数据通信-信道.讲义

计算机学院1数据通信基础第3章信道（1）数据通信基础计算机学院2第2章复习1、数据通信是两个实体间数据的传输和交换，将源站数据编码成信号，沿传输介质传输至目的站。2、信号的时域表示传输的信号是时间的函数，即以时间为自变量表示的信号，称为信号的时域表示。3、信号的频域表示传输的信号是频率的函数，即以频率为自变量表示的信号，称为信号的频域表示。数据通信基础计算机学院3第2章复习4、信号分类信号是时间的函数，可分成连续信号和离散信号两种。5、周期信号不管是连续信号还是离散信号，如相同的信号形式能周期性地重复则称为“周期信号”。6、有效频带大部分的信号能量包含在相对较窄的频带内，这个频带称为有效频带或频带。数据通信基础计算机学院4第2章复习7、数据率与频带的关系信号数据率越高，所需的有效频宽越宽。即传输系统的频宽越大，系统能传输的数据率越高。8、数据数据是指有意义的实体，它涉及事物的形式。9、信息信息涉及的是这些数据的内容和解释。10、信号是指数据的电磁或电子编码。11、信号发送是指沿传输介质传播信号的动作。数据通信基础计算机学院5第2章复习12、传输是指传播和处理信号的数据通信。13、模拟数据是在某个区间产生连续的值。例如，声音和视频就是强度连续改变的图形。14、数字数据数字数据产生离散的值，例如文本信息和整数。15、模拟信号是一种连续变化的电磁波，这种电磁波可以按照不同频率在各种介质上传输。数据通信基础计算机学院6第2章复习16、数字信号是一系列的电压脉冲，用恒定的正电压表示二进制的“1”，用恒定的负电压表示二进制的“0”。17、傅里叶分析的目的通信线路上传送的数据是以电信号的形式传送的，如果在传输介质上直接传送数字信号，则形成电压脉冲序列。这些电压脉冲序列都是时间的单值函数，它们包含的谐波分量可以用傅立叶级数表示其特征并进行分析，以便了解信道包含的带宽以及对信号提出的要求。数据通信基础计算机学院7第2章复习18、按数据代码传输的顺序可以分为并行传输和串行传输19、按数据的同步方式分异步传输和同步传输20、按数据的流向和时间关系分单工、半双工、全双工21、信息量是指对消息中所含信息的不确定性的度量。数据通信基础计算机学院8第2章复习22、平均信息量由多个消息所形成的消息串中，每个消息（或符号）所含的信息量的统计平均值，称为信源中消息（或符号）的平均信息量。23、交换方式电路交换、报文交换、分组交换24、分组交换一次通信中的所有分组在网络中传播有两种方式，即数据报和虚电路。数据通信基础计算机学院9第05次课要求掌握内容：1、信道的定义和分类。2、信道的传输特性。3、有线信道的特性。4、数据传输的信道容量。理解内容1、无线信道的相关内容数据通信基础计算机学院103.1信道概述信道是在数据通信系统中位于发送端和接收端之间的物理通路，用来实现数据的传输，是通信系统的重要组成部分。是进行信息交换并允许光电信号通过的路径。信道的特性由带宽、容量、衰减、延迟和噪声等组成。信道的特性直接决定着信息传送方式。信道的作用就是传输信号。数据通信基础计算机学院113.1信道概述一、信道的定义信道是以传输介质为基础的信号通路，信道不仅有传输介质，而且包括通信系统中的一些转换装置。信道中的传输介质有光纤、同轴电缆、双绞线；转换装置有编码器、解码器、调制器、解调器、发转换器、收转换器。数据通信基础计算机学院123.1信道概述二、信道分类有线信道狭义信道无线信道恒参信道信道调制信道随参信道广义信道无记忆信道编码信道有记忆信道数据通信基础计算机学院133.1信道概述1、狭义信道和广义信道如果信道仅指信号的传输介质，这种信道称之为狭义信道。通信信道的性能主要是由狭义信道所决定的。狭义信道按照传输介质的特性可分为有线信道和无线信道。一个实际的通信信道，除了传输介质外，还包括有关的转换装置，比如调制解调器、编解码器、发收转换器等，这样的信道称之为广义信道。广义信道按照它包括的功能可以分为编码信道和调制信道。