通信概论PPT课件.ppt

通信概论 北京邮电大学信息与通信工程学院 主要讲授的内容 概念分类及发展现状主要应用 本课的成绩 考试要求 1 课堂纪律 2 完成作业 3 期末考试 欢迎大家多联系 多交流 多提意见赵成林 信息与通信工程学院泛网无线通信教育重点实验室邮箱 clzhao 电话62281489 物质 能源和信息是人类的三大资源 在农业社会和工业社会 人类开发的资源以物质资源和能源资源为主 当今社会已经进入信息社会 发展信息技术 开发信息资源是信息社会的主要特点之一 信息技术已成当今社会各个行业的重要支柱 例如 中国载人航天工程由航天员 空间应用 载人飞船 运载火箭 发射场 测控通信和着陆场七大系统组成 背景情况 信息技术包括信息的获取 信息传递 信息处理与再生 信息的利用 通信就是解决信息的传递问题 通信技术是信息技术的重要组成部分 信息的概念 1928年 哈特莱 信息理解为选择通信符号的方式 1948年 仙农 信息是用来减少随机不定性的东西 1948年 维纳 控制论 信息是人们在适应外部世界 并且这种适应反作用于外部世界的过程中 同外部世界进行相互交换的内容的名称1975年 朗高 信息是反映事物的形式 关系和差别的东西 他包含在事物的差异之中 而不在事物的本身 1988年 钟义信教授定义信息为 事物运动的状态和状态变化的方式 信息的主要特征包括 信息的普遍性即信息普遍存在于客观世界 信息的无限性即信息的资源是无限的 不仅可以再生 而且可以无损耗地转让 继承 信息的商品性即信息的价值在交换过程中实现 但并不失去其使用价值 交换次数越多 使用价值越大 信息的传递性即信息可以通过媒体广泛传播与反馈 信息的共享性即信息可以同时让许多使用者共用 而本身所含信息量并不减少 信息的时效性即信息从发出 接收 加工处理到利用的时间间隔及其效率 信息的及时性与有效性成正比 信息的可转换性即信息在不断生成变化中 可转化为多种表现形式 如语言 文字 图像 符号等等 哪一年标志人类社会进入信息时代 欧美及发达国家的时间跨度概念是从公元后1969年 我国及部分发展中国家对信息时代指的是从公元后1984年 比欧美晚了15年 40年代末50年代初揭幕的第三次科技革命一直延续到现在 新科技革命以电子信息业的突破与迅猛发展为标志 主要包括信息技术 生物工程技术 新材料技术 海洋技术 空间技术五大领域 晶体管和大规模集成电路 极大地降低信息传播的费用 其结果是 人类社会从工业时代进入了信息时代 这些新技术正在从根本上改变我们的社会经济生活 第一章 基本概念1 1信号和信道电信通信是以电信号 包括光信号 光信号是频率更高的电信号 驮载待传输的信息进行传输和交换的通信方式 1 1 1正弦信号在电信号中使用最多的信号是正弦信号 u t Um Sin t Um称为正弦波的振幅 表示正弦波的最大值 称为正弦波的角频率 2 f f为正弦波的频率 表示正弦波随时间变化的快慢 f的单位为Hz 称为正弦波的初相角 当t 0时 u 0 Um Sin 所以 值决定u 0 的大小 振幅 频率 初相角三个参数称为正弦波的三要素 传统的电信业务是电话通信 话音信号由耳朵接收 耳朵对振幅及频率极为敏感 前者表示声音的大小 后者表示音调的高低 在电视网中 图像信号的传输占有重要的地位 图像信号由眼睛来接收 眼睛对初相角 十分敏感 1 1 2信号的频域分析 任何波形的信号都可以分解为若干个不同振幅 不同频率正弦波的叠加 例如话音信号就可以分解为f 20Hz 30kHz的很多个正弦波的叠加 信道的传输系数为uoK f ui信道的时延系数为 f 信号到达输出端的时刻to 信号进入输入端的时刻ti 显然 若希望话音信号无失真的从输入端传输到输出端 必然要求所有叠加的正弦波按同样的传输系数 同样的时延系数传输到输出端 即在信号带宽范围内 传输系数和时延系数不随频率改变 为一条水平直线 称为信道无失真的传输条件 在话音通信中 为了节省信道带宽 使同一信道可以传输更多路的话音信号 一般取话音信号带宽为B 300Hz 3400Hz 这样做虽然使收端话音信号波形有一定的失真 但仍然可以满足对话音信号的响度 清晰度 自然度 使受话者能够辨别熟悉的发话者是谁 的要求 对电视信号采用付氏变换可以得知 电视视频信号的信号带宽为B 