1電磁信號(hào)

時(shí)域分析:表示成時(shí)間的函數(shù)頻域分析:信號(hào)是由不同頻率成分所組成2時(shí)域分析(I)類比信號(hào):其訊號(hào)強(qiáng)度隨時(shí)間軸呈現(xiàn)平滑變化沒(méi)有間斷或不連續(xù)的信號(hào)數(shù)位信號(hào):於一時(shí)間區(qū)間其信號(hào)強(qiáng)度維持在一個(gè)固定的準(zhǔn)位，另一區(qū)間信號(hào)強(qiáng)度可改變到另一個(gè)準(zhǔn)位週期信號(hào)(periodicsignal):是最簡(jiǎn)單的一種信號(hào)形式，在時(shí)間軸上，它以相同的信號(hào)形式重複出現(xiàn)

s(t+T)=s(t)-

<t<+

其中常數(shù)T為信號(hào)的週期(T是滿足上式的最小值)3類比信號(hào)與數(shù)位信號(hào)波形時(shí)間時(shí)間(a)類比(b)數(shù)位振幅(伏特)振幅(伏特)圖2.14時(shí)域分析(II)非週期信號(hào):在時(shí)間軸上，不會(huì)以相同的信號(hào)形式重複出現(xiàn)構(gòu)成訊號(hào)的主要成份包含有振幅峰值(peakamplitude):信號(hào)在時(shí)域的最大值或最大強(qiáng)度；其單位為伏特頻率(f):信號(hào)重複的速率[單位為週/每秒，或赫芝(Hz)]5時(shí)域分析(III)週期(T):信號(hào)重複的時(shí)間，頻率與週期的關(guān)係為T=1/f相位(

):單一週期內(nèi)信號(hào)在時(shí)間軸相對(duì)位置的時(shí)間差波長(zhǎng)(

):單一週期內(nèi)佔(zhàn)有的距離

相鄰兩個(gè)連續(xù)週期內(nèi)兩個(gè)相同相位點(diǎn)的距離

6正弦波一般的正弦波s(t)=Asin(2

ft+

)圖2.3展現(xiàn)改變振幅、頻率、相位這三個(gè)參數(shù)的效應(yīng)

(a)A=1,f=1Hz,

=0;因此T=1s(b)其振幅峰值為;A=0.5(c)頻率部分;f=2,即T=?(d)相位平移;

=

/4弳度

(45degrees)2

弳度=360°=1週期7正弦波(續(xù))圖2.28

時(shí)間與距離之關(guān)係圖2.2的橫軸是時(shí)間，此圖顯示信號(hào)在空間上的位置可表示為時(shí)間的函數(shù)這些相同的曲線圖可以應(yīng)用在水平軸是空間距離的情形，也就是說(shuō)此圖顯示了一個(gè)信號(hào)為距離的函數(shù)

例如考量一個(gè)特定時(shí)間點(diǎn)的正弦波的傳輸時(shí)，距離發(fā)射天線或擴(kuò)音器外的訊號(hào)變化可以表示成一個(gè)離發(fā)射源距離的函數(shù)

9頻域分析(I)當(dāng)信號(hào)的所有頻率成分是某一個(gè)頻率的整數(shù)倍，則此最小頻率稱為基礎(chǔ)頻率(fundamentalfrequency)頻譜(spectrum)是一個(gè)信號(hào)頻率的涵蓋範(fàn)圍頻譜的寬度是信號(hào)的絕對(duì)頻寬(absolutebandwidth)一般信號(hào)大部分的能量侷限於相對(duì)窄頻帶內(nèi)，此頻帶寬稱為有效頻寬(effectivebandwidth)或簡(jiǎn)單地稱為頻寬。10頻域分析(II)週期信號(hào)是由不同的振幅、頻率和相位之正弦波所組成整體總和信號(hào)的週期是基礎(chǔ)頻率的倒數(shù)11傅立葉分析範(fàn)例tg(t)aT0/2-T0/2-a1傅立葉級(jí)數(shù)系數(shù)12傅立葉分析範(fàn)例(續(xù))設(shè)定T0=4,a=1.Thenf0=1/T0=1/4,可得級(jí)數(shù)展開13傅立葉分析範(fàn)例(續(xù))14傅立葉分析範(fàn)例(續(xù))15傅立葉分析範(fàn)例(續(xù))16資料傳輸速率與頻寬的關(guān)係資訊攜載量與其頻寬有直接的關(guān)係，頻寬愈大資訊攜載量愈大概論數(shù)位信號(hào)的頻寬無(wú)限大一般傳輸系統(tǒng)先將信號(hào)限制在某一頻寬內(nèi)再傳送對(duì)於任何指定的媒介而言，傳送頻寬愈大成本愈高限制傳輸系統(tǒng)的頻寬會(huì)造成信號(hào)失真17資料傳輸之名詞定義資料(data):定義為一種傳送訊息的實(shí)體信號(hào)(signal):是一種用來(lái)表示資料的電或電磁形式傳輸(transmission):是一種信號(hào)的傳送與處理以達(dá)到傳送資料之目的

