数据通信基础 第三章

ei (t)
时变线 性网络
eo (t)
eim (t)
网
eon (t)
（m对输入） 络 （n对输出）
（1）二对端网络 （2）多对端网络
对二对端的信号模型，输入与输出的关系：
e0 (t) f [ei (t)] n(t)
f [ei (t)] 表示已调信号通过网络所发生的变换，
假定可以用 k(t)表ei (示t) 。 依k赖(t于) 网络的特性，
对 来说是ei一(t)种干扰（乘性干扰），
n表(t )示加性干扰，上式可以表示为：
e0(t) k(t)ei (t) n(t)
3.2.1 恒参信道及其对信号传输的影响
恒参信道归纳 1．பைடு நூலகம்种有线电信道 （1）明线
与电缆相比，它的优 点是传输损耗低。但它易 受气候和天气的影响，并 且对外界噪声干扰较敏感 （2）对称电缆
• 4．C一定时，B与S/N可进行互换；
• 5．若信源的信息速率R小于或等于信道容量C， 则理论上可实现无误差（任意小的差错率）传输 。若R>C，则不可能实现无误差传输。
例题3-1
若信道带宽为3000HZ，信号噪声功率比为30dB,求信道 容量。
解 因为10lg（S/N）=30dB,所以S/N=1000，则该信道容 量为：
dφ(ω) τ(ω)= ---------
dω
（
（1）原信号
（2）经迟延时后的信号
群迟延产生失真的例子
3.2.2 随参信道及其对信号传输的影响
1．衰落 吸收型衰落（天气） 阴影衰落（遮挡） 干涉型衰落（多路径传输） 2．延迟畸变 多径传输效应 色散效应
噪声
噪声的概念
噪声的种类 （1）环境噪声 内部噪声（起伏噪声）
再生中继器
4．卫星中继信道
卫星中继信道具有通信距离远、覆盖面积大、传 播稳定可靠、传输容量大、通信线电路灵活、机动 性好等突出的优点。

全 球 卫 星 通 信
无线信号接收和发送设备
微波通信的工作频段
• L:1.0-2.0 GHZ
• S:2.0-4.0 GHZ • C:4.0-8.0 GHZ • X:8.0-12.4GHZ • Ku:12 - 18GHZ • K:18 – 27 GHZ • Ka:27- 40 GHZ
恒参信道特性及其对信号传输的影响 1．幅度-频率失真
幅度—频率失真是指已调信号中各频率分量在通过 信道时带来不同的衰减（或增益），所造成的输出信 号的失真（畸变）。 2．相位-频率失真
信道的相位—频率特性常用群迟延—频率特性来表 示。所谓群迟延—频率特性是指相位—频率特性对频 率的导数。若相位—频率特性用来表示，则群迟延— 频率特性为
3.1.2 传输信道分类
1. 狭义信道和广义信道
狭义信道即传输媒介 广义信道由传输媒介和部分收发端的通信设备组成
广义 信道
信
道 狭义 信道
调制信道 编码信道 有线信道
无线信道
恒参信道 变参信道 无记忆编码信道 有记忆编码信道
双绞线 同轴电缆
光纤 长波信道 短波信道 微波信道
…
编 信源 码
器
调 制 器
解 歌曲的信息传输速率为
R=9.36× 106 /(5× 60)=3.12× 104bit/s
则信道的容量C至少要等于R，即
S/N=2C/B-1 ≈1000
即要求的信噪比大约为30dB。
例题3-4
已知某未经压缩的彩色电视图像由480000个像素组成，每个像素的色彩和 亮度使用32位二进制数来描述。如果彩色电视播放的帧率（每秒钟播放的画面数 目，单位是帧/S）30帧/S 。那么该信号无失真传输的信道容量是多少？若干信 道的信噪比是40dB,那么传送该彩色电视图像需要的信道带宽是多少？
第3章 信道 3.1 信道概述 3.2 信道的传输特性 3.3 有线信道 3.4 无线信道 3.5 数据传输的信道容量
➢ 数据传输有哪些方式？ ➢ 何为信道？ ➢ 信道的种类
3.1 信道概述
本节内容提要：
传输信道是任何通信系统中必不可少的组成部 分，信道的传输性如何将直接影响系统的信能。
本节将介绍通信信道的基本概念、各种传输介 质的特性、信道的分类等内容。
自然噪声 人为噪声 热噪声 散弹噪声 电源噪声
噪声的描述
3.3 信道容量 1.连续信道的信道容量
• 在连续信道中，假设信道的带宽为B(Hz)， 信道输出的信号平均功率为S(W)及输出加性 高 斯 白 噪 声 平 均 功 率 为 N(W) ， 该 信 道 的 信 道容量为
•
C = Blog2(1+S/N) (bit/s)
2.离散信道的信道容量
根据奈奎斯特准则，带宽为B的信道所能传输 的信号的最高码元速率为2B Baud。因此离散信道的 信道容量C可表示为
C=2B ㏒2M bit/s 其中，M为码元符号所能取得离散值的个数，即M进 制。
例题3-4
设离散信道的带宽为3000HZ，采用八进制传输，计算无 噪声时该离散信道的信道容量。
