通信原理 第一章.ppt

第一章绪论 主要内容 通信系统的基本概念及模型 通信网的基本概念 通信系统的技术指标 重点 通信系统模型 通信系统的任务 信号在传输过程中的无失真分析思路 1 1引言 1 2通信系统的组成 1 3通信系统的分类及通信方式 1 4信息及其度量 1 5主要性能指标 信道 交换机 电话网结构示意图 为用户 构成网的基本要素 终端设备 传输链路 交换设备 硬件 交换机 终端 终端 噪声 局间传输 局内传输 局内传输 1 1引言 2 通信系统 以电信号作为信息转换和传输系统 它只能为两个用户之间提供单方向的信息传递 点对点的单向传输 3 电信网 多用户通信系统互联的通信体系 多点中的任意两点间的双向传输 4 通信网 包括电信网 CATV网 计算机网 移动通信网 广播电视网等 5 网的结构 环型 星型 总线型 复合型 网型 1 1 1基本概念 1 通信 完成信息的转换和传输 6 网的组成 以电话网为例框图 问题 1 什么形式的电信号适合系统传输 2 何种性能的系统能完成信号的传输 通信系统总模型 各处的噪声之和 信号源 发送设备 信道 接收设备 受信者 噪声源 发送端 接收端 模拟系统框图 信号源 调制器 解调器 受信者 信道 基带信号 频带信号 频带信号 基带信号 数字系统框图 编码器 噪声源 加密器 信息源 调制器 信道 受信者 解密器 译码器 解调器 注 缺省同步系统 1 2通信系统的组成 1 2 1通信系统模型 总模型 描述点对点的通信框图 1 2 2模拟通信与数字通信系统模型 1 模拟系统框图 2 数字系统框图 传输的信号是 离散 的强调已调参量和基带信号之间的一一对应性 数字通信的特点1 数字信号传输中所受的干扰可通过差错控制编码控制并消除 增加编码器 解码器2 需要保密时可对基带信号人为 扰乱 加密 解密3 传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号 称之为码元 收发须同步控制 包括码元同步 帧同步 群同步等 常用的方式分两大类 数字基带传输系统和数字调制系统 数字通信的优点 1 数字传输的抗干扰能力强 尤其在中继时 数字信号可以再生而消除噪声的积累2 传输差错可以控制 从而改善了传输质量3 便于使用数字信号处理技术来对数字信息进行处理4 数字信息易于作高保密性的加密处理5 数字信息可以综合传递各种消息 使通信系统功能增强 其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的 在系统频带紧张的场合这将成为其缺点 数字通信系统的具体模型也根据其设计方法有所不同 1 3通信系统的分类及通信方式 1 按消息的物理特征分类 业务 如电报 电话 数据 图像通信系统 2 按调制方式分类针对频带传输信号而言 信号数字 PCM M等脉冲数字调制 AM DSB SSB VSB FM PM 模拟调制 信号数字 ASK FSK PSK DPSK数字调制 信号模拟 信号模拟 PAM PDM PPM脉冲模拟调制 正弦波调制 脉冲调制 两类 1 3 1通信系统分类 3 按信号特征分类最常用分为模拟与数字通信系统两大类 4 按传输媒介分类最常用分为有线 包括光纤 与无线 5 按信号复用方式分类 频分复用 使不同的信号占据不同的频率范围 时分复用 不同的信号占据不同的时间区间 码分复用 用一组包含正交码字的码组携带多路信息 1 3 2通信方式 半双工 通信双方 两点 均能收发消息但不能同时收发 例如无线对讲机 单工 单方向传输 一点发 一点收 例如遥控 全双工 通信双方 两点 能同时收发信号 例如电话 单工 半双工 全双工 串序传输 将数字信号按时间顺序一个接一个的传输 它占用一条通路 适合远距离 并序传输 将数字信号码元序列分割成多路同时传输 适合近距离 数字通信 1 4信息及其度量 1 4 1信息的描述 传输信息的多少用信息量衡量信息 消息中有意义的内容 消息理解为信源 对由若干个相互独立事件构成消息 有 I p x1 p x2 I p x1 I p x2 2 取a 2I bit比特取a eI net奈特取a 10I 哈特莱 由信息论知 消息出现的概率愈小 所包含的信息量愈大 1 定义 信息量为I 消息出现的概率为p x 则I p x I是p x 函数 log log x p x p 1 I a a I与P x 间的关系必满足 1 2 1 4 2信息的度量 1 等概率 1 设有二进制 等概率出现的离散消息0 1消息p x1 p x2 1 2 定义 传送两个等概的二进制波形之一的信息量为1bit 2 对M进制 等概率出现的离散消息0 1 2 M 1消息p x1 p x2 1 M 从波形上看 M进制有M种波性 每一种波形等概率出现所以M是波形数 p xi P是每一波形出现的概率 2 非等概率 设消息由n个相互独立的符号组成 称为符号集 且每个符号包含的信息量均不相等所以用统计平均的方法来描述一个符号所含的信息量 例子 定义信息源的熵H X 1 4 3连续消息的信息量用概率密度来描述f x 解 方法一 因消息共57个符号 一个符号含有算术平均信息量为 方法二 总 总 1 5主要性能指标 接续质量 迅速性传输质量 清晰度稳定质量 可靠性涉及系统的有效性 可靠性 适应性 标准性 经济性及维护使用有效性 可靠性的具体体现是消息传输的速度和质量问题 误差形式 1 加性干扰产生的误差通常由噪声引起2 乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起 目前 我们仅研究加性干扰产生的误差 均方误差指标将转化为信噪比 信息量 衡量单位时间内传送消息中有效内容的能力 1 5 1模拟系统性能指标 信息量和均方误差 均方误差 衡量发送和接收信号之间的误差程度 1 5 2数字通信系统性能指标 传输速率和差错率 数字信号的描述 二进制 0 1两个状态N进制 0 1 2 N 1N个状态 码元的概念 在二进制中 用相同的时间间隔表示一位二进制数字 这个时间间隔称为码元长度 在码元长度内的信号称为二进制码元 所以二进制的每个码元时间上等长 同理N进制的每个码元时间上也等长 进制之间的相互转换关系 例 N 4表示4进制的每个状态可用2位二进制状态描述 若为小数 则取大于此值的第一个整数 推广 1 传输速率 码元传输速率 又称码元速率或传码率定义 每秒钟传送码元的数目 不同进制的码元速率转换关系已知N进制信号 码元速率为 单位 符号 秒若将其转化为二进制信号