现代通讯原理-第一单元.ppt

机械工业出版社 2004年1月,1,通信原理,机械工业出版社 2004年1月,2,参考书,(1)通信原理樊昌信等编 西安电子科技大学出版社 (2)Digital and Analog Communication Systems，（数字与模拟通信系统）（第五版），Leon W. Couch II，清华大学出版社（影印版 ),机械工业出版社 2004年1月,3,第1章 绪论,通信原理：是一门介绍信息传输基本原理（理论和技术）的课程。它的研究对象是通信系统。 研究目的：是利用尽可能小的通信资源，获得尽可能高的通信质量。,机械工业出版社 2004年1月,4,第1章 绪论,研究方法：是在系统级模块级层次上将实际通信系统抽象成数学模型，采用数学分析和计算机模拟的方法对其进行研究，得到系统性能与系统参数之间的定量关系。在给定系统参数的情况下，估算系统的性能（系统分析）；在给定系统性能要求的情况下，设计和优化系统的参数（系统设计）。在系统的数学模型比较复杂时，可以采用计算机模拟仿真（如：用MATLAB软件仿真）的方法获得这些参数之间的关系，达到优化通信系统的目的。,机械工业出版社 2004年1月,5,第1章的主要内容,1.1通信系统的组成 1.2通信系统分类与通信方式 1.3信息及其度量 1.4主要性能指标 1.5通信发展间史,机械工业出版社 2004年1月,6,1.1通信系统的组成,通信：就是信息传输或消息传输，是从一地向另一地传递和交换信息。 1.1.1通信系统的一般模型 通信系统：是指实现信息传递所需的一切设备和传输媒质的总和（图1-1）。,机械工业出版社 2004年1月,7,1.1通信系统的组成,消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，基带信号。,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,传输信号的物理媒质,信道中的噪声及分布在通信系统其他各处噪声的集中表示,传输信息的归宿点，其作用是将接收设备恢复出的原始信号转换成相应的消息,机械工业出版社 2004年1月,8,1.1通信系统的组成,1.1.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型 1.模拟通信系统模型 模拟通信系统：是利用模拟信号来传递信息的通信系统。（图1-4）,机械工业出版社 2004年1月,9,数字信号与模拟信号,模拟信号：代表消息的参量是连续的或在某一范围内可以取无穷多个值，时间上不一定连续； 数字信号：代表消息的参量是离散或可数的，时间上不一定离散；,机械工业出版社 2004年1月,10,基带信号与频带信号,基带信号：原始电信号；频谱从零频附近开始，如语音信号为3003400Hz，图像信号为06MHz 频带信号：经过调制后的信号；三个特征，1、携带信息2、适合在信道中传输3、频谱具有带通形式且中心频率远离零频,机械工业出版社 2004年1月,11,1.1通信系统的组成,2.数字通信系统模型 数字通信：用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。它可传输电报、数字数据等数字信号，也可以传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。,机械工业出版社 2004年1月,12,数字通信与模拟通信的区别,第一，模拟通信系统中强调调制参量与基带信号成比例，在数字通信系统中，强调已调参量与基带信号之间的一一对应。 第二，数字信号传输时，由于信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。 第三，当需要保密时，可以有效地对基带信号进行人为“扰乱”，即加密，此时在接收端就需要进行解密。 第四，为了只传送有用的消息需要将原始信号中的无用部分去掉，为此在发送端需增加一个信源编码器 第五，由于数字通信系统传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元，即码元，因而接收端必须按与发送端相同的节拍接收。,机械工业出版社 2004年1月,13,1.1通信系统的组成,数字通信系统模型方框图（图1-5）,机械工业出版社 2004年1月,14,1.1通信系统的组成,数字通信的基本特征：是它传送的信号是“离散”的或数字的。 数字通信的主要特点 （1）抗干扰能力强。 （2）差错可控。 （3）易于与各种数字终端接口，用现代计算机技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。,机械工业出版社 2004年1月,15,1.1通信系统的组成,（4）易于集成化，从而使通信设备微型化。 （5）易于加密处理，且保密强度高。 缺点： 占用频带宽,机械工业出版社 2004年1月,16,第1章的主要内容,1.1通信系统的组成 1.2通信系统分类与通信方式 1.3信息及其度量 1.4主要性能指标 1.5通信发展间史,机械工业出版社 2004年1月,17,1.2通信系统分类与通信方式,1.2.1通信系统的分类 说明：根据不同的目的，通信系统有不同的分类方法。 1.按通信业务分类：话务（电话业务）通信和非话务通信。 2.按调制方式分类：根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。,机械工业出版社 2004年1月,18,表1-1常见的调制方式,机械工业出版社 2004年1月,19,1.2通信系统分类与通信方式,3.按信号特征分类：按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。 4.按传输媒质分类：按传输媒质分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。,机械工业出版社 2004年1月,20,1.2通信系统分类与通信方式,5.按工作波段分类：按通信设备的工作频率不同分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、远红外线通信等。 6.按信号复用方式分类：传输多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用和码分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。,机械工业出版社 2004年1月,21,表1-2通信波段与常用传输媒质,机械工业出版社 2004年1月,22,1.2通信系统分类与通信方式,1.2.2通信方式 1.按消息传递的方向与时间关系分：通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。 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。,机械工业出版社 2004年1月,23,1.2通信系统分类与通信方式,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。