第二讲信道PPT讲稿.ppt

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1、第二讲信道第1页，共43页，编辑于2022年，星期二信道的概念l信道是信息传输的通道。l信号必须依靠传输介质进行传输，故狭义上说，传输介质即为信道。l广义上，把包含传输设备在内的整个信号传输的通道称为广义上的信道。第2页，共43页，编辑于2022年，星期二传输介质的分类l可以传播电磁波的物质，主要分为有线介质和无线介质两类。l有线介质又称导向介质，主要有双绞线、同轴电缆、光纤等。l无线介质为可以传播电磁波的自由空间。第3页，共43页，编辑于2022年，星期二双绞线l双绞线一般由两根22-26号绝缘铜导线相互缠绕而成，把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在

2、传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。第4页，共43页，编辑于2022年，星期二双绞线的连接RJ-45水晶头RJ-45接口第5页，共43页，编辑于2022年，星期二双绞线的扭绞程度l双绞线缆是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。l典型的双绞线有四对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的，称之为双绞线电缆。l在双绞线电缆（也称双扭线电缆）内，不同线对具有不同的扭绞长度，一般地说，扭绞长度在38.1cm至14cm内，按逆时针方向扭绞。相邻线对的扭绞长度在12.7cm以上，一般扭线的越密其抗干扰能力就越强。第6页，共43页，编辑于2022年，星期二屏蔽和无屏蔽双绞线铜线铜线聚氯乙烯

3、套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP第7页，共43页，编辑于2022年，星期二双绞线的分类l一类线：主要用于传输语音（一类标准主要用于八十年代初之前的电话线缆），不同于数据传输。l二类线：传输频率为1MHZ，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4MBPS规范令牌传递协议的旧的令牌网。l三类线：指目前在EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用于10BASE-T。l四类线：传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输主要用于基于令牌的

4、局域网和 10BASE-T/100BASE-T。l五类线：传输频率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。l超五类线：利用4对线进行传输，可以用于千兆位以太网。l六类线：传输频率为1MHz250MHz，用于传输速率高于1Gbps的应用。第8页，共43页，编辑于2022年，星期二双绞线的制作线序12345678568A绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕568B橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕第9页，共43页，编辑于2022年，星期二双绞线的制作第10页，共43页，编辑于2022年，星期二非屏蔽双绞线优点：优点：尺寸小、重量轻、容易弯曲

5、尺寸小、重量轻、容易弯曲价格便宜价格便宜容易安装和维护容易安装和维护RJ-45连接器牢固、可靠连接器牢固、可靠缺点：缺点：抗干扰能力较弱抗干扰能力较弱传输距离比较短传输距离比较短UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线非常适合于楼宇内部的结构化布线第11页，共43页，编辑于2022年，星期二屏蔽双绞线优点：优点：传输质量较高传输质量较高电缆尺寸和重量与电缆尺寸和重量与UTP相当相当缺点：缺点：安装不合适有可能引入外界干扰安装不合适有可能引入外界干扰第12页，共43页，编辑于2022年，星期二同轴电缆10base5 粗同轴电缆10base2 细同轴电缆第13页，共43页，编辑于2022年，星期二同轴

6、电缆和计算机连接服务器服务器客户机客户机客户机客户机客户机客户机BNC TBNC T型连接器型连接器 终端终端电阻电阻终端终端电阻电阻第14页，共43页，编辑于2022年，星期二同轴电缆的特点优点优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大传输距离较远，覆盖的地域范围较大技术非常成熟技术非常成熟缺点缺点电缆硬，折曲困难，重量重电缆硬，折曲困难，重量重局域网常用同轴电缆局域网常用同轴电缆粗同轴电缆：特征阻抗粗同轴电缆：特征阻抗50，直径，直径1cm细同轴电缆：特征阻抗细同轴电缆：特征阻抗50，直径，直径0.5cm同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线第15页，共43页，

7、编辑于2022年，星期二光纤l光纤是一种能引导光束的细（2-125um）且柔软的介质，由纤芯、包层、护套等组成。包层纤芯折射角入射角 包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）第16页，共43页，编辑于2022年，星期二多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤第17页，共43页，编辑于2022年，星期二单模光纤与多模光纤的比较项目传输距离速率光源信号衰减端接造价单模光纤长高激光小较难高多模光纤短较低发光二极管大较易低第18页，共43页，编辑于2022年，星期二光缆的特点优点：优点：传输速率高传输速率高 传输距离远传输距离远 传输损耗低传输损耗低

8、 抗干扰能力强抗干扰能力强缺点：缺点：价格相对较高价格相对较高 安装比较困难安装比较困难光缆适合于楼宇内部的结构化布线光缆适合于楼宇内部的结构化布线第19页，共43页，编辑于2022年，星期二光纤通信系统的基本组成l光源：光波产生源。l光纤：传输光波的导体。l光发送机：产生光束,将电信号转变成光信号,再将光信号导入光纤。l光接收机：接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理。第20页，共43页，编辑于2022年，星期二光源l常用光源主要有：发光二极管和半导体激光器 项目数据速率模式距离生命期温度敏感性造价发光二极管低多模短长较低低半导体激光器高单模/多模长短较敏感高第2

9、1页，共43页，编辑于2022年，星期二影响导向介质传输性能的主要因素l衰减：电磁信号沿任何介质传输时总会有削弱，距离越大，削弱越严重，这称为衰减，频率越高，信号衰减越严重；l延迟：信号的不同频率成分在电缆中传输速度不同，造成信号的损伤称为延迟失真；l噪声。第22页，共43页，编辑于2022年，星期二无线传输l无线传输所使用的频段很广。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(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013

