笫三讲 数据通信的基础知识与物理传输媒体
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器转换复原成原始的信号，再送给接收者信宿，而 后由信宿将其转换成各种信息 噪声源，是信道中噪声(noise) ，即对信号的干扰 以及分散在通信系统其它各处的噪声的集中表示
2.1.1 通信系统模型（续）
单工(simplex) 通信
➢ 一端只发送，而另一端只接收 ➢ 图2.1中给出的是一个单向通信系统的模型
第二章 物理层与数据通信基础 2.1 数据通信的基础知识 2.1.1 通信系统模型 2.1.2 带宽与傅里叶分析 2.1.3 信道的最大数据速率 2.2 物理传输媒体 2.2.1 双绞线 2.2.2 同轴电缆 2.2.3 光纤 2.2.4 无线传输媒体* 2.2.5 卫星通信
*是要求同学了解的.
2.1.3 信道的最大数据速率
2.1.2 带宽与傅里叶分析
➢ 若将数字信号不经调制直接放到模拟信道上进 行传输，会引起信号的失真（distortion，又 译为畸变）
➢ 任何实际的模拟信道所能传输的信号的频率都 有一定的范围，称之为该信道通频带的宽度或 称为带宽（bandwidth） • 信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设备 与电路的频率特性综合决定的
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
Leabharlann Baidu
f
(t)
1 2
c
[an
n1
sin(2nft)
bn
cos(2nft)]
这里，f = 1/T, 是基波频率。
C 2 f (t)dt是直流分量。
T0
an
2 T
T 0
f (t) sin(2nft)dt
2
bn T
T 0
f (t) cos(2nft)dt
分别是n次谐波的正弦和余弦振幅值。
C 2 4k log2 4 16k(b / s)
➢ 香农则进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的
信2道.1的.情3况信，给道出的了香最农公大式数： 据速率（续）
➢ 这里，S表示信号功率，N为噪声功率，S / N则为信 噪用比10。lo由g1于0实（际S/使NC用）的以H 信及log道分2 (1，贝信（NS 噪D)(be比pcsi)都be要l，足记够为大d，B常） 为单位来计量，在使用上述公式时要特别注意。例如， 信噪比为30 dB、带宽为4000 Hz的信道最大的数据 速率为
➢ 计算机产生的电信号则是电脉冲序列串，每一瞬间 的电压取值只可能是离散的有限个，比如说是+3v 或0v两种不同的值
按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 可以相应地把信道分为两类：
➢ 模拟信道 ➢ 数字信道
2.1.1 通信系统模型（续）
信源和信宿都是计算机或其它数字终端装置，即ITU 所称的数据终端设备DTE。DTE产生的是数字信号， 接收的也是数字信号
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
假若信道的带宽为3 k Hz，用它来直接传输数 据速率为9600 b/s的数字信号时，发送8比特 的数据所需的时间为0.83ms，即T=0.83ms。 其基波频率f = 1/T = 1200 Hz，即1.2 k Hz。 3 k Hz带宽的信道仅能通过2次谐波，如图 2.3中（c）所示，有较大的失真。但是若用来 直接传输数据速率为2400 b/s的数字信号， 此时T = 3.33 ms, f = 300 Hz。3 k Hz带宽 的信道就能通过10次谐波，比图2.3（e）所 示的情况还要好，即失真较小。
奈奎斯特公式和香农公式
➢ 奈奎斯特公式给出了无热噪声（热噪声是指由 于信道中分子热运动引起的噪声，这里假定没
有具热体噪为C声）时2信H道带lo宽g对2 最L大(b数/据s速)率的限制，
2.1.3 信道的最大数据速率(续)
➢ H是信道的带宽（以Hz为单位），而L表示任 何给定时刻数字信号可能取的离散值的个数。 C则是该信道最大的数据速率。例如，若某信 道带宽为4 k Hz，任何时刻数字信号可取0、 1、2和3四种电平之一（即L＝4），则最大数 据速率为
图2.2 通过模拟信道进行数据通信
第二章 物理层与数据通信基础
