数据通信基础复习提纲
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数据通信基础复习提纲
信道的极限容量
• 香农公式表明
– 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限 传输速率就越高。
– 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率， 就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
– 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际 信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速 率 C 也就没有上限。
复习提纲（第二章）
• 傅立叶分析、尼奎斯特定理、香农定理的基本概念 • 数据通信系统的基本模型和功能 • 信道的几个相关概念、信道的三种通信方式（单工、半双工、
全双工的区别） • 基带信号和带通信号的区别、调制的三种基本方法（调频、调
幅、调相） • 信道的极限容量和极限传输速率的计算方法（香农公式） • 信道复用的概念、分类（FDM、TDM的比较、STDM特点） • 理解CDMA的基本原理并会进行简单计算 • 数字传输系统（PCM的两大标准、SONET的四个层次和结构） • 宽带接入技术（ADSL的构成、HFC的体系结构、FTTx技术，
数据通信基础复习提纲
数据通信系统的基本模型
数据通信系统
数字比特流 模拟信号 ？
？模拟信号 数字比特流
正文 PC 机
调制解调器
公用电话网
调制解调器
正文 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
源点
输 发送器 入 数 据
发送 的信号
传输 系统
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
数据通信基础复习提纲
数据通信系统的基本模型
• 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的 频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅 在一段频率范围内能够通过信道）。
数据通信基础复习提纲
信道的几个基本概念
• 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成 分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。 为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制 (modulation)。
g (t) 1 2 C n 1 a n si2n) ( fn t1 b n co 2n s ) f( 2 t 1
– 其中：f=1/T为基频，an和bn是n次谐波的正弦和余弦振幅， C为常数。这种分解称为傅立叶级数（Fourier Series）。
– 利用上述级数可将一个函数重构，即如果T是已知的，振幅 也给定了，则由<2-数1据>通式信可基础以复得习提到纲信号的原始函数g(t)。
• 最大数据传输率=2Hlog2V
数据通信基础复习提纲
数据通信的理论基础
• 信道的最大传输率
– 香农定理（有噪音信道情况）
• 香农(Shannon)在尼奎斯特定理的基础上，得到 一条带宽为H Hz、信噪比为S/N的有噪声信道的 最大数据传输率为：
• 最大数据传输率=Hlog2（1+S/N） 其中，S为信号功率，N为噪声功率。 分贝（dB）=10lg(S/N)
• 最基本的二元制调制方法有以下几种： – 调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 – 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 – 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变 化。
数据通信基础复习提纲
基带数字信号的几种调制方法
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0 调幅 调频
数据通信基础复习提纲
信道的几个基本概念
• 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。 像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号 都属于基带信号。
• 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成 分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流Байду номын сангаас量。 因此必须对基带信号进行调制(modulation)。
调相
数据通信基础复习提纲
信道的极限容量
• 信噪比
– 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受 限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错 的信息传输速率。
– 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 – C = W log2(1+S/N) b/s <2-2>
• W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； • S 为信道内所传信号的平均功率； • N 为信道内部的高斯噪声功率。
•
由上述方法得到： 2 an T
0T
g (t ) sin(
2 nft ) dt ,
bn
2 T
0T
g (t ) cos(
2 nft ) dt ,
C
2 T
0T
g (t ) dt ,
数据通信基础复习提纲
数据通信的理论基础
• 信道的最大传输率
– 尼奎斯特定理（无噪音信道情况）
• 尼奎斯特(Nyquist)证明，若任一个信号已通过了 一个带宽为H的低通滤波器，则只要每秒2H次采 样，过滤后信号可被完全重构。且若信号包含V个 离散级数，则：
数据通信基础复习提纲
信道的三种通信方式
• 从通信的双方信息交互的方式来看，有三种基 本方式：
– 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的 通信而没有反方向的交互。
– 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方 都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也 就不能同时接收)。
– 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方 可以同时发送和接收信息。
• 模型功能
– 源点：源点设备产生待传输的数据 – 发送器：格式转换、编码成适合传输的信号 （典
型的发送器是调制器） – 传输系统：传输线路（可能是一条线路，也可能是
一个网络系统） – 接收器：接收信号并转换为目的设备可识别的数据
格式 （典型的接收器是解调器） – 终点：接收数据并对其进行所需要的处理
– 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极 限传输速率低不少。
三种技术的特点比较） • 移动电话系统的发展（经历过的四代发展和代表技术）
数据通信基础复习提纲
数据通信的理论基础
• 傅立叶分析（Fourier Analysis）
– 19世纪早期，法国数学家傅立叶证明了，任何一个正常的 周期为T的函数g(t)，都可以展开成多个（可能无限多个） 正弦和余弦函数的和：
数据通信的理论基础
• 傅立叶分析（Fourier Analysis）
– 对<2-1>式两边同时乘以sin(2∏kft)，后从0到T求积分可计算出振幅an， bn项消失。
