《数据传输》word版

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1、第二章数字通信基本原理2.1数据传输2.1.1数据和信号l数据是信息的表示形式，它是计算机处理的对象。数据的类型有：文本、图像、音频和视频。l数据自身的特性又可分为数字数据和模拟数据。模拟数据的值是连续变化的，而数字数据的值只能取若干有限的离散值。ü文本表示文字信息，世界上有各种不同的语言和文字，采用一个或多个字节的比特序列编码来代表文字。举例：ASCII、Unicode分别1、2字节表示。ü图像是视觉信息的表示形式，它是由许多称为像素的点在行和列上排列而成的二维信息结构，每个像素点的值代表该像素点的亮

2、度或颜色，全部像素点的集合就表示一幅图像。例如：400×600=24万像素。如果是数字图像，若每像素量化为8比特，则该图像的大小是1.92Mb。ü视频数据是影像信息的表示形式，可由摄像机拍摄获得也可以由图像序列组合而成。例如，电视信号就是由每秒25帧的图像序列组合而成的。视频信号的特点是数据量大，如果由上面的图像构成的视频，则它的数据率为1.92×25=48Mb／s。视频数据也是一个连续的数据流，在传输中对传输的延迟变化要求很严格。l信号是信息在媒体上的表示形式，它以电磁能量的方式在媒体上传输。信号也分

3、为模拟信号和数字信号两种形式。在通信和网络中的信号有电信号和光信号两类信号。2.1.2模拟传输系统和数字传输系统l模拟数据模拟信号传输系统无线电广播、传统的有线电视网、早期的固定电话和第一代移动电话均属于这一类型，通常是把模拟的语音或视频调制到高频信号上进行传输。l模拟数据数字信号传输系统由于数字传输的优越性，要将模拟数据在数字信道上传输，必须要将模拟数据变为数字信号。通常采用PCM编码和Δ调制（deltamodulation），先把模拟数据变为数字数据，然后再把数字数据变为数字信号在信道上传输。现代的

4、固定电话系统只在用户到端局的几公里的传输是模拟的，到了交换局以后已是数字传输，到了用户接收端又还原为模拟数据。因此，可以把固定电话系统看作模拟数据在数字信道的传输系统。l数字数据模拟信号传输早期的固定电话系统全是模拟系统，为了能在电话网上传输数字数据，采用调制解调器，将数字数据变为模拟信号在电话网上传输。传统的有线电视网（CATV）是模拟传输系统，使用线缆调制解调器（CableModem）可以传送数字数据；无线局域网也是数字数据模拟传输系统。l数字数据数字信号传输计算机网络属于这一类。基带传输数字数据通

5、过线路编码转换成数字信号在链路上传送的例子。2.2信号分析基础通信系统中要传输的是包括信息的信号，因此对通信系统分析离不开信号的分析。描述信号的基本方法是用其数学表达式，通常为时间的函数，绘出函数的图形（称为信号的波形），这种方法称为“时域分析法”。时域分析法对于计算信号的某时刻的值很方便，但用其分析信号更多特征，往往较困难。一般地，利用傅里叶变换技术将时域信号被换到频域进行分析，以确定信号的带宽，是否可提取时钟信号等问题，这种方法称为“频域分析法”。2.2.1信号的频谱分析分析信号的频域分布，可以确定

6、信号的带宽，以合理分配信道。傅里叶变换可以使信号的时域和频域建立对应关系。(1)周期信号及频谱分析周期信号的傅里叶级数表达式如下其中，为傅里叶系数，写为，。

7、

8、--ω关系图称为振幅频谱（简称频谱）周期性矩形信号的频谱(手写)（改）(a)(b)图2-4周期性矩形脉冲信号的频谱注：振幅频谱的物理意义（手写）结论：l周期性矩形脉冲的频谱是离散的并纵轴对称l周期性矩形脉冲的包络线是抽样函数l从频谱图中可以看到信号包含哪些谐波分量及其振幅大小l因为信号的能量与振幅的平方成正比，信号的能量主要集中在第一个过零点的单

9、边频率范围lτ越小，带宽越大(2)矩形脉冲信号对于矩形脉冲信号（改）(a)(b)图2-3单个矩形脉冲信号及其频谱图对于2-3(a)所示的单矩形脉冲信号，根据傅里叶变换公式，求得矩形脉冲函数的频谱为，其频谱图如图2-3(b)所示。（手写）结论：l非周期函数的频谱是连续的并关于纵轴对称l可以看出信号包含哪些频率分量及其振幅l单个矩形脉冲的包络线是抽样函数l单个矩形脉冲的能量集中在第一个过零点的单边频率范围lτ越小，带宽越大(1)冲激信号及频谱时域冲激信号：频域冲激信号：2．2.2信号的带宽l定性：信号能量集

10、中的频率范围。这个频率范围内的分量，对标识信号起决定性的作用l定量计算：（前提原始信号的能量集中在ω=0附近）信号的带宽是占信号总能量（或功率）90%（95%，99%）的频率范围（公式手写）l工程近似：信号频谱曲线第一个过零点的单边频率范围n周期性矩形脉冲函数和单个矩形函数B=1/τn随机的矩形脉冲序列的带宽用单个矩形脉冲的带宽来估算B=1/τ(*c)2.2.3信号通过线性系统l线性网络频率传输特性函数网络n时域响应（手写）n频域响应（手写