第一章概述1-1要点.ppt

现代通信技术 课程性质 地位 作用 人类社会进入21世纪以来 以通信 计算机和信号处理为核心的现代信息技术的迅猛发展 加速了经济全球化和社会信息化的进程 尤其是以通信技术 计算机技术和信号处理技术融合为基础 以Internet为代表的信息网络技术 正深刻影响着世界各国的政治 经济 科技 文化 教育 国防等各个领域 也不断改变着当今社会人们的工作 学习 生活 交流乃至娱乐方式 随着各种通信新技术 新手段 新系统的不断涌现 通信系统已成为现代信息基础设施的核心和信息网络最重要的组成部分 近几年来 与通信有关的信息类工科专业已成为我国高等院校重点发展和建设的热门专业 作为通信工程专业的学生 应广泛了解各种通信系统 扩展知识面 为以后更好的发展奠定厚实的基础 教学目标 通过本课程的学习 力求使同学们全面了解无线通信系统的基本组成 工作原理 所用技术 性能指标和实际应用等内容 第一章通信系统概述 一 基本概念二 通信系统的分类三 通信方式四 通信系统的质量指标五 无线电通信概述 一 基本概念 一 通信的概念 二 通信系统的概念 一 通信的概念 1 通信 简单地说通信就是指信息的传递和交换 包括人与人 人与机器 机器与机器之间的信息传递与交换 发信者 收信者 一 通信的概念 2 信息 包含在消息之中 是消息中包含的对收信者有意义的内容 信息的大小用信息量来描述 信息量的大小与事物发生的概率有关 事物发生的概率越小 其信息量就越大 反之 事物发生的概率越大 其信息量就越小 中了500万 一 通信的概念 3 消息 消息是以文字 语言 图像 声音等形式 把事物运动状态或主观思维活动表达出来 白日依山尽 黄河入海流 Ilikeyou Ihateyou 一 通信的概念 4 信号 信号是消息的载荷者 是把消息转换成的适合于在通信系统的信道中传输的物理量 电信号 光信号 信号与消息之间的关系是一一对应的 因而信号中也就包含了所有要传输的信息 一 通信的概念 消息信息信号 文字 语言等 今天是2014年4月23日 明天是2014年4月24日 内容 形式 载体 电 光 一 通信的概念 5 信号的分类 信号按其时间上是否连续分为连续信号与离散信号 信号按其随消息而变化的参数取值是否连续 又可分为模拟信号与数字信号 一 通信的概念 1 连续信号 连续信号是指随连续时间变化的信号 通常用f t 表示 信号的自变量t一定是连续的 而变量的取值可以是连续的 也可以是不连续的 F t t 一 通信的概念 2 离散信号 离散信号是指时间变量是离散的 不连续的 也叫时间离散信号 而变量取值可以是连续的 也可以是离散的 通常表示为f nT 离散信号仅在时间变量的离散值上才有定义 一 通信的概念 3 模拟信号 模拟信号是指其代表消息的某个参数 幅度 频率 相位 完全随消息的变化而变化 好像模拟消息变化 所以称这种信号为模拟信号 模拟信号是指信号的某一参量可以取无限多个值 并且这个参量直接与消息相对应的信号 t f t 0 语音信号波形 一 通信的概念 4 数字信号 数字信号是指不仅在时间上是离散的 而且在幅度上也是离散的 即幅度只取有限个离散值 信号 通常表示为X nT 这种信号常常不直接与消息相对应 例如电传电报信号 计算机信号 数字电话信号 数字遥控遥测信号等数字信号 一般所所说的数字信号是指用0 1表示的二进制信号 二 通信系统的概念 1 通信系统的概念 通信系统是传送信息所需设备的总和 2 通信系统一般模型 信息源 信源 和收信设备 信宿 信息源是指发出信息的信息源头 可以是人也可以是机器 在人与人之间通信的情况下 信源是指发出信息的人 在机器与机器之间通信的情况下 信源是发出信息的机器 如计算机或其他机器 2 通信系统一般模型 按照特定的分类方式 不同的信源构成不同形式的通信系统 如对应语音形式信源的是电话通信系统 对应文字形式信源的有电报通信系统和传真通信系统等 收信者 信宿 可以是人 也可以是设备 发送设备 信息是通过传输媒介进行传输的 发送设备的任务是完成信息源与传输媒介之间的匹配 即对从信源来的信号进行处理 使之转换为适合于媒介传输的信号形式 2 通信系统一般模型 比如 传输媒介是无线信道时 由于话音信号频率为300 3400Hz 很难通过天线辐射出去 必须在发送设备中通过调制和变频的方法 将话音信号搬移到适合天线辐射的较高的射频频段进行发射 从而完成话音信号与传输媒介的匹配 传输媒介 信道 用以传送信息的媒介称为传输媒介 其特性决定了发送设备应采用的信号变换方式 从物理特性来分类 传输媒介可分为有线和无线两类 有线传输媒介可以是光纤或电缆 而无线传输媒介根据不同的频段可划分为长波 中波 短波 超短波 微波 激光等 有较宽的频段 2 通信系统一般模型 因在不同的频段 传输特性不一样 应用的环境要求也不同 