《现代通信技术》PPT课件.ppt

第1章 绪论,本章学习要点 1、通信、信息、电信的基本概念 2、一般通信系统模型 3、通信系统的分类 4、通信系统的性能指标 5、通信网的组成、拓扑结构、分层结构,n比特可表示的信息数为2n,（ ）,（ ）,（ ）,1,2,3,4,1.2 通信基本概念,1.2.1 通信系统模型,1. 2 通信系统*,模拟通信系统和数字通信系统 通信系统 对原始信号进行转换、处理和传输 通信需要的一切技术设备和传输媒质的总体 信道、链路、路由(控制机制),(1) 信源： 是指发出信息的信息源，或者说 是信息的发出者。 (2) 变换器（发送设备）： 变换器的功能是把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。 (3) 信道： 信道是信号传输媒介的总称。 (4) 反变换器（接收设备）： 反变换器是变换器的逆变换。 (5) 信宿： 是指信息传送的终点，也就是信息接收者。 (6) 噪声源： 噪声源并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。,通信系统的性能,有效性（传输速度）：在给定信道内能传输的信息的量 资源的利用率(频率，时间和功率) 可靠性（传输质量）：指接收信息的准确程度 模拟系统：信噪比(dB，分贝) 数字系统：误比特率,什么是带宽？,在通信领域里，带宽的意思就是指信息传输能力。 模拟系统：用赫兹(Hz)来表示 模拟设备的带宽就是模拟介质传输所使用的最高频率和最低频率之差。 数字系统：每秒所传输的位数来计量(bit/s) ADSL上网的速率: 上行：0.54Mbit/s 下行：8Mbit/s 以太网上网的速率: 10Mbit/s 、100Mbit/s 到桌面 宽带：2Mbit/s 作为划分点,1.2.2 通信系统分类,通信系统分类,按照信道中传输的信号进行分类： 模拟通信系统 数字通信系统,模拟通信系统*,特点：传输连续的模拟信号、占用带宽少4KHz、抗干扰能力较弱、不适于远距离传输、系统和设备庞大，不利于集成化,两次变换,数字通信系统,特点：传输离散的数字信号、占用带宽较大64KHz、抗干扰能力强、实现远距离高质量传输、实现综合业务数字化、易于加密，安全性强、通信设备集成化,减少信息冗余,增加冗余，纠错,信道编码的任务是提高数字信号传输的可靠性。 方法：在信息码组中按一定的规则附加一些监督码元，以使接收端根据相应的规则进行检错和纠错，信道编码也称纠错编码。接收端信道译码是其相反的过程。,（1）抗干扰能力强、无噪声积累。 （2）便于灵活地组合多种业务传送。 （3）便于加密处理。 （4）数字电路易于集成化，因而体积小、功耗低，制造简单，可靠性高。 （5）数字信号易于实现压缩编码，节省频率资源。 （6）占用信道带宽较宽。,与模拟通信相比数字通信有以下特点:,模拟信号和数字信号,语音信号，模拟信号的函数值随时间连续变化（幅度连续）。特点： 函数取值为无限多个； 模拟信号的信息包含在信号的波形中； 模拟信号传输不允许波形失真； 数字信号：幅度和时间的取值均为离散。 函数取值为有限多个； 允许一定的波形失真，不允许误码。 现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用0和1代表)的波形，称为“二进制信号”,信道及无失真传输,信道的定义和分类 通常对信道的定义有两种理解： 一种是指信号的传输媒质，如对称电缆、同轴电缆、超短波及微波视距传播路径、短波电离层反射路径、对流层散射路径以及光纤等，称此种类型的信道为狭义信道。 另一种是将传输媒质和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起，包括发送设备、接收设备，馈线与天线、调制器等部件和电路在内的传输路径或传输通路，这种范围扩大了的信道称为广义信道。,信道 设信道的输入电压为ui（t)，输出电压为uo（t)。信号从发送端发出的时刻为ti，信号到达接收端的时刻为to。 定义信道的传输系数为： K（f）=uo/ui 定义信道的时延系数为： （f）=信号到达输出端的时刻to信号进入输入端的时刻ti,我们将信道中不需要的电信号统称为噪声。通信系统中没有传输信号时也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。由于这样的噪声是叠加在信号上的，所以有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的，它能使模拟信号失真，使数字信号发生错码，并随之限制着信息的传输速率。 白噪声： 高斯白噪声：,信道中的噪音,一、按照来源分类,噪声可以分为人为噪声和自然噪声两大类。 1、人为噪声。它是由人类的活动产生的，例如电钻和电气开关瞬态造成的电火花、荧光灯产生的干扰、其它电台和家电用具产生的电磁波辐射等。 2、自然噪声。它是自然界中存在的各种电磁波辐射，例如闪电、大气噪声，以及来自太阳和银河系等的宇宙噪声。此外还有一种很重要的自然噪声，即热噪声。热噪声来自一切电阻性元器件中电子的热运动。例如，导线、电阻和半导体器件等均会产生热噪声。所以热噪声无处不在，不可避免地存在于一切电子设备中。,电信系统中常用的计量单位分贝,当声音增强10倍，100倍，1000倍时候，人耳听到的感觉不是增加10倍，100倍，1000倍，而是仅仅增加1倍，2倍，3倍。因此采用一般的功率比值不能反映出听觉上声音增强的效果，人耳的感觉与声音功率比值的对数成正比。 