2.1 数据通信的基础知识 2.1.1 通信系统模型 2.1.2 带宽与傅里叶分析 2.1.3 信道的最大数据速率
2.2 物理传输媒体 2.2.1 双绞线 2.2.2 同轴电缆 2.2.3 光纤 2.2.4 无线传输媒体* 2.2.5 卫星通信
数据通信与计算机网络
笫三讲 数据通信的基础知识与物理传输媒体
第二章 物理层与数据通信基础
2.1 数据通信的基础知识 2.1.1 通信系统模型 2.1.2 带宽与傅里叶分析 2.1.3 信道的最大数据速率
2.2 物理传输媒体 2.2.1 双绞线 2.2.2 同轴电缆 2.2.3 光纤 2.2.4 无线传输媒体* 2.2.5 卫星通信
*是要求同学了解的
2.1.1 通信系统模型
一般点到点的通信系统都可由图2.1加以概括
图2.1 通信系统的模型
2.1.1 通信系统模型 （介绍）
发送端信源的作用是把各种可能信息转换成原始电 信号
变换器转换成适合于在信道上传输的信号 信道是信号的传输媒体及有关的设备如中继器等 通过信道传输到远地的电信号先由接收端的反变换
2.1.2 带宽与傅里叶分析(续)
• 一个低通信道，若对于从0到某个截止频率fc 的信号通过时振幅不会衰减或衰减很小，而超 过此截止频率的信号通过时就会大大衰减，则 此信道的带宽为fc Hz。
• 一个具有有限持续时间的数字信号，可以看作 为一个以此有限持续时间T为周期的周期阶梯 函数 f(t)。此函数可展开成傅里叶（Fourier） 级数。
谐波次数越高，则其频率也越高。
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
图2.3 信道带宽和数字信号失真的关系
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
图2.3（a）左边是八位二进制数位编码 01100010的数字信号波形，图2.3（a）右边 是该波形函数按傅里叶级数展开后各次谐波 的均方根振幅。
由图可见，信道的带宽越宽，则它传输数字 信号时失真越小。反之，若信道的带宽是固 定的，则用它来直接传输数字信号的数据速 率越高则失真越大
双工(duplex) 通信
➢ 此时信源与信宿合为一体，变换器与反变换 器也合为一体
➢ 分为：全双工(full duplex) 和半双工(half duplex)
2.1.1 通信系统模型（续）
模拟信号
➢ 例如电话线（信道）上传送的按照话音强弱幅度连 续变化的电波就是一种连续变化的电信号
数字信号
2.1.1 通信系统模型（续）
单工(simplex) 通信
➢ 一端只发送，而另一端只接收 ➢ 图2.1中给出的是一个单向通信系统的模型
第二章 物理层与数据通信基础 2.1 数据通信的基础知识 2.1.1 通信系统模型 2.1.2 带宽与傅里叶分析 2.1.3 信道的最大数据速率 2.2 物理传输媒体 2.2.1 双绞线 2.2.2 同轴电缆 2.2.3 光纤 2.2.4 无线传输媒体* 2.2.5 卫星通信
*是要求同学了解的.
2.1.3 信道的最大数据速率
2.1.2 带宽与傅里叶分析
➢ 若将数字信号不经调制直接放到模拟信道上进 行传输，会引起信号的失真（distortion，又 译为畸变）
➢ 任何实际的模拟信道所能传输的信号的频率都 有一定的范围，称之为该信道通频带的宽度或 称为带宽（bandwidth） • 信道的带宽是由传输媒体和有关的附加设备 与电路的频率特性综合决定的
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
Leabharlann Baidu
f
(t)
1 2
c
[an
n1
sin(2nft)
bn
cos(2nft)]
这里，f = 1/T, 是基波频率。
C 2 f (t)dt是直流分量。
T0
an
2 T
T 0
f (t) sin(2nft)dt
2
bn T
T 0
f (t) cos(2nft)dt
分别是n次谐波的正弦和余弦振幅值。
C 2 4k log2 4 16k(b / s)
➢ 香农则进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的
信2道.1的.情3况信，给道出的了香最农公大式数： 据速率（续）
➢ 这里，S表示信号功率，N为噪声功率，S / N则为信 噪用比10。lo由g1于0实（际S/使NC用）的以H 信及log道分2 (1，贝信（NS 噪D)(be比pcsi)都be要l，足记够为大d，B常） 为单位来计量，在使用上述公式时要特别注意。例如， 信噪比为30 dB、带宽为4000 Hz的信道最大的数据 速率为
