通信课件1.ppt

1、通 信 原 理,第一章 绪论 1.1 通信系统模型,通信就是由一地向另一地传递消息。 通信系统是指完成通信过程的全部设备和传输介质。 一般模型,信源：产生消息。 消息: 有次序的符号序列(离散) 或连续的时间函数(连续) 消息形式：符号、文字、语音、音乐、数据、图片、活动图象等。 消息分类：离散和连续消息,发信机：将消息转换为适合信道中传输的信号。 信号分类：模拟和数字信号 信道：将信号由发信机传输到收信机的媒介或通道。 信道种类：有线和无线信道。 噪声源：噪声来源。噪声散布在系统各点，通常将其集中表示。 收信机：完成解调、解码等任务，将信号转换为消息。 收信者：消息传输的对象。,信源和收信者

2、可以是人，也可以是设备。 统称为发终端和收终端。,发信机简化为调制器，收信机简化为解调器。变换信号 从消息变换过来的原始信号称为基带信号（或低通信号）. 特点：其频谱为零频附近几兆赫 的有限值。 基带信号直接传输，称为基带传输。 调制和解调对信号变换起着决定性的作用，它们是保证通信质量的关键。 其它处理都可看作是理想的，将其合并到信道中。,模拟通信系统,编码：为了某种目的而对数字信号进行的变换。 信源编码：提高传输有效性而对信号采取的处理（含加密） 信道编码：提高传输可靠性的纠错编码 编码器：进行编码的设备。 同步控制： 必不可少。它的位置往往不固定，图中没画出。,数字通信系统,1.2 信息及

3、其度量,信息和消息有重要区别。 信息：对消息统计特性的描述。当人们得到消息之前，对它的内容有一种“不确定性”，信息就是对这种不确定性的定量描述。 信息量：度量信息大小的物理量。 信息量的值与消息所代表事件发生的概率有关。 设消息所代表的事件出现的概率为P ( x )，则所含有的信息量 I 若 a = 2，其单位为比特 ( bit） 例：当消息为二进制信号且等概率时， P0= P1 = 1/2 则 P0= P1 = 1 比特,1.3 信道与信道容量,信道分类：广义信道和狭义信道。 通信系统中，除传输媒介（狭义信道）外，还包括有关电路，如调制器与解调器等。这种范围扩大了的信道称为广义信道。,调制信

4、道：从调制器的输出端至解调器的输入端。 编码信道：从编码器输出端至解码器输入端。,连续信道：容量 (b/s),1）任何信道，都有信道容量C。当信息速率RC，理论上能以任 意小的差错概率通过信道传输；反之不可能。 2 ) 对于给定C，可以用不同的带宽和信噪比组合来传输信息 3 ) 信息速率C = I / T，T为传输时间，有 (b/s) 当S / N一定时，给定的信息量可以用不同的带宽和时间T 的组合来传输。,信道容量：信道可能传输的最大信息速率。,B: 信道带宽， N: 噪声平均功率， S: 信号平均功率,结论：,输入阻抗： 100、150,传输介质：连接收发双方的物理通路，消息的载体。,分类

5、：硬传输介质和软传输介质。,硬传输介质：双绞线、同轴电缆、光缆等。 软传输介质：无线电波、地面微波、卫星链路、激光、 红外线等。,硬介质：(1)双绞线屏蔽型(STP) 和非屏蔽型(UTP),UTP 结构,传输模拟信号：每 56 Km需一级放大 传输数字信号：每 23 Km用转发器转发一次 远程中继线： 最大传输距离为15 Km。 局域网： 与集线器间的最大距离为100m,UTP 分为五类,特性阻抗: 50和75 。 屏蔽性：优于双绞线。,(2) 同轴电缆,结构：,分类：视频（基带）电缆和射频（宽带）电缆。,基带：直接传输数字信号，传输距离几 Km 宽带：传输高频信号，传输距离几十 Km,结构：

