【5A版】计算机网络教程(高传善)第二章.ppt

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1、第二章物理层数据通信的基础理论传输技术物理传输媒体物理层接口标准举例§2.1数据通信的基础理论通信系统模型带宽与傅里叶分析信道的最大数据速率2.1.1通信系统模型信源噪声信道反变换器信宿变换器Modem(Modulator和Demodulator)调制解调器Codec(Coder和Decoder)编码解码器源系统目的系统传输系统2.1.1通信系统模型(续)单工(simplex)通信一端只发送，而另一端只接收。双工(duplex)通信此时信源与信宿合为一体，变换器与反变换器也合为一体。又分全双工(fullduplex)和半双工(halfd

2、uplex)2.1.1通信系统模型(续)模拟信号例电话线（信道）上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波就是一种连续变化的电信号。数字信号计算机产生的电信号则是电脉冲序列串，每一瞬间的电压取值只可能是离散的有限个，比如说是+3v或0v两种不同的值。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把信道分为两类：模拟信道和数字信道2.1.2带宽与傅立叶分析将数字信号不经调制直接放到模拟信道上进行传输，会引起信号的失真（distortion，又译为畸变）任何实际的模拟信道所能传输的信号的频率都有一定的范围，称之为该信道通频带的宽度或称为带宽

3、（bandwidth）。注意：这一术语也可以用来表示容量，这时单位是比特每秒。2.1.2带宽与傅立叶分析(续)信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设备与电路的频率特性综合决定的。一个低通信道，若对于从0到某个截止频率fc的信号通过时振幅不会衰减或衰减很小，而超过此截止频率的信号通过时就会大大衰减，则此信道的带宽为fcHz。2.1.2带宽与傅立叶分析(续)有失真，但可识别失真大，无法识别实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形2.1.2带宽与傅立叶分

4、析(续)傅立叶分析基波频率f=1/T2.1.2带宽与傅立叶分析(续)以传输ASCII字符“b”为例,被传输的位模式是“01100010”,则g(t)可表示为:2.1.2带宽与傅立叶分析(续)An(振幅)的平方与对应频率处传输的能量成正比。2.1.2带宽与傅立叶分析(续)信道带宽和数字信号失真的关系信道的带宽越宽，则它传输数字信号时失真越小。反之，若信道的带宽是固定的，则用它来直接传输数字信号的数据速率越高则失真越大。2.1.3信道的最大数据速率1.奈奎斯特定理1924年奈奎斯(H.Nyquist)特推导出一个有限带宽无噪声信道的最大数据

5、传输速率公式：C=2Hlog2L(b/s)其中：H-信道带宽，L-该信号包含的状态数C-最大数据传输速率给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。2.1.3信道的最大数据速率(续)C=2Hlog2L=2*6kHz*log24=24kb/s例：如果一个理想低通信道带宽为6kHz，并通过4个电平的数字信号，则在无噪声的情况下，信道的容量为：2.1.3信道的最大数据速率(续)2.香农定理1948年香农(C.Shannon)进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况，给出了香农公式：C=Hlog2(1+S/N)

6、(b/s)其中：H-信道带宽，C-最大数据传输速率S/N——信号功率和噪声功率的比值由于S/N比较大，故用10lg(S/N)分贝(dB)来计量2.1.3信道的最大数据速率(续)C=4000*log2(1+1030/10)=4k*log21001≈40kb/s例：信噪比为30dB，带宽为4000Hz的随机噪声信道的最大数据传输速率为：2.1.3信道的最大数据速率(续)波特率(又称调制速率或码元速率)是单位时间内调制信号波形的变换次数。B=1/T单位是波特(Baud)比特率(又称数据传输速率或信道容量)是指单位时间传送的比特数，表示单位时间

7、内通过信道的信息量。单位是比特/秒(b/s或bps)如果一个信号有L个状态，每个波形持续时间为T(s)，比特率C为：3.波特率和比特率§2.2传输技术模拟传输与数字传输数字调制技术脉码调制技术多路复用技术数字信号编码技术2.2.1模拟传输与数字传输模拟传输是一种不考虑其内容的模拟信号传输方式。在传输过程中，信号由于噪声的干扰和能量的损失总会发生畸变和衰减。放大器多级放大器数字传输则不一样，关心的是信号的内容0和1变化模式的数据就可以采用。方波脉冲式的数字信号会衰减,也会更容易发生畸变转发器(repeater)：再生器(regenerat

8、or)2.2.1模拟传输与数字传输(续)在长距离通信中，数字传输技术逐步取代模拟传输技术已是一种必然的趋势。但是，在如局域网这种近距离的通信中，由于衰减和畸变不太严重，甚至于不必经过放大器中继，模拟传输技术