《通信系统概述》PPT课件.ppt

通信原理,南京信息职业技术学院通信工程学院王蕾,2,引言,自我介绍为什么学习通信原理？怎么学好通信原理？课程学习注意事项,3,1自我介绍,王蕾办公地点：国交B411通信技术教研室电话mail：wanglei,4,2为什么学习通信原理？,课程定位通信类专业的一门重要专业基础课程,是必修课、核心课程是“通信工程”学科研究生入学考试课程之一,5,2为什么学习通信原理？,国内外著名公司相当部分从事通信行业：国内：华为,中兴,大唐,移动,联通,电信,跨国公司：Cisco(思科)，Nortel（北电），Alcatel-Lucent(阿尔卡特-朗迅)，Nokia(诺基亚)，Siemens(西门子),Ericsson(爱立),Toshiba(东芝),Google(Motorola-摩托罗拉),IBM,6,3怎么学好通信原理？,课程特点具有理论性强、知识综合、难度大等特点；是一门理论性和实践性都很强的专业基础课;学习时要注意数学分析方法，更要注意数学分析所得结论的物理概念、物理意义.,7,3怎么学好通信原理？,要有较好的基础：网络信号与系统，高数，概率统计论掌握好基本概念，分析问题的基本思路和解决问题的基本方法理解基本概念做习题再回顾概念，思考，领悟,8,4本课程的注意事项,课程学习,课堂教学：30学时实验教学：8学时技能训练：12学时测验：10学时注意：充分利用课程网站、图书馆、数字图书馆资源及相关资源，做好预习、复习；认真做作业、认真做实验、认真做仿真。既要打好基础，又要提高能力。,9,4本课程的注意事项,课程参考教材,通信原理（上，下），周炯槃等，北京邮电大学出版社,2002.通信原理教程，徐家恺等，科学出版社,2003.通信系统原理，沈振元等，西安电子科技大学出版社,1999.现代通信原理与技术，张辉等，西安电子科技大学出版社,2002.现代通信原理，曹志刚，清华大学出版社，1992.,10,4本课程的注意事项,课程参考网站,南京邮电大学通信原理网站：85/tongxin/index.aspx西安电子科技大学通信原理网站：,本章主要内容,1、通信发展简史2、通信系统组成3、通信系统的分类及通信方式4、通信系统的主要性能指标,绪论,12,1.1.1通信的发展,古代：烽火台,现代通信的开始Morse（有线电报）1844年5月24日，美国国会大厦，莫尔斯向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报:“上帝创造了何等奇迹！”Maxwell（电磁场理论）1864年，麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。1887年赫兹证实电磁波的存在。Bell（电话机）1875年6月2日，美国波士顿法院路109号，贝尔不小心把硫酸溅到自己的腿上，他疼痛地叫了起来:“沃森特先生，快来帮我啊！”-人类第一句通过电话传送的话音。Marconi（无线电报）1896年，波波夫无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250米，电文内容为“海因里斯赫兹”。1897年5月18日，马可尼在布里斯托尔海峡进行无线电通信取得成功，把信息传播了12公里。,14,“上帝创造了何等的奇迹!”,塞缪尔莫尔斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872）,15,贝尔（1847-1922）美国电话发明者,16,1876年3月10日，美国发明家贝尔发明世界上第一部电话，并获美国专利局批准的电话专利。这是2005年8月11日拍摄的美国新泽西州默里山贝尔实验室博物馆内的世界第一部电话。,17,20世纪60年代以后：数字通信技术进入高级发展阶段。近30多年：数字通信迅猛发展；光纤通信也携手同行。两者都成为现代通行网的主要支柱。,18,1.1.2基本概念,1.通信的目的,1.消息,是指信源所产生的信息的物理表现。例如：语音、文字、图形、图像等。消息必须转换成电信号（简称信号），才能在通信系统中传输。,19,1.通信的目的,天气预报“明天是晴天”,字幕“明天是晴天”文字,播音员说“明天是晴天“语言,图形,20,2.信息,是指消息中所包含的对受信者有意义的内容。不同形式表现（汉字、符号、图形等）的同一消息，载有相同的信息。,3.信号,是指消息的物理载体，是传输消息的手段。可分为模拟信号和数字信号。,1.2.1通信系统的一般模型（点对点通信）,1.2通信系统模型,1.2.2模拟通信系统模型定义：信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。,模拟通信系统模型可由图1.1略加演变而成，如图1.2所示。,信源发出的原始电信号是基带信号。基带的含义是指：频谱从零频附近开始的信号（如语音）。完成这种变换和反变换的是调制器和解调器。经过调制后的信号称为已调信号。已调信号有三个基本特征：携带有信息，适合在信道中传输，信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。,从理论上基带、基带信号、已调信号存在以下关系。,1.2.3数字通信系统的模型,定义：信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。