第3章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

1、 11 )2cos()2sin( 2 1 )( n n n n nftbnftactg T n dtnfttg T a 0 )2sin()( 2 T dttg T 0 )( 2 c T n dtnfttg T b 0 )2cos()( 2 計(jì)算機(jī) 信號變 換器 計(jì)算機(jī) 信號變 換器 信道 差錯(cuò)控制 電話系統(tǒng) 調(diào)制解調(diào)器 MODEM 編碼解碼器 CODEC 數(shù)字 編碼解碼器 圖 3 7 位同步機(jī)制 圖 3 9 異步制字符同步 圖 3 10 同步制字符同步 AB ABCD 開關(guān) 發(fā) 送 器 發(fā) 送 器 接 收 器 數(shù)據(jù) 信道 監(jiān)視信號 數(shù)據(jù) 監(jiān)視信號 信道 發(fā) 送 器 接 收 器 (a) 單工通信

2、 (b) 半雙工通信 發(fā) 送 器 接 收 器 監(jiān)視信號 發(fā) 送 器 接 收 器 監(jiān)視信號 (c) 全雙工通信 接 收 器 開關(guān) 數(shù)據(jù) 信道 數(shù)據(jù) 信道 內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體 芯線芯線 絕緣絕緣 箔屏蔽箔屏蔽 銅屏蔽銅屏蔽 外套外套 UTP：3類、5類、6類 （16M、155M、200M） 雙絞線外沒有任何附 加屏蔽 光纖的直徑減小 到一個(gè)光波波長 多束光線以不同的反射角傳播多束光線以不同的反射角傳播 單束光線沿直線傳播單束光線沿直線傳播 描述以下無線通信的基本原理： 電磁頻譜 無線電傳輸 微波傳輸 紅外線和毫米波 光波傳輸 衛(wèi)星通信 無線電無線電無線電無線電 固定終端點(diǎn)（基站）和 終端之間是無線鏈路

3、BS 基站基站 用戶計(jì)算機(jī)和終端用戶計(jì)算機(jī)和終端 BS 基站覆蓋的無線電區(qū)域基站覆蓋的無線電區(qū)域 F F2 2 F F3 3 F F1 1 F F2 2 F F3 3F F1 1 F F2 2 F F3 3 F F1 1 F F2 2 F F2 2 F F3 3 F F1 1 F1, F2, F3= 使用的頻率 地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星 與地面站相對固定位置 使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球 傳輸延遲時(shí)間長 22,30022,300 公里公里公里公里 地球地球地球地球 早在1924年，尼奎斯特就認(rèn)識到這一根本 性限制，并推導(dǎo)出一個(gè)有限帶寬無噪聲信 道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率的表達(dá)式； 尼

4、奎斯特證明：如果一個(gè)任意信號通過帶 寬為H的低通濾波器，那么每秒采樣2H就 能完整地重現(xiàn)通過這個(gè)濾波器的信號。 1948年，香農(nóng)進(jìn)一步把尼奎斯特的結(jié)論擴(kuò) 展到隨機(jī)（動(dòng)態(tài)）噪聲影響的信道。 C = 2H log2 V C = 最大數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/s或bps H = 帶寬，單位Hz V = 信號電平級數(shù) 例如： 話音級線路(3000 Hz) 的信道容量計(jì)算，如右 圖所示。 Nyquist公式為估算已知帶寬無噪聲信道的最高速率提供了依據(jù)公式為估算已知帶寬無噪聲信道的最高速率提供了依據(jù)。 C = H log2 (1+ S/N) S/NdB = 10 log10 S/N 例例：信道帶寬：信道帶寬W=

5、3KHz，信噪比為，信噪比為30dB（S/N=1000），）， 則則C=3000*log2(1+1000) 30Kbps C = 傳輸率，單位傳輸率，單位b/s H = 帶寬，單位帶寬，單位Hz 10 10 dB NS N S 即：即： S = 信號功率信號功率 N = 噪聲功率噪聲功率 Nyquist公式和公式和Shannel公式的比較公式的比較 C = 2H log2V 此公式說明數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號編碼級數(shù)增加而 增加。 C = H log2(1+S/N) 無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式 給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。即噪聲的存在 將使編碼級數(shù)不可能無限增加。 001101

6、NRZ 曼徹斯特 差分曼徹斯特 逢“1”變化NRZ 逢“0”變化NRZ 圖 3 19 三種調(diào)制方法的調(diào)制波形 PCMPCM轉(zhuǎn)換過程舉例轉(zhuǎn)換過程舉例轉(zhuǎn)換過程舉例轉(zhuǎn)換過程舉例 3.23.2 3.93.9 2.82.8 3.43.4 1.21.2 4.24.2 3 3 4 4 3 3 3 3 1 1 4 4 011011100100011011011011001001100100 原始信號原始信號 PAMPAM脈沖脈沖 PCM PCM 脈沖脈沖 （有量化誤差）（有量化誤差） 011100011011001100011100011011001100PCM PCM 輸出輸出輸出輸出 PCM PCM 轉(zhuǎn)換

7、波形圖轉(zhuǎn)換波形圖轉(zhuǎn)換波形圖轉(zhuǎn)換波形圖 B A C D A AA A B BB B C CC C D DD D 模擬話音模擬話音模擬話音模擬話音 采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘采樣時(shí)鐘 PAM PAM 信號信號信號信號PCM PCM 信號信號信號信號 采樣電路采樣電路 采樣電路采樣電路 量化和編碼量化和編碼 量化和編碼量化和編碼 數(shù)字化聲音數(shù)字化聲音數(shù)字化聲音數(shù)字化聲音 D/A A/D 2/44/2 A/D A 交換機(jī)1 A/D B 交換機(jī)2 D/A D/A V.34 Modem V.34 Modem 數(shù)字信號 數(shù)字信號 模擬信號 模擬信號 D/A A/D 2/4 A/D A 交換機(jī)1 56kb/s Modem 數(shù)字信號 數(shù)字信號 模擬信號 56kb/s Modem （a）用戶到用戶的通信 （b）用戶到ISP的通信 ISP DEMUX 復(fù)用器復(fù)用器解復(fù)用器解復(fù)用器 共享信道 MUX F2 F1 F3 光譜光譜 F1F2F3 共享光纖的光譜共享光纖的光譜 光纖光纖2 光纖光纖3 光纖光纖1 共享光纖共享光纖 棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵 原理：整個(gè)波長頻帶被劃分為若干個(gè)