– 对<2-1>式两边同时乘以cos(2∏kft)，后从0到T求积分可计算出振幅bn， an项消失。
– 对<2-1>式两边同时从0到T求积分可计算出常数C。
信道的极限容量
• 香农公式表明
– 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限 传输速率就越高。
– 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率， 就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
– 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际 信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速 率 C 也就没有上限。
复习提纲（第二章）
• 傅立叶分析、尼奎斯特定理、香农定理的基本概念 • 数据通信系统的基本模型和功能 • 信道的几个相关概念、信道的三种通信方式（单工、半双工、
全双工的区别） • 基带信号和带通信号的区别、调制的三种基本方法（调频、调
幅、调相） • 信道的极限容量和极限传输速率的计算方法（香农公式） • 信道复用的概念、分类（FDM、TDM的比较、STDM特点） • 理解CDMA的基本原理并会进行简单计算 • 数字传输系统（PCM的两大标准、SONET的四个层次和结构） • 宽带接入技术（ADSL的构成、HFC的体系结构、FTTx技术，
数据通信基础复习提纲
数据通信系统的基本模型
数据通信系统
数字比特流 模拟信号 ？
？模拟信号 数字比特流
正文 PC 机
调制解调器
公用电话网
调制解调器
正文 PC 机
源系统
传输系统
目的系统
源点
输 发送器 入 数 据
发送 的信号
传输 系统
接收器
终点
接收
输
输
的信号
出
出
数
信
据
息
数据通信基础复习提纲
数据通信系统的基本模型
• 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的 频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅 在一段频率范围内能够通过信道）。
数据通信基础复习提纲
信道的几个基本概念
• 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成 分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。 为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制 (modulation)。
g (t) 1 2 C n 1 a n si2n) ( fn t1 b n co 2n s ) f( 2 t 1
– 其中：f=1/T为基频，an和bn是n次谐波的正弦和余弦振幅， C为常数。这种分解称为傅立叶级数（Fourier Series）。
– 利用上述级数可将一个函数重构，即如果T是已知的，振幅 也给定了，则由<2-数1据>通式信可基础以复得习提到纲信号的原始函数g(t)。
• 最大数据传输率=2Hlog2V
数据通信基础复习提纲
数据通信的理论基础
• 信道的最大传输率
– 香农定理（有噪音信道情况）
• 香农(Shannon)在尼奎斯特定理的基础上，得到 一条带宽为H Hz、信噪比为S/N的有噪声信道的 最大数据传输率为：
• 最大数据传输率=Hlog2（1+S/N） 其中，S为信号功率，N为噪声功率。 分贝（dB）=10lg(S/N)
• 最基本的二元制调制方法有以下几种： – 调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 – 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 – 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变 化。
数据通信基础复习提纲
基带数字信号的几种调制方法
基带信号 0 1 0 0 1 1 1 0 0 调幅 调频
数据通信基础复习提纲
信道的几个基本概念
• 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。 像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号 都属于基带信号。
• 基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成 分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流Байду номын сангаас量。 因此必须对基带信号进行调制(modulation)。
调相
数据通信基础复习提纲
信道的极限容量
• 信噪比
– 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受 限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错 的信息传输速率。
– 信道的极限信息传输速率 C 可表达为 – C = W log2(1+S/N) b/s <2-2>
• W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； • S 为信道内所传信号的平均功率； • N 为信道内部的高斯噪声功率。
•
由上述方法得到： 2 an T
0T
g (t ) sin(
2 nft ) dt ,
bn
2 T
0T
g (t ) cos(
2 nft ) dt ,
C
2 T
0T
g (t ) dt ,
数据通信基础复习提纲
数据通信的理论基础
• 信道的最大传输率
– 尼奎斯特定理（无噪音信道情况）
• 尼奎斯特(Nyquist)证明，若任一个信号已通过了 一个带宽为H的低通滤波器，则只要每秒2H次采 样，过滤后信号可被完全重构。且若信号包含V个 离散级数，则：
数据通信基础复习提纲
信道的三种通信方式
• 从通信的双方信息交互的方式来看，有三种基 本方式：
– 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的 通信而没有反方向的交互。
– 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方 都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也 就不能同时接收)。
– 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方 可以同时发送和接收信息。
• 模型功能
– 源点：源点设备产生待传输的数据 – 发送器：格式转换、编码成适合传输的信号 （典
型的发送器是调制器） – 传输系统：传输线路（可能是一条线路，也可能是
一个网络系统） – 接收器：接收信号并转换为目的设备可识别的数据
格式 （典型的接收器是解调器） – 终点：接收数据并对其进行所需要的处理
– 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极 限传输速率低不少。
三种技术的特点比较） • 移动电话系统的发展（经历过的四代发展和代表技术）
数据通信基础复习提纲
数据通信的理论基础
• 傅立叶分析（Fourier Analysis）
– 19世纪早期，法国数学家傅立叶证明了，任何一个正常的 周期为T的函数g(t)，都可以展开成多个（可能无限多个） 正弦和余弦函数的和：
数据通信的理论基础
• 傅立叶分析（Fourier Analysis）
– 对<2-1>式两边同时乘以sin(2∏kft)，后从0到T求积分可计算出振幅an， bn项消失。
– 对<2-1>式两边同时乘以cos(2∏kft)，后从0到T求积分可计算出振幅bn， an项消失。
– 对<2-1>式两边同时从0到T求积分可计算出常数C。