第1章 通信基础-通信概论(重庆科创职业学院)

1、通信通信技术技术电子电子技术技术v现代（信息时代）：现代（信息时代）： 与多种高新技术紧密结合与多种高新技术紧密结合计算机计算机技术技术自动控自动控制技术制技术人工人工智能智能语音和文字通信阶段电通信阶段电子信息时代信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿噪声噪声/干扰干扰信息产生的源信息产生的源泉泉.将消息转为将消息转为电信号。电信号。信息的信息的接收者接收者传递信息的传递信息的通道通道将信源发出的信息变换将信源发出的信息变换成便于传输的信号，包成便于传输的信号，包括调制、编码等括调制、编码等接收信道中的信号，并将接收信道中的信号，并将其变换成与发送时物理形其变换成与发送时物理形式相

2、同的信息，如译码式相同的信息，如译码整个系统噪声与整个系统噪声与干扰的总折合干扰的总折合v消息消息(Message)：传递或携带信息的实体，如语言、文字、：传递或携带信息的实体，如语言、文字、数据、图像数据、图像v信息信息(Information)：消息中蕴含的内容或知识：消息中蕴含的内容或知识v信号信号(Signal)：消息传递的形式或载体，如光、电、声：消息传递的形式或载体，如光、电、声信息寄寓于消息之中信息寄寓于消息之中消息以信号作为载体消息以信号作为载体信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿噪声噪声调制器调制器解调器解调器调制器调制器解调器解调器解解调调器器调调制制器器信信源

3、源信道信道信信宿宿噪声噪声信信源源信信宿宿信源信源编码编码信道信道编码编码信源信源译码译码信道信道译码译码模拟模拟信号信号经过经过模模/数变换数变换(即即A/D变换变换)形成数字序列，以适宜在数形成数字序列，以适宜在数字系统中的传输。字系统中的传输。加入用于差错检测和控制加入用于差错检测和控制的的监督码监督码，以提高数字，以提高数字传输系统的可靠性。传输系统的可靠性。数字数字调制调制数字数字解调解调同步通信方式从模拟通信向数字通信发展是通信技术发展的总趋势。通信方式从模拟通信向数字通信发展是通信技术发展的总趋势。通信系统分类通信系统分类(依据传递消息电信号依据传递消息电信号)：v模拟模拟通信：

4、通信系统中传输的是模拟信号；通信：通信系统中传输的是模拟信号；v数字数字通信：通信系统中传输的是二进制或多进制数字信号。通信：通信系统中传输的是二进制或多进制数字信号。模拟模拟信号信号f(t)数字信号数字信号f(t)ttn有线通信：利用各种导线作为信道来传输信号的通信方式有线通信：利用各种导线作为信道来传输信号的通信方式v无线通信：依靠无线通信：依靠自由空间自由空间来传输电磁波的通信方式。来传输电磁波的通信方式。= v / f = v / f 其中其中 v v 3.0 3.010108 8m/sm/s发送站发送站接收站接收站信息流向信息流向例如：广播电视传例如：广播电视传送系统、信息采集送系统

5、、信息采集系统、寻呼系统。系统、寻呼系统。发送发送接收接收例如：对讲机。例如：对讲机。接收接收发送发送信息流向信息流向信息流向信息流向例如：电话例如：电话信息流向信息流向发送发送接收接收接收接收发送发送v分类：分类：二线全双工：利用频分复用、时分复用或回波抵消二线全双工：利用频分复用、时分复用或回波抵消技术实现同时双向通信；技术实现同时双向通信；四线全双工：发、收向信息分别使用一对导线。四线全双工：发、收向信息分别使用一对导线。v优点：传送速率高，发收双方不存在字符同步问题。优点：传送速率高，发收双方不存在字符同步问题。v缺点：需要多个并行信道，增加了设备成本；并行线缺点：需要多个并行信道，增

6、加了设备成本；并行线路间的电平相互干扰会影响传输质量。路间的电平相互干扰会影响传输质量。v适用场合：短距离通信，如计算机内部或在同一系统适用场合：短距离通信，如计算机内部或在同一系统内设备间的通信。内设备间的通信。v优点：只有一条信道，设备成本低，且易于实现。优点：只有一条信道，设备成本低，且易于实现。v缺点：必须解决收发双方如何保持码组或字符同步缺点：必须解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题；比并行传输效率低。的问题；比并行传输效率低。数字基带数字基带信号信号调制器调制器信道信道解调器解调器采样判决器采样判决器噪声噪声数字信号数字信号模拟信号模拟信号数字基带数字基带信号信号模拟信号模拟信

