第二章数据通信基础知识--数据通信原理

码元随机出现，彼此无相关性。
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•2.2.3 信道噪声 •2. 脉冲噪声
脉冲噪声在时域表现为无规则突发的短促噪声，从频域来看，脉冲 噪声通常有较宽的频带，但频率越高，频谱强度越小。
脉冲噪声特点在于突发性、幅度大、持续时间短，且相邻脉冲之间有 较长的寂静区，脉冲噪声是记忆信道中噪声的主要表现形式。 脉冲噪声对数据通信的影响是产生的突发错误，错误码元比较集中， 且相互之间具有某种相关性
微波信道：3~300GHz，天线方向性通信容量大，可用于微波、卫星 通信，射电天文，科学研究等
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•2.2.3 信道噪声 •1. 起伏噪声
起伏噪声是以热噪声、散弹噪声和宇宙噪声为代表的噪声。
起伏噪声的特点是时域和频域表现平稳，在所有通信系统中普遍存 在且不可避免。
起伏噪声是无记忆信道中噪声的主要表现形式。 起伏噪声对数据通信的影响是产生随机错误，随机错误表现为错误
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
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•2.2.5 话音信道传输数据信号 •1. 线性系统分析
时域分析（卷积） 频域分析（乘积）
回
束
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
传输的就是该信号。
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•2.1.3 调制解调的基本概念
•3. 调制分类
按照调制信号x(t)的类型 模拟调制：x(t)是模拟基带信号，例如AM、FM等 数字调制：x(t)是数字基带信号，例如FSK、PSK等
按照载波类型
连续载波调制：载波是连续波形信号，例如正弦高频信号 脉冲载波调制：载波是脉冲序列，常用的是矩形脉冲序列
• CCITT H.12建议规定信号的最大净损耗不得超过28dB
CCITT H.51规定了在模拟话音信道上传输数据信号的功率 • 一般情况下功率最大值为-13dBm0， • 即在零测试电平点测得的数据信号的平均功率不应超过-13dBm。
信号的传输衰减通常使用绝对电平来表示，其常用单位是dBm • dBm0表示零测试电平点，当使用测试单音进行线路调整时， • 那里的功率是0dBm，即1mW
•定义群时延特性为 •所以信号无失真传输时，群时延特性需满足
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
无失真传输特性
•由以上分析可知若要实现信号无失真传输，系统特性必须如下图所示
幅频特性
相频特性
群时延特性
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
•3. 话音信道传输数据信号的要求
衰减与电平 信号在传输过程中由于传输媒介的阻抗特性会出现衰减，同时 又可以在一些设备中得到放大 对于数据传输
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
幅频失真 • 若幅频特性不理想，信号经过信道传输后各个频率分量获得的增 益不相同，此时对应的时域信号波形就会出现波形畸变。
波形失真示意图
•原始波形 •基波：二次谐波=2：1
•失真波形 •基波：二次谐波=1：1
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
CCITT M.1020建议对幅频特性的要求如下图所示 ：
第二章数据通信基础知 识--数据通信原理
2020年7月26日星期日
•内容简介
• 数据可靠传输将涉及很多内容和具体技术，本章将介绍信号 带宽的概念、调制解调的基本概念、传输信道的性质、信道复用 技术、数据编码标准、语言编码及IP电话原理，数据压缩编码以 及数据通信系统的同步技术等内容 。
•返 •结
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•2.2.1 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
•信
•道 •狭义 •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
•Y(f)=X(f)H(f)
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•2.2.5 话音信道传输数据信号 •2. 信号无失真传输
信号无失真传输的定义 • 信号无失真传输是指信号经过线性系统后只有幅度的衰减或放大 ，以及时延，而无波形失真。
•对应的时域信号为：
•对应的频域信号为：
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
信号无失真传输的条件 •即系统的幅频特性和相频特性满足下式，就可以实现信号无失真传输
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
群时延失真 • 群时延特性的失真反映了相位频率特性的失真程度，它将对信号 的各个频率分量产生不同的时延量，从而引起时域信号波形失真。
CCITT M.1020建议对群时延特性的要求如下图所示
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•2.2.5 话音信道传输数据信号
