劉文龍計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)4

1、基帶(baseband)信號(hào)和調(diào)制信號(hào),基帶信號(hào)就是將數(shù)字信號(hào) 1 或 0 直接用兩種不同的電壓來(lái)表示，然后送到信道上去傳輸。 調(diào)制信號(hào)則是將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后送到信道中傳輸。（適用面）,幾種最基本的調(diào)制方法,調(diào)制就是進(jìn)行波形變換（頻譜變換）。 最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種： 調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。,對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基帶信號(hào),調(diào)幅,調(diào)頻,調(diào)相,一種正交調(diào)制 QAM,QAM (Quadrature Amplitud

2、e Modulation),r,(r, ),可供選擇的相位有 12 種， 而對(duì)于每一種相位有 1 或 2 種振幅可供選擇。,由于4 bit 編碼共有16 種不同的 組合，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè) 點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。,若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行 解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。,2.2.3 信道的最高碼元傳輸速率,任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)受到各種干擾的影響從而產(chǎn)生失真。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。,數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道,失真不嚴(yán)重 失真嚴(yán)重,實(shí)際的信道 （帶寬受限、有噪聲、干擾和失

3、真）,輸入信號(hào)波形,輸出信號(hào)波形 (失真不嚴(yán)重),奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則,理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W 碼元/s,W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz),不能通過(guò),能通過(guò),0,頻率(Hz),W (Hz),另一種形式的奈氏準(zhǔn)則,理想帶通特性信道的最高碼元傳輸速率 = W碼元/s,W 是理想帶通信道的帶寬，單位為赫(Hz),不能通過(guò),能通過(guò),0,頻率(Hz),W (Hz),不能通過(guò),要強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn),實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。 碼元和比特(bit)是兩個(gè)不同的概念。 信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“碼元/秒”在數(shù)量上卻有一定的

4、關(guān)系。 若 1 個(gè)碼元只攜帶 1 bit 的信息量，則“比特/秒”和“碼元/秒”在數(shù)值上相等。 若 1 個(gè)碼元攜帶 n bit 的信息量，則M 碼元/s傳輸速率所對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為 M n b/s。,碼元的舉例,有一個(gè)帶寬為3kHz的理想低通信號(hào)，其最高碼元傳輸速率為6000碼元/s。若一個(gè)碼元能攜帶3bit的信息，則最高信息傳輸速率為18000b/s。 一個(gè)碼元怎樣攜帶3bit的信息量？ 101011000110111010 我們將這個(gè)信號(hào)每3個(gè)比特編為一組，即101，011，000，110，111，010，000用0伏表示，001用1伏表示，就可以了。,2.2.4 信道的極限信息傳輸速率

5、,香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率。 信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）； S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率； N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。,香農(nóng)公式舉例,對(duì)于3.1KHz帶寬的標(biāo)準(zhǔn)電話信道，如果信噪比S/N=2500，那么由香農(nóng)公式得 C = 3100*log2(1+2500) b/s 約為 35kb/s 即不論采用何種先進(jìn)的編碼技術(shù)，要想無(wú)錯(cuò)傳輸，傳輸速率就不能高于35Kb/s。,香農(nóng)公式表明,信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極

6、限傳輸速率就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。 若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒(méi)有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒(méi)有上限。 實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。,奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式的聯(lián)合作用,設(shè)帶通信道的帶寬為2400Hz，則根據(jù)奈氏準(zhǔn)則，每秒只能傳2400個(gè)碼元。 如果信噪比S/N為127，則C=7*2400b/s。 信道為了達(dá)到最高傳輸速率，每碼元應(yīng)攜帶7bit。,奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的作用范圍,源系統(tǒng),傳輸系統(tǒng),目的系統(tǒng),傳輸 系統(tǒng),源點(diǎn),終點(diǎn),

7、發(fā)送器,接收器,輸入信息,輸出信息,2.3 物理層下面的傳輸媒體,無(wú)線電,微波,紅外線,可見(jiàn)光,紫外線,X射線,射線,雙絞線,同軸電纜,衛(wèi)星,地面微波,調(diào)幅 無(wú)線電,調(diào)頻 無(wú)線電,海事 無(wú)線電,光纖,電視,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移動(dòng) 無(wú)線電,電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜,2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體,雙絞線 屏蔽雙絞線 ST

8、P (Shielded Twisted Pair) 無(wú)屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) 現(xiàn)今市場(chǎng)上的雙絞線都是5類線。單位絞合次數(shù)更多，絞合度的設(shè)計(jì)更合理。 同軸電纜 50 同軸電纜（主要傳數(shù)字信號(hào)） 75 同軸電纜（主要用于傳輸模擬信號(hào)，是有線電視系統(tǒng)CATV中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜。） 光纜,各種電纜,銅線,銅線,聚氯乙烯 套層,聚氯乙烯 套層,屏蔽層,絕緣層,絕緣層,外導(dǎo)體屏蔽層,絕緣層,絕緣保護(hù)套層,內(nèi)導(dǎo)體,無(wú)屏蔽雙絞線 UTP,屏蔽雙絞線 STP,同軸電纜,光線在光纖中的折射,折射角,入射角,包層 （低折射率的媒體）,包層 （低折射率的媒體）,纖芯 （高

9、折射率的媒體）,包層,纖芯,光纖的工作原理,高折射率 (纖芯),低折射率 (包層),光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?多模光纖與單模光纖,多模光纖,曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編碼,不過(guò)，數(shù)字通信還有一個(gè)問(wèn)題。如果接收端不知道發(fā)送端的發(fā)送速率，就只有通過(guò)判斷發(fā)送的碼元寬度來(lái)確定發(fā)送速率。但是，通過(guò)基帶信號(hào)，我們不能判斷到底速率是w還是w的整數(shù)倍。 所以，經(jīng)常采用曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編碼。,曼徹斯特編碼及差分曼徹斯特編碼,曼徹斯特編碼：將每一個(gè)碼元再分為兩個(gè)相等的間隔。碼元1是在前一個(gè)間隔為高電平而后一個(gè)間隔為低電平。碼元0恰好相反。 差分曼徹斯特編碼：若碼元為1，則前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相同，若碼元為0，則前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相反。這樣提