第二章数据通信基理础知识•回返数据通信•束原结
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
• 奈奎斯特研究了理想信道(无噪声、无码间干扰)时带宽与速率的 关系，并得到以下结论：
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.3 信道噪声 •3. 高斯白噪声
• 可以从以下两方面对高斯白噪声下定义 ： 其任意维概率密度函数都服从高斯分布(即正态分布)——高斯噪声 在整个频域具有均匀分布的功率谱密度——白噪声
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•2.2.4 信道容量
•1.奈奎斯特信道容量公式
其对应的误码率公式为:
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•2.2.2 传输介质 •1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在一起形成。
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时还增强了机械和电气稳定性
分类
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•2.2.2 传输介质 •2. 同轴电缆
•调制信道 •编码信道 •有线信道
•无线信道
•恒参信道 •变参信道 •无记忆编码信道 •有记忆编码信道
•双绞线 •同轴电缆
•光纤 •长波信道 •短波信道 •微波信道
•…
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•2.2.1 传输信道分类 •2. 调制信道和编码信道
调制信道：从调制器出发到解调器为至的所有通信设备和传输媒介 编码信道：从编码器出发到译码器为至的所有通信设备和传输媒介
第二章数据通信基础知 识--数据通信原理
2020/12/10
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•内容简介
• 数据可靠传输将涉及很多内容和具体技术，本章将介绍信号 带宽的概念、调制解调的基本概念、传输信道的性质、信道复用 技术、数据编码标准、语言编码及IP电话原理，数据压缩编码以 及数据通信系统的同步技术等内容 。
•
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.1.2 信号的带宽
•(2) 百分比带宽 • 百分比带宽由下式来定义：
•
• 其中 fr 称为百分比带宽， 可以取96%、98%、99%等值，其含义 是，在该带宽范围内信号的功率占总功率
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•2.1.2 信号的带宽
•(3) 矩形等效带宽 • 对于具有在零点或中心频率处取最大值频谱结构的信号，如下图 所示，可以定义矩形等效带宽BC 。
典型的变参信道如电离层反射信道、对流层散射信道以及移动通信 信道等。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.1 传输信道分类
•4. 无记忆编码信道和有记忆编码信道
无记忆信道是指传输过程中错误码元相互统计独立的信道 有记忆信道是指错误码元之间具有某种统计相关性的信道 实例分析：二进制无记忆信道模型如下图所示
光纤可以由超纯硅、合成玻璃甚至塑料制造，其结构如下图示：
光纤有单模光纤和多模光纤两类，前者具有较宽的频带，传输损耗 小，后者频带较窄、传输衰减也比较大。
光传输系统
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•2.2.2 传输介质
•4. 无线信道
长波信道：30Hz~300KHz，用带宽小，天线尺寸大，常用于电报、 电话、水下通信、海上导航等领域
第二章数据通信基理础知识•回返数据通信•束原结
•学习目录
•2.1 信号与调制解调 •2.2 传输信道 •2.3 多路复用 •2.4 数据编码 •2.5 数据通信的同步
第二章数据通信基理础知识•回返数据通信•束原结
•2.1 信号与调制解调
•本节内容提要：
•信号分类： 模拟信号与数字信号 基带信号与频带信号 周期信号与非周期信号 确知信号与随机信号 能量信号与功率信号
•5. 调制解调的功能
实现无线发射
实现频分复用 选择合适的调制解调方式可以提高传输的有效性 选择合适的调制解调方式可以提高传输的可靠性
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•2.2 传输信道
•本节内容提要：
传输信道是任何通信系统中必不可少的组成部分，信道的传输 性如何将直接影响系统的信能。
本节将介绍通信信道的基本概念、各种传输介质的特性、信道噪 声、信道容量以及话音信道传输数据信号时的要求与性能等内容。
中波信道：0.3~3MHz，用于广播，业余无线电以及海上无线电通信 等领域，其中500~1500KHz是标准民用调幅广播
