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第2章物理层
研究给定信道上传输数据所受的限
制,讨论传输介质,介绍使用这些
底层介质的例子
傅里叶分析
• 任何正常周期为T 的函数g(t),都可以由(无
限个)正弦和余弦函数合成:
任何信号的传输都可理解为以傅立
叶级数的形式传递
• 如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减,
则合成后振幅有所衰减,基本形状不变;
• 对任何已知的g(t)可求得:
谐波数越高,传输质量越好
如传输ASCII字符―b‖,可求得:
Nyquist定理
• 在无噪声信道中,当带宽为H Hz信号,电
平为V级,则
当信号电平为V级,即在二进制中仅为0,1两级时,
则以每秒高于2H次的速率对线路采样是无意义的因为高频分量已被滤波
器虑掉无法再恢复
非理想信道
实际的信道上存在三类损耗:衰减、延迟、噪声。
a )衰减
信道的损耗引起信号强度减弱,导致信噪比S/N 降低。
b )延迟
信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同,
在接收端会产生信号畸变。
c )噪声
热噪声:由导体内的热扰动引起,又称为白噪声。
串扰:信道间产生的不必要的耦合。例:多对双绞线
脉冲噪声:非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干
扰造成(闪电、大功率电机启动等)。
噪声将破坏信号,产生误码。持续时间0.01s 的干扰可以
破坏约560个比特(56Kbps )。
Shannel公式:高斯噪声干扰信道
S C = 传输率,单位b/s
C = W log2 (1+ N ) W = 带宽,单位Hz
S/NdB 信噪比(dB分贝)的定义
S/NdB = 10 log10 S/N
即: S 10S N dB 10
N
例:信道带宽W=3KHz,信噪比为30dB,则
C=3000*log (1+1000) ≈30Kbps
2
信道最大数据传输率
Nyquist 公式:用于理想低通信道
C = 传输率,单位b/s或bps
C = 2W log2 M W = 带宽,单位Hz
M = 信号电平级数
例如: M 最大数据率(C)
话音级线路(3000 Hz) 2 6000 bps
的信道容量计算,如右 4 12000 bps
图所示。 8 18000 bps
16 24000 bps
32 30000 bps
64 36000 bps
Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。
Nyquist公式和Shannel公式的比较
●C = 2W log M
2
此公式说明数据传输率C随信号编码级数
增加而增加。
●C = W log (1+S/N)
2
无论采样频率多高,信号编码分多少级,
此公式给出了信道能达到的最高传输速率。
原因:噪声的存在
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