数据通信基础1ppt课件

1、1.1 数字通讯系统数字通讯系统信息信息Information)-Information)-关于事物运动的形状和规律的表征关于事物运动的形状和规律的表征. .数据数据Data)-Data)-经信息技术处置的信息集合。经信息技术处置的信息集合。数字数字Digital)-Digital)-在此指信息处置方法相对模拟。在此指信息处置方法相对模拟。通讯通讯Communication)-Communication)-信息的传送过程信息的传送过程. .第一章第一章 数据通讯根底数据通讯根底信息源信息源Source模拟信模拟信号号Analog signal模拟通模拟通讯讯Analog comm.模拟通讯系模

2、拟通讯系统统Analog communication system数字通讯系统数字通讯系统Digital communication system信息源信息源Source延续信息源延续信息源Continuous (analog) information source离散信息源离散信息源Discrete (digital) information source模拟信号模拟信号Analog signal模拟通讯模拟通讯Analog comm.模拟通讯系统模拟通讯系统Analog communication system数字信号数字信号Digital signal数字通讯数字通讯Digital co

3、mm.信息源本身发出的就是数字方式离散化信息的信号信息源本身发出的就是数字方式离散化信息的信号( (比如电报、数据、指令比如电报、数据、指令) )，那，那么不论用数字传输还是用模拟传输方式来传输这个信号的通讯方式均可称为数据通讯。么不论用数字传输还是用模拟传输方式来传输这个信号的通讯方式均可称为数据通讯。1.1.1 1.1.1 数字与模拟信号数字与模拟信号 模拟信号模拟信号- -取值是延续的取值是延续的. . Y =f(t) Y =f(t)TbtTeTbtTe 数字信号数字信号- -离散时辰，有限个取值离散时辰，有限个取值. . Yi =f(ti) Yi =f(ti)t Ti t Ti 模拟的

4、语音，以模拟的语音，以8kHz采样，采样，8bit量化，做量化，做64kbps传输传输1.1.2 1.1.2 数字通讯的特点数字通讯的特点1 1抗噪声才干强抗噪声才干强2 2记录、处置过程不易失真记录、处置过程不易失真3 3集成化，处置元件制造工艺相对简单，廉价集成化，处置元件制造工艺相对简单，廉价4 4适宜离散信息表示和相应处置方法如加密适宜离散信息表示和相应处置方法如加密, ,紧缩紧缩5 5占用带宽大占用带宽大1.1.3 1.1.3 数字通讯系统典型构造数字通讯系统典型构造信源信源编码编码调制调制信道信道解调解调译码译码信宿信宿噪噪声声噪声噪声整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道

5、中传输时蒙受的整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时蒙受的 干扰情况。在任何通讯系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要要素。干扰情况。在任何通讯系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要要素。1.1.4 1.1.4 典型传输媒体典型传输媒体/ /信道信道有线通讯有线通讯有线电通讯有线电通讯光纤通讯光纤通讯双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆短波通讯短波通讯微波通讯微波通讯卫星通讯卫星通讯红外线通讯红外线通讯同步卫星同步卫星中、低轨道卫星中、低轨道卫星无线通讯无线通讯双绞线双绞线适用于近间隔、低速传输几公里，几百适用于近间隔、低速传输几公里，几百kbpskbps优点：运用方便

6、、本钱低，可利用资源较多。优点：运用方便、本钱低，可利用资源较多。缺陷：损耗大，易受电磁干扰，可靠性差。误码率缺陷：损耗大，易受电磁干扰，可靠性差。误码率10-10-3-10-43-10-4同轴电缆同轴电缆 通讯常采用的传输媒体，较双绞线高频损耗小，辐射小，通讯常采用的传输媒体，较双绞线高频损耗小，辐射小， 有屏蔽。高带宽、低误码率误码率有屏蔽。高带宽、低误码率误码率10-7-10-10-7-10-9 9、本钱适中。、本钱适中。光纤光纤信道容量大信道容量大107Mbps)107Mbps)，可包容几百个低速传输话音，可包容几百个低速传输话音 低误码率低误码率10-9 _ 10-11 )10-9

