通信原理绪论ppt课件

通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统概述 u概 述 u通信系统组成 u通信系统分类 u系统工作方式 u信息及其度量 u主要性能指标 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel我们所知道的通信 u古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信 p这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通 信问题。 u现代：电话、电视、广播、邮政、因特网、其他方式 p目前的这些现代的通信方法和手段已为我们大家所熟知 ，并成为我们社会生活中一个不可或缺的组成部分。随 着科学技术与社会的发展，对通信的要求也越来越高 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信的发展简史 u按照人类交流方式与技术的不同，可以把通信历 史划分以下几个阶段： p 第一阶段 语言 p 第二阶段 文字、邮政 p 第三阶段 印刷术、出版物 p 第四阶段 电报、电话、广播 p 第五阶段 通信与计算机的结合、网络 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信的发展简史 u1753年2月17日，苏格兰人杂志上发表了一 封署名C.M的书信。在这封信中，作者提出了用 电流进行通信的大胆设想。他建议：把一组金属 线从一个地点延伸到另一个地点，每根金属线与 一个字母相对应。在一端发报时，便根据报文内 容将一条条金属线与静电机相连接，使它们依次 通过电流。电流通过金属线上的小球便将挂在它 下面的写有不同字母或数字的小纸片吸了起来， 从而起到远距离传递信息的作用。 最早的电通信设想 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信的发展简史 u1844年5月24日，莫尔斯从 华盛顿到巴尔的摩拍发人类 历史上的第一份电报。在座 无虚席的国会大厦里,莫尔 斯用激动得有些颤抖的双手 ,操纵着他倾十余年心血研 制成功的电报机, 发出了 :“上帝创造了何等奇迹!” 一语。 莫尔斯发出第一封 电报设备的复制品 最早的有线电报 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信的发展简史 u1875年6月2日，美国人亚力山大.格 雷厄姆.贝尔(Bell,Alekander Graham)发明了电话。至今美国波士 顿法院路109号的门口，仍钉着块镌 有：1875年6月2日电话诞生在这里 的铜牌。 u1876年2月14日，贝尔申请了那个著 名的他和沃森一直研究着的装置 电话的专利。同一天另一个发明 家格雷（1835-1901）也向美国专利 局递交了相似设备的专利申请书， 只因比贝尔晚了几个小时而痛失电 话发明权。 最早的有线电话 贝尔获得电话 的专利证书 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信的发展简史 u1887年3月21日，德国物理学家赫兹（Hertz） 在实验中发现，电火花的能量能够越过空间传到 远处。这是人类历史上第一次证实了电磁波的存 在。但赫兹断然否认选用电磁波进行通信的可能 性。他认为如要利用电磁波进行通信的话，需要 有一面面积与欧洲大陆相当的巨型反射镜。 电磁波的发现 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信的发展简史 u1895年5月7日，36岁的波波夫在彼德堡的俄国物理化学会 的物理分会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系”的论文 ，并当众展示了他发明的无线电接收机。当他的助手在大 厅的另一端接通火花式电波发生器时，波波夫的无线电接 收机便响起铃来；断开电波发生器，铃声立即中止。几十 年后，为了纪念波波夫在这一天的划时代创举，当时的苏 联政府便把5月7日定为“无线电发明日”。 最早的无线通信 波波夫实验 用的无线电 接收机 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信的发展简史 u1897年5月18日,马可尼进行横跨布里斯托尔（ Bristol）海峡的无线电通信取得成功，通信距离 为14公里。 人类首次远距离无线电通信 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel影响通信发展的重要发明或理论 u1906年,Lee Deforest发明了真空三极管放大器。 u1925年，英国发明家贝尔德在前人研究的基础上终于制成 了世界上第一台有实用价值的电视机。 u1941年，John V.Atanasoff在衣阿华州立大学发明数字 计算机。 u 1947年，贝尔实验室的Steve O.Rice给出了噪声的统计 u1948年，贝尔实验室向公众展示了用以取代真空管的晶体 管。 u1948年，Claude E.Shannon发表了信息论。 u1957年10月4日，原苏联发射了第一颗人造地球卫星，地 球上第一次收到了来自人造卫星的电波。它不仅标志着航天 时代的开始， 也意味着一个利用卫星进行通信的时代即将 到来。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel影响通信发展的重要发明或理论 u1958年，发明了集成电路。 u1964年，电子电话交换机投入使用。 u1972年，摩托罗拉公司为FCC演示蜂窝电话系统。 u1976年，出现个人计算机。 u1979年，64KB随机存储器的出现宣告超大规模集成（ VLSI）电路时代的到来。 u1980年，贝尔公司推出FT3光纤通信系统。 u1985年，传真机（FAX）广泛使用。 u1989年，卫星全球定位系统（GPS）完成部署 。 u1995年，互联网（Internet）及WWW浏览广泛流行。 u2000年至今，进入基于微处理器的数字信号处理、高速个 人计算机、扩频通信系统、数字卫星系统、数字电视、数字 广播以及个人通信系统时代。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u通信 是从一地向另一地传递和交换信息。 u通信系统是实现信息传递所需的一切技术设备和传 输媒质的总和。 信源 发送 设备 信道信宿 接收 设备 发送端接收端 噪声源 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u信源 p是消息的产生地， 其作用是把各种消息转换成原始 电信号，称之为消息信号或基带信号。 p电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字 终端设备就是信源。 u发送设备 p将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号 变换成适合在信道中传输的信号。 