数字信号，以及调制技术、传输容量与传输的频率范围。及调制技术、传输容量与传输的频率范围。（3 3）连通特性：允许点）连通特性：允许点点或多点的连接。点或多点的连接。（4 4）地理范围：传输介质的最大传输范围。）地理

33、范围：传输介质的最大传输范围。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院333.3 3.3 有线信道有线信道（5 5）抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对）抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力。传输数据影响的能力。（6 6）相对价格：器件、安装与维护费用。）相对价格：器件、安装与维护费用。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院343.3 3.3 有线信道有线信道一、双绞线一、双绞线 双绞线是由两条互相绝缘的直径为双绞线是由两条互相绝缘的直径为1mm1mm左右的左右的铜导线按一定规则绞合在一起而成的网络传输介质。铜导线按一定规则绞合在一起而成的网络传输介质。 绞合的

34、目的是减少对邻近线对的电磁干扰，信绞合的目的是减少对邻近线对的电磁干扰，信号可传输几千米。号可传输几千米。 根据双绞线是否加屏蔽层，又可分为屏蔽双绞根据双绞线是否加屏蔽层，又可分为屏蔽双绞线（线（STPSTP）和非屏蔽双绞线（）和非屏蔽双绞线（UTPUTP）两类。）两类。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院353.3 3.3 有线信道有线信道一、双绞线一、双绞线1 1、物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两、物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两根、四根、八根绝缘导线根、四根、八根绝缘导线 。2 2、传输特性：双绞线既可以用于模拟信号传输，、传输特性：双绞线既可以用于模拟信号传输，

35、也可以用于数字信号传输也可以用于数字信号传输 。可分为几类。可分为几类。3 3、连通性、连通性 ：双绞线主要用于点到点的连接，：双绞线主要用于点到点的连接，也可也可用于多点连接用于多点连接 4 4、地理范围：双绞线用于远程中继线时最大距离、地理范围：双绞线用于远程中继线时最大距离可大可大1515公里公里 。用于以太网时不超过。用于以太网时不超过100m100m。5 5、抗干扰能力：双绞线的抗干扰能力取决于一束、抗干扰能力：双绞线的抗干扰能力取决于一束线中相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽线中相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽 6 6、价格、价格 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院363.3

36、3.3 有线信道有线信道二、同轴电缆二、同轴电缆 同轴电缆也是一种常见的传输介质，家庭里使同轴电缆也是一种常见的传输介质，家庭里使用的闭路电视通常都是用同轴电缆连接的。用的闭路电视通常都是用同轴电缆连接的。1 1、物理特性、物理特性 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院373.3 3.3 有线信道有线信道二、同轴电缆二、同轴电缆2 2、同轴电缆的传输特性、同轴电缆的传输特性 根据特性阻抗的不同，同轴电缆可以分为两种根据特性阻抗的不同，同轴电缆可以分为两种：一种是：一种是5050的基带同轴电缆，用于数字信号传输的基带同轴电缆，用于数字信号传输；另一种是另一种是7575的宽带同轴电缆，用于

37、模拟信号传输的宽带同轴电缆，用于模拟信号传输（1 1）基带同轴电缆）基带同轴电缆 一条基带同轴电缆只支持一个信道，以基带传一条基带同轴电缆只支持一个信道，以基带传输方式进行数字信号传输，所以称为基带同轴电缆输方式进行数字信号传输，所以称为基带同轴电缆。 所谓基带传输方式是指按数字信号编码方式直所谓基带传输方式是指按数字信号编码方式直接把数字信号送到传输介质上进行传输，不需要任接把数字信号送到传输介质上进行传输，不需要任何调制的传输方式。何调制的传输方式。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院383.3 3.3 有线信道有线信道二、同轴电缆二、同轴电缆2 2、同轴电缆的传输特性、同轴电缆的