7、_ 10-11 ) 抗电磁干扰抗电磁干扰 损耗小可上千公里无中继损耗小可上千公里无中继 适宜远间隔、高速、大容量运用。适宜远间隔、高速、大容量运用。性能优良的信息传输媒体。性能优良的信息传输媒体。中、短波数传电台中、短波数传电台 利用空间或电离层做媒体，较受环境环境要素制利用空间或电离层做媒体，较受环境环境要素制约约气候、电磁干扰、多种衰落、频率控制等要素，传输速气候、电磁干扰、多种衰落、频率控制等要素，传输速率较低。率较低。微波微波 可利用频段范围宽，约可利用频段范围宽，约30GHz30GHz。长、中、短波合计。长、中、短波合计30MHz30MHz受环境影响小天电、工业噪声受环境影响小天电、

8、工业噪声不大受地形限制相对有线，适宜野外运用。不大受地形限制相对有线，适宜野外运用。方向性强相互关扰小，可空分复用方向性强相互关扰小，可空分复用经济较同轴廉价经济较同轴廉价50%50%卫星卫星 微波频段，可用带宽大。传输间隔远万公里。覆盖面大。微波频段，可用带宽大。传输间隔远万公里。覆盖面大。典型运用有互联网、卫星等。典型运用有互联网、卫星等。挪动通讯挪动通讯含个人挪动通讯、集群挪动。含个人挪动通讯、集群挪动。传呼、挪动、无线局域网络等传呼、挪动、无线局域网络等2020世纪世纪8080年代，基于年代，基于FDMAFDMA的第一代模拟系统的第一代模拟系统(1G)(1G)2020世纪世纪9090年

9、代，基于年代，基于TDMATDMA和和CDMACDMA的第二代数字系统的第二代数字系统目前，基于开展的宽带目前，基于开展的宽带CDMACDMA的数字第三代系统的数字第三代系统 (3G) (3G)。 提供数据速率为提供数据速率为2Mbps(2Mbps(静态环境静态环境) )的多媒体业务。的多媒体业务。信道描画模型信道描画模型1 1加性噪声信道加性噪声信道r(t)=s(t)+n(t)r(t)=s(t)+n(t)s(t)s(t)发送信号发送信号r(t)r(t)接纳信号接纳信号n(t)n(t)噪声信号噪声信号 衰减因子衰减因子常见加性噪声常见加性噪声 1 1人为噪声：电器开关、工业。人为噪声：电器开关

10、、工业。 2 2自然噪声：自然界电磁辐射自然噪声：自然界电磁辐射 3 3系统内部噪声：热噪声、脉冲噪声等系统内部噪声：热噪声、脉冲噪声等2 2线性滤波器信道线性滤波器信道r(t)=s(t)r(t)=s(t)* *c(t)+n(t)c(t)+n(t)s(t)s(t)发送信号发送信号r(t)r(t)接纳信号接纳信号n(t)n(t)噪声噪声c(t)c(t)滤波函数也可为乘性干扰滤波函数也可为乘性干扰线路对传输信号的带宽有限制，采用有滤波器，线路对传输信号的带宽有限制，采用有滤波器，3 3时变滤波器信道时变滤波器信道r(t)=s(t)r(t)=s(t)* *c( c( ，t)+n(t)t)+n(t)用

11、于反映：用于反映：1 1信号衰落随时间变化信号衰落随时间变化2 2传输时延随时间变化传输时延随时间变化3 3多径传播多径传播(b/s) )1(log2NSBCS 信号功率信号功率N n0B, n0 单边带噪声功率谱密度单边带噪声功率谱密度由香农定理分析由香农定理分析 噪声是妨碍信息传输的重要要素噪声是妨碍信息传输的重要要素1在带宽一定时，要提高信道容量，应减少在带宽一定时，要提高信道容量，应减少N或添加或添加S。2在在S/ n0一定时，一定时，B即使趋于无限，即使趋于无限，C是有限的。是有限的。3要坚持要坚持C不变，用添加信号功率来减少带宽要求，代价大。不变，用添加信号功率来减少带宽要求，代价

12、大。 用添加带宽来减小信号功率，代价较小。用添加带宽来减小信号功率，代价较小。22000log (1)log1.44limlimwwSSSCwen wnn 根据香农定理，还有以下结论：根据香农定理，还有以下结论： 信道容量为信道容量为C C，信源的信息速率为，信源的信息速率为R R，假设，假设R RC C，总可以找到一种信，总可以找到一种信道编码方法实现无误传输道编码方法实现无误传输假设假设RCRC，那么不能够实现无错传输，那么不能够实现无错传输 任何一个给定的信道都有一个最大的无错误信息传输速率任何一个给定的信道都有一个最大的无错误信息传输速率C，假照实践的信息传输速率假照实践的信息传输速率