18類比和數(shù)位資料的例子

類比資料影像聲音數(shù)位資料文字?jǐn)?shù)字

19類比信號(hào)

類比信號(hào)(analogsignal)是一種連續(xù)變化之電磁波，傳遞於某些介質(zhì)上，適合傳遞電波信號(hào)之媒介與信號(hào)頻率有關(guān)傳遞電波信號(hào)之媒介:銅線(雙絞線)光纖電纜大氣或空間傳播類比信號(hào)可傳送類比和數(shù)位資料20數(shù)位信號(hào)

數(shù)位信號(hào)(digitalsignal)是一個(gè)電壓脈波的序列，此脈波的序列可傳送於銅線上一般數(shù)位信號(hào)系統(tǒng)比類比信號(hào)系統(tǒng)便宜數(shù)位信號(hào)傳輸系統(tǒng)較不容易受雜訊干擾主要的缺點(diǎn)是數(shù)位信號(hào)比類比信號(hào)易衰減數(shù)位信號(hào)可傳送類比和數(shù)位資料21類比信號(hào)表示及傳輸類比和數(shù)位資料類比資料(語(yǔ)音波形)數(shù)位資料(二進(jìn)制電壓脈波)類比信號(hào)：以連續(xù)電磁波表示資料電話數(shù)據(jù)機(jī)類比信號(hào)類比信號(hào)(調(diào)變至載波頻率上)22數(shù)位信號(hào)表示及傳輸類比和數(shù)位資料數(shù)位信號(hào)數(shù)位信號(hào)編解器數(shù)位發(fā)射機(jī)數(shù)位信號(hào)：以電壓脈波序列表示資料類比資料數(shù)位資料23信號(hào)與資料選擇數(shù)位資料

數(shù)位信號(hào)一般而言，數(shù)位資料編成數(shù)位信號(hào)的裝置比數(shù)位轉(zhuǎn)類比的裝置簡(jiǎn)單且便宜類比資料

數(shù)位信號(hào)類比資料至數(shù)位形式的轉(zhuǎn)換使能用於現(xiàn)代的數(shù)位傳輸與交換裝置數(shù)位資料

類比信號(hào)一些傳輸媒介例如光纖和衛(wèi)星只傳送類比信號(hào)

類比資料

類比信號(hào)類比資料可很容易地轉(zhuǎn)成類比信號(hào)

24類比傳輸類比傳輸方式不必考慮其傳輸之信號(hào)內(nèi)容

類比信號(hào)傳輸時(shí)會(huì)衰減，因而限制了傳輸?shù)木嚯x

利用放大器增加信號(hào)能量，但不幸地雜訊也同時(shí)放大，信號(hào)的失真也越來(lái)越嚴(yán)重類比資料(例如聲音)可容忍較大的失真利用類比傳輸數(shù)位資料易造成數(shù)位資料的錯(cuò)誤25數(shù)位傳輸

要考慮其傳輸之信號(hào)內(nèi)容衰減會(huì)危害資料完整性數(shù)位信號(hào)數(shù)位信號(hào)傳輸數(shù)位資料(使用中繼器)重整回復(fù)1與0的形式重新輸出回復(fù)的數(shù)位信號(hào)類比信號(hào)傳輸數(shù)位資料傳輸裝置將類比信號(hào)回復(fù)原數(shù)位信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)新且未受雜訊干擾之類比信號(hào)26通道容量雜訊等傳輸損害會(huì)限制資料傳輸速率對(duì)於數(shù)位資料的傳輸而言，這些損害怎樣限制資料傳輸速率?在給定傳輸條件下，一個(gè)指定通訊路徑(通道)的最大資料傳輸速率稱為通道容量

27通道容量相關(guān)的名詞資料率：資料傳送的速率，單位是位元每秒(bps)頻寬：發(fā)射機(jī)和傳輸媒介的本質(zhì)將傳輸信號(hào)侷限於某一頻率範(fàn)圍稱之為傳送信號(hào)的頻寬，單位是週每秒或是Hz雜訊：通訊路徑上的平均雜訊準(zhǔn)位錯(cuò)誤率：錯(cuò)誤發(fā)生的機(jī)率所謂錯(cuò)誤是指?jìng)魉?接收到的卻是1或傳送1而接收到的卻是028奈奎士頻寬

