【计算机网络】数字信号的频谱与数字信道的特性.pptVIP

2.2 数字信号的频谱与数字信道的特性 2.2.1　傅立叶分析 2.2.2　周期矩形脉冲信号的频谱 2.2.3　数字信道的特性 2.2.4　基带传输、频带传输和宽带传输 2.2.1 傅立叶分析 任何周期信号都是由一个基波信号和各种高次谐波信号合成的。根据傅立叶分析法，可以把一个周期为T的复杂函数 表示为无限个正弦和余弦函数之和： 2.2.2 周期矩形脉冲信号的频谱 1. 频谱 频谱指组成周期信号各次谐波的振幅按频率的分布图，如图2.9所示。 2.2.2 周期矩形脉冲信号的频谱 2.2.2 周期矩形脉冲信号的频谱 2. 带宽 信号的带宽是描述信号的一个重要参数，同时也是描述传输系统的一个重要参数。信号是由特定的电磁波来传输的，而电磁波都有一定的频率范围。信号的带宽是指信号含有的频带宽度，在实际应用中指信号能量比较集中的频率范围。 2.2.2 周期矩形脉冲信号的频谱 2.2.2 周期矩形脉冲信号的频谱 信道的带宽指信道频率响应曲线上幅度取其频带中心处值的1/ 倍的两个频率之间的区间宽度，如图2.11所示。 2.2.3 数字信道的特性 1．信道容量、波特率和数据速率 一个码元携带的信息量n（比特）与码元取的离散值个数N具有如下关系: 波特率：波特率也叫码元速率，表示单位时间内信号波形的变换次数，即通过信道传输的码元个数。 若信号码元宽度为T秒，则码元速率B=1/T，单位叫波特。 奈氏定理： 奈奎斯特1924年推导出有限带宽无噪声信道的极限波特率。若信道带宽为W，则奈氏定理的最大码元速率为B=2W (Baud)，奈氏定理指定的信道容量也叫奈氏极限。 2.2.3 数字信道的特性 数据速率：单位时间内信道上传送的信息量（比特数）。 信道容量：信道中能不失真地传输脉冲序列的最高速率。 在一定波特率下提高数据速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。若把两比特编码为一码元，则数据速率可成倍提高，有以下公式： 2.2.3 数字信道的特性 数据速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”是两个不同的概念。两者在数量上有上述公式所描述的关系。若1个码元只携带1bit的信息量，则两者在数值上是相等的。即R=B 。但若使1个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的数据速率为Mn bps。例如，有一个带宽为3kHz的理想低通信道，其码元传输速率为6000baud。而最高数据速率可随编码方式的不同而有不同的取值。若1个码元能携带2bit的信息量，则最高的数据速率为12000bps。这些都是不考虑噪声的理想情况下的极限值。至于有噪声影响的实际信道，则远远达不到这个极限。 2.2.3 数字信道的特性 2. 误码率 香农提出有噪声信道的极限数据速率用下述公式计算: 误码率可用来表示传输二进制位时出现差错的概率，以下公式中Pe表示误码率，Ne表示出错位数，N为传送的总位数。 2.2.3 数字信道的特性 3. 信道延迟 信号在信道中从源端到达宿端需要的时间即为信道延迟，它与信道的长度及信号传播速度有关。 例如，远离地面3.6万公里的卫星，上行和下行的时延均约270ms。 2.2.4 基带传输、频带传输和宽带传输 计算机网络通信系统依其传输介质的频带宽度可分为两类：基带系统和宽带系统，两者的差别是传输介质的带宽不同，允许的数据传输速率也不同。 基带系统只传输一路信号，既可以是数字信号也可以是模拟信号，但通常是数字信号。宽带介质实际上可划分为多条基带信道。 由于数字信号的频带很宽，故不能在宽带系统中直接传输，必须将其转化为模拟信号方可在宽带系统中传输。宽带系统通常传输的是模拟信号。 2.2.4 基带传输、频带传输和宽带传输 1. 基带传输 所谓基带指的是基本频带，也就是数据编码电信号所固有的频带，这种信号可称为基带信号。所谓基带传输就是对基带信号不加调制而直接在线路上进行传输，它将占用线路的全部带宽，也可称为数字基带传输。 2. 频带传输 进行远距离数据传输时，一般要借用已有的通信网（如电话网）,而数据的原始形式是数字信号（基带信号）,它无法在带宽较窄的通信网中传输，需要将带宽很宽的数字信号（基带信号）变换为带宽符合通信网要求的模拟信号，而这种模拟信号通常由某一频率或某几个频率组成，它占用了一个固有频带，所以称为频带传输。 第2章 数据通信 * 图2.9 信号的频谱图 周期性矩形脉冲及其频谱,如图2.10所示 图2.10 周期性脉冲及其频谱 周期性矩形脉冲的带宽为 f、T分别为周期性矩形脉冲的频率和周期。信号带宽与脉冲宽度成反比，由此可知传送的脉冲的频率越高（即脉冲越窄），要求信道的带宽越大。 图2.11 信道带宽 第2章 数据通信 *