定义：分贝（db）数10lg功率比,信息和信息量、二进制和多进制,各种各样的消息，其中有意义的特定内容，均可用信息一词来表述。如铁路系统运送货物量多少采用“货运量” 来度量，通信系统中传输信息的多少采用“信息量”来度量。 当人们在通信中获得消息之前，对它的特定内容有一种“不确定性”，事件的不确定程度只能就其出现的概率来描述。,信息的主要特征（1）,信息的普遍性：信息普遍存在于客观世界； 信息的无限性：信息的资源是无限的，不仅可以再生，而且可以无损耗地转让、继承； 信息的商品性:信息的价值在交换过程中实现，但并不失去其使用价值，交换次数越多，使用价值越大； 信息的传递性：信息可以通过媒体广泛传播与反馈；,信息的共享性：信息可以同时让许多使用者共用，而本身所含信息量并不减少； 信息的可转换性：信息可转化为多种表现形式，如语言、文字、图像、符号等等。,信息的主要特征（2）,信息量与消息的种类、特定内容及重要程度无关，它仅与消息中包含的不确定度有关。消息中所含信息量与消息发生的概率密切相关。消息发生概率愈小，愈使人感到意外和惊奇，则此消息所含的信息量愈大。 在信息论中，消息所含的信息量I与消息x出现的概率P(x)的关系式为,信息量的计算,I代表两种含义：当事件x发生以前，表示事件x发生的不确定性；当事件x发生以后，表示事件x所含有（或所提供）的信息量。 信息量的单位由对数底的取值决定。若对数以2为底时单位是“比特”（bit binary unit的缩写）；若以e为底时单位是“奈特”（natnature unit的缩写）；若以10为底时单位是“哈特”（Hart Hartley的缩写）。通常采用“比特”作为信息量的实用单位。,图所示分别为二进制和四进制码元序列。 图1-2-1 二进制和四进制码元序列,对于:图（a）所示的二进制码元序列，只有两个计数符号，0和1出现的概率相等：P（0）=P（1）=1/2，则任何一个0或1码元的信息量为： I=log21/P（0）=log21/P（1）=log22=1（bit） （b）I2bit 多进制每个码元含的信息量大，传输效率高，但是:采用二进制时，噪声电平大于E/2，才会引起误码，采用四进制，噪声电平大于E/6就会引起误码，所以进制越多，抗干扰越差。,以上我们讨论了离散消息的度量。类似，关于连续消息的信息量可用概率密度来描述。可以证明，连续消息的平均信息量（相对熵）为,式中, f(x)是连续消息出现的概率密度。有兴趣的读者，可参考信息论有关专著。,1.2.5 主要性能指标 传输速率 ,带宽 差错率：误码率，信噪比等,通信网,通信网就是在一定的范围以通信设和交换设备为点，以传输设备为线，按一定顺序点线相连形成的有机组合的系统。它可以完成多个用户对多个用户的通信。,构成通信网组成的基本要素：（硬件） 终端设备 传输链路 转接交换设备,（软件) 信令 协议 标准,通信网的分类,按运营方式：公用网与专用网 按服务和使用范围：本地网、市内网、长途网、国际网 按业务：电话网、数据网、移动网、卫星网、有线电视网、综合业务数字网等,通信网的分层结构,网络可以从功能上、逻辑上、物理实体和对用户服务的界面上等不同的角度和层次进行划分 纵向分层的观点：从网络纵向分层的观点来看，可根据不同的功能将网络分解为多个功能层，上下之间的关系为客户/服务者关系。从垂直功能上将网络分为应用层、业务网和传送网,中国电信的网络结构(垂直视图),基础传送网,应用层,DXC网 SDH网 WDM网 线路网,支撑网 管理网 信令网 同步网,基础网 基础网是电信网中各种业务网、支撑网的基础承载部分，从传统的传输系统演变而来的。随着SDH技术的引入，传输系统不仅具有信号传输的功能，而且提供信号处理、监控的功能。 基础网主要由：终端，传输，交换设备组成；,终端设备按其所具有的功能不同可分为电话终端、非话终端及多功能多媒体通信终端等。 传输系统是信息传递的通道。 交换系统的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配。传统的电话网采用电路交换方式；用于计算机通信的数据业务网采用存储转发方式，分组交换方式。（核心设备）,业务网 电信业务是指电信网的服务功能。 1 支撑网 支撑网是为保证电信基础网和业务网正常运行，增强网路功能，提高全网服务质量而形成的网路。 信令网：信令是指挥、控制交换机动作的指令。完成控制信号的产生、发送、接收的硬件及操作程序的整体称为信令系统。信令传送必须遵守的规定称为信令方式。 同步网是为电信网中所有电信设备的时钟（或载波）提供同步控制（参考）信号的分配网络。同步是指发送端和接收端信号之间频率相同、相位要保持严格的特定关系，这样才能使通信正常进行。 管理网,通信网的水平分割,1.4标准化组织,1国际标准化组织（International Standards Organization，ISO） 2 国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU） 3美国电子工业协会（Electronic Industries Association，EIA） 4美国国家标准学会（American National Standard Institute，ANSI） 5欧洲计算机制造商协会（European Computer Manufacturers Association，ECMA） 6欧洲电信标准组机构（European Telecommunication Stand