第3章-计算机网络.ppt

第三章 数据通信基本原理 数字通信基础 数据传输技术 传输介质 数据交换技术 信道复用技术 差错控制方法 数字通信基础 数字信号的傅立叶分析 数字信号与模拟信号 数字通信系统的模型 数据通信模型 信息论初步 数字信号的傅立叶分析 任何正常的周期为T的函数g(t)，都可以由（无限个）正弦和余弦函数合成： f=1/T 基频， an和bn都是正弦和余弦函数的n次谐波的振幅。 数字信号与模拟信号 各种不同的信息分为两类，一类是离散信息，一类是连续信息。根据在信道上传输信号的不同通信可分为模拟通信和数字通信。其中模拟通信传输模拟信号，数字通信传输数字信号。 信号波形的特征用时间、幅度两个物理量来表示。我们可以根据信号幅度取值是否离散而决定是数字信号还是模拟信号。 从模拟到数字 抽样 抽样定理：若以Ts≤1/2fs的时间间隔对频带限于（0，fm）内的时间连续信号f(t)进行等间隔抽样，则f(t)将由所得到的抽样值f(kTs)完全确定。也就是说，当抽样速率大于或等于信号带宽的两倍时，f(t)的全部信息都包含在所有抽样值中而不会丢失，并保证不产生信号的混叠。 从信息传输的角度来看，数字通信系统的主要评价指标集中在有效性和可靠性上。 量化 量化是将抽样后一个范围内变化的无限个样值，用不连续变化的有限个值来替代的过程，分层单位称为量化节或量化台阶，用Δ表示。其作用是将时间域上幅值连续的样值序列变换为时间域上幅度离散的样值序列信号。 量化可以划分为： 均匀量化：在整个量化范围内，量化间隔Δ都相等 非均匀量化：根据不同区间来确定量化间隔Δv，对信号取值小的区间，量化间隔小，反之，量化间隔大； 编码 将量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列，列出各自对应的码字，用二进制（或多进制）代码表示，这就是编码。 PCM编码可划分为： 线性编码 非线性编码 数字通信系统的模型 带宽（bandwidth） 传输过程中振幅不会明显减弱的这一段频率范围 电话线路1MHZ 电话公司加滤波器 限制用户可以使用的带宽3100Hz 信道容量与信息传输速率 信道容量是指信道传输信息的最大极限速率，表征了一个信道传输数字信号的能力。它只由信道本身的特征（带宽和信噪比）决定，与具体的通信手段无关。 信息传输速率R是单位时间所传输的信息量，若已知每个符号的平均信息H和每秒传输符号的个数r，则R=r·H比特/秒。 信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。 奈奎斯特定理 对于具有矩形频谱的无噪声信道，若信道带宽为B Hz，所能传送的信号最高码元速率为2B波特。因此，离散的、无噪声的、带宽为B的数字信道的信道容量C＝2B?log2M。 B为信道带宽，是指在信道上所能传输电信号的频率范围，即信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为Hz； M是在信道上传送信号可取的离散电平值；C与码元状态数M有关，无噪声信道中M可取任意值，因而无噪声信道的信道容量在理论上是无限的。 香农信道容量公式 若信道带宽为B，信道输出的信号功率为S，输出加性高斯噪声功率为N，则该信道的信道容量是： 香农信道容量公式的相关结论 提高信噪比S/N，能增加信道容量； 当噪声功率N趋于0时，信道容量趋于无穷大； 增加信道频带B，并不能无限制地使信道容量增大。 通信系统的有效性 通信系统的有效性是指消息传输的效率和消息传输速率，通常采用以下评价指标： 码元速率RB 信息速率Rb 系统的频带利用率ρ 通信系统的可靠性 由于在数字通信系统中（尤其是信道）存在噪声干扰，接收到的数字码元可能会发生错误，使通信的可靠性受到影响，所以通信系统中还采用以下指标来衡量其可靠性。 误码率Pe，是指通信过程中系统传错码元的数目与所传输总码元数目之比，即传错码元的个数。 误比特率Pb，是指传输信息的比特数目与所传送的总信息比特数之比。 模拟通信系统 在计算机网络发展的初期阶段，数据传输方式一般采用的是模拟信道，如电话网、有线电视网等。 目前计算机网络传输的数据不仅是数字数据，还包含了诸如音频、视频等模拟数据，模拟数据可通过模拟信道进行传输，如电话网等。 模拟信号利用模拟信道传输时，须进行调制。 为充分利用信道带宽，同时保证传输质量，可采用多路复用的传输方式。 频带传输 数字调制的分类 数字振幅键控调制 数字移频键控调制 数字移相键控调制 调制解调器Modems 调制解调器的标准 数字调制的分类 在模拟信道中传输数字信号，首先需将数字信号转换成模拟信号。 模拟