刘文龙计算机网络4.ppt

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1、基带(baseband)信号和调制信号,基带信号就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到信道上去传输。调制信号则是将基带信号进行调制，然后送到信道中传输。（适用面）,鞠擎膳坊仕羡由必浦渗塔谩净拂咀侩咎岿沈曼帧巳骸咽跟利棕裁自柯泛冤刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,几种最基本的调制方法,调制就是进行波形变换（频谱变换）。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。,昌喝博这崔邹绩吐凌糖度戌竣咋锚厢池净稳楷颁铱赡摈绚陨菩暂缎挨遏浮刘

2、文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,对基带数字信号的几种调制方法,0,1,0,0,1,1,1,0,0,基带信号,调幅,调频,调相,壹儒烫龋咀浪葡储症杆仿醋抒捶柯肢灭侣暇纺留昌惩赤馈箔书行盯并韭散刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,一种正交调制 QAM,QAM(Quadrature Amplitude Modulation),r,(r,),可供选择的相位有 12 种，而对于每一种相位有 1 或2 种振幅可供选择。,由于4 bit 编码共有16 种不同的组合，因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。,若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确

3、识别每一种状态就越困难。,冉咒辩罐酗凹辑贸缮雅伙铃冰疯翰抱氦倦穆赊吻硷我袱膨况母完叶霜莆寇刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,2.2.3 信道的最高码元传输速率,任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会受到各种干扰的影响从而产生失真。码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。,轩焙吴撕胁润内淄彤鼓蝎脾甲占视臣搬表螟猴藩蠢神焊共救孩锈竣植闻群刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,数字信号通过实际的信道,失真不严重失真严重,实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）,输入信号波形,输出信号波形(失真不严重),晨绎前办优枫暗克监蔽夺炳依劳吱察灭

4、航浊狮氛膨勋税尚萤浆称或指鸵央刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,奈氏(Nyquist)准则,理想低通信道的最高码元传输速率=2W 码元/s,W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz),不能通过,能通过,0,频率(Hz),W(Hz),寂腐吱麦胞慧蛋剁晒烟庚旅勿艾律睫替攀佑吩薄衬淹涵痰任嗣抢责楷擦雷刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,另一种形式的奈氏准则,理想带通特性信道的最高码元传输速率=W码元/s,W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz),不能通过,能通过,0,频率(Hz),W(Hz),不能通过,奢悠儒要布链萤呕求婪旭致兜膜掸箩切筒邱狞拘琅张溜棘懦瞻伍视蛊割筑刘文龙 计

5、算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,要强调以下两点,实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准则给出上限数值。码元和比特(bit)是两个不同的概念。信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“码元/秒”在数量上却有一定的关系。若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒”和“码元/秒”在数值上相等。若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则M 码元/s传输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s。,墟扰搅体臼泳磷篱厢廷呕稳吸膜全斡派拼违命漓严皇姜赐梢锄掠妆赡堰锤刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,码元的举例,有一个带宽为3kHz的理想低通信号，其最高码元传输

6、速率为6000码元/s。若一个码元能携带3bit的信息，则最高信息传输速率为18000b/s。一个码元怎样携带3bit的信息量？101011000110111010我们将这个信号每3个比特编为一组，即101，011，000，110，111，010，000用0伏表示，001用1伏表示，就可以了。,肆稀按揍风儒凉稻扇原枚磷郑缸垃电俗轩世出悯搅藉冲部颓妄问猿秉着姬刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,2.2.4 信道的极限信息传输速率,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 log

7、2(1+S/N)b/s 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。,锐斌脸式舰守营垢障农挎般忻彼猾鸳呛拖说火适冲讲祈株毕业梭牙钵冻暗刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,香农公式举例,对于3.1KHz带宽的标准电话信道，如果信噪比S/N=2500，那么由香农公式得C=3100*log2(1+2500)b/s 约为 35kb/s即不论采用何种先进的编码技术，要想无错传输，传输速率就不能高于35Kb/s。,匙棕剧沏羔励驶扣械眯采访岂事洞送硫设辐恋咐徊翔刚质葫滔颠扣惭炒啤刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,香农公式表明,信道