因此需要用不同性能的设备和配置方法与之相适应 从而构成不同的通信系统 我们后面将要学习的短波 微波中继 卫星和移动通信系统军事传输媒介为无线的通信系统 干扰 通信系统中 信号通过媒介一般要经过长距离的传输 传输过程中不可避免地要受到外界的干扰 如天电干扰 人为干扰 包括汽车点火系统等其他设备都可能干扰到通信系统的信号传输 2 通信系统一般模型 另外 通信设备本身在工作过程中也存在噪声和干扰 通常热噪声总是存在的 除非接收机的环境温度达到绝对温度的零度 因此干扰是客观存在 不可避免的 但为了分析方便 一般将它集中表示 它不是人为实现的实体 但在实际的通信系统中客观存在 接收设备 接收设备的作用有两个方面 1 对接收信号进行与发送设备相反的变换处理 以便恢复发送端信息源送出的信号 2 由于接收的信号已叠加有噪声干扰 接受设备应尽可能地抑制干扰 使所恢复的信号尽可能准确 2 通信系统一般模型 第一章通信系统概述 一 基本概念二 通信系统的分类三 通信方式四 通信系统的质量指标五 无线电通信概述 二 通信系统的分类 一 按传输信号的特征分类 二 按传输媒介的种类进行分类 三 其它分类 一 按传输信号的特征分类 1 模拟通信系统2 数字通信系统 一 按传输信号的特征分类 1 模拟通信系统信源发出的是模拟信号 在模拟信道上传输 一 按传输信号的特征分类 2 数字通信系统信源发出的也是模拟信号 经信源编码后变成数字信号 在数字信道上传输 2 数字通信系统 2 数字通信系统 1 信源编码目的 提高系统的传输有效性 作用 一是完成模拟信号向数字信号的转换 二是实现数字信号的压缩编码 方法 抽样 量化 编码 2 数字通信系统 2 信道编码与解码 信道编码 又称差错控制编码或可靠性编码或抗干扰编码 目的 为了降低误码率 提高数字通信的可靠性 基本思想 信息码元序列上附加一些监督码元 基本方法 检错重发 前向纠错 混合纠错 2 信道编码与解码 基本思想 信息码元序列上附加一些监督码元 2 信道编码与解码 基本方法 检错重发 前向纠错 混合纠错 2 信道编码与解码 基本方法 检错重发 前向纠错 混合纠错 2 信道编码与解码 基本方法 检错重发 前向纠错 混合纠错 2 信道编码与解码 解码方法 维特比译码 最大似然译码等 举例 天气情况 晴 和 阴 1位二进制编码1 0就可实现 加入监督码 冗余码 用3位二进制编码111和000表示 三位二进制编码有8种 000 001 010 现在 选用000 111为许用码组 其他6种为禁用码组 如果发送过程中出错 收端一旦发现有禁用码组出现 就可检测出错误 利用最大似然译码可纠正一位误码 000 001 000 111 101 111 2 数字通信系统 3 加解密目的 提高系统的安全性 基本原理 信息码元序列与伪随机序列码模二和 3 加解密 基本原理 信息码元序列与伪随机序列码模二和 11010100 00110110 11100010 11010100 加密器 解密器 2 数字通信系统 4 数字调制 是将基带信号频谱搬移到指定频段上而成为频带信号的过程 常用的调制方式 有幅度键控 ASK 频移键控 FSK 相位键控 PSK DPSK 4 数字调制 ASK FSK 2 数字通信系统 5 信道复用技术目的 提高系统传输效率方式 FDM TDM等 5 信道复用技术 t f 0 信号4 信号3 信号2 信号1 频分复用 t f 0 信号4 信号3 信号2 信号1 f1 时分复用 二 通信系统的分类 一 按传输信号的特征分类 二 按传输媒介的种类进行分类 三 其它分类 二 按传输媒介的种类进行分类 1 有线通信系统 有线通信系统是利用有线载体传输信息达成的通信 2 无线通信系统 无线通信系统是利用无线电波传输信息达成的通信 二 通信系统的分类 一 按传输信号的特征分类 二 按传输媒介的种类进行分类 三 其它分类 三 其它分类 按消息的物理特征分类 电报通信系统 电话通信系统 数据通信系统 图像通信系统等 按调制方式分类 根据信号是否经过调制 可将通信系统分为基带传输系统和频带传输系统 第一章通信系统概述 一 基本概念二 通信系统的分类三 通信方式四 通信系统的质量指标五 无线电通信概述 46 三 通信方式 通信系统的传输方式是指通信双方所共同遵守的传输规则 从不同的角度观察 可以有不同传输方式 47 1 5 1单工与双工传输方式 单工 半双工 全双工 48 1 5 2串行与并行传输方式 49 1 5 3同步与异步传输方式 异步传输方式 收发双方的时钟节拍各自独立并允许有一定的误差 为了达到双方同步目的 需要在每个字符的头 尾各附加一个比特的起始位和终止位 用来指示一个字符的开始和结束 同步传输方式 要求双方时钟严格一致 为求一致 发送方的编码中隐含着供接收方提取的同步时钟频率 收发以数据帧为单位 帧头包含帧同步码 中间是信息码 帧