數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第三章

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第三章第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日3.3有線信道3.4無(wú)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?.1信道概述

第3章信道第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日數(shù)據(jù)傳輸有哪些方式？何為信道？信道的種類﹖課前提問(wèn)第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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。第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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)備組成廣義信道狹義信道信道調(diào)制信道編碼信道有線信道無(wú)線信道恒參信道變參信道無(wú)記憶編碼信道有記憶編碼信道雙絞線同軸電纜光纖長(zhǎng)波信道短波信道微波信道…第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日調(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第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日有線傳輸介質(zhì)

(1)雙絞線

1）屏蔽雙絞線

2）非屏蔽雙絞線⑵．同軸電纜⑶．光纖第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日雙絞線分類類別帶寬適用傳輸速率一類語(yǔ)音傳輸二類1MHZ語(yǔ)音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸4Mbit/s三類16MHZ語(yǔ)音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸10Mbit/s四類20MHZ令牌環(huán)網(wǎng)16Mbit/s五類100MHZ語(yǔ)音傳輸和高速數(shù)據(jù)傳輸100-155Mbit/s超五類100MHZ千兆以太網(wǎng)100Mbit/s六類200-250MHZ局域網(wǎng)及FDDI1000Mbit/s七類大于500MHZ千兆以太網(wǎng)10Gbit/s第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

同軸電纜第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日光纖第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日光纖傳輸信號(hào)方式第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)線傳輸

⑴．微波通信:微波通信就是利用地面微波進(jìn)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(diǎn)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(zhǎng)約為750nm～10μm的紅外線傳送數(shù)據(jù)，有較強(qiáng)的方向性，受太陽(yáng)光的干擾大。紅外通信是一種廉價(jià)、近距離、無(wú)連線、低功耗和保密性較強(qiáng)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(lái)轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)的一種遠(yuǎn)距離的特殊微波通信方式。當(dāng)?shù)厍蛲叫l(wèi)星位于36000km高空時(shí)，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(shí)現(xiàn)全球的通信。

第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日電磁波譜第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

信道的數(shù)學(xué)模型特性：有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和一對(duì)（或多對(duì)）輸出端；信道是線性的，滿足疊加原理；信道有一定的遲延時(shí)間，有損耗；即使沒(méi)有信號(hào)輸入，輸出端仍有一定的功率輸出（噪聲）。3.2信道的傳輸特性第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（1）二對(duì)端網(wǎng)絡(luò)（2）多對(duì)端網(wǎng)絡(luò)

第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

表示已調(diào)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的變換，假定可以用表示。依賴于網(wǎng)絡(luò)的特性，對(duì)來(lái)說(shuō)是一種干擾（乘性干擾），表示加性干擾，上式可以表示為：對(duì)二對(duì)端的信號(hào)模型，輸入與輸出的關(guān)系：第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日恒參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懞銋⑿诺罋w納1．三種有線電信道（1）明線與電纜相比，它的優(yōu)點(diǎn)是傳輸損耗低。但它易受氣候和天氣的影響，并且對(duì)外界噪聲干擾較敏感（2）對(duì)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。第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（3）同軸電纜基帶同軸電纜的最大傳輸距離一般不超過(guò)幾公里，可用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的直接傳輸；而寬帶同軸電纜的最大傳輸距離可達(dá)幾十公里，用于傳輸高頻信號(hào)，采用頻分復(fù)用技術(shù)可以傳送多路信號(hào)。

第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2．光纖信道光纖線徑細(xì)、重量輕；由于不受外界電磁干擾和噪聲的影響，能在長(zhǎng)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。第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

光纖信道的特點(diǎn)通信容量大。傳輸距離遠(yuǎn)，損耗小。不導(dǎo)電適應(yīng)惡劣環(huán)境，節(jié)省資源。輕便，容易鋪設(shè)第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日3．無(wú)線電視距中繼無(wú)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(diǎn)

第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日再生中繼器第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日4．衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道具有通信距離遠(yuǎn)、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(jī)動(dòng)性好等突出的優(yōu)點(diǎn)。第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日全球衛(wèi)星通信第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

無(wú)線信號(hào)接收和發(fā)送設(shè)備第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

L:1.0-2.0GHZS:2.0-4.0GHZC:4.0-8.0GHZKu:12-18GHZK:18–27GHZKa:27-40GHZ微波通信的工作頻段第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日恒參信道特性及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?．幅度-頻率失真幅度—頻率失真是指已調(diào)信號(hào)中各頻率分量在通過(guò)信道時(shí)帶來(lái)不同的衰減（或增益），所造成的輸出信號(hào)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(lái)表示。所謂群遲延—頻率特性是指相位—頻率特性對(duì)頻率的導(dǎo)數(shù)。若相位—頻率特性用來(lái)表示，則群遲延—頻率特性為

dφ(ω)

τ(ω)=---------dω

第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日（（1）原信號(hào)（2）經(jīng)遲延時(shí)后的信號(hào)群遲延產(chǎn)生失真的例子第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日3.2.2隨參信道及其對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?．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(yīng)色散效應(yīng)第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

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第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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(hào)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信道容量第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日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(wú)干擾信道容量為無(wú)窮大；3．若增加信道帶寬B，則信道容量C也增加，但不能無(wú)限制的增加，即當(dāng)B→∞時(shí)，C→1.44S/n0；4．C一定時(shí)，B與S/N可進(jìn)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(shí)現(xiàn)無(wú)誤差（任意小的差錯(cuò)率）傳輸。若R>C，則不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)誤差傳輸。第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日例題3-1若信道帶寬為3000HZ，信號(hào)噪聲功率比為30dB,求信道容量。解因?yàn)?0lg（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第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日例題3-2

已知一首壓縮過(guò)的雙通道立體聲歌曲的信息量為9.36×106bit,歌曲長(zhǎng)度為5分鐘，通過(guò)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(yīng)為多少？(㏒2X

≈3.32lgX

)解歌曲的信息傳輸速率為

R=9.36×106

/(5×60)=3.12×104bit/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。

第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日例題3-4

已知某未經(jīng)壓縮的彩色電視圖像由480000個(gè)像素組成，每個(gè)像素的色彩和亮度使用32位二進(jìn)制數(shù)來(lái)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(hào)無(wú)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

480000×32=15360000=15.36×106bit

則該信源的信息速率為

R=15.36×106

×30≈4.6×108bit/s

所以所需的最小信道容量為

C=R≈4.6×108bit/s

信道帶寬B=C/㏒2(1+S/N)≈4.6×108/(3.32×4)=3.46×107Hz第三十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2.離散信道的信道容量根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，帶寬為B的信道所能傳輸?shù)男盘?hào)的最高碼元速率為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(hào)所能取得離散值的個(gè)數(shù)，即M進(jìn)制。