分类：数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统和模拟信号数字化传输通信系统。,1.数字频带传输系统,2.数字基带传输通信系统特点：没有调制器与解调器的数字系统。3.模拟信号数字化传输通信系统特点：模拟信号在数字系统中传输：A/D转换与D/A转换。,1.2.4数字通信与模拟通信比较优点抗干扰能力强，可消除噪声积累采用差错控制技术，改善传输质量便于与各种数字终端接口，利用现代计算技术对信息进行处理、存储、变换便于加密处理，保密性强便于集成化，使通信设备微型化缺点占据系统频带宽，频带利用率不高对同步要求高，系统设备比较复杂,1.3.1分类按调制方式分类基带传输：将未经调制的信号直接传送频带传输：对基带信号调制后进行传送按传输媒介分类有线信道：如明线、电缆、光缆信道无线信道：如短波电力层传播、微波视距传播、卫星中继信道按传输信号的特征分类模拟通信系统和数字通信系统,1.3通信系统的分类及方式,按传输信号的复用方式分类频分复用FDM、时分复用TDM、码分复用CDM按工作频段分类长波、短波、微波等按通信是否运动移动通信固定通信,三种复用（多址）方式,1.按消息传递方向和时间关系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、半双工和全双工三种。,1.3.2通信方式,单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式。例如，广播、遥测、遥控半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式。例如，无线电对讲机全双工通信：是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。例如，普通电话,单工、半双工、全双工方式,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。,串行、并行传输方式,3.按通信网络形式分两点间直通方式、分支方式和交换方式,按网络形式划分的通信方式（a）两点间直通方式；（b）分支方式；（c）交换方式,38,1.4信息及其度量,1.4.1信息量,信息量是消息出现概率的函数；消息出现的概率越小，所包含的信息量就越大；若某消息由若干个独立消息所组成，则该消息所包含的信息量是每个独立消息所含信息量之和。,39,若消息出现的概率为，则所含信息量I可定义为：,信息量的单位：,，则为比特（bit），简记为b（最常用）,，则为奈特（nat）;,，则为哈特莱（hartley）。,40,当M=2时，则I=1b。工程上，常常不考虑是否为等概率的消息，总认为一个二进制波形（或码元）等于1b。即通常把一个二进制码元称做1b。,若采用一个M进制的波形，来传送M个独立的等概离散消息之一，则每一码元的信息量为：,(b),例1.1设二进制离散信源，数字0或1以相等的概率出现，试计算每个符号的信息量。解:二进制等概率时有即二进制等概时，每个符号的信息量相等，为1bit。,当各个符号出现的概率不相等时，计算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。平均信息量定义：每个符号所含信息的平均值。用符号表示。多进制时，设各符号出现的概率为：且,则平均信息量（信息源的熵）为：例1.2设由5个符号组成的信息源，相应概率为：,1.5通信系统的主要性能指标,1.5.1模拟通信系统的性能度量一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面:有效性、可靠性、适应性、经济性、保密性标准性、维修性、工艺性等。而本书只研究通信系统的有效性和可靠性。,对于模拟通信系统来说，系统的有效性和可靠性具体可用系统频带利用率和输出信噪比（或均方误差）来衡量。,46,1.5.2数字通信系统的性能度量,（1）码元传输速率（数码率、传码率）定义：单位时间内传输码元的数目；单位：波特（Baud），用符号“B”表示；符号：Tb为码元宽度。,对于数字通信系统而言，系统的可靠性和有效性具体可用误码率和传输速率来衡量。1.有效性指标：,（2）信息传输速率（传信率、比特率）定义：单位时间内传输的信息量；单位：比特/秒(bit/s)，简记为b/s或bps；符号：,它与N有关。（3）与之间的互换它们之间在数值上有如下关系：,（4）多进制与二进制传输速率之间的关系码元速率不变，二进制信息速率与多进制信息速率之间的关系：系统信息速率不变，多进制码元速率与二进制码元速率之间的关系：,例1.3二进制下，30S内传送了36000个码元。求：码元速率和信息速率各位多少？若码元宽度不变，改用八进制信号传递信息，则其码元速率为多少？信息速率又为多少？解：,2可靠性指标：数字通信系统可靠性的指标是利用差错率来衡量。差错率通常有两种表示方法。1.码元差错率（误码率）发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，也就是说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率。,2.信息差错率（误信率）发生差错的信息量在信息传输总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。,例