短波信道：3~30MHz，信道干扰大，但其投资少，建设快，常用于 军用通信和国际定点通信等
超短波信道：30MHz~3GHz，天线尺寸小，可用于移动通信，雷达， 航天航空，卫星通信等
•2.1.3 调制解调的基本概念 •2. 调制器模型
x(t) 调制信号，即数据终端产•生的基带信号 C(t)是载波，AC是载波幅度，fC是载波频率简称载频,θ0是载波的初始相位。 s(t)是已调信号，即调制后的频带信号，其中包含了x(t)的全部信息，信道中
传输的就是该信号。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.1 传输信道分类
•3. 恒参信道和变参信道
恒参信道是指在信号传输过程中，信道传输特性对信号的影响是确 定的或者是变化极其缓慢的，可将其视为一个非时变的线性网络。
典型的恒参信道如如双绞线、同轴电缆、光纤等有线信道以及微波 信道、卫星信道等。
变参信道：其传输特性随时间变化而变化，一般将其等效成时变线 性网络或者时变非线性网络来分析。
同轴电缆由内导体，绝缘层外导体和塑料保护外套组成，如下图示：
内外导体组成一组线对，外导体同时起到屏蔽外界电磁干扰的作用 分类
基带同轴电缆：阻抗为50欧姆，用于局域网数据传输10Base-2等 宽带同轴电缆：阻抗为75欧姆，CATV网以及PSTN局间传输
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•2.2.2 传输介质 •3.光纤
非相干解调器通常存在门限效应，故小信噪比输入时并不适用。
所谓门限效应是指当解调器输入信噪比下降到一定程度时，输出信 噪比急剧恶化的现象。
输出信噪比是输出信号与输出噪声平均功率之比，是衡量通信可靠 性的一个指标，与误码率有直接关系。
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•2.1.3 调制解调的基本概念
•对应的时域信号为：
•对应的频域信号为：
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
信号无失真传输的条件
•即系统的幅频特性和相频特性满足下式，就可以实现信号无失真传输
•定义群时延特性为 •所以信号无失真传输时，群时延特性需满足
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.5 话音信道传输数据信号
幅度调制：调制信号控制载波幅度变化，例如AM、ASK等 频率调制：调制信号控制载波瞬时频率变化，例如FM、FSK等 相位调制：调制信号控制载波瞬时相位变化，例如PM、PSK等。
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•2.1.3 调制解调的基本概念 •4. 解调分类
相干解调：通过本地相干载波进行相干运算，从已调信号的相位变 化中恢复原始信号的方法。其模型如下图所示：
2.2.1 传输信道分类 2.2.2 传输介质 2.2.3 信道噪声 2.2.4 信道容量 2.2.5 话音信道传输数据信号
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•2.2.1 传输信道分类
•1. 狭义信道和广义信道
狭义信道即传输媒介 广义信道由传输媒介和部分收发端的通信设备组成
•广义 •信道
•信
•道 •狭义 •信道
码元随机出现，彼此无相关性。
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•2.2.3 信道噪声 •2. 脉冲噪声
脉冲噪声在时域表现为无规则突发的短促噪声，从频域来看，脉冲 噪声通常有较宽的频带，但频率越高，频谱强度越小。
脉冲噪声特点在于突发性、幅度大、持续时间短，且相邻脉冲之间有 较长的寂静区，脉冲噪声是记忆信道中噪声的主要表现形式。 脉冲噪声对数据通信的影响是产生的突发错误，错误码元比较集中， 且相互之间具有某种相关性
•
•其含义为：
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•2.1.2 信号的带宽
•(4) 3dB带宽 • 3dB带宽又称半功率带宽，如下图所示：
•
•信号频谱在 f0 处取最大值， •且
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•2.1.3 调制解调的基本概念
•1. 调制解调定义
时域定义： 调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，
•2.1.3 调制解调的基本概念
•3. 调制分类
按照调制信号x(t)的类型 模拟调制：x(t)是模拟基带信号，例如AM、FM等 数字调制：x(t)是数字基带信号，例如FSK、PSK等
按照载波类型
连续载波调制：载波是连续波形信号，例如正弦高频信号 脉冲载波调制：载波是脉冲序列，常用的是矩形脉冲序列
按照调制器功能
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.5 话音信道传输数据信号 •1. 线性系统分析