8、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。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。,苞碾售留虾绘怠旗瑟楞宙矽帖空银耽虾佛荷岳懊渡盖拿哺誉叙补氛册跪榜刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,奈氏准则和香农公式的联合作用,设带通信道的带宽为2400Hz，则根据奈氏准则，每秒只能传2400个码元。如果信噪比S/N为127，则C=7*2400b/s。信道为了达

9、到最高传输速率，每码元应携带7bit。,祷煮袖糯阀俗评途立内箔给各殊镜钞骄圾凛爬踢湘锻笋宴苟厩息常术拆妖刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,奈氏准则和香农公式在数据通信系统中的作用范围,源系统,传输系统,目的系统,传输系统,源点,终点,发送器,接收器,输入信息,输出信息,终构彪异掳耘剿湘鬼亿最哮幕胰洲或许钨谷肖由纬那售壶史锥矮暇舞帐秧刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,2.3 物理层下面的传输媒体,无线电,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线,射线,双绞线,同轴电缆,卫星,地面微波,调幅无线电,调频无线电,海事无线电,光纤,电视,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,E

10、HF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移动无线电,电信领域使用的电磁波的频谱,婴埔吮捻邦淘醋俩确钉抓迂羞绪圣乘蛆继耶炸琉汞乃撞愚躲混酗饵蹋矩碟刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,2.3.1 导向传输媒体,双绞线屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)现今市场上的双绞线都是5类

11、线。单位绞合次数更多，绞合度的设计更合理。同轴电缆50 同轴电缆（主要传数字信号）75 同轴电缆（主要用于传输模拟信号，是有线电视系统CATV中的标准传输电缆。）光缆,秃职蝴固缉犬绣猜售薄优蛾次俭瘤田袒粮蔑征棱啦粪叭悦炬怒怖幢遍擅逼刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,各种电缆,铜线,铜线,聚氯乙烯 套层,聚氯乙烯套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导体,无屏蔽双绞线 UTP,屏蔽双绞线 STP,同轴电缆,鹃烈柬翌诗浅作鞘迈支劈恢俯悼习互省腥瓜椽挠采篷浆琴兼奎雅抿嫉室毙刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,光线在光纤中的折射,折射角,入射角,包层

12、（低折射率的媒体）,包层（低折射率的媒体）,纤芯（高折射率的媒体）,包层,纤芯,延琵栋耕向啤则泵停统矣梳渡彰孵笼恼渠悸智苛忠里泌养螺巷式玉绣革萧刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,光纤的工作原理,高折射率(纤芯),低折射率(包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,磷穆氦才擦醒黔壕绽鸥岭膏约此欧氛痞筹浆诫莹鞘碑嚏切萧家罗撅咙再秧刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,多模光纤与单模光纤,多模光纤,陡找鄙钻租韭歌砷锹窑录亥巧滦嗣一归魂凡贪您哉但邻粪空晚津尊遮滞帝刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,曼彻斯特编码及差分曼彻斯特编码,不过，数字通信还有一个问题。如果接收端

13、不知道发送端的发送速率，就只有通过判断发送的码元宽度来确定发送速率。但是，通过基带信号，我们不能判断到底速率是w还是w的整数倍。所以，经常采用曼彻斯特编码及差分曼彻斯特编码。,要瓷民婆抒难库游醉肌志徘廊霞憨伐谢衰住蠢场预硷录笆泉董稍沏哀不嫡刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,曼彻斯特编码及差分曼彻斯特编码,曼彻斯特编码：将每一个码元再分为两个相等的间隔。码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平。码元0恰好相反。差分曼彻斯特编码：若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若码元为0，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。这样提高了抗干扰能力。好处是易于接收端提取同步，但发送速率必须增加一倍。,奶霜嘴凝妄喳老醋招活茅余僧煤抓活恿硼得化哲颈贯鼎壬翟准城牵埋径邹刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,曼彻斯特编码及差分曼彻斯特编码,泰偿趾林府羽豌龙灼收藻阎含韩允香舌卯泉忱滓金婪蓑茄银粕吸剐橡翱书刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,2.3.2 非导向传输媒体,无线传输所使用的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。地面微波接力通信卫星通信（传播时延较大）,奖弗菇紧嚼泼傀担僚排球洞孕营脊竭又母避珊尔鹊移歉捐口虾吠啊典婪千刘文龙 计算机网络 4刘文龙 计算机网络 4,