10、1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 第23页，共43页，编辑于2022年，星期二重点关注频段l240GHZ，微波，点到点应用l300MHZ1GHZ，无线电，全向应用l3101131014HZ，红外区，本地点到点应用l微波炉2450MHz 第24页，共43页，编辑于2022年，星期二移动通信频率lGSM使用900MHz1800MHzl3G使用1920MHz2170MHz中国电信cdma2000频率19201935MHz(上行)/21102125MHz(下行)，共15MHz2

11、；中国联通WCDMA频率19401955MHz(上行)/21302145MHz(下行)，共15MHz2；中国移动TD-SCDMA频率18001900MHz以及21102025MHz GSM系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM1900MHz等几个频段。移动公司GSM网络使用的频率资源为：EGSM885-890，930-935是5M，PGSM890-909，935-954是19M，共24M 联通GSM900频段为909-915，954-960，共6M WIFI 2.4GHZ，5GHZ第25页，共43页，编辑于2022年，星期二地面微波接力第26页，共4

12、3页，编辑于2022年，星期二地面微波接力的特点优点：优点：通信信道的容量很大。通信信道的容量很大。微波通信受外界干扰影响比较小，传输质量较高。微波通信受外界干扰影响比较小，传输质量较高。投资少、见效快。投资少、见效快。缺点：缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物。相邻站之间必须直视，不能有障碍物。微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。与电缆通信系统相比较，微波通信的隐蔽性和保密性较与电缆通信系统相比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。差。对大量中继站的使用和维护，要耗费一定的人力和物对大量中继站的使用和维护，要耗费一定的人力和物 力。力。第27页，共43页

13、，编辑于2022年，星期二卫星通信 卫星通信的最大特点是通信距离远，卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。且通信费用与通信距离无关。第28页，共43页，编辑于2022年，星期二影响非导向介质传输性能的主要因素l自由空间损耗：随着距离增大，信号逐渐扩散开来，因此，接收到的信号能量减小；l大气吸收：例如，水蒸气主要吸收22GHZ附近信号频率，雨、雾引起电磁波散射，产生衰减；l多径效应：信号从发点到收点经多条反射路径造成干扰；l折射：无线电波在大气层中传播产生折射，影响接收；l噪声。第29页，共43页，编辑于2022年，星期二信息的度量l在信息的传输过程中，信息是以各种具体的信号

14、的形式体现。l能衡量信息多少的物理量叫信息量。l在通信领域，信息量指将信息用符号表示后符号的数量，在计算机中，信息用二进制表示，单位是比特。第30页，共43页，编辑于2022年，星期二码元l码元是信号的单位。l每个码元所携带的信息量依通信系统的不同而各异。l每码元携带的信息量 Ilog2N（N，不同信号的数目）单位是比特。第31页，共43页，编辑于2022年，星期二波特率l波特率，是用码元传输速率RB，单位是波特，记为B，或Baud。l信息的传输速率RbI RB。l波特（Baud）和比特（bit）是两个不同的概念。波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速

15、率或符号速率。比特是信息量的单位。第32页，共43页，编辑于2022年，星期二比特率与波特率的关系l比特率是信息的传输速率，又称为传信速率，单位为“比特/秒”，波特率是码元的传输速率，单位为“波特”。l若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上相等。l若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则l M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s。第33页，共43页，编辑于2022年，星期二举例设信号码元时间长度为83310-6秒，当采用4电平传输时，求数据传信速率和调制速率。解：调制速率1/（83310-6）1200Baud 数据传信速率1

16、200 log24 2400bps 第34页，共43页，编辑于2022年，星期二奈氏（Nyquist）准则l即使信道比较理想，码元的传输也不是不受限制的。l理想低通信道的最高码元传输速率=2W BaudlW 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)第35页，共43页，编辑于2022年，星期二奈氏（Nyquist）准则l理想带通特性信道的最高码元传输速率=W Baud lW 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz)l每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 2 个码元。l每赫带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元。第36页，共43页，编辑于2022年，星期二香农公式l1948年

17、香农Shannon用信息论的理论推导出了带宽受限且具有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率，当用此速率进行传输时，可以做到不产生差错。l信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C=W log2(1+S/N)bpsW 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。第37页，共43页，编辑于2022年，星期二香农公式的含义l信道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。l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。l虽然带宽与最大传输速率成正比，但当带宽W时，速率C也不会趋于。l实际信道上能够

18、达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。第38页，共43页，编辑于2022年，星期二注意l由于码元的传输速率受奈氏准则制约，故要提高信息的传输速率，就必须设法使每个码元携带更多的信息量；l有香农公式可知，带宽与信噪比确定的信道，无论采取何种先进的编码技术，信息的传输速率也不能超过极限值。第39页，共43页，编辑于2022年，星期二通信系统的性能评价l评价通信系统性能最主要的指标是可靠性和有效性。l有效性，即信息传播的速度。在给定的信道内，希望单位时间能传输更多的消息。l可靠性，即传输质量。指给定信道内接收消息的准确程度。第40页，共43页，编辑于2022年，星期二有效性的衡量在模拟系统

19、中：同时路数总带宽/每路信号的有效带宽在数字系统中：频带利用率 Rb/W第41页，共43页，编辑于2022年，星期二可靠性的衡量l模拟系统中：信噪比10log10S/Nl数字系统中：误码率接收错误码元数/总码元数第42页，共43页，编辑于2022年，星期二举例l某数据通信系统调制速率为1200 Baud，采用8电平传输，假设100秒误了1个比特，求误码率。设系统的带宽为600Hz，求频带利用率为多少bit/s.Hz？l解：数据传信速率1200 log283600bpsl误码率1比特/（100秒3600比特/秒）2.810-6l频带利用率3600bps/600Hz=6bit/s.Hz第43页，共43页，编辑于2022年，星期二