38、传输特性 （1 1）基带同轴电缆）基带同轴电缆 基带同轴电缆可分为粗同轴电缆和细同轴电缆基带同轴电缆可分为粗同轴电缆和细同轴电缆。 粗同轴电缆的直径为粗同轴电缆的直径为2.54cm2.54cm，以，以10Mbps10Mbps的速率的速率进行传输，抗干扰性能好，传输距离比细缆远，可进行传输，抗干扰性能好，传输距离比细缆远，可靠性较好，价格稍高。靠性较好，价格稍高。 细缆的直径为细缆的直径为1.02cm1.02cm，以，以10Mbps10Mbps的速率进行传的速率进行传输，抗干扰性能好，传输距离较近，可靠性较差，输，抗干扰性能好，传输距离较近，可靠性较差，价格较低。价格较低。 基带同轴电缆的优点是

39、安装简单而价格便宜。基带同轴电缆的优点是安装简单而价格便宜。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院393.3 3.3 有线信道有线信道二、同轴电缆二、同轴电缆2 2、同轴电缆的传输特性、同轴电缆的传输特性 （2 2）宽带同轴电缆）宽带同轴电缆 宽带同轴电缆支持的带宽为宽带同轴电缆支持的带宽为300300450MHz450MHz，可以，可以传输宽带数据信号，传输距离可达传输宽带数据信号，传输距离可达100km.100km. 宽带：在电话业务中是指带宽比宽带：在电话业务中是指带宽比4kHz4kHz更宽的频更宽的频带；在计算机通信中，泛指采用频分多路复用技术带；在计算机通信中，泛指采用频分多路

40、复用技术和模拟传输技术的同轴电缆网络。和模拟传输技术的同轴电缆网络。 在在CATVCATV中，频率为中，频率为500MHz500MHz，采用，采用FDMFDM，每个频道，每个频道6MHz6MHz，可传输，可传输8080个频道的电视节目。个频道的电视节目。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院403.3 3.3 有线信道有线信道二、同轴电缆二、同轴电缆2 2、同轴电缆的传输特性、同轴电缆的传输特性 （2 2）宽带同轴电缆）宽带同轴电缆 所谓宽带数据信号传输是指可以利用频分多路所谓宽带数据信号传输是指可以利用频分多路复用技术在宽带介质上进行多路数据信号的传输。复用技术在宽带介质上进行多路数据

41、信号的传输。 宽带同轴电缆既能传输数字信号，又能传输话宽带同轴电缆既能传输数字信号，又能传输话音、视频等模拟信号。音、视频等模拟信号。 由于在这种电缆上传输的信号是采用频分多路由于在这种电缆上传输的信号是采用频分多路复用技术的宽带信号，所以复用技术的宽带信号，所以7575同轴电缆又称为宽同轴电缆又称为宽带同轴电缆。带同轴电缆。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院413.3 3.3 有线信道有线信道二、同轴电缆二、同轴电缆3 3连通性连通性 支持点对点和多点连接，基带同轴电缆可支持支持点对点和多点连接，基带同轴电缆可支持数百台设备的连接，而宽带同轴电缆可支持数千台数百台设备的连接，而宽带

42、同轴电缆可支持数千台设备的连接。设备的连接。4 4地理范围地理范围 基带同轴电缆最大距离几千米，宽带同轴电缆基带同轴电缆最大距离几千米，宽带同轴电缆可达几十千米。可达几十千米。5 5抗干扰能力抗干扰能力 抗干扰能力强。抗干扰能力强。6 6价格，介于双绞线和光纤之间。价格，介于双绞线和光纤之间。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院423.3 3.3 有线信道有线信道三、光纤三、光纤 光纤是光导纤维的简称，是光纤通信系统的传光纤是光导纤维的简称，是光纤通信系统的传输介质。光纤通信系统是以光波为载波，以光纤为输介质。光纤通信系统是以光波为载波，以光纤为传输介质的一种通信方式。传输介质的一种通