数据通信基础计算机学院143.1信道概述信道模型数据通信基础信源编码器调制器发转发器收转发器解调器解码器信宿传输介质狭义信道调制信道广义信道编码信道计算机学院153.1信道概述2、有线信道和无线信道狭义信道可分为有线信道和无线信道有线信道使用的传输介质是实体可见的，有对称电缆（很多对双绞线组成）、双绞线、同轴电缆和光纤等。无线信道使用的传输介质是非实体的，主要包括中长波地表波传播、超短波及微波视距传播、卫星中继、短波电离层反射、移动无线电等。数据通信基础计算机学院163.1信道概述3、调制信道和编码信道所谓调制信道指的是从调制器的输出端到解调器的输入端这个范围的信道从编码器的输出到译码器的输入这个范围的信道叫作编码信道。4、恒参信道和随参信道恒参信道的各项参数是不随时间变化的，对信号传输的影响是确定的随参信道的各项参数会随着时间而变化，信道特性随时间而随机快速变化数据通信基础计算机学院173.1信道概述5、有记忆信道和无记忆信道所谓无记忆信道，指的是信道当前的输出只与当前的输入有关系所谓有记忆信道，指的是信道当前的输出不但与当前的输入有关系，还与当前时刻以前的输入有关系数据通信基础计算机学院183.2信道的传输特性设信道输入信号为si(t)，则信道输出信号可表示为：ro(t)=f[si(t)]+n(t)n(t)是信道噪声，它与信道输出信号之间为相加关系，称为加性噪声（或加性干扰）。即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定功率的输出（噪声）。加性噪声主要是由内部噪声形成的，不能被消除，是影响通信质量的主要因素之一。数据通信基础计算机学院193.2信道的传输特性f[*]表示信道的传输特性，描述了信道对信号的损耗。如果信道对输入信号作非线性处理，则信道输出信号有非线性失真，这种失真只有当输入信号存在时才有，称这种失真为乘性噪声（或乘性干扰），可表示为ro(t)=f[si(t)]+n(t)=k(t)si(t)+n(t)k(t)是乘性干扰，反映了信道的特性。乘性噪声包括各种线性畸变、非线性畸变、交调畸变、衰落畸变等。数据通信基础计算机学院203.2信道的传输特性一、恒参信道的信道传输特性及其对信号传输的影响恒参信道的特点是不产生非线性失真，传输特性基本与时间无关。可将恒参信道看成一个线性时不变网络，其传输特性可用冲激响应h(t)及频率特性H(w)来表示。设信道的输入信号及输出信号分别为x(t)和y(t)，它们的傅里叶变换分别是X(w)和Y(w)，则可将H(w)表示为式中|H(w)|为信道的幅频特性，为相频特性。数据通信基础计算机学院213.2信道的传输特性1、幅频特性是低通型的信道低通型的信道能通过直流信号以及低频成分的信号，适合于传输基带信号。数据通信基础计算机学院223.2信道的传输特性2、幅频特性是带通型的信道带通型的信道对信号频率大于f1且小于fH的信号能顺利通过，对其他频率的信号衰减或阻止通过，适用于传输频带信号。数据通信基础计算机学院233.2信道的传输特性二、随参信道的信道传输特性及其对信号传输的影响1、衰减衰减就是指信号在信道中传输时，随着传输距离的增加，信号强度减弱的程度。衰减直接导致信道信噪比降低。对于有线信道，衰减会随着传输距离的增加而增加，信号的衰减一般是连续变化的，特性比较稳定。对于模拟信号，通常在数据传输一定距离之后使用信号放大器来加强信号；对于数字信号，则依靠中继器来再生信号。数据通信基础计算机学院243.2信道的传输特性1、衰减对于无线信道，衰减的变化则要复杂得多。衰减除了随传输距离的增加而增加之外，还会由于传输路径的多样性而变化。衰落：信号衰减随着时间而随机变化的现象。衰落描述的是衰减的变化。包括吸收型衰落、干涉型衰落和阴影衰落等。（1）吸收型衰落对于无线信道，由于传输介质各项参数的变化和环境的随机变化而形成的衰落称为吸收型衰落。数据通信基础计算机学院253.2信道的传输特性1、衰减（2）阴影衰落由于建筑物、山丘、河流等的遮挡而造成的衰减变化为阴影衰落。