,机械工业出版社 2004年1月,24,1.2通信系统分类与通信方式,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。,机械工业出版社 2004年1月,25,1.2通信系统分类与通信方式,2.按数字信号排列顺序分：在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。 并行传输：是将代表信息的数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。 串行传输：是数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。,机械工业出版社 2004年1月,26,1.2通信系统分类与通信方式,图1-7并行和串行通信方式示意图,机械工业出版社 2004年1月,27,第1章的主要内容,1.1通信系统的组成 1.2通信系统分类与通信方式 1.3信息及其度量 1.4主要性能指标 1.5通信发展间史,机械工业出版社 2004年1月,28,1.3信息及其度量,信息I与概率P(x)之间的关系、规律： （1）信息量是概率的函数。I=f P(x) （2）P(x)越小，I越大；反之，I越小。 P(x)1时，I0;P(x)0时，I （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。,机械工业出版社 2004年1月,29,1.3信息及其度量,信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系为： 说明： a=2时，单位为比特（bit）； a=e时，单位为奈特（nit）； a=10时，单位为十进制单位，叫哈特莱。,机械工业出版社 2004年1月,30,1.3信息及其度量（等概率出现的离散消息的度量）,例1：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,例2：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,M=2k,机械工业出版社 2004年1月,31,1.3信息及其度量（非等概率出现的离散消息的度量）,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,所包含的信息量分别为,每个符号所含平均信息量为,bits/符号,机械工业出版社 2004年1月,32,1.3信息及其度量(例),解：此消息中，0出现23次，l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,每个符号的平均信息量为,bits/符号,若用熵的概念来计算,bits/符号,例1-3一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们出现的概率分别为38，l4， 14，18，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息序列：2010201302l3001203210l0032l0l00231020020103120321001202l0的信息量,则该消息的信息量,bits,bits,机械工业出版社 2004年1月,33,第1章的主要内容,1.1通信系统的组成 1.2通信系统分类与通信方式 1.3信息及其度量 1.4主要性能指标 1.5通信发展间史,机械工业出版社 2004年1月,34,1.4主要性能指标,通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性。,机械工业出版社 2004年1月,35,码元传输速率,定义：每秒钟传送码元的数目，通常用RB表示； 单位：波特（baud），用符号“B”表示；,码元长度(码元间隔),二进制(0、1),四进制(0、1、2、3),码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关,机械工业出版社 2004年1月,36,信息传输速率,定义：每秒钟传递的信息量，通常用Rb表示； 单位：比特/秒（bit/s）,bit/s,H为信源中每个符号所含的平均信息量（熵）,等概传输时,bit/s,机械工业出版社 2004年1月,37,频带利用率,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用信道的频带宽度。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或信息传输速率，即,B/Hz,b/s/Hz,机械工业出版社 2004年1月,38,差错率,它是衡量数字通信系统传输消息可靠程度的重要指标。 差错率有两种表示方法：误码率及误信率。 误码率（码元差错率）Pe：指错误接收的的码元数在传输总码元数中所占的比例 Pe=错误码元数/传输码元总数 误信率（信息差错率）又称误比特率Pb：指错误接收的信息量在信息总量中所占的比例 Pb=错误比特数/传输总比特数 在二进制中有 Pb=Pe,机械工业出版社 2004年1月,39,第1章的主要内容,1.1通信系统的组成 1.2通信系统分类与通信方式 1.3信息及其度量 1.4主要性能指标 1.5通信发展简史,机械工业出版社 2004年1月,40,1.5通信发展简史,说明：本节以数字通信发展简史为例介绍通信发展史。 数字通信发展过程中具有里程碑意义的事件： 1、1837年，摩尔斯发明有线电报 2、1875年，Emile Baudot发明了定长电报编码方法,机械工业出版社 2004年1月,41,1.5通信发展简史,3、1924年，奈奎斯特给出了给定带宽的电报信道上无码间串扰的最大可用信号速率 4、1928年，Hartley指出：在带限信道中当最大信号幅度为Amax，幅度失真为A的条件下，存在一个可靠通信的最大数据速率。,机械工业出版社 2004年1月,42,1.5通信发展简史,5、1939年，1942年，Kolmogorov和Wiener得到的滤波器称为最佳线性（Kolmogorov-Wiener）滤波器。 6、1947年，Kotelnikov的工作，他提出了基于几何方法的各种数字通信的相干解调。 7、1948年，仙农提出了信息论，建立了通信的统计理论。,机械工业出版社 2004年1月,43,1.5通信发展简史,8、1950年，汉明的基本工作是提出了有效的差错控制编码方法，它能抗信道噪声。 从数字通信发展过程中看到，数字通信的发展历史就是不断提高数字通信系统有效性和可靠性的过程。而每次通信系统性能的重大飞跃，都是以引入新的理论或技术为前提。,机械工业出版社 2004年1月,44,本章小结,一、主要内容 1.1通信系统的组成 1.2通信系统分类与通信方式 1.3信息及其度量 1.4主要性能指标 1.5通信发展间史,机械工业出版社 2004年1月,45,本章小结,二、几点建议 1、明确：通信原理这门课程所研究的对象就是通信系统本身，学习通信理论与技术的目的就是要在尽量节