p变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合， 调制是最常见的变换方式。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u信道 p是指传输信号的物理媒质。 p在无线信道中，信道可以是大气（自由空间） p在有线信道中，信道可以是明线、 电缆或光纤。 p有线和无线信道均有多种物理媒质。 p媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的 质量。 p根据研究对象的不同， 需要对实际的物理媒质建立不同 的数学模型， 以反映传输媒质对信号的影响。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u噪声源 p是通信系统中各种设备以及信道中所固有的 p不是人为加入的设备，并且是人们所不希望的。 p噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声， 而且外部噪声往往是从信道引入的， p为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽 象加入到信道。 u接收设备 p完成发送设备的反变换， 即进行解调、译码、解码等。 p它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的 原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路 复用，实现正确分路。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u信宿 p是传输信息的归宿点， 其作用是将复原的原始信号转换 成相应的消息。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u消息 消息的状态 p连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语 音、活动图片等 p离散消息指消息的状态是可数的或离散的， 如符号、数 据等。 消息 的传递是通过它的物质载体 电信号 来实现的， 即把消息寄托在电信号的某一参量 上（如连续波的幅度、频率或相位； 脉冲波的 幅度、宽度或位置）。 hello 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u信号 信号参量的取值方式 p模拟信号：信号参量的取值是连续的或取无穷多个值， 且直接与消息相对应的信号。如电话机送出的语音信号 、电视摄像机输出的图像信号等。 p时域离散信号：信号参量的取值是连续的或取无穷多个 值，但时间上是离散的。 p数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直 接与消息相对应的信号。如电报信号、计算机输入/输出 信号等。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 t f(t) 0 t f(t) 0 t f(t) 0 时间离散、参量连续 时间连续、参量连续 时间离散、参量离散 抽样 量化 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统一般模型 u信号 信道中传输的是模拟信号还是数字信 号 p模拟通信系统：利用模拟信号来传递信息的通信系统。 p数字通信系统：利用数字信号来传递信息的通信系统。 信源调制信道信宿解调 发送端接收端 噪声源 模拟通信系统 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel数字通信系统模型 p数字通信系统主要有信源编码/译码、信道编码/译码、 数字调制/解调、以及加/解密等 信 源 信 源 编 码 信 道 编 码 加 密 调 制 信 宿 信 源 译 码 信 道 译 码 解 密 解 调 信 道 噪 声 数字通信系统 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel模拟&数字通信系统 u模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中 传输，数字电话系统就是以数字方式传输模拟语 音信号的例子。 u数字信号也可以在模拟通信系统中传输，如计算 机数据可以通过模拟电话线路传输，但这时必须 使用调制解调器（Modem）将数字基带信号进行 正弦调制，以适应模拟信道的传输特性。 u可见，模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中 传输的信号种类。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel模拟&数字通信系统 u数字通信的主要特点 p抗干扰能力强。 p差错可控。 p易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行 处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。 p易于集成化， 从而使通信设备微型化。 p易于加密处理， 且保密强度高。 p数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统 频带为代价而换取的。 p数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统分类 调 制 方 式 用途 连 续 波 调 制 线性调制常规双边带调 制广播 抑制载波双边带调 幅 立体声广播 单边带调 幅SSB 载波通信、无线电台、数 传 残留边带调 幅VSB 电视广播、 数传、 传真 非线性调 制 频率调制FM 微波中继、卫星通信、广 播 相位调制PM 中间调制方式 数字调制幅度键控ASK 数据传输 相位键控数据传输 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统分类 调 制 方 式 用途 脉冲 数字 调 制 数字调制相位键控PSK、 DPSK、 QPSK等 数据传输 、 数字微波、 空 间通信 其他高效数字调制QAM 、 MSK等 数字微波、 空间通信 脉冲模拟调 制 脉幅调制PAM 中间调 制方式、 遥测 脉宽调 制PDM(PWM) 中间调 制方式 脉位调制PPM 遥测、 光纤传输 脉冲数字调 制 脉码调 制PCM 市话、 卫星、 空间通信 增量调制DM 军用、 民用电话 差分脉码调 制DPCM 电视电话 、 图像编码 其他语言编码 方式 ADPCM、 APC、 LPC 中低速数字电话 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统分类 频率范围 波长 符号 传输 媒质 用途 3 Hz30 kHz 