数据通信基础复习提纲.ppt

1、概述(第二章)、傅立叶分析、奈奎斯特定理、香农理论的基本概念数据通信系统的基本模型和功能信道的几个相关概念、信道的三种通信模式(单工、半双工和全双工的区别)、基带信号和带通信号的区别、调制的三种基本方法(调频、调幅和调相)、信道的极限容量和极限传输速率的计算方法(香农公式)， 信道复用的概念和分类(FDM时分复用与STDM特征的比较)了解码分多址的基本原理并简单计算数字传输系统(两种标准的PCM，四种层次和结构的SONET)，宽带接入技术(ADSL组成，HFC架构，FTTx技术，三种技术特征的比较)，移动电话系统的发展(经历了四代的发展和代表性技术)，数据通信的理论基础，傅立叶分析19世纪初，

2、 法国数学家傅立叶证明了周期为T的任何正规函数g(t)都可以展开成多个(可能是无限的)正弦和余弦函数的和，其中f=1/T是基频，an和bn是第n次谐波的正弦和余弦振幅，c是常数。 这种分解被称为傅立叶级数。利用上述级数，可以重构一个函数，也就是说，如果t已知并且振幅给定，信号的原始函数g(t)可以从公式中得到。作为数据通信的理论基础，傅里叶分析同时将方程的两边乘以sin(2kft)，然后从0到t积分计算振幅an，bn项消失。振幅bn可以通过将等式的两边乘以cos(2kft)并从0到t积分来计算，并且an项消失。常数c可以通过同时从0到t对公式的两边进行积分来计算。数据通信的理论基础，信道最大传

3、输速率的奈奎斯特定理(无噪声信道情况)奈奎斯特证明，如果任何信号通过带宽为h的低通滤波器，只要每秒采样2H次，滤波后的信号就可以完全重构。如果信号包含v个离散序列，那么：最大数据传输速率=2Hlog2V，数据通信的理论基础，信道的最大传输速率香农理论(在有噪声信道的情况下)香农根据奈奎斯特定理得到了带宽为Hz、信噪比为S/N的有噪声信道的最大数据传输速率：最大数据传输速率=Hlog2(1 S/N Db=10lg (s/n)，数据通信系统的基本模型，文本，数据通信系统的基本模型，模型功能源点：源点设备生成要传输的数据发送器：格式转换，编码成适合传输的信号(典型的发送器是调制器)传输系统：传输线路

4、(可能是线路，也可能是网络系统。接收器：接收信号并将其转换成目的设备可识别的数据格式(典型的接收器是解调器)。终点：接收数据并根据需要进行处理。信道中有三种通信模式。从沟通双方的信息互动来看，有三种基本模式：单向沟通(单纯沟通)只能在一个方向上沟通，而不能在相反的方向上互动。双向交替通信(半双工通信)双方都可以发送信息，但不能同时发送(当然，不能同时接收)。双向同时通信(全双工通信)通信双方可以同时发送和接收信息。信道的几个基本概念，基带信号(即基本频带信号)来自信号源。计算机输出的代表各种字符或图像文件的数据信号属于基带信号。基带信号通常包含更多的低频分量，甚至DC分量，并且许多信道不能传输

5、这样的低频分量或DC分量。因此，基带信号必须是调制信号。在基带信号被载波调制之后，带通信号将信号的频率范围移动到更高的频带，以便在信道中传输(即，它只能在某个频率范围内通过信道)。信道的一些基本概念，基带信号往往包含更多的低频成分，甚至DC成分，许多信道不能传输这样的低频为了解决这个问题，有必要对基带信号进行调制。最基本的二进制调制方法如下：调幅：载波幅度随基带数字信号而变化。调频：载波频率随基带数字信号而变化。相位调制：载波的初始相位随基带数字信号而变化。基带数字信号的几种调制方式，0，1，0，0，1，1，0，0，信道的极限信息传输速率可以表示为信道带宽(赫兹)；s是信道中发射信号的平均功率

6、；n是信道内的高斯噪声功率。香农公式表明，信道带宽或信道信噪比越大，信息的极限传输速率越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，我们就可以找到一些实现无差错传输的方法。如果对信道带宽w或信噪比S/N没有上限(当然，实际的信道不能是这样的)，那么对信道的最终信息传输速率C就没有上限。在实际信道上可以实现的信息传输速率远低于香农的极限传输速率。有两种主要类型的(复用)技术：频分复用(FDM)时分复用(时分复用)。以上两种复用方式技术成熟，但不够灵活。相比之下，频分复用更有利于模拟信号的传输，而时分复用更有利于数字信号的传输。信道复用技术(multiplexing)技术可以具体分为三种类型：