(Nyquistbandwidth)二進(jìn)制形式的(兩個(gè)電壓準(zhǔn)位)C=2B多階的信號(hào)C=2Blog2

MM=是離散信號(hào)或電壓準(zhǔn)位的數(shù)目

29訊雜比

訊雜比是指?jìng)鬏斏夏骋粋€(gè)特定點(diǎn)之信號(hào)功率與雜訊功率的比值一般在接收端測(cè)量訊雜比(signal-to-noiseratio,SNRorS/N)一個(gè)高的訊雜比表示高品質(zhì)的信號(hào)訊雜比設(shè)定了可實(shí)現(xiàn)的資料速率之上限30數(shù)位信號(hào)的雜訊影響效應(yīng)

傳輸資料信號(hào)雜訊信號(hào)加雜訊取樣時(shí)間接收的資料010110111001000原始資料

010110011001010錯(cuò)誤位元圖2.9

數(shù)位信號(hào)的雜訊影響效應(yīng)

31沈農(nóng)通道容量定理方程式：通道容量可實(shí)現(xiàn)的最大理論值實(shí)際上可達(dá)到的比理論值低很多考量白色雜訊(熱雜訊)的情況未考慮脈衝雜訊未考慮衰減失真或者延遲失真32奈奎士和沈農(nóng)公式的例子

一個(gè)通道頻譜介於3MHz和4MHz且SNR=24dB運(yùn)用沈農(nóng)定理可得33奈奎士和沈農(nóng)公式的例子(續(xù))

需要多少信號(hào)準(zhǔn)位?

34傳輸介質(zhì)傳輸媒介是指發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的實(shí)體路徑引導(dǎo)性傳輸媒介電波是沿著固態(tài)的媒介導(dǎo)引前進(jìn)例如雙絞銅線、同軸電纜或光纖非引導(dǎo)性傳輸媒介非引導(dǎo)性的媒介只提供傳送電磁信號(hào)的介質(zhì)但不加以導(dǎo)引此形式的傳送一般稱為無(wú)線傳輸例如空氣、外太空35非引導(dǎo)性傳輸介質(zhì)藉由天線來(lái)達(dá)成傳送和接收無(wú)線傳輸有指向性和全向性(等向性)兩個(gè)基本架構(gòu)定向傳輸全向傳輸

36一般頻率的範(fàn)圍

微波(microwave)頻率的範(fàn)圍1GHzto40GHz高指向性波束適用於點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸使用於衛(wèi)星通訊無(wú)線電(radio)頻帶

30MHzto1GHz頻率範(fàn)圍是適合於全向性的應(yīng)用

紅外線(infrared)的頻帶頻率範(fàn)圍

,3x1011to2x1014Hz用於短距離(例如，單一房間)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)傳輸之應(yīng)用37地面的微波信號(hào)

典型微波天線的描述拋物面的“碟形天線”，其直徑大小約3公尺天線採(cǎi)固定式且微波信號(hào)能量集中於一個(gè)窄波束內(nèi)對(duì)準(zhǔn)接收天線實(shí)現(xiàn)直線傳輸微波天線通常設(shè)置於空曠且高的地方

應(yīng)用遠(yuǎn)距離的電信服務(wù)建築物間短距離的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸38衛(wèi)星的微波信號(hào)通訊衛(wèi)星的描述微波傳送站它用來(lái)連結(jié)兩個(gè)或多個(gè)的地面微波發(fā)射機(jī)/接收機(jī)(我們熟知的地面站)衛(wèi)星接收某一頻帶微波(上傳)，將接收信號(hào)放大或重複再以另一個(gè)頻帶微波送出(下傳)應(yīng)用電視轉(zhuǎn)播長(zhǎng)距離的電話傳輸私人的商業(yè)網(wǎng)路39廣播無(wú)線電無(wú)線電廣播天線的描述全方向性無(wú)線電廣播不需要碟形天線天線不須嚴(yán)格地裝置及精密的校準(zhǔn)應(yīng)用廣播無(wú)線電VHF和部分UHF的頻帶;30MHZto1GHz此範(fàn)圍包含調(diào)頻廣播與UHF和VHF電視

40多工

傳輸媒介的容量一般都超過(guò)單一信號(hào)傳輸所需要的容量多工技術(shù)-用單一媒介攜載多個(gè)信號(hào)使得傳輸系統(tǒng)更有效率，此種方式就是多工(multiplexing)41多工技術(shù)示意圖n個(gè)輸出一個(gè)資料鏈，n個(gè)通道n個(gè)輸入42使用多工的理由每kbps的成本可以因增加傳輸設(shè)備的資料速率而降低傳輸設(shè)備的成本(每kbps的價(jià)格)因增加資料速率而降低了大部份個(gè)別的數(shù)據(jù)通訊裝置需要相對(duì)適度的資料速率43

多工技術(shù)分頻多工(frequencydivisionmultiplexing,FDM)利用媒介有用頻寬大於一個(gè)信號(hào)需要的頻寬之事實(shí)

分時(shí)多工(timedivisionmultiplexing,TDM)

利用媒介的資料傳輸速率(有時(shí)可稱頻寬)大於一個(gè)數(shù)位信號(hào)所需的