第一章-通信技术基础

电力系统通信技术,主讲人谭阳,重庆电力高等专科学校,为满足电力系统运行、维修和管理的需要而进行的信息传输与交换。如何传输信息？本门课程：信息传输的最基本的问题：简单基本的信道特征、信号在信道上的传输方法研究的方法：数学模型，特别是概率模型。,本课程讨论什么？,一、基础：数学，物理二、专业基础：信号与系统电路分析电磁学三、专业基础：通信原理电子电路数字逻辑计算机原理信息论数据结构微波技术通信网专业课：移动通信卫星通信等等,本课程在系列课程中的地位,本课程关系密切的先修课程,概率论与随机过程线性代数信号与系统,关于课程,学习方式：课堂教学/课后复习考试方式：闭卷成绩评定：60%考试成绩+40%平,第一部分通信原理,重庆电力高等专科学校,第一章通信技术基础,重庆电力高等专科学校,知识目标：清楚通信系统的概念；清楚串行通信和并行通信；知道电力系统通信设备连接；知道电力系统通信设备；,重庆电力高等专科学校,能力目标:,能描述通信统由几部分组成及各部分的作用；能举例说明单工、半双工、全双工通信方式；能阐述通信系统的性能指标；,重庆电力高等专科学校,第一节通信的组成,重庆电力高等专科学校,通信的目的：传递消息通信的表达形式：语言、文字、图象、数据等实现通信的方式：声、光、电、磁等,通信的定义：通信就是消息的传递。（当今通信概念中也包含了通信信号的形成、变换、检测、处理、识别等）,一、通信和通信系统的一般概念,12,1、通信系统的组成,重庆电力高等专科学校,通信系统：是实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和。,图1-1-2通信系统的模型,信源：顾名思义，指信息产生的源头，可以是人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散的，也可以是连续的。,2、通信模型组成部分及功能,发送设备：种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。发送器含有与传输线路匹配的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信号。（如：编码器、调制器等）,信道：即信息传输通道，也是传递物质信号的媒介。信道可以是明线、电缆、波导、光纤、无线电波等。,噪声源：是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要因素。,接收器：其作用主要是接收信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。,信宿：信息传输的目的地，即接收消息的人或机器。,简单的说经历了三个阶段：语音和文字阶段电通信阶段电子信息时代,二、通信的发展史,值得人们纪念的10项重大通信技术：1、摩尔斯发明有线电报。2、马克尼发明无线电报。3、载波通信。（它的出现改变了一条线路只能传送一路电话的局面，使一个物理介质上传送多路音频电话信号成为可能）4、电视。（使传输和交流信息从单一的声音发展到实时图象）5、电子计算机。6、集成电路。7、光纤通信。8、卫星通信。9、蜂窝移动通信。10、因特网。,二、通信系统分类,1、信号分类,（1）模拟信号模拟信号是指代表消息的电信号及其参数（幅度、频率或相位）取值随时间的变化而连续变化的信号，如图2.1。,图1-1-2模拟信号,（2）数字信号数字信号是由一系列的电脉冲所组成，时间上是离散的，幅度上也是离散的。,图2.2数字信号,模拟通信系统需要两种变换：第一，发送端的连续消息需要变换成原始连续变化的电信号，接收端收到的信号需要反变换成原连续消息。第二，将原始电信号变换成适合信道传输的信号，接收端需进行反变换。(调制和解调）,二、模拟通信系统,图1-1-2模拟通信系统模型,重庆电力高等专科学校,信息源模拟通信中的信息源是状态连续的模拟信号调制器进行频谱搬移，将原始的基带信号变换成适合在不同信道内传输的已调信号。（线性调制和非线性调制）解调器将已调信号还原成基带信号，解调是调制的反过程。（相干解调和非相干解调）基带：来自信源（和经过编码）的信号所占用的频带称为基本频带，简称基带。基带信号（原始电信号）：来自信源（和经过编码）的信号，通常包含较低频率的分量，甚至包含直流分量频带信号（已调信号）：经过载波调制后的信号称为频带信号。,三、数字通信系统,数字通信系统是指利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1-1-3所示。数字信号是指离散变化的电信号。,图1-1-3点对点的数字通信系统模型,重庆电力高等专科学校,A/D转换,D/A转换,数字（调制）通信系统模型,信源,信宿,同步系统,基带信号,频带信号,基带信号,数字通信中强调已调频带信号参量与基带信号一一对应,重庆电力高等专科学校,数字通信的优点：抗干扰能力强(消除噪声积累；差错可控)便于处理和管理，便于传输和交换便于与各种数字终端接口，进行处理、加工、变换、存储，形成智能网；便于集成化，微型化；便于加密处理数字通信的缺点：频带利用率低：一路模拟电话：4KHz，接近同样话音质量的一路数字电话：64K。对同步要求高，系统设备比较复杂。,数字通信与模拟通信比较,重庆电力高等专科学校,四、电力通信系统,图1-1-4电力系统通信模型,重庆电力高等专科学校,第二节通信系统的质量指标,重庆电力高等专科学校,一、信道与噪声,编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变换成另一种数字序列，故有时把编码信道看成是一种数字信道。,重庆电力高等专科学校,定义：信道是指以传输媒质为基础的信号通道。,分类：广义信道、狭义信道。线信道、无线信道。调制信道、编码信道。,图1-2-1调制信道与编码信道,1信道的定义,重庆电力高等专科学校,2信道内的噪声,广义上说，通信系统中不携带有用信息的信号就是噪声。噪声的影响：它是一种加性干扰，叠加在信号之上，会使模拟信号失真，数字信号发生误码，还会限制传输的速率。根据来源不同，噪声可分为人为噪声、自然噪声、内部噪声。根据噪声性质，噪声可分为：单频噪声：以某一固定频率出现的连续波噪声脉冲噪声：一种随机出现的无规律噪声起伏噪声：主要是内部噪声，而且是一种连续波随机噪声。,通信系统的主要性能指标是有效性和可靠性。有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”。可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”。,二、通信系统的性能指标,二、通信系统的性能指标,1模拟通信系统的性能指标,信噪比是指接收端的输出信号的平均功率与噪声平均功率之比。在相同的条件下，某系统的输出信噪比越高，则该系统的通信质量越好，表明该系统抗信道噪声的能力越强。,重庆电力高等专科学校,有效性指标：传输带宽，传输带宽越大，传输信号就越快可靠性指标：信噪比,码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。,N2n（N进制数，n二进制码元数）Rb=RBlog2N(bits）（RB码元速率，Rb消息传输速率）,2.数字通信系统的性能指标,有效性指标：传输速率可靠性指标：误码率传输速率的衡量：码元传输速率和信息传输速率。,例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。,信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps。,衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误码率和误信率表示。误码率（码元差错率）Pe是指码元在传输系统中被传错的概率，即误信率（信息差错率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即,3通信系统的其他性能指标,（1）适应性：通信环境条件,（2）经济性：系统成本,（3）保密性：对信号加密,（4）标准性：接口、结构、及协议是否合乎国家、国际标准,（5）维修性：是否维修方便,（6）工艺性：通信系统各种工艺要求,第三节通信系统的传输方式,重庆电力高等专科学校,一、串行与并行传输,并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行。,串行传输指的是组成字符的若干位二进制码排列成数据流以串行的方式在一条信道上传输。,重庆电力高等专科学校,并行传输和串行传输比较,数据通信按照其传输和同步方式分为两种类型，异步传输和同步传输。,二、异步传输与同步传输,重庆电力高等专科学校,1.异步传输,一个字符一个字符地传输,每个字符由4个部分组成:起始位（