噪声影响 话音信道对噪声的要求已达到数据通信的要求 话音通信中，要求系统的输出信噪比至少应大于26dB， 数据通信中一般要求输出信噪比在25dB左右 话音通信中部没有特别关注脉冲噪声的影响，但脉冲噪声对数据 通信的影响很大，甚至会导致通信失败 。 例如用 56Kbit/s的V.90Modem传输数据，若有一个强度较大的脉
按照调制器功能
幅度调制：调制信号控制载波幅度变化，例如AM、ASK等 频率调制：调制信号控制载波瞬时频率变化，例如FM、FSK等 相位调制：调制信号控制载波瞬时相位变化，例如PM、PSK等。
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•2.1.3 调制解调的基本概念 •4. 解调分类
相干解调：通过本地相干载波进行相干运算，从已调信号的相位变 化中恢复原始信号的方法。其模型如下图所示：
基带数据信号的一般都具•有无穷大的绝对带宽，如下图所示：
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•2.1.2 信号的带宽
实际应用中依据信号功率谱定义了以下几种等效带宽。 •(1) 零点带宽 • 数据信号频谱主要能量是集中在第一个零点之内的，当其旁瓣不 足以引起信号失真时，定义 fb 为信号的零点带宽。
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•2.1.2 信号的带宽
•(2) 百分比带宽 • 百分比带宽由下式来定义：
•返 •结
•回束Fra bibliotek•学习目录
•2.1 信号与调制解调 •2.2 传输信道 •2.3 多路复用 •2.4 数据编码 •2.5 数据通信的同步
•返 •结
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回
束
•2.1 信号与调制解调
•本节内容提要：
•信号分类： 模拟信号与数字信号 基带信号与频带信号 周期信号与非周期信号 确知信号与随机信号 能量信号与功率信号
•…
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•2.2.1 传输信道分类 •2. 调制信道和编码信道
调制信道：从调制器出发到解调器为至的所有通信设备和传输媒介 编码信道：从编码器出发到译码器为至的所有通信设备和传输媒介
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•2.2.1 传输信道分类 •3. 恒参信道和变参信道
恒参信道是指在信号传输过程中，信道传输特性对信号的影响是确 定的或者是变化极其缓慢的，可将其视为一个非时变的线性网络。
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• 其中 fr 称为百分比带宽， 可以取96%、98%、99%等值，其含义 是，在该带宽范围内信号的功率占总功率
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•2.1.2 信号的带宽
•(3) 矩形等效带宽 • 对于具有在零点或中心频率处取最大值频谱结构的信号，如下图 所示，可以定义矩形等效带宽BC 。
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•其含义为：
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•2.1.2 信号的带宽
•(4) 3dB带宽 • 3dB带宽又称半功率带宽，如下图所示：
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•信号频谱在 f0 处取最大值， •且
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•2.1.3 调制解调的基本概念
•1. 调制解调定义
时域定义： 调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，
将信息荷载在其上形成已调信号传输，而解调是调制的反过程，通过具 体的方法从已调信号的参量变化中将恢复原始的基带信号。
中波信道：0.3~3MHz，用于广播，业余无线电以及海上无线电通信 等领域，其中500~1500KHz是标准民用调幅广播
短波信道：3~30MHz，信道干扰大，但其投资少，建设快，常用于 军用通信和国际定点通信等
超短波信道：30MHz~3GHz，天线尺寸小，可用于移动通信，雷达， 航天航空，卫星通信等
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•2.2.2 传输介质 •3.光纤
光纤可以由超纯硅、合成玻璃甚至塑料制造，其结构如下图示：
光纤有单模光纤和多模光纤两类，前者具有较宽的频带，传输损耗 小，后者频带较窄、传输衰减也比较大。
光传输系统
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•2.2.2 传输介质
•4. 无线信道
长波信道：30Hz~300KHz，用带宽小，天线尺寸大，常用于电报、 电话、水下通信、海上导航等领域
噪比急剧恶化的现象。 输出信噪比是输出信号与输出噪声平均功率之比，是衡量通信可靠
性的一个指标，与误码率有直接关系。
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•2.1.3 调制解调的基本概念 •5. 调制解调的功能
实现无线发射
实现频分复用 选择合适的调制解调方式可以提高传输的有效性 选择合适的调制解调方式可以提高传输的可靠性
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•2.2 传输信道
典型的恒参信道如如双绞线、同轴电缆、光纤等有线信道以及微波 信道、卫星信道等。
变参信道：其传输特性随时间变化而变化，一般将其等效成时变线 性网络或者时变非线性网络来分析。