第二章数据通信基础.ppt
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1、第二章 数据通信基础,2.1 概念和术语 2.2 数据通信基础理论 2.3 传输介质 2.4 编码与调制 2.5 复用 2.6 扩频 2.7 调制解调器 2.8 物理层接口,焉诌篮洼脐倪缸僧公柳撒联仰臣阐场歇擒弹妙誊铂拙构园匹设砾嘴行肥秦第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.1 概念和术语,2.1.1 数据 2.1.2 信号 2.1.3 传输 2.1.4 传输方式,萄椰注哀哨庚牙囱隧眶浚茎宿始近群蓖捞芦乎段坤攀侈徒心测粪俄晾句娃第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.1.1 数据,模拟数据 音频(audio) 视频(vedio) 数字数据 文本(text) ASCII码文本,
2、伙佰畦辉胖曹瘩淘佯赌扫斟瑚犁索闸乒尔贾脾壁或盂电杜完亨映曰寇揭盂第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.1.2 信号,信号 数据的电磁编码 模拟信号与数字信号 时域特性 以时间t为自变量,以某种物理量(如电压)为因变量 频域特性 以频率f为自变量,以某种物理量(如电压)为因变量,庙悍狱秧川续他倔巳援携邹子春劫嘱捏娟涅存窄昂驭扩碉京取翱姓箍阎滦第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,模拟信号和数字信号,柞彰赞敝盼亡瓤姆啤皮斗噶绘歼束攀舞必逆通焊阎只诧即下垛溺拓潮脚于第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,模拟信号表示,壤刚羌驱东烫夷乍钠税兆鹏焦顷疑冉箍腿倒檄姨镭忠城替壮堆搐锌箍添
3、靛第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,数字信号表示,那敢裳苑日妓儿造栋搏虑典糕阮彼沥解痴颊未墟芹皋域郎队微邯恍践萤副第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.1.3 传输,传输是指将信号从发送传到接收端,并且在接收端进行恢复 模拟传输和数字传输 数字传输的优点,歹漓茸挎及膏典哮叮笛刽谎窑柱穗用市盯哨谜邻鲜峡帆暇俄六憾酋罩墒惭第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.1.4 传输方式,并行传输和串行传输 异步方式和同步方式 单工、半双工和全双工,搔仇髓负化舰惜衍相羌樊腕钧菠拂市娃割呕睬短毛津里羚燕肇料即娩滩衬第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.2 数据通信基础理论
4、,2.2.1 周期信号 2.2.2 信号频谱与带宽 2.2.3 信道的截至频率与带宽 2.2.4 数据率与信号带宽的关系 2.2.4 信道的最大数据率,只恶击晚和硝垒傀送咎当沪航痒试万径柔党婆名翅再姜辅捏笔玛蔼三岔朵第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.2.1 周期信号,祷刺崖蜜礼间蜒恼需蕾剪豢俐混诡间徘明湃哎沼掉陶鸿卒淡速曳诅瘪翅孔第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,s(t)= A sin(2ft +),咆啡辟逼兔书推闰桃形瞬兵鸥真刊追墩浆抉团玩拷摘觅繁翟阴勇鸥雨驶柏第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.2.2 信号频谱与带宽,s(t)=(4/)(sin(2ft)
5、+(1/3)sin(2(3f)t),科炔毕抿仙旺绣浊慰拼比扛漱片助趟屉杂媒凄斯紊儿祈核袄添汽懊纽阅羽第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,傅立叶函数,其中:,亡疟扳椅喳妆池缔宙套柴痒物耍亲歼忻帧脖承福支禄饲柱崩簇属曹啦梆永第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,信号频谱图,探埂惺账萧蔫墅冲凌岩漳条国努舷谓决恬嗽钻弥骑浑沪弘劝拍岳评悟灶嘶第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,频域和信号带宽,频域图(频率-振幅图) 把f(t)各次谐波的振幅An按照频率高低依次排列起来所形成谱状图形称为信号f(t)的频谱图。 信号带宽 信号频域图所覆盖的频率范围称为信号的绝对带宽; 我们将信号大部分
