通信原理韩庆文第一章 概述

.版本2，电子工业出版社，第一章，概述，1.1通信的基本概念，1.2通信发展的简要历史，1.3通信系统的基本配置，1.4源，1.5通信信道，1.6模拟通信和数字通信，1.7信息的传输方式，1.8数字通信系统的主要性能指标，chapter 1，overview，1.1通信的基本概念，通信的目的是准确无误地将“信息”传达给目标。通信内容多种多样，通信方法越来越多。简介，人类，最初使用声音和身体语言进行交流。远距离信息交换：驿马烽火，电信，1837年，第一个电信莫尔斯电报系统，莫斯，对人类的进步产生了很大影响，语言，数据，图像，文本，网络，pointtopoint，6，通信的定义通信是发送消息的过程，其基本目的是将包含信息的消息传送到指定目的地。通信的实现把消息转换成相应的信号来传达。信号实际上是消息的发送者。信息、信号的语义语言、字符、图像等信息不能直接从通信系统传递。为此，从发件人转换为电(光)信号(即源)加载语言、文字、图像等信息，电信号通过通信系统发送到接收方，接收方将电信号返回到语言、文字、图像等信息。1.2通信开发的简要历史，1837年有线电报系统出现后，通信技术的发展经历了三个重要的历史时期。随着通信系统进入数字化时代，频道拥挤和人类的需求矛盾催生了很多新技术。简介，第一阶段：初级通信阶段，1837年，莫斯发明了有线电报，开始了电信阶段，1864年，麦斯威尔创立了电磁辐射理论，证明了赫兹促进了无线通信的出现，1876年，贝尔利用电磁感应原理发明了电话，1879年，第一个专用人工，第二阶段：现代通信阶段，1948年，香农，建立信息论，建立通信统计理论，1950年，对电话系统进行分时多通信，1951年，直接电话开通，1962年，首次同时通信卫星，国际卫星电话开通；脉冲编码调制进入了70年代商业卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统运行的实用阶段；一些公司开发了计算机网络体系结构，并于1978年在贝尔实验室建立了第一个蜂窝移动通信网络。第三阶段：现代通信阶段，80年代，数字网络的公共服务；出现个人计算机和计算机局域网。网络架构的国际标准正在陆续开发，1991年GSM移动通信系统投入商业，1995年互联网开始普及。1997年，68个国家签署了国际协议，互相开放了通信市场。1998年数字电视事业在美国开通，1999年ITU决定开发第三代移动通信系统。 1.3通信系统的基本配置，通信系统通常包括信息源、传输设备、信道、接收设备、接收者和噪声源。信息可以通过三种方式发送，具体取决于消息传递方向和时间关系，如单通信、半双工通信和全双工通信。简介，本教材所说的通信就是电通信，简称通信。信息源：将消息转换为原始电气信号传输设备：完成原始信号的转换，以匹配信道传输信道。接收设备：完成发送设备的反向转换，恢复为原始电信号接收方：也称为新周或接收终端，将恢复的原始电信号转换为消息噪声源：信道噪声，通信系统其他地方噪声的集中表示，单向、双向、单通信、半双工通信、全双工通信、1.4源，源是信息的来源。基于概率模型的测量方法，香农将信息定义为“不确定性数”。简介，通信系统的任务是传递信息，每个消息信号必须包含收件人需要知道的信息。对于收件人，某些消息比其他消息包含更多的信息。信息量定义了一个消息信号中包含的信息量，以定量测量信息量。例1新闻1:地球绕太阳旋转；新闻23360明天温度10度；消息1必然发生，这并不奇怪。新闻2很难，使人吃惊。对收信人来说，事件越不可能发生，就越感到惊讶和意外。结论：消息中包含的信息量与事件发生的概率有关。示例2消息1:是一对糟糕的扑克牌，第一个是2；新闻23360混乱扑克牌，第一个是红心2；消息1出现的概率是4/54，消息2出现的概率是1/54；消息2包含的信息比消息1包含的信息多。结论：概率越小，信息量越大。示例3消息1:我们现在在数字通信原理过程中；对这里的大多数同学来说，信息1不包含任何信息量。因为这是已知的明显事实；消息1出现的概率为1。