7、号数字信号数字信号调制与解调是频带传调制与解调是频带传输的最主要技术。输的最主要技术。1.6 信道与噪声及其容量信道与噪声及其容量 1.6.1 信道的定义与分类信道的定义与分类 1.6.2 有线信道有线信道 1.6.3 无线信道无线信道 1.6.4 信道噪声信道噪声 1.6.5 信道容量信道容量1 信道的定义信道的定义 信道，通俗地说，是指信道，通俗地说，是指以传输媒质为以传输媒质为基础的信号通路基础的信号通路。具体地说，信道是指。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通

8、过，同时又给信号加以限制带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。和损害。 1.6.1 信道的定义及其分类信道的定义及其分类2 信道的分类信道的分类 信道可大体分成：信道可大体分成：狭义信道和广义信道狭义信道和广义信道。 . 狭义信道狭义信道 狭义信道是指在发端设备和收端设备中间的传狭义信道是指在发端设备和收端设备中间的传输媒介，它包括无线信道和有线信道。输媒介，它包括无线信道和有线信道。 无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信无线信道利用电磁波在空间中的传播来传输信号而有线信道则利用人造的用来传到电或光信号的号而有线信道则利用人造的用来传到电或光信号的媒质来传输信号。媒质来传输信号。 编码

9、器输入调制器发转换器媒质收转换器解调器译码器输出编 码 信 道调 制 信 道调制信道和编码信道 调制信道用于研究调制与解调问题调制信道用于研究调制与解调问题是方便和恰当的；编码信道用于研究编是方便和恰当的；编码信道用于研究编码与译码问题时使问题的分析更容易。码与译码问题时使问题的分析更容易。n有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光纤等。纤等。n无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及短波或微波视距中继、人造卫星中继、散射及移动无线电信道等。移动无线电信道等。)V(4kTRB

10、V nnnnBfPdffPP)()(0)/(1log2sbNSBC)/(1log02sbBnSBC【例【例4.6.24.6.2】已知黑白电视图像信号每帧有】已知黑白电视图像信号每帧有3030万个像素；每个像素有万个像素；每个像素有8 8个亮度电平；各个亮度电平；各电平独立地以等概率出现；图像每秒发送电平独立地以等概率出现；图像每秒发送2525帧。若要求接收图像信噪比达到帧。若要求接收图像信噪比达到30dB30dB，试求所需传输带宽。试求所需传输带宽。【解】因为每个像素独立地以等概率取【解】因为每个像素独立地以等概率取8 8个亮个亮度电平，故每个像素的信息量为度电平，故每个像素的信息量为 I I

11、p p = -log2(1/ 8) = 3 (b/pix) = -log2(1/ 8) = 3 (b/pix)并且每帧图像的信息量为并且每帧图像的信息量为I IF = 300,000 F = 300,000 3 = 900,000 (b/F) 3 = 900,000 (b/F)因为每秒传输因为每秒传输2525帧图像，所以要求传输速率为帧图像，所以要求传输速率为R Rb b = 900,000 = 900,000 25 = 22,500,000 = 25 = 22,500,000 = 22.5 22.5 106 (b/s 106 (b/s) ) 信道的容量信道的容量C C必须不小于此必须不小于此

12、R Rb b值。值。将上述数值代入式：将上述数值代入式：得到得到 22.522.5 106=Blog106=Blog2 2(1+1000)(1+1000) 9.97B9.97B最后得出所需带宽最后得出所需带宽B=(22.5B=(22.5 106)/9.97106)/9.97 2.26 2.26 (MHz)(MHz)NSBCt/1log21.6.41.6.4噪声噪声 )s/bit()NS(logBC12频分多路复用频分多路复用时分多路复用时分多路复用固定时分复用固定时分复用统计时分复用统计时分复用CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽

13、复用带宽复用f原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。适用于模拟信号传输适用于模拟信号传输 F2F1F3 光谱光谱F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤 采用无源设备，更可靠采用无源设备，更可靠棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。户占用一个波长范围来进行传输。原理：把时间分割成小的时间片

14、，每个时间片分为若干个原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙）通道（时隙） ，每个用户占用一个通道传输数据。，每个用户占用一个通道传输数据。 A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据复用后数据时隙时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输适用于数字信号传输 时间片时间片ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM带宽浪费A1B1C2B2周期周期1周期周期2统计统计TDM可用带宽TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。通道，将会造成带宽浪费。改进：统计时分多路复用（改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个），用户不固定占用某个