104108 m 甚低频 VLF 有线线对长 波 无线电 音频、电话 、数据终端 长距离导航、时标 30300 kHz 103104 m 低频 LF 有线线对长 波 无线电 导航、 信标、 电力线 通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中频 MF 同轴电缆 短波 无线电 调幅广播、移动陆 地通 信、业余无线电 330 MHz 10102 m 高频 HF 同轴电缆 短波 无线电 移动无线电话 、 短波广 播定点军用通信、 业余 无线电 30300 MHz 110 m 甚高频 VHF 同轴电缆 米波 无线电 电视 、 调频 广播、 空 中管制、 车辆 、 通信、 导航 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信系统分类 频率范围 波长 符号 传输 媒质 用途 300 MHz3 GHz 10100 cm 特高频UHF 波导分米波无 线电 微波接力、 卫星 和空间通信、 雷 达 330 GHz 110 cm 超高频SHF 波导厘米波无 线电 微波接力、 卫星 和空间通信、 雷 达 30300 GHz 110 mm 极高频 EHF 波导毫米波无 线电 雷达、 微波接力 、 射电天文学 107108 GHz 310-5 310- 4 cm 紫外可见光 红外 光纤激光空间 传播 光通信 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信方式 u按消息传递的方向与时间关系分：对于点与点之 间的通信，按消息传递的方向与时间关系， 通信 方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。 p 单工通信， 是指消息只能单方向传输的工作方式， 因 此只占用一个信道。 p半双工通信，是指通信双方都能收发消息， 但不能同时 进行收和发的工作方式。 p全双工通信， 是指通信双方可同时进行收发消息的工作 方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel通信方式 发送信道接收单工：广播 发送信道接收双工：手机 发送信道接收半双工：对讲机 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量（重点） 信号是消息的载体，而信息是其内涵。任何信源 产生的输出都是随机的，也就是说，信源输出是 用统计方法来定性的。对接收者来说，只有消息 中不确定的内容才构成信息；否则，信源输出已 确切知晓，就没有必要再传输它了。因此，信息 含量就是对消息中这种不确定性的度量。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量 u从常识的角度来感觉三条消息： 太阳从东方升起； 太阳比往日大两倍； 太阳将从西方升起 。 第一条几乎没有带来任何信息 第二条带来了大量信息 第三条带来的信息多于第二条 第一事件是一个必然事件，人们不足为奇； 第三事件几乎不可能 发生，它使人感到惊奇和意外，也就是说，它带来更多的信息 信息含量是与惊奇这一因素相关联的，这是不 确定性或不可预测性的结果。 越是不可预测的 事件， 越会使人感到惊奇，带来的信息越多。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量 根据概率论知识，事件的不确定性可用事件出 现的概率来描述。 可能性越小，概率越小；反之，概率越大。 因此， 消息中包含的信息量与消息发生的概 率密切相关。消息出现的概率越小，消息中包 含的信息量就越大。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量 假设P(x)是一个消息发生的概率，I是从该消息获悉的 信息根据上面的认知， 显然I与P(x)之间的关系反映为 如下规律： l（1） 信息量是概率的函数， 即 l I= fP(x) l（2） P(x)越小， I越大； 反之， I越小， 且 l P(x)1时， I0 l P(x)0时， I l（3） 若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息量等于 各独立事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性， 即 l IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+ 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量 信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为 信息量的单位与对数底数a有关。 a=2时， 信息量的单位为比特(bit)； a=e时，信息量的单位为奈特(nit)； a=10时， 信息量的单位为十进制单位，叫哈特莱。 目前广泛使用的单位为比特。 【例】 设二进制离散信源， 以相等的概率发送数字0或1， 则信源每个输出的信息含量为 I(0)=I(1)=log22=1 (bit) 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Telu 传送等概率的二进制波形之一(P=1/2）的信息量为1比特。 u传送等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息量为2比特，这时 每一个四进制波形需要用2个二进制脉冲表示； u传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息量为3比特，这时 至少需要3个二进制脉冲。 u对于离散信源，M个波形等概率（P=1/M）发送，且每一个波形 的出现是独立的，即信源是无记忆的，则传送M进制波形之一的信 息量为 信息及其度量 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量 如果是非等概情况，设离散信源是一个由n个符号组成 的符号集， 其中每个符号xi(i=1, 2, 3, , n)出现的概 率为P(xi)， 且有P(xi)=1, 则x1, x2, , xn 所包含的信 息量分别为 -log2 P(x1), -log2 P(x2)， ，-log2 P(xn)。于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平 均信息量为 通常又称它为信息源的 熵，其单位为bit/符号。 显然，当信源中每个符号等概独立出现时，此时信源的熵 有最大值 。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量 【例】 一离散信源由0， 1， 2， 3四个符号组成，它 们出现的概率分别为3/8, 1/4, 1/4, 1/8，且每个符 号的出现都是独立的。试求某消息 201020130213001203210100321010023102002 010312032100120210的信息量。 