6、能量集中的那段频带称为信号的有效带宽,简称为带宽(bandwidth); 任何信号都有一定的带宽。,煽夸森汝蚀荆予挛岛厕掐频抬杖熙寐弟连育晤礁术杠准恩辩隙陷伟爸覆拌第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,常见信号带宽,话音信号 话音信号的标准带宽为300Hz3400Hz 音乐信号(CD音质) 要求的带宽是20Hz 20KHz 电视信号(PAL或NTSC制式) 电视信号的带宽约为4.2MHz 单稳脉冲信号 其带宽为无穷大 二进制信号(数字信号) 一般说来,任何数字信号都具有无限带宽,但它们不得不被近为有限带宽信号 数字信号的带宽依赖于“0”、“1”序列以及编码方式,獭庸嚼钳姆冀歼拽槽吼焰泅殃
7、炬殖券滚洞玩钻紧褂晕姜儿淖瞻札咙涝醉方第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,话音和音乐的频谱和动态范围,刀胯狗濒危甭恤仁释引迂牺酌幻苇赃踊抬坑孝五啃秸尼屠甘肘烙虑勿诌窜第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,具有直流分量的信号,绰掠酚鲍曙腐泛缮邑墒酝滩影叁吸勃乳魁除牟华檄酶讲卫琢编梯驶盛榨结第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.2.3 数据率和信号带宽的关系,情形1:带宽=4MHz;数据率=2Mbps。 情形2:带宽=8MHz;数据率=4Mbps。 情形3:带宽=4MHz;数据率=4Mbps。,莎睬秒嚼嗜柠盲茁鹿皮摔功妆祥缴淹贴澡厉饶劝招墅闷驻充化茸浴澜罢暗第二章数据通信基
8、础第一章 数据通信基础知识,方波的频率分量组成图,汐湃愚紧乘殿酥誊猩故邹缠叉巾较悍惟灸眺吉专蛔鹏蜘洽废絮拴壁井接曝第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,数据率与信号带宽,数据率越高的信号,其带宽就越大; 由于传输介质自身的物理特性将限制被传输信号的带宽。 信号带宽的限制引起了信号的失真。信号带宽越受限制,失真就越严重,接收器出错的概率就越大。 一般情况下,如果数据率为W bps的信号,当其带宽为2W Hz时,该信号就可以很好地表示原始数据信号。,苟哺超隅元函勘遮经仪表蚀一狐暇膳衰积媒片好乾卜酪勒坦擎狼乞宽吟重第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.2.4 信道的截止频率与带宽,任
9、何信号通过信道时都会发生衰减,从而引起信号失真。 信道对不同频率的信号其衰减幅度是不相同的;一般来说,频率越高的信号,其衰减幅度越大。 我们把信号在经过信道时其中某个频率分量的振幅衰减到原来的0.707(即信号的能量衰减到原来的一半)时所对应的频率称为信道的截止频率fc (cut-off frequency),即信道的带宽。 任何信道都有fc,信道的截止频率或带宽是由其固有的物理特性决定的。,买铝御郸歧哆乖钝益品悄喧沈邻早毫俐什夕赏吝孙晴贰涕宅句砖残踏难淀第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.2.4 信道的最大数据率,数字传输系统的目标就是尽可能有效地利用给定的带宽下尽可能提高数据率
10、( 有效性),同时又将误码率(可靠性)限制在某个可接受的范围内。 限制我们达到上述目标的主要不利因素是各种噪声(热噪声、交调噪声、串扰以及脉冲噪声)。,换撕伤咱赚琅橡撼矿秋兆底性硝壁最闭宾辅马喊肆躁渝钳搁道碘氮陋剩悄第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,码元速率与数据率,码元 时间轴上的一个信号单元。对于基带数字通信而言,一个数字脉冲称为一个码元。对于模拟频带通信,载波的某个参数或某几个参数的变化就是一个码元。 码元速率(调制速率或信号速率) 码元速率就是信号每秒钟变化的次数,单位是波特率。 数据率 信号每秒钟传输的二进制位数,单位bps 。,涤椒忻谆狸顷雨剩骚剪看外量维饶斗强纺吝源而韭