结论：消息的概率为1时，信息量等于0。例4新闻1:明天下午会下雨，下月共15个晴天；消息1中的两个事件是不相关的独立事件，消息1中包含的信息量是这两个事件信息量的总和。结论：由多个单独事件组成的消息，等于每个单独事件包含的信息量。可以定义满足上述结论的信息量验证。Log对数函数是随着p(x)的增加而减少、I减少的增量函数。如果P(x)=1，则I=0。n个事件同时发生的概率是信息量，香农提出了基于概率模型的测量方法，即将信息定义为“不确定性数”。(随机变量x，概率分布P)，n个值：x1，x2，xn，相应的概率：I第一个可能值Xi中包含的信息量：a=2，单位位(Bit)，a=e，单位knight (Nat)，a=10，如果只有二进制离散源是“0”、“1”的两个符号，并且“0”发生的概率为1/3，则查找“1”的信息。示例5，“0”发生的概率为三分之一，“1”发生的概率为三分之二，“1”的信息量为：示例6试验字母e出现的概率为0.105，x出现的概率为0.002，e和x的信息量。解决方案：不连续信息源的熵，情况：1)对于由n个符号组成的符号集，每个符号的出现概率为，2) n的消息中，每个符号的出现次数为Xi。查找：每个符号包含的信息的统计平均值(平均信息)？示例7离散信息源由0，1，2，3 4个符号组成，其发生概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，其中每个符号的出现是独立的。查找201020130213002130021003210100231002010312031203210020203120321002020210的信息量。解法：分析讯息，相应消息的信息量：每个符号的算术平均信息量为：没有记忆源：每个消息的发生是相互独立的，平均磁信息量：源X的熵，源的熵率： (源生成每个时间t的H(X)的符号)，32，离散信息源的熵，独立等：M进制波形，每个波形出现的概率为1/M。例如，M=2，即，0，1每个符号的信息量为1位的M=2k，以及每个符号(波形)中包含的信息量为1位。示例8设置二进制离散源以相同的概率发送数字0或1时，每个源输出的信息内容为，显示发送等概率的二进制波形之一(P=1/2)的信息量为2位，例如发送1位的概率的四进制波形之一(P=1/4)的信息量为2位。信息论的基础，34，离散信息来源的熵，独立非一元：设置离散信息来源是由多个符号组成的集合，每个符号Xi根据一定概率p(xi)独立出现。每个符号信息量为、35，离散信息源的熵，独立。所述个别信息源的平均信息量将每个符号信息量的概率加权平均值(统计平均值)称为信息源的熵，单位位/符号最大熵可以发生在每个符号等处。，在示例7中，所述消息的信息量也可以用熵的概念来计算，信息量：37，是9，38，是10，39、40，通信原理，L1审查，通信的定义通信开发干事通信系统的基本组成源信息量离散信息源的熵，1.5通信信道、通信信道连接收发设备可以是有线的，也可以是无线的。信号通道有很多不好的影响。简介，1.5.1公用通信信道，1)电缆信道：同轴电缆，双绞线，架空线路等。感应电磁通道的频率范围，包括光纤和波导。导线，明导线通常使用铜、铝或导线(钢丝)，大约3mm的线路。铜、铝导线的最大允许远距离传输频率约为150kHz，可重复使用16条马路；短距离传输时，偶尔的传输频率为300kHz左右，另外还可以添加12个发射线路。明线信道容易受到天气变化和外部电磁干扰，通信质量不够稳定，信道容量小，无法传输视频信号或高速数字信号。通信原理，双绞线，传输介质，古老但又常用。互相绝缘的两条铜线排放在一起，然后以有规则的方式拧成绞线，形成绞线。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，通信距离通常为几到10公里。风筝线的价格低廉，性能良好，使用广泛。双绞线使用的导线越粗，通信距离越远，但导线价格越高。为了提高双绞线的抗电磁干扰功能，可以在双绞线外添加一个用铁丝编织的屏蔽层，这种屏蔽双绞线称为屏蔽双绞线，价格比非屏蔽双绞线要贵。