《通信工程专业概论》PPT课件.ppt

第一章 通信系统基本原理 n1、了解通信系统的基本模型 n2、了解模拟信号与数字信号的异同 n3、掌握通信系统的质量指标 n4、了解通信时域和频域 课程目标 通信的定义 通信：是指不在同一地点的双方或多方之间进行 迅速、有效的信息传递。其目的是实现信息的传 递。 现代通信技术：是指用现代科学技术手段如电子 、光技术实现信息传递的一门技术学科。 通信系统的基本模型 信源发送设备信道接收设备收信者 噪声源 信息变换信息传输信息还原 模拟通信系统的基本模型 数字通信系统的基本模型 怎样评估一个通信系统的好坏？ 通信系统的性能指标 n有效性: 指信息传输的效率问题，即衡量一个系统传输信息的多 少和快慢。用有效传输带宽来度量 n可靠性： 是关于消息传输质量的指标，衡量系统接收信息的准确 程度，用接收端最终的输出信噪比来度量 n其他质量指标： 适应性、标准型、经济性、维护使用等等 思考： 模拟通信系统好还是 数字通信系统好？ 思考问题 n模拟通信系统和数字通信系统有什么区别 ？ n什么是模拟信号？ n什么是数字信号？ n我们生活中那些是模拟通信系统？那些是 数字通信系统？ 模拟信号和数字信号的定义 n模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值 可由无限个数值表示）。时间上连续的 模拟信号连续变化的图像（电视、传真 ）信号等； n数字信号指幅度的取值是离散的，幅值 表示被限制在有限个数值之内。 红色信号是模拟信号！ 黑色脉冲信号是数字信号！ 模拟信号和数字信号的转换 模拟信号-数字信号的三个步骤 ： n抽样，抽样频率要大于信号带宽的2倍； n量化，量化比特数越多，信号精度越高； n编码 抽样频率越大越好吗？还是越小越好？why？ 量化比特数越多越好吗？还是越少越好？why？ 模拟信号优缺点 n模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在 两个主要缺点。 保密性差 ：模拟通信，尤其是微波通信 和有线明线通信，很容易被窃听。只要收到 模拟信号，就容易得到通信内容。 n 抗干扰能力弱：电信号在沿线路的传输过 程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪 声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而 使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累 也就越多。 数字信号优缺点 n数字通信的优点： 加强了通信的保密性。 提高了抗干扰能力。 可构建综合数字通信网。 n数字通信的缺点： 占用频带较宽。 技术要求复杂，尤其是同步技术要求精度很高 。 进行模/数转换时会带来量化误差。 信号分类：连续，离散 连续时间信号 离散时间信号 信号的数学描述表达式 周期= 2* pi 相位= 0.5 幅度= A 对 阻 尼 振 荡 的 数 学 描 述 c)非确定性信号：不能用数学式描述，其幅值、相位变化 不可预知，所描述物理现象是一种随机过程。 噪声信号(平稳) 噪声信号(非平稳) 统计特性变异 语音信号语音信号 普通话机的普通话机的 输出信号输出信号 计算机输出信号计算机输出信号 市电信号市电信号 冲击信号冲击信号 正弦信号正弦信号 周期性矩形脉冲信号周期性矩形脉冲信号 图图2.1 2.1 各种信号波形图各种信号波形图 t t t t f(t)f(t) f1(t)f1(t) f2(t)f2(t) f3(t)f3(t) 各种频率正余弦信号各种频率正余弦信号 时域信 号 频域信号 傅立叶变换 时域信号与频域信号之间的转换 傅立叶反变换 通信信号的时域和频域 -鸟鸣信号的时域波形 通信信号的时域和频域 -鸟鸣信号的频域波形 思考 n医院里的心电图是时域信号还是频域信号? 信道与噪声 信道：为发送设备和接收设备之间用 于传输信号的传输媒质。 编码器编码器调制器调制器发发转换器转换器媒质媒质收收转换器转换器解调器解调器解码器解码器 调制信道调制信道 编码信道编码信道 调制信道调制信道 噪声 n人为噪声来源于无关的其它信号源，如电火花，干扰 源等。 n自然噪声自然界中各种电磁波源如闪电、雷暴、各种 宇宙噪声； n内部噪声系统设备本身产生的各种噪声，如热噪声， 散弹噪声等 调制与解调： 复习数字通信系统的基本模型 调制与解调： 复习模拟通信系统的基本模型 思考？ n3G系统空中传输的是模拟信号 还是数字信号？ 调制的功能，为什么要调制？ n对调制信号进行频谱搬移，使之适合信道传 输的要求； n把基带信号调制到较高的频率，使天线容易 辐射； n便于频率分配； n有利于实现信道多路复用，提高系统的传输 有效性； n可以减少噪声和干扰的影响，提高系统传输 可靠性； 三种调制方法 ： n调幅Amplitude Modulation n调频Frequency Modulation n调相Phase Modulation 调频、调幅和调相波形 你认为这三种调制方法那一种更好？ 