C=B㏒2(1+ S/N)=3000 ㏒ 2(1+1000) ≈30kbit/s
例题3-2
已知一首压缩过的双通道立体声歌曲的信息量为9.36× 106 bit,歌曲 长度为5分钟，通过电话信道播放，已知电话信道带宽 B=3kHz,要使接 收端能听到清晰的歌曲，则信道的信噪比S/N应为多少？
(㏒2 X ≈3.32lg X )
⑵．红外通信:红外通信使用波长约为750nm～10μm的红外线传送数据，有 较强的方向性，受太阳光的干扰大。红外通信是一种廉价、近距离、无连线、 低功耗和保密性较强的通信方案。
⑶．卫星通信:卫星通信是利用地球同步卫星作为中继，来转发微波信号的一 种远距离的特殊微波通信方式。当地球同步卫星位于36000km高空时，其发 射角可以覆盖地球上的1/3的区域。只要在赤道上空的同步轨道上等距离地 放置三颗间隔120o卫星，就能实现全球的通信。
16MHZ 20MHZ 100MHZ 100MHZ 200-250MHZ 大于500MHZ
语音传输和数据传输 令牌环网 语音传输和高速数据传输 千兆以太网 局域网及FDDI 千兆以太网
10Mbit/s 16Mbit/s 100-155Mbit/s 100Mbit/s 1000Mbit/s 10Gbit/s
解 每幅图像的信息量是
480000× 32=15360000=15.36× 106bit
则该信源的信息速率为
R=15.36× 106 × 30 ≈ 4.6× 108bit/s
所以所需的最小信道容量为
C= R≈ 4.6× 108bit/s
信道带宽B=C/ ㏒2(1+ S/N) ≈4.6× 108 /(3.32× 4)=3.46× 107 Hz
• 由于噪声功率N与信道带宽B有关，故若噪
声单边功率频谱密度为n0，噪声功率N等于n 0B ，则
•
C = Blog2(1+S/ n0B) (bit/s)
• 1．若提高信噪比S/N，则信道容量C也提高；
• 2．若n0→0，则C→∞，这意味着无干扰信道容 量为无穷大；
• 3．若增加信道带宽B，则信道容量C也增加，但 不能无限制的增加，即当B→∞时，C→1.44S/ n 0；
电缆的传输损耗比明 线大得多，但其传输特性 比较稳定。
屏蔽箔 屏 蔽 双绞 线
非 屏 蔽双 绞 线
（3）同轴电缆 基带同轴电缆的最大传输距离一般不超过几公里，
可用于数字数据信号的直接传输；而宽带同轴电缆的 最大传输距离可达几十公里，用于传输高频信号，采 用频分复用技术可以传送多路信号。
外 部 绝缘 体
内 部 导体
内 部 绝缘 体 铝 制 编 织 导 体 (屏 蔽 ) (a) 一 段 同 轴 电 缆
(b) 一 段 与 连 接 器 相 连 的 同 轴 电 缆
2．光纤信道 光纤线径细、重量轻 ；由于不受外界电磁干扰和
噪声的影响，能在长距离、高速率传输中保持低误码 率 ；可弯曲半径小、不怕腐蚀、安全保密性好、节 省有色金属。
电磁波谱
3.2 信道的传输特性
信道的数学模型 特性： ①有一对（或多对）输入端和一对（或
多对）输出端； ②信道是线性的，满足叠加原理； ③信道有一定的迟延时间，有损耗； ④即使没有信号输入，输出端仍有一定
的功率输出（噪声）。
ei1(t)
时
eo1(t)
变
ei2 (t )
线
eo2 (t)
性
已调光信号
光源
光调制器
光纤线路
光检测器
调制电信号
解调电信号
基带处理
基带处理
基带电信号
基带电信号
光纤信道的特点
• 通信容量大。 • 传输距离远，损耗小。 • 不导电 • 适应恶劣环境，节省资源。 • 轻便，容易铺设
3．无线电视距中继 无线电中继信道具有传输容量大、发射功率小、
通信稳定可靠，以及和同轴电缆相比，可以节省有 色金属等优点
发 转 换
媒 质
收 转 换
解 调 器
译 码 信宿
器
器 狭义信道 器
调制信道
编码信道
广义信道
信道模型
有线传输介质
(1)双绞线 1）屏蔽双绞线 2）非屏蔽双绞线
⑵．同轴电缆
⑶．光纤
双绞线分类
类别
一类
二类
带宽
1MHZ
适用
语音传输 语音传输和数据传输
传输速率
4Mbit/s
三类 四类 五类 超五类 六类 七类
解
C=2B㏒2M=2× 3000 ㏒ 2 8≈18000bit/s
➢ 已知某信源发送10Mbit的信息 ，设信道带宽为8kHz,信噪比 为20dB,问传送这一信息需要 多长时间？
➢ 课后作业
P57 4 、10
同轴电缆
光纤
光纤传输信号方式
无线传输
⑴．微波通信:微波通信就是利用地面微波进行通信。微波是一种频率很高的 电磁波，其频率范围为300MHz～300GHz, 微波 通信主要使用的是 2～ 40GHz的频率范围。微波的重要特点是在空间沿直线传播，不能绕射，因而 微波在地面的传输距离有限，一般为40～60km。