数据通信基础第三章

数据通信基础第三章第1页，共38页，2023年，2月20日，星期六3.3有线信道3.4无线信道3.2信道的传输特性

3.5数据传输的信道容量3.1信道概述

第3章信道第2页，共38页，2023年，2月20日，星期六数据传输有哪些方式？何为信道？信道的种类﹖课前提问第3页，共38页，2023年，2月20日，星期六3.1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。第4页，共38页，2023年，2月20日，星期六3.1.2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狭义信道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…第5页，共38页，2023年，2月20日，星期六调制器发转换器媒质收转换器解调器编码器译码器调制信道信源信宿编码信道广义信道信道模型狭义信道第6页，共38页，2023年，2月20日，星期六有线传输介质

(1)双绞线

1）屏蔽双绞线

2）非屏蔽双绞线⑵．同轴电缆⑶．光纤第7页，共38页，2023年，2月20日，星期六双绞线分类类别带宽适用传输速率一类语音传输二类1MHZ语音传输和数据传输4Mbit/s三类16MHZ语音传输和数据传输10Mbit/s四类20MHZ令牌环网16Mbit/s五类100MHZ语音传输和高速数据传输100-155Mbit/s超五类100MHZ千兆以太网100Mbit/s六类200-250MHZ局域网及FDDI1000Mbit/s七类大于500MHZ千兆以太网10Gbit/s第8页，共38页，2023年，2月20日，星期六

同轴电缆第9页，共38页，2023年，2月20日，星期六光纤第10页，共38页，2023年，2月20日，星期六光纤传输信号方式第11页，共38页，2023年，2月20日，星期六无线传输

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。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。

第12页，共38页，2023年，2月20日，星期六电磁波谱第13页，共38页，2023年，2月20日，星期六

信道的数学模型特性：有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端；信道是线性的，满足叠加原理；信道有一定的迟延时间，有损耗；即使没有信号输入，输出端仍有一定的功率输出（噪声）。3.2信道的传输特性第14页，共38页，2023年，2月20日，星期六（1）二对端网络（2）多对端网络

第15页，共38页，2023年，2月20日，星期六

表示已调信号通过网络所发生的变换，假定可以用表示。依赖于网络的特性，对来说是一种干扰（乘性干扰），表示加性干扰，上式可以表示为：对二对端的信号模型，输入与输出的关系：第16页，共38页，2023年，2月20日，星期六3.2.1恒参信道及其对信号传输的影响恒参信道归纳1．三种有线电信道（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）对称电缆电缆的传输损耗比明线大得多，但其传输特性比较稳定。第17页，共38页，2023年，2月20日，星期六（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。

第18页，共38页，2023年，2月20日，星期六2．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。第19页，共38页，2023年，2月20日，星期六

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，容易铺设第20页，共38页，2023年，2月20日，星期六3．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

第21页，共38页，2023年，2月20日，星期六再生中继器第22页，共38页，2023年，2月20日，星期六4．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。第23页，共38页，2023年，2月20日，星期六全球卫星通信第24页，共38页，2023年，2月20日，星期六

无线信号接收和发送设备第25页，共38页，2023年，2月20日，星期六

L:1.0-2.0GHZS:2.0-4.0GHZC:4.0-8.0GHZX:8.0-12.4GHZKu:12-18GHZK:18–27GHZKa:27-40GHZ微波通信的工作频段第26页，共38页，2023年，2月20日，星期六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

dφ(ω)

τ(ω)=---------dω

第27页，共38页，2023年，2月20日，星期六（（1）原信号（2）经迟延时后的信号群迟延产生失真的例子第28页，共38页，2023年，2月20日，星期六3.2.2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第29页，共38页，2023年，2月20日，星期六

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）自然噪声人为噪声热噪声散弹噪声电源噪声噪声的描述第30页，共38页，2023年，2月20日，星期六1.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)

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n0B，则

C=Blog2(1+S/n0B)(bit/s)3.3信道容量第31页，共38页，2023年，2月20日，星期六1．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/n0；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。第32页，共38页，2023年，2月20日，星期六例题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：

C=B㏒2(1+S/N)=3000㏒2(1+1000)≈30kbit/s第33页，共38页，2023年，2月20日，星期六例题3-2

已知一首压缩过的双通道立体声歌曲的信息量为9.36×106bit,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？(㏒2X

≈3.32lgX

)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。

第34页，共38页，2023年，2月20日，星期六例题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？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)=3.46×107Hz第35页，共38页，2023年，2月20日，星期六2.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2BBaud。因此离散信道的信道容量C可表示为

C=2B㏒2Mbit/s其中，M为码元符号所能取得离散值的个数，即M进制。