阴影衰落与信号的频率有关，信号频率越高，波长越短，绕射能力就越弱，因而阴影衰落随信号频率增高而增加。（3）干涉型衰落在超短波散射传播等情况下，接收端接收到的信号是由多条路径传输的信号叠加而成的，它们合成的信号时而增强时而减弱，这样形成的衰落称为干涉型衰落。数据通信基础计算机学院263.2信道的传输特性2、延迟畸变通信信号在传输中通过信道所花费的时间称为信号延迟，由于信号延迟而造成的信号失真称为延迟畸变。延迟畸变产生的原因有两个：多径传输效应造成的；传输介质的色散效应造成的。数据通信基础计算机学院273.2信道的传输特性2、延迟畸变（1）多径传输效应当信号通过无线信道传播时，信号可能会通过两个以上的不同长度的路径到达接收端天线，这种现象称为信号的多径传输。其效应是信号失真。（2）色散效应当信号在传输介质中传输时，由于传输介质的不均匀性，各种频率的无线电波传播速度有差别，它们到达接收端时的延迟是不同的，这种效应称为色散效应。由于色散效应，信号中的不同频率成分到达接收端时不能保持原样而发生畸变，引起失真。数据通信基础计算机学院283.2信道的传输特性三、噪声噪声指的是通信信道中除了有用信号外的其他不携带有用信息的电信号。干扰：有规律的周期性的无用信号。噪声：无规律的无用信号。1、噪声的分类根据噪声的来源不同，噪声可分为环境噪声和内部噪声两类。环境噪声包括自然噪声和人为噪声。自然噪声源于存在于自然界的各种电磁波源，特点是频谱范围较宽，随机性大，难于消除。人为噪声源于人类活动产生的电磁波源，特点频谱范围窄，波源固定，易于消除。数据通信基础计算机学院293.2信道的传输特性内部噪声源于通信系统内部，分为热噪声、散弹噪声和电源噪声。热噪声是导体内部自由电子的热运动产生的。散弹噪声是由于半导体器件中载流子发射的不均匀性造成的。电噪声由电源电压的波动造成的。内部噪声是由导体内部的自由电子作不规则运动而形成的，其变化是随机的，又称为起伏噪声。起伏噪声源于通信系统内部，对信号传输的影响是不可避免的，也无法消除。其强度随温度的增加而增加。数据通信基础计算机学院303.2信道的传输特性2、噪声的描述对噪声的描述通常使用噪声的功率谱密度。如果噪声的功率谱密度在整个频率范围内都是均匀分布的，则称这种噪声为白噪声。不是白噪声的噪声称为带限噪声或者有色噪声。如果噪声的统计特性服从高斯分布而且功率谱密度在整个频率范围内均匀分布，则称为高斯白噪声。分析表明：热噪声、散弹噪声和宇宙噪声都是高斯白噪声。调制信道的加性噪声可以直接表述为窄带高斯白噪声。数据通信基础计算机学院313.3有线信道用有线介质构成的信道就是有线信道。根据有线传输介质的不同，有线信道可以分为双绞线、同轴电缆、光导纤维和架空明线等。架空明线是指在电线杆上架设的相互平行而绝缘的裸线（结构类似供电线），是一种最早大量使用的通信介质。架空明线的优缺点：安装简单、传输损耗较低；通信质量差，受气候环境等的影响比较大，且对外界噪声干扰比较敏感。数据通信基础计算机学院323.3有线信道有线信道的传输特性通常是非常稳定可靠的，但是不如无线信道灵活和方便。信道特性对网络中数据通信质量的影响很大，这些特性主要是：（1）物理特性：对传输介质物理结构的描述。（2）传输特性：传输介质允许传送数字信号，以及调制技术、传输容量与传输的频率范围。（3）连通特性：允许点—点或多点的连接。（4）地理范围：传输介质的最大传输范围。数据通信基础计算机学院333.3有线信道（5）抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力。（6）相对价格：器件、安装与维护费用。数据通信基础计算机学院343.3有线信道一、双绞线双绞线是由两条互相绝缘的直径为1mm左右的铜导线按一定规则绞合在一起而成的网络传输介质。绞合的目的是减少对邻近线对的电磁干扰，信号可传输几千米。根据双绞线是否加屏蔽层，又可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）两类。数据通信基础计算机学院353.3有线信道一、