7、频分复用、统计时分复用、频分复用(FDM)，在用户被分配到某个频带后，他们在通信过程中自始至终占据这个频带。频分复用的所有用户同时占用不同的带宽资源(请注意这里的“带宽”是频率带宽，而不是数据传输速率)。时分复用是将时间分成等长的时分复用帧。每个时分复用用户在每个时分复用帧中占用一个固定数目的时隙。每个用户占用的时隙周期性地出现(周期是时分复用帧的长度)。时分复用信号也称为同步信号。时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的带宽。统计时分复用(STDM)，也称为异步时分复用，使用STDM帧来传输复用数据，但是每个STDM帧中的时隙数量少于连接到集中器的用户数量。每个用户都可以随时将数据发送到集中

8、器的输入缓冲区。然后，集中器按顺序扫描输入缓冲区，将输入数据放入STDM帧，跳过没有数据的缓冲区，并在帧满时发送。因此，STDM帧不是固定分配时隙，而是根据需要动态分配时隙，因此可以提高线路的利用率。波分复用(波分复用，WDM)，人们可以利用载波电话频分复用的传统概念，用一根光纤实现多个频率非常接近的光载波信号的同时传输，这样光纤的传输容量可以翻倍。通常使用波长而不是频率来表示这里使用的光载波。目前，密集波分复用技术可以在一根光纤上复用80多个光载波信号。EDFA(掺铒光纤放大器)是一种掺铒光纤放大器。码分复用和码分复用也是一种信道共享方法。它的通用术语是码分多址。每个用户可以同时使用相同的频

9、带进行通信。因为每个用户使用特别选择的不同代码模式，所以他们不会互相干扰。该系统首次用于军事通信，其信号抗干扰能力强，频谱类似白噪声，不易被敌人发现。在码分多址系统中，每个比特时间被分成m个短时间间隔，称为码片。码分复用，每个站被分配一个唯一的m比特码片序列。如果发送位1，则发送它自己的m位码片序列。如果发送位0，则发送芯片序列的二进制补码。例如，站S的8位码片序列是00011011。当发送位1时，发送序列00011011，当发送位0时，发送序列11100100。s站的码片序列：(1 1 1 1 1 1 1 1)这里，码片中的0通常用1表示。码分复用码分复用码分多址的一个重要特征是：每个站分配

10、的码片序列不仅必须不同，而且必须相互正交。在实际系统中，使用伪随机码序列。码分复用(code division multiplexing，CDM)，码片序列的正交关系使得向量s代表站s的码片向量，并且使得t代表任何其他站的码片向量。两个不同站的码片序列是正交的，即向量S和T的归一化内积都是0:(2-3)。例如，码片序列的正交关系使得向量S (1 1 1 1 1 1 1 1)和向量T (111111)。将向量s和t的分数代入公式(2-3)表明这两个码片序列是正交的。码分复用，码片序列：正交关系的另一个重要特征。任何码片向量和码片向量本身的归一化内积是1。码片向量和码片逆码的向量的归一化内积值是1

11、。参见书p52，码分多址的工作原理，芯片序列Sx，T，1，1，0，T，T，T，T，T，m芯片Sx，T，T，T，数据符号位、发送器、接收器、数字传输系统、脉码调制系统(第p54册表23)。脉码调制系统最初设计用于在电话局之间的中继线上传输多部电话。由于历史原因，动力系统控制模块有两个不兼容的国际标准，即北美的24通道动力系统控制模块(简称T1)和欧洲的30通道动力系统控制模块(简称E1)。我国采用欧洲E1标准。E1的速率是2.048兆字节/秒，而T1的速率是1.544兆字节/秒.当需要更高的数据速率时，可以采用复用方法。SONET标准定义了四个光接口层，光子层处理通过光缆的比特传输。区段层在光缆上传输STS-N帧。线路层负责路径层的同步和多路复用。路径层处理路径终端单元之间的流量传输。SONET架构，光子层，路径层，线路层，光子层，路径层，线路层，线路层，光子层，线路层，段层，光子层，线路层，段层，段层，光子层，线路层，三种技术的比较：，(段)，(段)，(段)，xDSL/HFC/FTTX，xDSL技术是用数字技术来模拟现有的技术成本低，容易实现，但带宽和质量有很大的不同。HFC网络最大的优势是它的频带很宽，可以使用覆盖面相当大的有线电视网络。然而，将现有的450兆赫单向传输的有线电视网络改造成750兆赫双向传输的HFC