通信系统原理 第一章.ppt

通信系统原理 教材 通信原理周炯磐等著主要参考书 通信原理樊昌信等Digitalandanalogcommunicationsystems5theditionLeonW CouchII课时 68小时先修课 高等数学 概率论与随机过程 信号与系统 复变函数 线性代数等授课方式 课堂教学内容 通信传输系统基本原理 通信发展历史 远古 非电通信数字通信 旗语 烽火台 光通信 等等近代 电通信1844Morse 1876 Bell 1894 Lodge wireless 1900 Marconi 1937 Reeves PCM 1948 Shannon 1958 IC 60 Elect Tel SwitchingSystem 1965 Satellite 1972 CellularTelephone Motorola 1976 PC 80 Opticalfiber 90 DWDM SDH Wireless 本课涉及的通信系统是指电或电子通信系统通信 信息的传递过程 因此它包含了传输和交换 Transmissionandswitching通信系统原理主要要解决的问题是 信息的传递 即通信传输 第一章序论 给出通信原理课程的研究对象系统框图等给出一些基本定义和概念信息 消息 信号等给出通信系统的基本类型和通信方式模拟通信系统和数字通信系统等给出通信系统的主要性能指标通信系统的通信质量等 本章内容提要 通信的目的 保证消息 或信息 的传递 消息的种类多种多样 不同的消息有不同的系统 电报 电话 数据 典型的通信系统模型 point topointcommunicationsystem 将消息从一个点 信源 传送到一定距离以外的目的地 信宿 因此几乎所有的电子系统都是通信系统 通信系统基本功能是消息的传递 本课程研究的主要对象是信息传输的原理和问题 获得可以广泛应用的通信系统分析和设计方法我们不关心系统的具体实现 我们关心的是符合什么样条件的通信系统是最佳的 1 通信系统的组成 一个P TO P通信系统的基本模型为 通信系统的基本框图 info T C R source transmitter channel receiver sink noise 结合系统模型介绍一些基本概念和定义信源 消息的产生 离散消息和连续消息几个名词 消息 message 信息 information 信号 signal Message 信源产生的信息的物理表现Information 消息的数学抽象 定义 Signal 传输的电信号 包含了消息 我们研究的重点是电信号的传输 信号和消息都是信息的物理体现 离散信号源 digitalsource 消息可取状态 值 的数目为有限个 模拟信号源 analogsource 消息可取状态 值 的数目为无限个 基本定义和概念 模拟与数字信号 模拟信号 状态无限 因此信号的时域表达式可以是时间连续函数也可以是时间离散函数数字信号 状态有限 因此信号的时域表达式可以是时间连续函数也可以是时间离散函数如 二进制的一可以是高电平 零低电平 同样一可以是频率为f1的正弦波 零是频率为f2的正弦波 t f t t f t 时间连续函数 时间离散函数 数字通信系统 传输数字消息的通信系统 模拟与数字通信系统 info T C R Digitalsource transmitter channel receiver sink noise 加密器 编码器 调制器 解密器 解码器 解调器 框图 模拟通信系统 info T C R Analogsource transmitter channel receiver sink noise 信号处理 调制器 解调器 信号处理 分类 随意性按信源特征分 数字通信系统和模拟通信系统按消息的物理特征分 电报 电话 图象等按调制方式分 FM PM AM等按传输媒介分 有线 无线等按信号的复用方式分 FDM TDM WDM CDM等通信方式 单工 simplex 半双工 half duplex 全双工 full duplex 数字通信中的串序和并序传输方式 2 通信系统的分类和通信方式 信息 消息中有意义部分 因此 我们可以对消息中信息进行度量 信息量 消息中所含的信息量I与该消息发生的概率P x 有关 其关系应满足以下条件 1I是P x 的函数 I I P x 2P x 越小I越大 且P x 1则I 03若干独立事件构成的消息 所含的信息量等于各独立事件信息量之和 I P x1 P x2 I P x1 I P x2 满足以上条件的函数 对数函数 I loga 1 P x logaP x 其中a 2 I为bit a e I为nit 3 信息及度量 信息量的计算 M个相互独立的消息等概率传输 每个消息的信息量为 I log2 1 1 M log2MbitsM 2 I 1bitM 2k I kbits信源的平均信息量 信源所发出的每个消息所含信息量的统计平均值 H PjIj Pjlog2 1 Pj bitsH 信息源的熵 entropy H也可理解为信源中每个消息所含的平均信息量 H越大 每个消息的I越大 希望H最大 数学告诉我们只有在消息等概分布时H为最大 示例与信源的平均信息量 可用概率密度函数来描述 连续消息源的平均信息量为 H1 x f x log2 f x dxBitf x 为连续消息的概率密度函数 连续消息的信息量计算 Ex supposeadigitalsourceformedbyfourdigits0 1 8 1 1 2 2 1 8 3 1 4 Find a theentropyofthesourceb theinformationquantityforeachdigit Sol H 1 8log2 8 1 2log2 2 1 8log2 8 1 4log2 4 1 75bitsI1 log8 3bits I2 log2 1bit I3 log8 3bits I4 log4 2bits 性能指标质量指标 是整个通信系统的综合评估通信系统 有效性 可靠性 适应性 标准性 经济性 可维护性和友好性但从根本来说 通信系统的目的是将信息从信源传递到信宿 因此可靠性 质量 和有效性 传输效率 是首先要考虑的 模拟通信系统的评估 可靠性 发与收信号的差异程度 均方误差 噪声的影响 系统的不完善因素 有效性 消息中所含的信息量 单位时间可传递的信息量多少 数字通信系统 信息传输速率和发生差错的概率 误码概率 4 通信系统的主要性能指标 码元 信源发出的消息或代表每个消息的信号 符号 码元速率RB 信源每秒钟发出的码元数 单位波特 Baud 又称符号速率 symbolrate 波特率信息速率Rb 比特率 bitrate 信源每秒钟发出的平均比特数 单位 bpsorbit sec码元速率和比特速率的关系 1个码元可以含多比特或小于1个比特的信息 因此一般情况下码元速率与比特速率在数值上是不等的 例 四进制等概分布情况下 一个码元含二比特的信息量 在数值上我们有Rb 2RB 二进制时 在等概情况下 Rb RB 也就是说