數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第三章.ppt

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1,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),通訊與信息學院蔡燕,,,,,,,,3.3有線信道,3.4無線信道,3.2信道的傳輸特性,,3.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)男诺廊萘?,3.1信道概述,第3章信道,數(shù)據(jù)傳輸有哪些方式？何為信道？信道的種類,﹖課前提問,3.1信道概述,本節(jié)內(nèi)容提要：,傳輸信道是任何通信系統(tǒng)中必不可少的組成部分，信道的傳輸性如何將直接影響系統(tǒng)的信能。本節(jié)將介紹通信信道的基本概念、各種傳輸介質(zhì)的特性、信道的分類等內(nèi)容。,3.1.2傳輸信道分類,1.狹義信道和廣義信道,狹義信道即傳輸媒介廣義信道由傳輸媒介和部分收發(fā)端的通信設(shè)備組成,,,,,,調(diào)制器,發(fā)轉(zhuǎn)換器,媒質(zhì),收轉(zhuǎn)換器,解調(diào)器,,,,,,,編碼器,譯碼器,,,調(diào)制信道,信源,信宿,編碼信道,廣義信道,信道模型,狹義信道,,,有線傳輸介質(zhì)(1)雙絞線1）屏蔽雙絞線2）非屏蔽雙絞線⑵．同軸電纜⑶．光纖,雙絞線分類,同軸電纜,光纖,光纖傳輸信號方式,,,無線傳輸⑴．微波通信:微波通信就是利用地面微波進行通信。微波是一種頻率很高的電磁波，其頻率范圍為300MHz～300GHz,微波通信主要使用的是2～40GHz的頻率范圍。微波的重要特點是在空間沿直線傳播，不能繞射，因而微波在地面的傳輸距離有限，一般為40～60km。⑵．紅外通信:紅外通信使用波長約為750nm～10μm的紅外線傳送數(shù)據(jù)，有較強的方向性，受太陽光的干擾大。紅外通信是一種廉價、近距離、無連線、低功耗和保密性較強的通信方案。⑶．衛(wèi)星通信:衛(wèi)星通信是利用地球同步衛(wèi)星作為中繼，來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號的一種遠距離的特殊微波通信方式。當?shù)厍蛲叫l(wèi)星位于36000km高空時，其發(fā)射角可以覆蓋地球上的1/3的區(qū)域。只要在赤道上空的同步軌道上等距離地放置三顆間隔120o衛(wèi)星，就能實現(xiàn)全球的通信。,,,電磁波譜,,信道的數(shù)學模型特性：有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）輸出端；信道是線性的，滿足疊加原理；信道有一定的遲延時間，有損耗；即使沒有信號輸入，輸出端仍有一定的功率輸出（噪聲）。,3.2信道的傳輸特性,（1）二對端網(wǎng)絡（2）多對端網(wǎng)絡,表示已調(diào)信號通過網(wǎng)絡所發(fā)生的變換，假定可以用表示。依賴于網(wǎng)絡的特性，對來說是一種干擾（乘性干擾），表示加性干擾，上式可以表示為：,對二對端的信號模型，輸入與輸出的關(guān)系：,3.2.1恒參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊?恒參信道歸納1．三種有線電信道（1）明線與電纜相比，它的優(yōu)點是傳輸損耗低。但它易受氣候和天氣的影響，并且對外界噪聲干擾較敏感（2）對稱電纜電纜的傳輸損耗比明線大得多，但其傳輸特性比較穩(wěn)定。,（3）同軸電纜基帶同軸電纜的最大傳輸距離一般不超過幾公里，可用于數(shù)字數(shù)據(jù)信號的直接傳輸；而寬帶同軸電纜的最大傳輸距離可達幾十公里，用于傳輸高頻信號，采用頻分復用技術(shù)可以傳送多路信號。,2．光纖信道光纖線徑細、重量輕；由于不受外界電磁干擾和噪聲的影響，能在長距離、高速率傳輸中保持低誤碼率；可彎曲半徑小、不怕腐蝕、安全保密性好、節(jié)省有色金屬。,光纖信道的特點,通信容量大。傳輸距離遠，損耗小。不導電適應惡劣環(huán)境，節(jié)省資源。輕便，容易鋪設(shè),3．無線電視距中繼無線電中繼信道具有傳輸容量大、發(fā)射功率小、通信穩(wěn)定可靠，以及和同軸電纜相比，可以節(jié)省有色金屬等優(yōu)點,再生中繼器,4．衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道具有通信距離遠、覆蓋面積大、傳播穩(wěn)定可靠、傳輸容量大、通信線電路靈活、機動性好等突出的優(yōu)點。,全球衛(wèi)星通信,無線信號接收和發(fā)送設(shè)備,L:1.0-2.0GHZS:2.0-4.0GHZC:4.0-8.0GHZX:8.0-12.4GHZKu:12-18GHZK:18–27GHZKa:27-40GHZ,微波通信的工作頻段,恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?．幅度-頻率失真幅度—頻率失真是指已調(diào)信號中各頻率分量在通過信道時帶來不同的衰減（或增益），所造成的輸出信號的失真（畸變）。2．相位-頻率失真信道的相位—頻率特性常用群遲延—頻率特性來表示。所謂群遲延—頻率特性是指相位—頻率特性對頻率的導數(shù)。若相位—頻率特性用來表示，則群遲延—頻率特性為dφ(ω)τ(ω)=---------dω,,（,（1）原信號（2）經(jīng)遲延時后的信號群遲延產(chǎn)生失真的例子,3.2.2隨參信道及其對信號傳輸?shù)挠绊?1．衰落吸收型衰落（天氣）陰影衰落（遮擋）干涉型衰落（多路徑傳輸）,2．延遲畸變多徑傳輸效應色散效應,噪聲噪聲的概念噪聲的種類（1）環(huán)境噪聲內(nèi)部噪聲（起伏噪聲）自然噪聲人為噪聲熱噪聲散彈噪聲電源噪聲噪聲的描述,1.連續(xù)信道的信道容量在連續(xù)信道中，假設(shè)信道的帶寬為B(Hz)，信道輸出的信號平均功率為S(W)及輸出加性高斯白噪聲平均功率為N(W)，該信道的信道容量為C=Blog2(1+S/N)(bit/s)由于噪聲功率N與信道帶寬B有關(guān)，故若噪聲單邊功率頻譜密度為n0，噪聲功率N等于n0B，則C=Blog2(1+S/n0B)(bit/s),,3.3信道容量,1．若提高信噪比S/N，則信道容量C也提高；2．若n0→0，則C→∞，這意味著無干擾信道容量為無窮大；3．若增加信道帶寬B，則信道容量C也增加，但不能無限制的增加，即當B→∞時，C→1.44S/n0；4．C一定時，B與S/N可進行互換；5．若信源的信息速率R小于或等于信道容量C，則理論上可實現(xiàn)無誤差（任意小的差錯率）傳輸。若R>C，則不可能實現(xiàn)無誤差傳輸。,例題3-1,若信道帶寬為3000HZ，信號噪聲功率比為30dB,求信道容量。解因為10lg（S/N）=30dB,所以S/N=1000，則該信道容量為：C=B㏒2(1+S/N)=3000㏒2(1+1000)≈30kbit/s,例題3-2,已知一首壓縮過的雙通道立體聲歌曲的信息量為9.36106bit,歌曲長度為5分鐘，通過電話信道播放，已知電話信道帶寬B=3kHz,要使接收端能聽到清晰的歌曲，則信道的信噪比S/N應為多少？(㏒2X≈3.32lgX)解歌曲的信息傳輸速率為R=9.36106/(560)=3.12104bit/s則信道的容量C至少要等于R，即S/N=2C/B-1≈1000即要求的信噪比大約為30dB。,例題3-4,已知某未經(jīng)壓縮的彩色電視圖像由480000個像素組成，每個像素的色彩和亮度使用32位二進制數(shù)來描述。如果彩色電視播放的幀率（每秒鐘播放的畫面數(shù)目，單位是幀/S）30幀/S。那么該信號無失真?zhèn)鬏數(shù)男诺廊萘渴嵌嗌?？若干信道的信噪比?0dB,那么傳送該彩色電視圖像需要的信道帶寬是多少？解每幅圖像的信息量是48000032=15360000=15.36106bit則該信源的信息速率為R=15.3610630≈4.6108bit/s所以所需的最小信道容量為C=R≈4.6108bit/s信道帶寬B=C/㏒2(1+S/N)≈4.6108/(3.324)=3.46107Hz,2.離散信道的信道容量根據(jù)奈奎斯特準則，帶寬為B的信道所能傳輸?shù)男盘柕淖罡叽a元速率為2BBaud。因此離散信道的信道容量C可表示為C=2B㏒2Mbit/s其中，M為碼元符號所能取得離散值的個數(shù)，即M進制。,例題3-4,設(shè)離散信道的帶寬為3000HZ，采用八進制傳輸，計算無噪聲時該離散信道的信道容量。解C=2B㏒2M=23000㏒28≈18000bit/s,已知某信源發(fā)送10Mbit的信息，設(shè)信道帶寬為8kHz,信噪比為20dB,問傳送這一信息需要多長時間？課后作業(yè)P574、10,﹖練習,