43、信方式。 1 1光纤的物理特性光纤的物理特性 （1 1）光纤的结构）光纤的结构 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院433.3 3.3 有线信道有线信道三、光纤三、光纤1 1光纤的物理特性光纤的物理特性 （1 1）光纤的结构）光纤的结构利用全反射原理，只要保证入射角大于临界角，即利用全反射原理，只要保证入射角大于临界角，即可使光纤在纤芯中传播。可使光纤在纤芯中传播。 数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院443.3 3.3 有线信道有线信道三、光纤三、光纤1 1光纤的物理特性光纤的物理特性（2 2）多模光纤和单模光纤）多模光纤和单模光纤 多模光纤：可以有许多条不同角度入射的光线多

44、模光纤：可以有许多条不同角度入射的光线在同一条光纤中传播，这种数据传输模式的管线称在同一条光纤中传播，这种数据传输模式的管线称为多模光纤。为多模光纤。 如果光纤的直径减小到只有一个光的波长的时如果光纤的直径减小到只有一个光的波长的时候，将会产生光波导效应，可以使光线一直向前传候，将会产生光波导效应，可以使光线一直向前传播，采用这种数据传输模式的光纤称为单模光纤。播，采用这种数据传输模式的光纤称为单模光纤。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院453.3 3.3 有线信道有线信道三、光纤三、光纤1 1光纤的物理特性光纤的物理特性（2 2）多模光纤和单模光纤）多模光纤和单模光纤 数据通信基础

45、数据通信基础计算机学院计算机学院463.3 3.3 有线信道有线信道三、光纤三、光纤2 2、传输特性、传输特性 光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。码的光信号。 发送端采用两种光源：发光二极管与注入型激发送端采用两种光源：发光二极管与注入型激光二极管。光二极管。 在接收端将光信号转换成电信号时，要使用光在接收端将光信号转换成电信号时，要使用光电二极管检波器。光载波调制方法为幅移键控电二极管检波器。光载波调制方法为幅移键控ASKASK，即亮度调制法。即亮度调制法。 3 3连通性连通性 连接方式是点对点。连接方式是点对点。数据通信基础数据通信

46、基础计算机学院计算机学院473.3 3.3 有线信道有线信道三、光纤三、光纤4 4地理范围地理范围 一般在一般在6 68km8km实现高速无中继传输。实现高速无中继传输。 贝尔实验室测试：在数据传输率为贝尔实验室测试：在数据传输率为430Mbps430Mbps且在且在119km119km无中继时，其误码率为无中继时，其误码率为1010-8-8。5 5抗干扰能力抗干扰能力 抗干扰能力强，衰减小，安全性和保密性好。抗干扰能力强，衰减小，安全性和保密性好。6 6价格价格 价格高价格高数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院483.3 3.3 有线信道有线信道三、光纤三、光纤7 7光纤信道的特点光

47、纤信道的特点（1 1）通信容量大）通信容量大（2 2）传输距离远，损耗小）传输距离远，损耗小（3 3）不导电）不导电 （4 4）适应恶劣环境，节省资源）适应恶劣环境，节省资源 （5 5）轻便，容易铺设）轻便，容易铺设数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院493.4 3.4 无线信道无线信道 无线通信指的是以射频无线电波和光波为传输无线通信指的是以射频无线电波和光波为传输媒介所构成的信道。媒介所构成的信道。 其中，射频无线电波包括无线电波和微波，光其中，射频无线电波包括无线电波和微波，光波主要使用红外线和激光。波主要使用红外线和激光。 理论上，把频率在理论上，把频率在1012Hz1012H

48、z以下的范围内的电磁以下的范围内的电磁波叫做射频无线电波，分为无线电波和微波。波叫做射频无线电波，分为无线电波和微波。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院503.4 3.4 无线信道无线信道一、无线电波和频段划分一、无线电波和频段划分1 1、电磁波谱、电磁波谱 电磁波每秒钟振动的次数称为频率电磁波每秒钟振动的次数称为频率f f，单位赫兹，单位赫兹HzHz。电磁波两个相邻的波峰之间的距离称为波长。电磁波两个相邻的波峰之间的距离称为波长。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院513.4 3.4 无线信道无线信道一、无线电波和频段划分一、无线电波和频段划分1 1、电磁波谱、电磁波谱 频

