第2章数据传输的基本概念ppt课件

1、第第2章章 数据传输的根本概念数据传输的根本概念源端发送器接收器目标端输入数据发送信号接纳信号输出数据通讯系统模型PC机ModemModem服务器例数据传输的根本概念数据传输的根本概念(续续) 周期信号的谐波分析 -周期信号的 Fourier (傅里叶)分析-周期信号的带宽 传输信道的带宽及传输失真 数字传输和模拟传输 信道容量及 Nyquist (奈魁斯特)原理周期信号的周期信号的 Fourier 分析分析 通讯系统中数据经过电或电磁信号传输。 最简单的一类信号是周期信号。 周期信号： S(t+T)=S(t)，T：信号周期。 任何周期函数可表示为 Fourier 级数： S(t) = a0+

2、ancos(2nf0t) +bnsin(2nf0t),n=1。周期信号的周期信号的 Fourier 分析分析(续续) 一切周期信号都可以由正弦波、余弦波叠加而成。 这些波的频率由低到高分别为：f0，2f0， 3f0,分别称为一次、二次、三次谐波。 一切这些频率构成 S(t) 的频谱。 f0 称为基频，f01/T，T 称为信号周期。周期信号的周期信号的Fourier分析分析(续续)例例方波的 Fourier 级数： 1/(2k+1) sin(2(2k+1)f0t) (k=0)从方波的Fourier级数可以看到什么？组成方波的谐波无穷多。谐波频率越高振幅越小，因此高频的影响较小。实践上，只取前三项

3、，已与方波相当接近了。sin(2f0t)+1/3sin(23f0t)+1/5sin(25f0t)方波的方波的Fourier级数取前三项级数取前三项TT/2tST1/f0周期信号的周期信号的Fourier分析分析(续续) 各次谐波的振幅反映能量大小，所以能量集中于低次谐波。 可以把信号的振幅表示为频率的函数，即 A(f)周期信号的周期信号的Fourier分析分析(续续)0fo3fo5fofA(f)信号表示为频率的函数周期信号的带宽周期信号的带宽周期信号的带宽周期信号的带宽 (续续) 周期信号的全部频率(及其相应的振幅和初始相位)称为信号的频谱(spectrum)。 信号频率区间的大小，即频谱的宽

4、度称为信号的带宽(bandwidth)。 实践信号的带宽普通是无穷的，但影响小的高频成分可忽略，而以为它们的带宽是有限的。实践信号能量包含在较窄频率范围，这有效的频率范围称带宽。如话音频率小于4000Hz。 非周期信号要用Fourier积分作谐波分析。传输信道的带宽及传输失真传输信道的带宽及传输失真 任何传输系统不能够传输频率过高的谐波，在传输中，谐波频率在一定范围内才可不受影响地经过，这个频率范围称为传输信道的带宽。 传输信道的带宽与传输介质的物理性质有关。 传输信道的带宽与信号的传输失真有亲密联络。传输信道的带宽及传输失真传输信道的带宽及传输失真(续续) 信号在传输过程中会有畸变，即失真。

5、 失真即输出信号与输入信号的波形不同。 引起失真的最重要的要素是：-衰减(attenuation)-时延(delay)-噪声(noise)传输信道的带宽及传输失真传输信道的带宽及传输失真(续续) 衰减与传输的间隔有关，但是它还与频率有关。信号的不同频率成分有不同的衰减，这会导致信号失真。 信号在介质中传播所需时间即时延。信号的不同频率成分具有不同的传播速度，就有不同的时延，这会导致失真。 噪声有热噪声、调制噪声、串话噪声、脉冲噪声等。噪声会引起信号失真。数字传输和模拟传输数字传输和模拟传输数字传输和模拟传输数字传输和模拟传输 (续续)调制的概念调制的概念调制的方法调制的方法调制的方法调制的方法

6、 (续续)正弦波对正弦载波的调幅：例载波：cos( 2fc t )输入信号：S(t) = cos( 2f t )调制结果：cos( 2f t ) cos( 2fc t ) =1/2 cos( 2(fc + f ) t ) + 1/2 cos( 2(fc - f ) t ) 调制的方法调制的方法 (续续) 调幅调制后，频率搬移到载波频率fc附近。 载波频率普通比较高，例如话音频率小于4KHz，假设采用600KHz载波频率，调制后频率搬移到596604KHz。 不同的载波频率用不同的信号调制后，不同信号的频率搬移到不同位置，可以相互隔离，这就是频分多路复用 FDM (Frequency Divis

7、ion Multiplexing) 的根底。调制的方法调制的方法 (续续) 载波是正弦波，输入是脉冲，经调幅或调频调制可把数字信号转换为模拟信号。 载波是脉冲序列的调幅称为脉冲振幅调制 PAM (Pulse Amplitude Modulation)，也称为采样。采样得到的脉冲值是实数。 将PAM采样值修正为整数，就是脉码调制PCM (Pulse Code Modulation)，脉码调制可把模拟信号转换为数字信号。调制的方法调制的方法 (续续)对脉冲载波的调幅对脉冲载波的调幅 PAM3.01.45.31.22.32.52数字传输系统和模拟传输系统数字传输系统和模拟传输系统数字传输系统和模拟传

8、输系统数字传输系统和模拟传输系统 (续续)数字传输系统和模拟传输系统数字传输系统和模拟传输系统 (续续) 数字化技术远比模拟技术复杂，但由于超大规模集成电路的广泛运用，这个问题不那么重要了。集成工艺使数字设备在体积、功耗、可靠性、经济性方面都比模拟系统更好了。 传输系统的数字化已是必然趋势，。数字传输系统和模拟传输系统数字传输系统和模拟传输系统(续续)调制解调器调制解调器 modem调制器解调器模拟信号S(f)fm(t)m(t)MODEMfcfc数字传输系统和模拟传输系统数字传输系统和模拟传输系统(续续) 在电信系统中，经过 编码解码器 codec (coder-decoder)将话音模拟信号

9、转换为数字信号传输。 codec包括两部分：编码器(coder)采用脉码调制 PCM 将模拟信号转换成数字信号；在接纳方的解码器(decoder)将此数字信号重构原模拟信号。编码解码器编码解码器 codec编码器解码器数字信号X(t)tv(t)v(t)CODEC信道容量及信道容量及 Nyquist 原理原理 问题：一个模拟信号对脉冲载波进展PCM 调制，就得到相应的数字信号，这是采样。从采样得到的数字信号能否恢复原模拟信号？ 采样定理：设模拟信号的带宽是W，Ts是采样间隔，那么当采样率 fs =1/Ts =2W时，由采样数据就可以恢复原模拟信号。 话音频率4000Hz，采样率 8000次/秒。信道容量及信道容量及 Nyquist 原理原理 (续续) 从采样定理可以得到信道带宽与信道的数据传输速率的关系 Nyquist 原理：设信号是M值，带宽为W的信道传输的二进制数据的最大速率，即信道容量为 C = 2W log2 MM = 2，C = 2W信道容量及信道容量及 Nyquist 原理原理 (续续)数据传输速率的单位数据传输速率的单位 二进制数据传输速率的单位是 “比特/秒 或 “位/秒，通常写作 b/s或 bps