通信原理，非屏蔽双绞线，通信原理，屏蔽双绞线，通信原理、同轴电缆、同轴电缆、内部导体铜芯(单链或多链双绞线)、绝缘层、网状编织外部导体屏蔽和保护塑料外层构成的50同轴电缆、用于模拟传输系统的基带数字信号75同轴电缆、通信原理、同轴电缆、常规(RG-g-s)，1.5.1常规通信通道，2)光纤通道：可承载大容量数据任务的光纤通道，传输频率带宽，通信容量，低损耗，无电磁干扰.光纤通信、通信原理、光纤电缆、光纤通信是通过使用光纤(也称为光纤)的光脉冲传输进行的通信。光脉冲等于1，不等于0，可见光的频率很高，约每秒108次，因此光通信系统的传输带宽比当前其他各种传输介质的带宽大得多。光缆，光纤的优点：传输带很宽，通信容量大。传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。闪电和电磁干扰性能好。这在具有高电流脉冲干扰的环境中尤为重要。没有串扰，机密性，窃听或数据截取困难。小巧轻便。这在现有电缆管道已经拥挤的情况下尤其有利。光纤的缺点由于两种光纤更难准确连接，因此一般网络技术人员更难掌握该技术的光电子接口价格。1.5.1公用通信信道，3)无线电磁信道：利用电磁场传播信号，然后通过天线将电子耦合到无线介质。感应电磁通道频率，天波传播，地面波传播，通信原理，地面微波视距传播，电磁波在空间中直线传播，地球表面是表面，因此传输距离受到限制，一般使用50公里左右，100米天线塔可以增加到100公里。为了进行远距离通信，需要在一个无线通信信道的两个终端之间建立多个中继站。中继站将从各地发出的信号放大，传送到下一站，从而“中继”、“地面微波视距传播”、“微波中继通信的主要优点”、“微波频带频率高、频带范围大、信道容量大”。工业干扰和天电干扰的主要频谱组件远低于微波频率，对微波通信的风险远小于短波和米波通信，因为微波传输质量优良。微波中继信道可以通过高山、水面等难以通过有线或难以架设的地区，机动性大，对自然灾害的抵抗力强，可靠性高。微波中继通信与相同容量和长度的电缆载波通信相比，建设投资少，效果快。微波中继通信的缺点要直视邻居之间，没有障碍物。从一个天线发出的信号也可能被分割成到达接收天线的几个略微不同的路径，从而失真。微波的传播有时也受到恶劣气候的影响。与有线通信系统相比，微波通信的隐秘性和保密性都较低。平时对大量中继站的使用和维护会消耗一定的人力和物力，因此，生产高可靠性的无人中继站并不容易。通信原理、卫星中继通信、卫星通信是一种微波中继通信，利用位于地球站之间36000公里上空的人工同步地球卫星作为中继机。卫星是宇宙中无人值守的微波通信中继站。卫星通信的主要优点和缺点类似于地面微波通信。卫星中继通信，卫星中继通信的优点是通信距离远，通信费用与通信距离无关的卫星通信的波段大，通信容量大，信号干扰小，通信相对稳定的卫星中继通信的缺点卫星通信的传播延迟大，1.5.1公用通信通道，4)通道：磁带、光盘、磁盘等数据存储介质。1.5.2通信信道基本模型，最简单的数学模型：相加噪声信道模型，信号传输s(t)，信道的随机相加噪声n(t)，接收信号r(t)=s(t) n(t)，1.6模拟通信和数字通信可以分为根据系统传递信号传递模拟信号的模拟通信系统、与数字信号的通信系统，后者在性能上优于前者。简介，1.6.1通信和数字通信的概念模拟，连续消息：消息的状态是连续的。离散消息：消息的状态是不连续的。消息挂在电信号的参数上。连续信号，离散信号，数字信号：时间和状态是离散的。示例：电报、数字、数据、远程控制命令.模拟信号：生计消息参数是连续的。模拟语音信号.数字通信系统，模拟通信系统，数字通信的优点，1)过宽、缺点，1)压缩编码技术2)调制方法、改进方案，1)强大的抗干扰能力和代码回放，防止噪声积累2)高可靠性，错误控制方法3)加密简单，机密性高的4)通用性，灵活性，1.6.2模拟通信系统模型，调制器：将基带信号调整为适合于信道传输的频带信号。根据是否有调制解调器，可以分为基带传输和频带传输。常用调制方法，连续波调制，线性调制，非线性调制，双向频带