49、率频率f f、波长、波长和光速和光速c c（真空中）的基本关系为：（真空中）的基本关系为： c=f c=f 光速光速c c大约为大约为3 310108 8m/sm/s，是常数。，是常数。2 2、无线电频段划分、无线电频段划分 国际电信联盟依据波长对无线电频段的划分为：国际电信联盟依据波长对无线电频段的划分为：甚低频（甚低频（VLFVLF）、低频（）、低频（LFLF）、中频（）、中频（MFMF）、高频）、高频（HFHF）、甚高频（）、甚高频（VHFVHF）、特高频（）、特高频（UHFUHF）、超高频）、超高频（SHFSHF）、极高频（）、极高频（EHFEHF）和巨高频（）和巨高频（THFTHF）

50、。）。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院523.4 3.4 无线信道无线信道二、数字微波通信二、数字微波通信1 1、微波通信的工作频段、微波通信的工作频段 微波是指波长为微波是指波长为1m1m1mm1mm，或频率为，或频率为300MHz300MHz300GHz300GHz范围内的电磁波。范围内的电磁波。 微波通信是指用微波波段的电磁波进行的通信。微波通信是指用微波波段的电磁波进行的通信。2 2、微波通信的特点、微波通信的特点（1 1）微波波段的带宽宽，通信容量大。）微波波段的带宽宽，通信容量大。（2 2）适于传输宽带信号。）适于传输宽带信号。（3 3）天线增益高、方向性强。）天线增益

51、高、方向性强。（4 4）外界干扰小。）外界干扰小。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院533.4 3.4 无线信道无线信道二、数字微波通信二、数字微波通信（5 5）通信灵活性大。）通信灵活性大。（6 6）投资少、建设快。）投资少、建设快。（7 7）中继传输。）中继传输。3 3、数字微波通信的应用、数字微波通信的应用（1 1）干线光纤传输的备份及补充）干线光纤传输的备份及补充（2 2）城市内的短距离支线连接。）城市内的短距离支线连接。（3 3）未来的宽带业务接入（无线城市）。）未来的宽带业务接入（无线城市）。（4 4）无线微波接入技术。）无线微波接入技术。数据通信基础数据通信基础计算机学

52、院计算机学院543.4 3.4 无线信道无线信道三、卫星通信三、卫星通信1 1、卫星通信的概念、卫星通信的概念 卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发微波信号，在地球上的两个或多个地球站之间进行微波信号，在地球上的两个或多个地球站之间进行的通信。的通信。 地球站：指设在地球表面的无线电通信站。地球站：指设在地球表面的无线电通信站。 通信卫星：用于实现通信目的的人造地球卫星。通信卫星：用于实现通信目的的人造地球卫星。 通信卫星按结构可分为有源卫星和无源卫星。通信卫星按结构可分为有源卫星和无源卫星。 卫星按相对于地球站的位置可分为运动卫星和卫星按相对于地球

53、站的位置可分为运动卫星和静止卫星。静止卫星。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院553.4 3.4 无线信道无线信道三、卫星通信三、卫星通信2 2、卫星通信的特点、卫星通信的特点（1 1）优点）优点通信距离远，建站费用与通信距离无关。通信距离远，建站费用与通信距离无关。覆盖面积大，便于实现多址通信。覆盖面积大，便于实现多址通信。工作带宽宽，通信容量大，适合多种业务传输。工作带宽宽，通信容量大，适合多种业务传输。通信线路稳定可靠，通信质量高。通信线路稳定可靠，通信质量高。机动灵活。机动灵活。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院563.4 3.4 无线信道无线信道三、卫星通信三、卫