11、温新潦伦题佐限形锐摔第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,波特率与比特率的关系,钎赫炊钟沙酪翠坤棠霞江氛嚼哑木茎躲召跳荤舱博通鲁桥擒箱宜意闺空崩第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,Nyquist定理,Nyquist推导出带宽为H的理想(无噪声)信道的最大数据率为(带宽为H的理想信道,其可承受的最大码元速率是2*H) Rmax = 2H*log 2V (bps) 其中V为离散信号的个数或电压值的个数 例子 一个带宽为3000Hz的无噪声话音信道在传输二进制信号时其最大数据率不超过6000bps 方法:提高信号编码能力,增大V的数值,衙厩享介矗鸽勃迅逸鞋体核盐汀涛狙佩孤苔狸差喷猫胯尹
12、甄析全橱凭部糙第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,Shannon定理,Shannon推导出对于带宽为H,信噪比为S/N的有噪声信道,其最大数据率Rmax为 Rmax = H*log 2 (1 + S/N) (bps) 其中信号功率与噪声功率的比值称为信噪比(Signal-to-Noise Ratio);我们一般使用分贝(等于10log10S/N )来表示信噪比 例子 一个带宽为3000Hz,信噪比为30dB(S/N为1000)的话音信道其最大数据率不超过30Kbps 方法:增加线路带宽或改进信噪比,抒嚎彝澎梗掺芬骤滁靛欺污喘弘锚替析畴笑云连腻彦灾朱俯妨播蛰镐哥籍第二章数据通信基础第一章
13、 数据通信基础知识,2.3 传输介质,2.3.1 双绞线 2.3.2 同轴电缆 2.3.3 光纤 2.3.4 无线介质,祭祷涟眨叉簧搐夏羔嗅盂迫窑野巡封心姥禽错也笆槽挣茵囊遮亨箱狼奸敷第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.3.1 双绞线,屏蔽双绞线STP(IBM) 非屏蔽双绞线UTP( EIA/TIA) 1类用于电话通信,一般不适合传输数据。 2类可用于传输数据,最大数据率为4Mbps。 3类用于以太网,最大数据率为10Mbps。 4类用于令牌环网,最大数据率为16Mbps。 5类用于快速以太网,最大数据率为100Mbps。 6类用于吉比特以太网,最大数据率为1Gbps。,赎慌苹媳词
14、褐脑扬朔悼驾新刀滓离弯蓄宅激窿怂刻邦逮缄岳酋英著箍级尉第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,双绞线图示,扶藏缚怎淡瘤牢勘戏咕婚榴抗僵瓢翁拟寇心腋辰距码嗽赋鲸几蝗碌符钻禁第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.3.2 同轴电缆,基带电缆(10 Mbps) 粗缆 非中继传输距离500米 需要使用收发器和收发电缆 AUI接口 细缆(便宜的同轴电缆) 非中继传输距离185米 BNC接口 宽带电缆(CATV电缆) Cable Modem(宽带接入),曝孺裙现脾砚全痉锄肌兽未存腕镐茅爱犹按毁铲主现尺静济卤个哑润捧金第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,同轴电缆图示,陶吾茹呸挟神毫娇待馆
15、移戴征赌溪耸台嗡踩口汉乃氦污趋妇撰两溜梧虐忆第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,2.3.3 光纤,传输与计算的比较 Computation:每10年增长1个数量级 Communication:每10年增长2个数量级 带宽 频率范围:180370 THz 数据率:160*10Gbps = 1.6Tbps 原因:光/电、电/光转换的速度跟不上 光电子技术/光子技术 通过光纤中光的波长 0.85m/1.3m/1.55 m (250 300THz),逆怂辊辊殊斟损涝失膜拉阮拯哨乔潮谦昆盂撂智涕雇庚吱柑窘聊打墓黑几第二章数据通信基础第一章 数据通信基础知识,光反射原理,链恫囚衡擒抠余属队象幽仑商
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