北邮通信原理课件(1).pdf

第一章第一章 绪绪论论 1 1通信的基本概念和通信系统基本模型通信的基本概念和通信系统基本模型 1 2通信系统的分类和数字通信系统通信系统的分类和数字通信系统 1 3信息及其度量信息及其度量 1 4数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标 1 5数字通信涉及的主要技术数字通信涉及的主要技术 1 1通信的基本概念和通信通信的基本概念和通信 系统基本模型系统基本模型 通信通信 Communication 是把消是把消 息从一地有效地传递到另一地息从一地有效地传递到另一地 即消即消 息传递的全过程息传递的全过程 图中图中 信息源信息源 也作发终端也作发终端 的作用的作用 是把各种消息转换成原始电信号是把各种消息转换成原始电信号 发送设发送设 备对原始信号完成某种变换备对原始信号完成某种变换 使原始电信使原始电信 号适合在信道中传输号适合在信道中传输 信道是指信号传输信道是指信号传输 的通道的通道 提供了信源与信宿之间在电气上提供了信源与信宿之间在电气上 的联系的联系 信宿信宿 也称收终端也称收终端 是将复原的是将复原的 原始电信号转换成相应的消息原始电信号转换成相应的消息 图图1 2通信系统的基本模型通信系统的基本模型 1 2 通信系统的分类和通信系统的分类和 数字通信系统数字通信系统 1 按通信业务的不同可分为 电报按通信业务的不同可分为 电报 电电 话话 传真传真 数据传输数据传输 可视电话可视电话 无线寻无线寻 呼等呼等 按调制方式可分为 基带传输和频带按调制方式可分为 基带传输和频带 传输传输 按信道中所传信号的不同分 通常信按信道中所传信号的不同分 通常信 道中传送的信号可分为数字信号和模拟信道中传送的信号可分为数字信号和模拟信 号号 因此通信可分为数字通信和模拟通信因此通信可分为数字通信和模拟通信 按传输媒质分 通信可分为有线通信按传输媒质分 通信可分为有线通信 和无线通信和无线通信 按工作频段分 根据通信设备的工作按工作频段分 根据通信设备的工作 频率不同频率不同 通信通常可分为长波通信通信通常可分为长波通信 中中 波通信波通信 短波通信短波通信 微波通信等微波通信等 另外另外 通信还有其他一些分类方法通信还有其他一些分类方法 如按信号复用方式可分为频分复用方式如按信号复用方式可分为频分复用方式 FDM 时分复用方式时分复用方式 TDM 和码分和码分 复用方式复用方式 CDM 等 按通信网络可分为等 按通信网络可分为 专线通信和网通信等 按收信者是否运动专线通信和网通信等 按收信者是否运动 分为移动通信和固定通信 按通信方式可分为移动通信和固定通信 按通信方式可 分为单工分为单工 单双工单双工 双工通信等双工通信等 2 在信道中传输模拟信号的系统称为模在信道中传输模拟信号的系统称为模 拟通信系统拟通信系统 它包含两种重要变换它包含两种重要变换 一是一是 把原始消息变为电信号把原始消息变为电信号 二是把不适合传二是把不适合传 输的基带信号通过调制器转换成频带信号 输的基带信号通过调制器转换成频带信号 同时两种变换在收端都要经过反变换同时两种变换在收端都要经过反变换 在信道中传输数字信号的系统称为数在信道中传输数字信号的系统称为数 字通信系统字通信系统 1 信源和信宿 信源的作用是把信源和信宿 信源的作用是把 消息转换成原始的电信号消息转换成原始的电信号 完成非电完成非电 电的电的 转换 信宿的作用是把复原的电信号转换转换 信宿的作用是把复原的电信号转换 成相应的消息成相应的消息 就是完成电就是完成电 非电的转换非电的转换 2 信源编码和信源解码 信源编信源编码和信源解码 信源编 码有两个作用码有两个作用 其一其一 进行模进行模 数转换 其数转换 其 二二 数据压缩数据压缩 即设法降低数字信号的数即设法降低数字信号的数 码率码率 3 信道编码与信道解码 数字信信道编码与信道解码 数字信 号在信道中传输时号在信道中传输时 由于噪声影响由于噪声影响 会引会引 起差错起差错 4 调制和解调 数字调制的任务调制和解调 数字调制的任务 是把各种数字基带信号转换成适应于信道是把各种数字基带信号转换成适应于信道 传输的数字频带信号传输的数字频带信号 5 信道 信道是信号传输的通道信道 信道是信号传输的通道 媒质媒质 信道分为有线信道信道分为有线信道 无线信道无线信道 6 最佳接收和同步 依据最小差最佳接收和同步 依据最小差 错准则进行接收错准则进行接收 可以合理设计接收机达可以合理设计接收机达 到最佳到最佳 3 相对于模拟通信系统而言相对于模拟通信系统而言 数字通信数字通信 系统有如下优点系统有如下优点 1 抗干扰抗干扰 抗噪声能力强抗噪声能力强 无噪无噪 声积累声积累 2 便于加密处理便于加密处理 保密性强保密性强 3 差错可控差错可控 4 利用现代技术利用现代技术 便于对信息进便于对信息进 行处理行处理 存储存储 交换交换 5 便于集成化便于集成化 使通信设备微型使通信设备微型 化化 数字通信相对于模拟通信系统来说数字通信相对于模拟通信系统来说 