数据通信_第二章 数据通信技术基础.ppt

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1、第二章数据通信技术基础传输信道数据编码技术数据压缩技术差错控制多路复用技术数字复接技术传输信道信道的概念：指以传输介质为基础的信号通路广义信道：包含传输媒体和完成各种形式的信号变换功能的设备。如：调制信道、编码信道。狭义信道：仅指传输媒体本身，能够传输信号的任何抽象的或具体的通路，如：电话线、同轴电缆、光纤、微波、短波等。信道分类按传输的信号类型分：模拟信道和数字信道信道都是以模拟形式表现出来的，差别在于是否以离散的方式使用。按信道使用方式分：专用信道（两点或多点间的线路是固定不变的，例如租用的光纤链路）和公用信道（通过公用交换网络，如

2、公用电话网、数字数据网）按传输媒质分：有线信道和无线信道根据传输序列出错关系分：记忆信道（每个码元发生错误是与其前后码元之间有一定关系的，例如线路存在容性，高电平充电低电平无法快速回落）和无记忆信道（没关系），理想的数字信道是无记忆信道。记忆信道产生的原因★由于线路的容性，放电不及时导致数据接收错误InOut数字信道的深入分析（1）当奇次谐波更丰富时，合成的波形将更逼近方波。数字信道的深入分析（2）典型的数字信道★典型数字信道：平稳、无记忆、对称、离散，可为二进制或多进制。平稳：对任何码元来说，正确或错误传输的概率与发生时间无关；无记忆

3、：接收到的第i个码元仅与发送的第i个码元有关，与前面的其他码元无关；对称：指任一个码元正确传输和错误传输的概率与这个码元是哪一种无关。信道容量信道容量是指通信系统最大的信息传输速率。我们在设计一个通信系统时，通常信道的带宽一定，要考虑信道的容量可以通过理论计算出极限值；或者要求信道容量，要计算需要的信道带宽。主要是通过奈奎斯特和香农两个定理来计算数字信道的信道容量★1924年，奈奎斯特（H.Nyquist）推导出无噪声、对称无记忆的有限带宽数字信道的最高传输率公式（奈奎斯特准则）：C=2Blog2L(bit/s)B为信道带宽，L为数据使

4、用的进制数；奈奎斯特准则是理想的最大值，实际系统无法超越。例题普通电话线路带宽约3kHz，请计算其传输二进制码元速率极限值C=2*B=2*3k=6K(Baud或者bps)；若码元采用16QAM调制，计算其最大信息传输速率C=2*3k*log216=24K(bps)模拟信道的信道容量★1948年，香农（C.Shannon）把尼奎斯特的工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情况。热噪声出现的大小用信噪比S/N（信号功率S与噪声功率N之比）来衡量。通常使用dB作为单位：10lg(S/N)在加性高斯白噪声信道中，传输功率受限的信号，信道极限传输

5、速率（信道容量）C为：C=Blog2(1+S/N)其中B为信道频带宽度，S/N是平均信号噪声功率比（信噪比）增加信号功率，降低噪声可以提高信道容量。此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；与信号电平级数、采样速度无关；此式仅是上限，难以达到。该公式说明在给定的频带宽度和信噪比条件下，高斯白噪声信道的最大无差错传输能力是一定的，否则就不可能是误差错传输,并不是单纯通过增加单符号信息量能够无限增加的,只是逼近理想的最大值。模拟信道的信道容量计算★例题1：已知数据传输信道，信噪比为30dB，带宽为3kHz，求信道的最大数据传输速率。∵10lg(

6、S/N)=30 ∴S/N=1030/10=1000∴C=3klog2(1+1000)≈30kbps例题2：对于带宽为3KHz的信道，若有8种不同的物理状态来表示数据（例如8QPSK调制方式），信噪比为20dB，问：结合Nyquist定理和Shannon定理计算最大限制的数据速率是多少？∵10lg(S/N)=20 ∴S/N=1020/10=100∴C=3klog2(1+100)=3K*(lg101)/(lg2)≈20kbps根据Nyquist准则：C=2Blog2L=2*3k*3=18kbps所计算结果小于Shannon定理最大限制的数据

7、速率20k，因此最大速率18K有线传输介质–双绞线双绞线TP（TwistedPair）是目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质。它是由两条相互绝缘的铜导线组成。其中导线的典型直径为1mm（在0.4mm至1.4mm之间）。这两条线扭绞在一起，可以减少对邻近线对的电气干扰，因为两条平行的金属线可以构成一个简单的天线，而双绞线则不会。由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆。双绞线对可以并排放在保护套中。目前双绞线电缆广泛应用于电话系统。几乎所有的电话机都是通过双绞线接到电话局的。在双绞线中传输的信号在几公里的范围内不需放大，但传输距离比较

8、远时就必须使用放大器。双绞线既可以传输模拟信号，又能传输数字信号。用双绞线传输数字信号时，其数据传输率与电缆的长度有关。距离短时，数据传输率可以高一些。在几公里的范围内，双绞线的数据传输率可达10Mbps，