0 6MHz 相对而言 话音信号称为窄带信号 电视信号称为宽带信号 1 1 3模拟信号和数字信号电信号分为模拟信号和数字信号两大类 模拟信号的函数值随时间连续变化 这是模拟信号的严格定义 模拟信号又称连续信号 模拟信号的特点是 第一 函数的取值为无限多个 第二 当发话者说的话改变时 信号的波形也改变 即模拟信号待传递的信息包含在信号的波形之中 为此 模拟信号传输不允许波形失真 我国现在的公众电报采用编码电报 即用4位数字表示一个汉字 例如 长江 两字 长 字表示为 7022 江 字表示为 3068 数字 2 的莫尔斯电码为 信号的自变量及函数的取值都是离散的称为数字信号 数字信号的特点 1 为函数的取值为有限多个2 数字信号待传递的信息包含在码元的不同组合之中 为此 数字信号传输允许一定的波形失真 但不允许误码 与模拟通信相比数字通信有以下特点 1 抗干扰能力强 无噪声积累 2 便于灵活地组合多种业务传送 3 便于加密处理 4 数字电路易于集成化 因而体积小 功耗低 制造简单 可靠性高 5 占用信道带宽较宽 一路模拟电话的频带宽度为4kHz 一路数字电话约占64kHz带宽 模拟电视信号只有6MHz带宽 但数字电视约占100MHz的带宽 6 数字信号易于实现压缩编码 节省频率资源 例如原来只能传送一路模拟电视的通道可以传4路甚至8路压缩数字电视节目 1 2信息和信息量 二进制和多进制 一般将语言 文字 图像或数据统称为消息 将消息给予受信者的新知识称为信息 即 信息是指对消息接受者来说预先不知道的报道 辞海 信息的主要特征 信息的普遍性即信息普遍存在于客观世界 信息的无限性即信息的资源是无限的 不仅可以再生 而且可以无损耗地转让 继承 信息的商品性即信息的价值在交换过程中实现 但并不失去其使用价值 交换次数越多 使用价值越大 信息的传递性即信息可以通过媒体广泛传播与反馈 信息的共享性即信息可以同时比许多使用者共用 而本身所含信息量并不减少 信息的时效性即信息从发出 接收 加工处理到利用的时间间隔及其效率 信息的及时性与有效性成正比 信息的可转换性即信息可转化为多种表现形式 如语言 文字 图像 符号等等 消息中信息量I的大小与消息出现的概率P密切相关 如果一个消息所表示的事件是必然事件 即该事件出现的概率为100 则该消息包含的信息量为0 如果一个消息表示的是不可能事件 即该事件出现的概率为0 则这一消息的信息量为无穷大 只有两个计数符号的二进制码序列 0和1出现的概率相等 P 0 P 1 1 2 则任何一个0或1码元的信息量为 I log21 P 0 log21 P 1 log22 1 bit 四进制码元序列 由于每个码元0 1 2 3出现的概率均为1 4 所以四进制一个码元的信息量为2bit 由于多进制每个码元包含的信息量大 所以采用多进制时 信息传输效率高 但进制数越多 抗干扰能力也越差 1 3基础网 业务网 支撑网 按照电信网各部分完成功能的不同 将电信网分为基础网 业务网和支撑网 基础网是电信网中各种业务网 支撑网基础承载部分 是电信网最基本的承载平台 基础网是从传统的传输系统演变而来的 基础网包括省际干线传输系统 省内干线传输系统和本地网传输系统中除接入网以外的部分 一个完整的电信网包括它的硬件和软件 电信网的硬件一般由终端设备 传输系统和转接交换系统等三部分电信设备构成 终端设备有3项主要功能 将待传送的信息和传输链路上传送的信号进行相互转换 将信号与传输链路相匹配 产生和识别信令 以完成一系列控制作用 传输系统 是信息传递的通道 它将用户终端设备与转接交换系统 节点 连接起来 形成网络 传输系统按传输媒质的不同 可分为有线传输系统和无线传输系统 有线传输系统包括双绞线 同轴电缆 光缆等 无线传输系统以电磁波在空中的传播来实现信号的传递 按无线电波使用频段的不同 可分为长波 短波 超短波和微波通信系统 长中波波段 30kHz 3MHz 电磁波沿地球表面传播 称为地波传播 短波波段 3MHz 30MHz 电磁波通过电离层反射传播 称为天波传播 超短波波段 30MHz 300MHz 电磁波为直线视距传播 称为空间波传播 微波波段 300MHz 1000GHz 仍为直线视距传播 通信系统包括微波中继通信和卫星通信 转接交换系统的基本功能是完成接入