数据传输信道课件

数据传输信道课件CATALOGUE目录数据传输信道基本概念有线传输信道无线传输信道信道噪声与干扰数据调制与解调技术多路复用技术与频分复用、时分复用等差错控制与校验码、循环冗余校验等CHAPTER01数据传输信道基本概念定义数据传输信道是信息在通信系统中从发送端传送到接收端所经过的通道，是连接发送端和接收端的物理媒介。分类按照传输媒介的不同，数据传输信道可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括双绞线、同轴电缆、光纤等；无线信道包括无线电波、微波、红外线、激光等。定义与分类信道能够传输的频率范围，通常用赫兹（Hz）表示。带宽越宽，信道容量越大，传输速率也越快。带宽信号在传输过程中逐渐减弱的现象，通常用分贝（dB）表示。衰减会导致信号失真或丢失，因此需要采取措施进行补偿或放大。衰减信道中除了有用信号外还存在其他干扰信号，这些干扰信号称为噪声。噪声会导致信号质量下降，甚至无法正确接收。噪声信道特性参数指信道在单位时间内能够传输的最大信息量，通常用比特每秒（bps）表示。信道容量受到带宽、信噪比和编码方式等多种因素的影响。信道容量给出了在给定带宽和信噪比条件下，信道容量的理论极限。香农公式表明，信道容量与带宽和信噪比成正比，而与噪声功率成反比。因此，提高带宽和信噪比、降低噪声功率是提高信道容量的有效途径。香农公式信道容量与香农公式CHAPTER02有线传输信道由两根绝缘导线相互缠绕而成，通常用于低速或短距离通信。结构价格低廉、制作简单、传输速度较慢、抗干扰能力较弱。特点电话线、以太网线等。应用场景双绞线由内导体、绝缘层、外导体和护套组成，通常用于电视信号和宽带网络传输。结构特点应用场景传输速度较快、抗干扰能力较强、价格适中。有线电视线、宽带网络线等。030201同轴电缆由纤芯、包层和护套组成，利用光的全反射原理进行数据传输。结构传输速度极快、抗干扰能力极强、传输距离远、价格较高。特点长途通信网络、高速宽带网络、数据中心等。应用场景光纤CHAPTER03无线传输信道地面波传播天波传播视距传播散射传播无线电波传播特性01020304沿地球表面传播的电波，受地面吸收影响，传播距离有限。经电离层反射后返回地面的电波，可实现远距离通信。在发射与接收天线之间直线传播的电波，受地球曲率影响，有一定传播距离限制。利用对流层、电离层等不均匀媒质中的散射现象实现超视距传播。通常指频率在300MHz至300GHz之间的电磁波。微波频段频带宽、容量大、传输质量高、抗干扰能力强、易于实现多路通信和保密通信。微波通信特点通过一系列中继站将信号接力传递，实现远距离通信。微波中继通信利用人造地球卫星进行微波通信，覆盖范围广，不受地理条件限制。微波卫星通信微波通信包括地球同步轨道、中地球轨道、低地球轨道等。卫星轨道包括地球站、卫星、控制系统等部分。卫星通信系统组成覆盖范围广、通信距离远、容量大、质量高、灵活性强。卫星通信特点广播电视、电话通信、数据传输、应急通信等领域。卫星通信应用卫星通信CHAPTER04信道噪声与干扰散粒噪声由半导体中载流子的随机运动引起的噪声，与信号频率成正比。热噪声由导体中电子热运动引起的噪声，与信号频率无关。闪烁噪声与半导体表面清洁度有关，低频时影响较大。噪声来源及分类信噪比：信号功率与噪声功率之比，用dB表示。误码率：数据传输过程中出错的比特数与总比特数之比。信噪比越高，误码率越低；反之，信噪比越低，误码率越高。信噪比与误码率关系通过扩展信号频谱来降低单位频带内的功率密度，提高抗干扰能力。扩频技术差错控制技术分集技术调制技术通过增加冗余信息来检测和纠正传输过程中的错误，提高数据传输的可靠性。利用多个天线接收信号，通过合并处理来降低噪声和干扰的影响。采用适当的调制方式可以提高信号的抗干扰能力，如正交频分复用（OFDM）等。抗干扰技术及应用CHAPTER05数据调制与解调技术频率调制(FM)通过改变载波的频率来传递信息，具有更好的抗干扰能力，如调频广播。相位调制(PM)通过改变载波的相位来传递信息，具有较好的频谱效率和抗干扰能力。幅度调制(AM)通过改变载波的振幅来传递信息，如常规调幅广播。模拟信号调制方法03相移键控(PSK)通过载波的相位变化来传递数字信息，具有较高的频谱效率和抗干扰能力，广泛应用于数字通信系统中。01振幅键控(ASK)通过载波的振幅变化来传递数字信息，实现简单，但抗干扰能力较差。02频移键控(FSK)通过载波的频率变化来传递数字信息，实现较复杂，具有较好的抗干扰能力和适应性。数字信号调制方法解调是将调制信号还原为原始信号的过程。解调器根据调制方式的不同，采用不同的解调方法，如包络检波、鉴频鉴相等。解调器的性能直接影响通信系统的误码率和传输质量。在实际应用中，解调器需要与调制器匹配，以实现高效、可靠的通信。解调原理及实现方式CHAPTER06多路复用技术与频分复用、时分复用等将多个信号或数据流通过一条物理传输线路进行传输的技术。多路复用定义提高线路利用率，降低成本，实现资源共享。优点多路复用概念及优势频分复用原理将不同频率范围的信号分别调制到不同的子载波上，再通过一条物理线路进行传输，接收端通过滤波器分离出各子载波上的信号。应用场景有线电视网络、无线通信网络等。频分复用（FDM）原理及应用场景将时间轴划分为若干个时隙，每个时隙分配给一个信号或数据流进行传输，接收端按照时隙顺序恢复出原始信号或数据流。时分复用原理数字电话网络、以太网等。应用场景时分复用（TDM）原理及应用场景CHAPTER07差错控制与校验码、循环冗余校验等数据传输过程中，由于信道噪声、干扰、信号衰减等原因，导致接收端收到的数据与发送端发送的数据不一致，即产生差错。差错的产生会导致数据传输的可靠性降低，严重时可能导致数据丢失、系统崩溃等问题。差错产生原因及影响差错影响差错产生原因校验码原理通过在数据中添加一些冗余信息，使得接收端可以利用这些冗余信息检测出数据是否在传输过程中出现了差错。校验码种类常见的校验码包括奇偶校验码、海明校验码、循环冗余校验码等。其中，奇偶校验码和海明校验码主要用于检测单比特错误，而循环冗余校验码则可以检测多比特错误。校验码原理及种类VS在发送端，首先将数据划分为k比特的块，然后在数据块的末尾添加r比特的冗余码，构成一个n=k+r比特的帧。接着，选择一个生成多项式，将帧看作是一个多项式，通过模2除法运算得到余数，将余数添加到帧的末尾，形成最终的发送帧。接收端操作在接收端，同样使用相同的生成多项式进行模2除法运算，如果余数为0，则认为帧在传输过程中没有发生错误；如果