解 此消息中，0出现23次，1出现14次，2出现13次 ，3出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量为 每个符号的算术平均信息量为 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信息及其度量 若用熵的概念来计算 可见，两种算法的结果有一定误差，但当消息 很长时， 用熵的概念来计算比较方便。 而且 随着消息序列长度的增加， 两种计算误差将 趋于零。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel主要性能指标（重点） u通信的任务是快速、准确地传递信息。 p评价一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的有效性 和可靠性。 p有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或 者说是传输的“速度”问题； p可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量” 问题。这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常还可以 进行互换。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel主要性能指标 u模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来度量 ，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的 频带宽度。可靠性用接收端最终输出信噪比来度 量。 u数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量。 可 靠性可用差错率来衡量 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 TelT T T 主要性能指标 A 二进制 0 TT/2 T/3 符号 比特 码元宽度码元宽度码元宽度 比特宽度比特 宽度 比特 宽度 码元 码元 四进制 0 0 1 八进制 0 1 0 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel主要性能指标 u传输速率： 码元传输速率和信息传输速率 p 码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率等。它表示 单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记 为B。 例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为 2400B。 l 数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进 制数无关，只与传输的码元长度T有关: 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel主要性能指标 u通常在给出码元速率时，有必要说明码元的进制 。由于M进制的一个码元可以用 log2 M个二进制 码元去表示，因而在保证信息速率不变的情况下 ，M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2 之间有以下转换关系： RB2=RBM log2 M (B) 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel主要性能指标 p信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单 位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒， 可记为bit/s ，或 b/s ，或bps。 l每个码元或符号通常都含有一定bit数的信息量，因 此码元速率和信息速率有确定的关系，即 Rb=RBH (b/s) 式中，H为信源中每个符号所含的平均信息量（ 熵）。 等概传输时，熵有最大值log2 M ，信息速率也 达到最大，即 Rb=RB log2 M (b/s) 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel主要性能指标 u【例】 u 码元速率为1200B，采用八进制（M=8） 时，信息速率为3600b/s； u 采用二进制（M=2）时， 信息速率为 1200b/s， u 可见，二进制的码元速率和信息速率在数 量上相等，有时简称它们为数码率 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel主要性能指标 u频带利用率比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传 输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的信道的 频带宽度。所以，真正衡量数字通信系统传输效率的应当是 单位频带内的码元传输速率，即 u数字信号的传输带宽B取决于码元速率，RB而码元速率和信 息速率Rb有着确定的关系。为了比较不同系统的传输效率， 又可定义频带利用率为 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Telu差错率 p衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率， 常用误码 率和误信率表示。 p误码率（码元差错率）Pe是指发生差错的码元数在传 输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码 元在传输系统中被传错的概率，即 p误信率（信息差错率） Pb是指发生差错的比特数在传输总比 特数中所占的比例， 即 主要性能指标 b 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信道与噪声 u信道定义与数学模型 u恒参信道及其传输特性 u随参信道及其传输特性 u加性噪声 u信道容量的概念 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信道定义 u信道：以传输媒质为基础的信号通道。 p狭义信道：信号的传输媒质。 p广义信道：不仅是传输媒质，而且包括通信系 统中的一些转换装置。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信道定义 u狭义信道按照传输媒质的特性可分为 p有线信道 l明线、双绞线、同轴电缆及光纤等 p无线信道 l地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人 造卫星中继、散射及移动无线电信道等。 