54、星通信2 2、卫星通信的特点、卫星通信的特点（2 2）缺点）缺点卫星通信需要高度可靠和长寿命的通信卫星。卫星通信需要高度可靠和长寿命的通信卫星。卫星通信要求地球站有大功率的发射机和高灵敏度卫星通信要求地球站有大功率的发射机和高灵敏度的接收机。的接收机。卫星通信信号延迟较大。卫星通信信号延迟较大。通信安全性还是有待加强。通信安全性还是有待加强。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院573.5 3.5 数据传输的信道容量数据传输的信道容量 信道容量是指单位时间内信道上所能传输数据信道容量是指单位时间内信道上所能传输数据的最大容量。的最大容量。 信道包括：调制信道和编码信道。信道包括：调制信道

55、和编码信道。 调制信道是一种连续信道，可以用连续信道的调制信道是一种连续信道，可以用连续信道的信道容量来表征。信道容量来表征。 编码信道是一种离散信道，可以用离散信道的编码信道是一种离散信道，可以用离散信道的信道容量来表征。信道容量来表征。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院583.5 3.5 数据传输的信道容量数据传输的信道容量1 1、连续信道的信道容量、连续信道的信道容量 当信号与信道中的加性高斯白噪声的平均功率当信号与信道中的加性高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单给定时，在具有一定频带宽度的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限值。位时间内可

56、能传输的信息量的极限值。 该极限值是由香农定理所描述的。该极限值是由香农定理所描述的。 香农认为，受到高斯白噪声干扰的连续信道的香农认为，受到高斯白噪声干扰的连续信道的信道容量为：信道容量为： 其中，其中，B B为信道带宽（为信道带宽（HzHz），），S S为信号功率（为信号功率（W W瓦瓦特），特），n n0 0为噪声单边功率谱密度（为噪声单边功率谱密度（W/HzW/Hz），），N=nN=n0 0* *B B为为噪声功率（噪声功率（W W瓦特）。瓦特）。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院593.5 3.5 数据传输的信道容量数据传输的信道容量1 1、连续信道的信道容量、连续信道的信

57、道容量 由香农公式可以得出以下结论：由香农公式可以得出以下结论：（1 1）信源的信息传输速率受到信道容量的限制；）信源的信息传输速率受到信道容量的限制；（2 2）增大信号功率）增大信号功率S S可以增加信道容量；若提高信可以增加信道容量；若提高信噪比，则信道容量噪比，则信道容量C C也增加。也增加。（3 3）减小噪声功率）减小噪声功率N N，可以增加信道容量。，可以增加信道容量。（4 4）增加信道带宽）增加信道带宽B B，则信道容量也增加，有限制。，则信道容量也增加，有限制。（5 5）信道容量一定时，信道带宽）信道容量一定时，信道带宽B B与信噪比与信噪比S/NS/N可以可以进行互换。进行互换

58、。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院603.5 3.5 数据传输的信道容量数据传输的信道容量1 1、连续信道的信道容量、连续信道的信道容量 当通信频带资源比较丰富的时候，可以增大信当通信频带资源比较丰富的时候，可以增大信道带宽道带宽B B，降低信噪比，降低信噪比S/NS/N，即用较大的带宽换取较，即用较大的带宽换取较小的信噪比，这种通信技术就是扩频通信。小的信噪比，这种通信技术就是扩频通信。 当通信频带资源比较匮乏的时候，可以增大信当通信频带资源比较匮乏的时候，可以增大信号发送功率，降低对信道带宽的要求，即用较大的号发送功率，降低对信道带宽的要求，即用较大的信噪比换取较小的信道带宽。信噪比换取较小的信道带宽。数据通信基础数据通信基础计算机学院计算机学院613.5 3.5 数据传输的信道容量数据传输的信道容量1 1、连续信道的信道容量、连续信道的信道容量 例例3-1 3-1 若信道带宽为若信道带宽为3000Hz3000Hz，信号噪声功率比，信号噪声功率比为为30dB30dB，求信道容量。，求信道容量。 解：因为解：因为10lg(S/N)=30dB10lg(S/N)=30dB， 所以，所以，S/N=1000S/N=1000，则信道容量为：，则信道容量为： C=Blog C=B