6、,分类：多模与单模,多模：允许一束光沿纤芯反射传播，直径大 单模：仅允许单一波长的光沿纤芯直线传播，直径小,(3) 光纤,直径为50100m、石英玻璃或塑料,特点：频带宽，损耗小，传输速率高，误码率低， 安全保密性好等。,利用光脉冲来代表数据1和0，传输系统如图。,光纤通过内部全反射来传输光信号,传播类型：大气层（分成 对流层和电离层） 对流层：距地面大约30英里 电离层：对流层之上，充满电离子 传播方式：地表传播、对流层传播、电离层传播、视距传播和空间传播 地表传播 沿地表大气层传播，呈曲线向各个方向传播. 对流层传播 一种直线传播，另一种是对流层反射。 电离层传播 无线电波经电离层反射回地

7、面，传播距离远 视距传播 电磁波从一个天线传播到另一个天线，天线有方向性，二者相向。 空间传播 利用卫星。卫星比作天线，覆盖范围大。,软介质：无线电波,甚低频（VLF） 3kHz 30kHz 表面波传播。长距离无线导航和海底通信。 低频（LF） 30kHz300kHz 表面波传播。无线电导航。 中频（MF） 300kHz3MHz 对流层传播，易被电离层吸收。无线电广播。 高频（HF） 3MHz30MHz 电离层传播。业余通信、国际广播、军事通信等 甚高频（VHF） 30MHz300MHz 视距传播。电视广播、调频广播、飞机通信导航等。 超高频（UHF） 300MHz3GHz 视距传播。电视广播

8、、移动通信、微波通信等。 特高频 （SHF） 3GHz30GHz 视距或空间传播。地面微波通信、雷达、卫星通信等 极高频（EHF） 30GHz300GHz 空间传播。用于雷达、卫星及实验性通信等,传播频率,卫星通信：利用微波频带。 费用与通信距离无关。覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信带宽宽，是国际干线通信的主要手段。 小卫星通信：中、低轨道卫星移动通信，陆地移动通信系统的补充和扩展，与地面公用通信网结合，可实现全球个人通信。,传输技术：微波、红外线和激光。,微波：240 GHz。数据传输速率高。 特点：直线传播。地面远距离传输，必须通过中继。 红外和激光：直线传播。,1.4 通信传输方式,

9、串行传输和并行传输 串行：数据按位传输。收发双方要保持同步。只需要一条传输通道。易实现。 并行：一个字符的所有比特同时传送，需多条传输通道。常用于现场通信或计算机与外设之间的数据传输。,串行传输和并行传输； 单工、半双工和全双工传输； 同步传输和异步传输。,异步传输：起止式传输。每次只传送一个字符，用起始位和停止位来指示被传输字符的开始和结束。 同步传输： 以一个数据块为传输单位。,同步传输和异步传输,单工：信号只能在一个方向传输， 半双工： 信号可以在两个方向上传输，但不同时。 全双工：信号在两个方向上同时传输。使用的信道是双向信道。,单工、半双工和全双工传输,按信号传输方向和时间的关系分类

10、,1.5 通信系统的主要性能指标,性能指标：衡量通信系统质量好坏的标准。 涉及系统的：有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护等。 最主要：有效性和可靠性。 有效性：指 “速度”问题，要求高效率地传输消息。 可靠性：指质量问题，消息收发相似程度的度量。 模拟通信系统 复用技术提高有效性，输出信噪比衡量可靠性。,数字通信系统 传输速率衡量有效性，差错率衡量可靠性。,传输速率 码元速率和信息速率 码元速率(传码率)：每秒钟传送的码元数。无论码元是何进制 单位：波特 (band) 符号：B 信息速率(比特率)：每秒钟传送的信息量（不包括校验位） 单位：比特/秒 符号：b/s 二者关系 设信息速率为 Rb ，N 进制码元速率 RBN (b/s) 或 (B),例