➢ 计算机产生的电信号则是电脉冲序列串，每一瞬间 的电压取值只可能是离散的有限个，比如说是+3v 或0v两种不同的值
按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 可以相应地把信道分为两类：
➢ 模拟信道 ➢ 数字信道
2.1.1 通信系统模型（续）
信源和信宿都是计算机或其它数字终端装置，即ITU 所称的数据终端设备DTE。DTE产生的是数字信号， 接收的也是数字信号
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
假若信道的带宽为3 k Hz，用它来直接传输数 据速率为9600 b/s的数字信号时，发送8比特 的数据所需的时间为0.83ms，即T=0.83ms。 其基波频率f = 1/T = 1200 Hz，即1.2 k Hz。 3 k Hz带宽的信道仅能通过2次谐波，如图 2.3中（c）所示，有较大的失真。但是若用来 直接传输数据速率为2400 b/s的数字信号， 此时T = 3.33 ms, f = 300 Hz。3 k Hz带宽 的信道就能通过10次谐波，比图2.3（e）所 示的情况还要好，即失真较小。
奈奎斯特公式和香农公式
➢ 奈奎斯特公式给出了无热噪声（热噪声是指由 于信道中分子热运动引起的噪声，这里假定没
有具热体噪为C声）时2信H道带lo宽g对2 最L大(b数/据s速)率的限制，
2.1.3 信道的最大数据速率(续)
➢ H是信道的带宽（以Hz为单位），而L表示任 何给定时刻数字信号可能取的离散值的个数。 C则是该信道最大的数据速率。例如，若某信 道带宽为4 k Hz，任何时刻数字信号可取0、 1、2和3四种电平之一（即L＝4），则最大数 据速率为
图2.2 通过模拟信道进行数据通信
第二章 物理层与数据通信基础
2.1 数据通信的基础知识 2.1.1 通信系统模型 2.1.2 带宽与傅里叶分析 2.1.3 信道的最大数据速率
2.2 物理传输媒体 2.2.1 双绞线 2.2.2 同轴电缆 2.2.3 光纤 2.2.4 无线传输媒体* 2.2.5 卫星通信
数据通信与计算机网络
笫三讲 数据通信的基础知识与物理传输媒体
第二章 物理层与数据通信基础
2.1 数据通信的基础知识 2.1.1 通信系统模型 2.1.2 带宽与傅里叶分析 2.1.3 信道的最大数据速率
2.2 物理传输媒体 2.2.1 双绞线 2.2.2 同轴电缆 2.2.3 光纤 2.2.4 无线传输媒体* 2.2.5 卫星通信
*是要求同学了解的
2.1.1 通信系统模型
一般点到点的通信系统都可由图2.1加以概括
图2.1 通信系统的模型
2.1.1 通信系统模型 （介绍）
发送端信源的作用是把各种可能信息转换成原始电 信号
变换器转换成适合于在信道上传输的信号 信道是信号的传输媒体及有关的设备如中继器等 通过信道传输到远地的电信号先由接收端的反变换
2.1.2 带宽与傅里叶分析(续)
• 一个低通信道，若对于从0到某个截止频率fc 的信号通过时振幅不会衰减或衰减很小，而超 过此截止频率的信号通过时就会大大衰减，则 此信道的带宽为fc Hz。
• 一个具有有限持续时间的数字信号，可以看作 为一个以此有限持续时间T为周期的周期阶梯 函数 f(t)。此函数可展开成傅里叶（Fourier） 级数。
谐波次数越高，则其频率也越高。
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
图2.3 信道带宽和数字信号失真的关系
2.1.2 带宽与傅里叶分析（续）
图2.3（a）左边是八位二进制数位编码 01100010的数字信号波形，图2.3（a）右边 是该波形函数按傅里叶级数展开后各次谐波 的均方根振幅。
由图可见，信道的带宽越宽，则它传输数字 信号时失真越小。反之，若信道的带宽是固 定的，则用它来直接传输数字信号的数据速 率越高则失真越大
双工(duplex) 通信
➢ 此时信源与信宿合为一体，变换器与反变换 器也合为一体
➢ 分为：全双工(full duplex) 和半双工(half duplex)
2.1.1 通信系统模型（续）
模拟信号
➢ 例如电话线（信道）上传送的按照话音强弱幅度连 续变化的电波就是一种连续变化的电信号
数字信号