基带传输与频带传输 简单而言 n不采用调制就直接传输就是基带传输 n对信号进行调制后再传输就是频带传输 思考 n什么时候采用基带传输？ n什么时候采用频带传输？ 通信系统中的编码技术 n 信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化 而采取的编码。 典型例子：霍夫曼编码 MP3 MPEG-4 JPEG n信道编码是为了降低误码率， 提高数字通信的可靠性而采取的编码 。 典型例子：卷积码 汉明码 循环码 奇偶校验码 霍夫曼編碼 圖6.1 先編S7和S8圖6.2 合併圖6.1和S6圖6.3 合併S5和S4 給定一符號集為 ，對應的頻率為 圖6.4 最終的霍夫曼樹 圖6.5 建成的碼表 霍夫曼編碼的確反應了常出現的符號所編成的碼之長度較短，而 不常出現的符號所編成的碼之長度較長。 符 号 常 规 码 霍夫 曼 码 S100000 S200110 S3010011 S4011111 S5100110 S61010101 S711001000 S811101001 n 如果出现一段文字 s1,s2,s7,s1,s5,s4,s3,s1,s2,s5,s1,s2,s5,s1,s 2,请分别用常规码和霍夫曼码对其进行编 码，请比较编码后两种码的长度。 CRC码一般在k位信息位之后拼接r位校验位生成。 编码步骤如下： （1）将待编码的k位信息表示成多项式 M(x)。 （2）将 M(x)左移 r 位，得到 M(x)*xr 。 （3）用r+1位的生成多项式G(x)去除M(x)*xr 得到余数R(x)。 （4）将M(x)*xr 与R(x)作模2加，得到CRC码。 M(x) = 1001 M(x)*x3 = 1001000 G(x) = 1011 M(x)*x3 / G(x) = 1001000/1011=110 R(x) = 110 CRC码为： M(x)*x3+R(x)=1001110 CRC编码 CRC-16=x16+x15+x2+1 通信系统的差错控制方式1-前向纠错 发端 纠错码 收端 前向纠错 FEC 通信系统的差错控制方式2-检错重发 发端收端 检错重发 ARQ 判决信号 检错 码 发端收端 混合纠错 HEC 通信系统的差错控制方式3-混合纠错 FEC+ARQ 发端收端 信息反馈 发送的信息 发回收到的信息 通信系统的差错控制方式4-信息反馈 根据信号在信道中的传输方式从不同的角度考虑 ，可以有多种： 单工传输、半双工传输和全双工传输 串行传输和并行传输 同步传输和异步传输 两点间直通传输、分支传输和交换传输 通信的方式 单工传输、半双工传输和全双工传输 发送单向通道接收 （a）单工传输 发送 双向通道 接收 接收发送 （b）半双工传输 发送 双向通道 接收 接收发送 （c）全双工传输 请同学们针对单工、双工、半双工 各举一个通信系统的例子！ 串行传输和并行传输 发送设备 接收设备 1 010 (a)串行传输 发送设备 接收设备 1 0 1 0 1 0 (b)并行传输 同步传输和异步传输(数字通信) 1 1.5 2.0 0 线路状态空 起始位 57数据位 停止位P位 奇偶位或不用 空或下一个起始位 异步传输也叫起止式传输，是利用起止法来达到收发同步的 特点：每个字符都是独立和随机的，以不均匀速率发送，方法简 单 缺点：传输效率低 SYNSYN 一个或多 个SYN字符 控制字符数据字符控制字符 （a）面向字符型帧 FF 8位标志 011111110 8位标志 011111110 控制字段控制字段数据字段 （b）面向比特型帧 同步传输和异步传输(数字通信) 两点间直通传输、分支传输和交换传输 （a）点点 （b）一点对多点 （c）多点之间的选址通信 通信系统的加密解密 发送前明文1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 异或运算得到 传输密文 密钥1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 传输密文0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 异或运算得到 解密后明文 密钥1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 解密后明文1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 通信系统的加密解密一个简单例子 加密与解密 -请对下面的密文进行解密 siit d ifreawy. ear ysdtuii ngenh snnezh y lpontheceiwc.e vha c no lsas tshiraeft .nnoo sio, wlilogho m e. 5个一组 24531 It is friday. we are study in shenzhen polytechnic. we have no class this afterno