13、R小于小于C，那么总可以找到一种适宜，那么总可以找到一种适宜的编码方法，使错误率到达恣意小；反之，假照实践的信息传的编码方法，使错误率到达恣意小；反之，假照实践的信息传输速率大于输速率大于C，那么不论采用什么编码方法，错误都不可防止。，那么不论采用什么编码方法，错误都不可防止。例例1 1：有一个经调制解调器传输数据信号的网信道，该信道带：有一个经调制解调器传输数据信号的网信道，该信道带宽为宽为3000Hz3000Hz，信道噪声为加性高斯白噪声，其信噪比为，信道噪声为加性高斯白噪声，其信噪比为20dB20dB，求该信道的信道容量。求该信道的信道容量。解：解： dBNSNSdB20)/(lg10)

14、/(10010/2NSsbitNSBC/19975)1001 (log3000)/1 (log221.1.5 1.1.5 数字通讯系统评价目的数字通讯系统评价目的有效性有效性在给定的信道内可以传输音讯的内容在给定的信道内可以传输音讯的内容可靠性可靠性在给定的信道内接纳信号的准确程度在给定的信道内接纳信号的准确程度顺应性顺应性规范性规范性经济性经济性维护运用维护运用模拟通讯系统的性能目的模拟通讯系统的性能目的有效性目的：用每路信号所需的传输带宽来衡量，带宽越窄，有效性越好；有效性目的：用每路信号所需的传输带宽来衡量，带宽越窄，有效性越好；可靠性目的：用输出信噪比来衡量，信噪比越大，可靠性越好。信

15、噪比可靠性目的：用输出信噪比来衡量，信噪比越大，可靠性越好。信噪比 dBdB 。 数字通讯系统的性能目的数字通讯系统的性能目的1)1)有效性目的：有效性目的：码元传输速率传码率码元传输速率传码率RBRB：单位时间内传输的码元数量，单位是波特：单位时间内传输的码元数量，单位是波特BaudBaud。RB=1/TB (RB=1/TB (波特波特,Baud),Baud)信息传输速率传信率信息传输速率传信率RbRb：单位时间内传输的信息量，单位是：单位时间内传输的信息量，单位是bit/sbit/s，或，或bps(bit per bps(bit per second)second)Rb=RBlog2M R

16、b=RBlog2M 比特比特/ /秒秒传信率与传码率之间的关系：对于传信率与传码率之间的关系：对于M M进制的码元，进制的码元，Rb= RBlogMRb= RBlogM。16= 8 x log2401110111001002可靠性目的：可靠性目的：误码率误码率PB=接纳的错误码元数接纳的错误码元数/发出的总码元数；发出的总码元数；误比特率误比特率Pb=接纳的错误比特数接纳的错误比特数/发出的总比特数；发出的总比特数； 实践中往往是以趋于无穷大的发送量做统计根据实践中往往是以趋于无穷大的发送量做统计根据例：某数据通讯系统调制速率为例：某数据通讯系统调制速率为12001200，采用，采用8 8电平

17、传输，假设电平传输，假设100100秒误了秒误了1 1个比个比特，求误码率。设系统的带宽为特，求误码率。设系统的带宽为600Hz,600Hz,求频带利用率为多少。求频带利用率为多少。解：数据传信速率为解：数据传信速率为 误码率接纳出现过失的比特数总的发送比特数误码率接纳出现过失的比特数总的发送比特数 sbitMNRBd/36008log1200log226108 . 236001001HzsbitBR/66003600现代通讯的开展现代通讯的开展18381838莫尔斯莫尔斯 有线电报有线电报19481948晶体管晶体管 香农香农IT IT 通信统计理论建立通信统计理论建立18641864麦克斯

18、韦尔麦克斯韦尔 电磁辐射方程电磁辐射方程19501950时分多路通信时分多路通信 应用于电话应用于电话18761876贝尔贝尔 电话电话19561956越洋电话铺设越洋电话铺设18961896马克尼马克尼 无线电报无线电报19571957第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星发射19061906真空管真空管19581958第一颗通信卫星发射第一颗通信卫星发射19181918调幅广播调幅广播 超外差接收机超外差接收机19601960发明激光发明激光19251925三路明线载波电话三路明线载波电话 多路通信多路通信19611961发明集成电路发明集成电路19361936调频广播调频广播19621962第一颗同步通信卫星第一颗同步通信卫星 PCMPCM