主要有以下两个缺点主要有以下两个缺点 1 数字信号占用的频带宽数字信号占用的频带宽 2 对同步要求高对同步要求高 系统设备比较系统设备比较 复杂复杂 1 3 信息及其度量信息及其度量 消息中的信息量与消息发生的概率紧消息中的信息量与消息发生的概率紧 密相关密相关 消息出现的概率愈小消息出现的概率愈小 则消息中则消息中 包含的信息量就愈大包含的信息量就愈大 且概率为且概率为0时时 不可不可 能发生事件能发生事件 信息量为无穷大 概率为信息量为无穷大 概率为1时时 必然事件必然事件 信息量为信息量为0 综上所述综上所述 可以得出消息中所含信息可以得出消息中所含信息 量与消息出现的概率之间的关系反映如下量与消息出现的概率之间的关系反映如下 规律规律 1 消息中所含信息量消息中所含信息量I是消息出现是消息出现 的概率的概率P x 的函数的函数 即即 I I P x 2 消息出现的概率愈小消息出现的概率愈小 它所包它所包 含信息量愈大 反之信息量愈小含信息量愈大 反之信息量愈小 且且 P x 1时时I 0 P x 0时时I 3 若干个互相独立事件构成的消若干个互相独立事件构成的消 息息 所含信息量等于各独立事件信息量的所含信息量等于各独立事件信息量的 和和 即即 I P1 x P2 x I P1 x I P2 x 1 4 数字通信系统的主数字通信系统的主 要性能指标要性能指标 一般通信系统的性能指标归纳起来有一般通信系统的性能指标归纳起来有 以下几个方面以下几个方面 1 有效性 指通信系统传输消息有效性 指通信系统传输消息 的的 速率速率 问题问题 即快慢问题即快慢问题 2 可靠性 指通信系统传输消息可靠性 指通信系统传输消息 的的 质量质量 问题问题 即好坏问题即好坏问题 3 适应性 指通信系统使用时的适应性 指通信系统使用时的 环境条件环境条件 4 经济性 指系统的成本问题经济性 指系统的成本问题 5 保密性 指系统对所传信号的保密性 指系统对所传信号的 加密措施加密措施 这点对军用系统显得更加重要这点对军用系统显得更加重要 6 标准性 指系统的接口标准性 指系统的接口 各种各种 结构及协议是否合乎国家结构及协议是否合乎国家 国际标准国际标准 7 维修性 指系统是否维修方便维修性 指系统是否维修方便 8 工艺性 指通信系统各种工艺工艺性 指通信系统各种工艺 要求要求 1 数字通信系统的有效性可用传输速率数字通信系统的有效性可用传输速率 来衡量来衡量 传输速率越高传输速率越高 则系统的有效性则系统的有效性 越好越好 通常可通常可 从以下三个不同的角度来定义传输速从以下三个不同的角度来定义传输速 率率 1 码元传输速率通常又可称为码元速率码元传输速率通常又可称为码元速率 数码率数码率 传码率传码率 用符号用符号RB来表示来表示 码元码元 速率是指单位时间速率是指单位时间 每秒钟每秒钟 内传输码元内传输码元 的数目的数目 单位为波特单位为波特 Baud 常用符号常用符号 B 表示表示 注意注意 不能用小写不能用小写 通常在给出系统码元速率时通常在给出系统码元速率时 有必要有必要 说明码元的进制说明码元的进制 多进制多进制 N 码元速率码元速率 RBN与二进制码元速率与二进制码元速率RB2之间之间 在保证系在保证系 统信息速率不变的情况下统信息速率不变的情况下 相互可转换相互可转换 转换关系式为转换关系式为 RB2 RBN log2N B N应为应为2k k 2 3 4 2 信息传输速率简称信息速率 又可称信息传输速率简称信息速率 又可称 为传信率 比特率等 为传信率 比特率等 3 Rb与与RB 在多进制中 在多进制中 RBN与与RbN之间数值不同 之间数值不同 单位亦不同 它们之间在数值上有如下关单位亦不同 它们之间在数值上有如下关 系式系式 RbN RBN log2N 4 在比较不同通信系统的效率时在比较不同通信系统的效率时 只看只看 它们的传输速率是不够的它们的传输速率是不够的 还应看在这样还应看在这样 传输速率下所占的信道的频带宽度传输速率下所占的信道的频带宽度 因为因为 传输速率越高传输速率越高 所占用的信道频带越宽所占用的信道频带越宽 因此因此 能够真正体现出信息的传输效率的能够真正体现出信息的传输效率的 指标应该是频带利用率指标应该是频带利用率 即单位频带即单位频带 内的传输速率内的传输速率 RB B Baud Hz 2 1 码元差错率码元差错率Pe 2 信息差错率信息差错率Pb 1 5 数字通信涉及的主要技术数字通信涉及的主要技术 1 对通信来说对通信来说 信道和噪声都是必须涉信道和噪声都是必须涉 及的基本问题及的基本问题 2 数字终端技术包括发端数字终端技术包括发端 收端对信号收端对信号 进行处理过程中所涉及到的技术进行处理过程中所涉及到的技术 3 数字基带传输技术涉及一系列技术问数字基带传输技术涉及一系列技术问 题题 如信号传输码型如信号传输码型 码间串扰问题码间串扰问题 实实 现无码间串扰传输的理想条件及减少码间现无码间串扰传输的理想条件及减少码间 串扰的部分响应系统和均衡技术串扰的部分响应系统和均衡技术 在第四在