复旦大学：《数据通讯与计算机网络》课程教学资源（PPT课件）第二章 数据通信基础

第二章数据通信基础 ■2.1数据通信的基础理论 2.2物理传输媒体 ■23传输技术 24物理层接口标准举例

第二章 数据通信基础 ◼ 2.1 数据通信的基础理论 ◼ 2.2 物理传输媒体 ◼ 2.3 传输技术 ◼ 2.4 物理层接口标准举例

通信系统模型(1) 个简单的通信系统模型 Information gni data Information g(t) s(t) r(t) g(t) 信源 TRansmitter 信道 + Receiver 信宿 噪声源

通信系统模型（1） ◼ 一个简单的通信系统模型 信源 Transmitter 信道 Receiver 信宿 噪声源 Information m data g(t) signal s(t) signal r(t) data g(t)` Information m

通信系统模型(2) ■模拟和数字:连续变化或者离散变化 ■数据: 模拟数据:声音、视频 ■数字数据:文本 信号: 模拟信号:传输模拟信号的信道称为模拟信道 数字信号:传输数字信号的信道称为数字信道 数据如何在信道上传输? 数字数据在模拟信道上传输(数字调制) ■数字数据在数字信道上传输(数字编码) ■模拟数据在数字信道上传输(脉码调制)

通信系统模型（2） ◼ 模拟和数字：连续变化或者离散变化 ◼ 数据： ◼ 模拟数据：声音、视频 ◼ 数字数据：文本 ◼ 信号： ◼ 模拟信号：传输模拟信号的信道称为模拟信道 ◼ 数字信号：传输数字信号的信道称为数字信道 ◼ 数据如何在信道上传输？ ◼ 数字数据在模拟信道上传输（数字调制） ◼ 数字数据在数字信道上传输（数字编码） ◼ 模拟数据在数字信道上传输（脉码调制）

通信系统模型(3) ■点到点和多点配置: 0或多个 Transmitter/ Transmitter/ Receiver 信道4放大器叶信道 Receiver 或转发器 1、点到点 Transmitter/ Transmitter/ Transmitter Transmitte Receiver Receiver eceIve Receiver 放大器 信道 或转发器 信道 2、多点配置0或多个

通信系统模型（3） ◼ 点到点和多点配置： Transmitter/ Receiver 信道 ··· 2、多点配置 放大器 或转发器 信道 Transmitter/ Receiver 0 或多个 1、点到点 Transmitter/ Receiver 信道 放大器 或转发器 0 或多个 Transmitter/ Receiver 信道 ··· Transmitter/ Receiver Transmitter/ Receiver

带宽与傅里叶分析(1) 数字数据(信号)直接在模拟信道上传输将失 真 ■模拟信道有一定的带宽:能传输的信号频率范围 带宽由传输媒体和有关的附加设备与电路的频率特 性综合决定 低通信道的带宽f:从0到某个截止频率f的信号通 过时振幅不会衰减或者衰减很小,而超过f的信号 会大大衰减 电话音频线路的带宽为4kHz

带宽与傅里叶分析（1） ◼ 数字数据（信号）直接在模拟信道上传输将失 真： ◼ 模拟信道有一定的带宽：能传输的信号频率范围 ◼ 带宽由传输媒体和有关的附加设备与电路的频率特 性综合决定 ◼ 低通信道的带宽fc：从0到某个截止频率fc的信号通 过时振幅不会衰减或者衰减很小，而超过fc的信号 会大大衰减 ◼ 电话音频线路的带宽为4kHz

带宽与傅里叶分析(2) 频率( Frequency) s(t+⑦)=s(t) oo<t<oo general sin e wave: A: Amplitide phase f=lT s(t)=Asin(2rft +o) ■傅里叶分析 具有有限持续时间T的数字信号可以看作以T 为周期的函数g(),它由(无限个)正弦和 余弦的多次谐波组成:

带宽与傅里叶分析（2） ◼ 频率（Frequency） ◼ 傅里叶分析 ◼ 具有有限持续时间T的数字信号可以看作以T 为周期的函数g(t)，它由（无限个）正弦和 余弦的多次谐波组成： s(t) A ( πft φ) general e φ s t T s t t = + = + = −    sin 2 sin wave : A : Amplitide : phase f 1/T ( ) ( )

带宽与傅里叶分析(3) 傅里叶级数的正弦余弦表示: g()=∑ansn(2my)+∑b,cos(2mf) TJo 8(0)sin( 2mft)dt g(t)cos(2rinft )dt +∑as(2m)+2b2co2m/)2 n=1 8()dh 基准频率:f ■直流分量(C):频率为0 N次谐波的周期为nf,振幅为an或者bn

带宽与傅里叶分析（3） ◼ 傅里叶级数的正弦余弦表示： ◼ 基准频率: f ◼ 直流分量(C):频率为0 ◼ N次谐波的周期为nf，振幅为an或者bn      =  =  =  = = + + = + 1 1 0 0 sin( 2 ) cos(2 ) 2 ( ) sin( 2 ) cos(2 ) n n n n n n n n a nft b nft c g t a nft b nft        = = = T T n T n g t dt T c g t nft dt T b g t nft dt T a 0 0 0 ( ) 2 ( ) cos(2 ) 2 ( )sin( 2 ) 2  

带宽与傅里叶分析(4) ■傅里叶级数的振幅-相位表示: 8()=+∑cnCO(2m+9) b tan ■带宽:模拟信道允许通过的频率的范围 所有数字信号的带宽是无限的 模拟信道的带宽限制了通过的谐波的次数 带宽越低,通过谐波次数越少,信号越容易失真

带宽与傅里叶分析（4） ◼ 傅里叶级数的振幅-相位表示： ◼ 带宽：模拟信道允许通过的频率的范围 ◼ 所有数字信号的带宽是无限的 ◼ 模拟信道的带宽限制了通过的谐波的次数 ◼ 带宽越低，通过谐波次数越少，信号越容易失真   = = + + 1 cos(2 ) 2 ( ) n n nft n c c g t   tan ( ) 1 2 2 n n n n n n b a c a b − = − = + 

信道的最大数据速率(1) ■考虑8比特编码的数字信号波形 n数据速率为cbps,发送8比特的时间为8/C秒,基准 频率为c/8Hz 信道带宽为H,则在信道上允许通过的最高谐波次 数为 信道带宽8H 基波频率 示例:带宽H=3kHz C=9.6kbps时,最多通过2次谐波 C=24kbps时,可以通过10次谐波 19.2k通过1次谐波 38400时通过谐波的次数为0

信道的最大数据速率（1） ◼ 考虑8比特编码的数字信号波形: ◼ 数据速率为c bps，发送8比特的时间为8/c秒，基准 频率为c/8 Hz ◼ 信道带宽为H，则在信道上允许通过的最高谐波次 数为 ◼ 示例：带宽H=3k Hz ◼ C=9.6kbps时，最多通过2次谐波 ◼ C=2.4kbps时，可以通过10次谐波 ◼ 19.2k 通过1次谐波 ◼ 38400时通过谐波的次数为0 C H ＝ 基波 信道 8 频率 带宽

信道的最大数据速率(2) Nyquist定理: 给出了有限带宽无噪声信道的最大数据速率公式 信号通过带宽为H的低通滤波器,每秒2H次采样能 够完整重现该被滤波的信号 其中 C=2H log L C为最大数据速率 H为信道的带宽 L为信号可取的离散值的个数 信道带宽为4kHz,信号有4种取值,则最大数据速 率 C=2×4×log24=16kbps

信道的最大数据速率（2） ◼ Nyquist定理： ◼ 给出了有限带宽无噪声信道的最大数据速率公式 ◼ 信号通过带宽为H的低通滤波器，每秒2H次采样能 够完整重现该被滤波的信号 ◼ 信道带宽为4kHz，信号有4种取值，则最大数据速 率 2 log C = H 2 L 为信号可取的离散值的个数 为信道的带宽 为最大数据速率 其中： L H C C 2 4 log 4 16kbps =   2 =