u广义信道与通信系统有关的变换装置可以是发送 设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器 等等。 p广义信道按照它包括的功能， l调制信道 l编码信道 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信道定义 明线(即平行绝缘线) 优点：传输损耗低 缺点：噪声干扰敏感 铜芯 绝缘层 外导体 屏蔽层 保护套 同轴电缆 优点：外导体接地、屏蔽干扰 LAN用基带：50、93 CATV：75 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信道定义 内导体芯线 绝缘 内屏蔽 外屏蔽 外套 双绞线(拧成扭绞状的电缆) 优点：较稳定 缺点：损耗较大 屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP) 常用的双绞线为3类(16Mbit/s) 和5类(155Mbit/s)两种 以铝箔屏蔽 以减少干扰 和串音 双绞线外无 任何屏蔽层 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel信道定义 入射角 折射角 包层 纤芯 涂覆层 涂覆层 包层 纤芯 62.5m 0.0063cm 125m 0.0124cm 250m 0.025cm 只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以 产生全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条 光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（Multimode Fiber） 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel无线视距中继信道超短波、微波 两个地面站之间传送 距离：50 -100 km 地球 地面站之间的直视线路 微波传送塔 地面微波接力 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel卫星中继通信 地面站 地球 地面站 l使用微波频段 l使用转发器接收和转发 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel编码信道 调制信道 信道定义 编 码 器 调 制 器 发 转 换 器 媒 质 译 码 器 解 调 器 收 转 换 器 输入 输出 调制信道和编码信 道 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel调制信道数学模型 u调制信道模型 p调制信道是为研究调制与解调问题所建立的一种广义信 道，是模拟信道，它具有如下共性： （1）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输 出端 （2）绝大多数的信道都是线性的， 即满足线性叠加 原理 ； （3）信号通过信道具有固定的或时变的延迟时间； （4）信号通过信道会受到固定的或时变的损耗； （5）即使没有信号输入， 在信道的输出端仍可能有 一定 的输出（噪声） 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel调制信道数学模型 u可用一个二端对（或多端对）的时变线性网络去代替调制 信道，这个网络称作调制信道模型 二端对网络多端对网络 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel调制信道数学模型 寻找到这种函数关系是 表示信道对信号的影响（变换）的某种函数关系 信道对信号影响有两点 加性干扰乘性干扰 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel调制信道数学模型 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel编码信道数学模型 u编码信道包括调制信道、调制器和解调器，是一 种数字信道或离散信道。由于信道噪声或其他因 素的影响，将导致输出数字序列发生错误， 因此 输入、输出数字序列之间的关系可以用一组转移 概率来表征。 二进制编码信道模型 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel对于多进制无记忆编码信道： 对于二进制无记忆编码信道 ： 输出的总的错误概率： M元输入符号： N元输出符号： 转移概率 ： 编码信道数学模型 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel编码信道数学模型 一个多进制无记忆编码信道模型 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel恒参信道的特性及对信号的影响 u理想恒参信道对信号传输的影响是： (1) 对信号在幅度上产生固定的衰减； (2) 对信号在时间上产生固定的迟延。 这种情况也称信号是 无失真传输 恒参信道是指乘性干扰基本不随时间变化的信道 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel恒参信道的特性及对信号的影响 传输特性 幅-频特性 相-频特性 经过信道后不产生失真，则希望H(w)满足不失真条件 为一条直线 呈线性关系 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel恒参信道的特性及对信号的影响 理想信道的幅频特性、 相频特性 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel恒参信道的特性及对信号的影响 幅度-频率失真 幅度-频率失真是 由实际信道的幅度频率特性 的不理想所引起的， 这种失真又称为 频率失 真，属于线性失真。 信道的幅度-频率特性不理想会使通过它的信 号波形产生失真，若传输数字信号，则会引起 相邻数字信号波形之间在时间上的相互重叠， 造成码间干扰。 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel相位-频率失真也是属于线性失真。它对模 拟话音传输影响不明显。如果传输数字信号 ， 相频失真同样会引起码间干扰。 相位-频率失真 恒参信道的特性及对信号的影响 通信系统组成 通信与信息工程学院 系统工作方式 信息及其度量 主要性能指标 0* 通信系统概述 通信系统分类 信 道 概 述 重邮通信原理 Tel随参信道及其传输特性 u随参信道的传输媒质具有以下三个特点： (1) 对信号的衰耗随时间随机变化； (2) 信号传输的时延随时间随机变化； (3) 多径传播。 多径衰落与频率弥散 (Multi-path f