通信原理-第一章-绪论课件.ppt

1、1.1 引言引言1.2 通信系统的结构通信系统的结构1.3 通信系统的描述通信系统的描述 1.4 信息量信息量 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 作业作业作业作业习题习题 1-2、4、7信道信道 交交 换换 机机电话网连接示意图电话网连接示意图:为用户 构成网的基本要素：构成网的基本要素：终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）交交 换换 机机终端终端终端终端噪声噪声局间传输局间传输局内传输局内传输局内传输局内传输2、通信系统：实现两个用户之间信息、通信系统：实现两个用户之间信息单向单向传输的设备。传输的设备。(点点点点)3、通信网：实现

2、多用户中任意两用户间的信息、通信网：实现多用户中任意两用户间的信息双向双向传输。传输。(任意点任意点点点)包括：电信网、广播电视网、计算机网、移动网等包括：电信网、广播电视网、计算机网、移动网等4、网的结构：网型、环型、星型、总线型等、网的结构：网型、环型、星型、总线型等基本概念基本概念1、通信、通信:准确准确完成信息的转换和传输。完成信息的转换和传输。5、网的组成、网的组成:以电话网为例以电话网为例 框图框图1.1 引引 言言本课程拟探讨的问题本课程拟探讨的问题1、构造信号的、构造信号的特征参数特征参数，以利于信道传输；，以利于信道传输；2、设计信道的、设计信道的特征函数特征函数，以匹配信号

3、传输。，以匹配信号传输。信号的特征参数信号的特征参数 强度：小信号（强度：小信号（V、mV 级）、大信号（级）、大信号（V 级）级）频率：低频、高频频率：低频、高频 （f 30 KHz）原始信号：反映自然物理现象变化的信号原始信号：反映自然物理现象变化的信号 其特征为低频、小信号其特征为低频、小信号语音信号：语音信号：30 3400 Hz图像信号：图像信号：0 6 MHz 传输信号：适合信道传输传输信号：适合信道传输基带信号：低频基带信号：低频频带信号：高频带通频带信号：高频带通原始信号、传输信号、接收信号原始信号、传输信号、接收信号信号的描述方法信号的描述方法 时域：时域：f(t)频域：频域

4、：F()接收信号：随机性接收信号：随机性信道的特征函数信道的特征函数 H(j)()()(jeHjH 输入输入输出输出:)(H幅频函数幅频函数频响特性曲线频响特性曲线0)(H17070.低通低通带通带通高通高通带宽带宽 W=1W=3-21234相频函数相频函数:)(通信系统总模型通信系统总模型通信系统包括发、传、收、噪声源四部分通信系统包括发、传、收、噪声源四部分不同的通信方式有不同的系统模型与之对应不同的通信方式有不同的系统模型与之对应通信原理的讨论将围绕通信系统的模型而展开通信原理的讨论将围绕通信系统的模型而展开各处的噪声之和各处的噪声之和 信号源信号源发送设备发送设备信信 道道接收设备接收

5、设备受信者受信者 发送端发送端接收端接收端噪声源噪声源模拟系统框图模拟系统框图 信号源信号源调制器调制器受信者受信者噪声源噪声源信信 道道基基带带信信号号频频带带信信号号解调器解调器频带信号频带信号基带信号基带信号数字系统框图数字系统框图 编编 码码 器器 噪声源噪声源加加 密密 器器信信 息息 源源调调 制制 器器信信 道道受受 信信 者者解解 密密 器器译译 码码 器器 解解 调调 器器缺省同步控制系统缺省同步控制系统1.2.1 通信系统模型（总模型）通信系统模型（总模型）点点点的单向通信系统点的单向通信系统 框图框图1.2.2 模拟与数字通信系统模型模拟与数字通信系统模型1.模拟系统模拟

6、系统 框图框图2.数字系统数字系统 框图框图1.2 通信系统的结构通信系统的结构特点：应用调制解调技术特点：应用调制解调技术分类：数字基带传输系统和数字频带传输系统分类：数字基带传输系统和数字频带传输系统特点：抗干扰性能好特点：抗干扰性能好数字通信的优点数字通信的优点 1)数字传输的抗干扰能力强数字传输的抗干扰能力强 利用中继再生消除噪声的积累利用中继再生消除噪声的积累 2)传输差错可以控制传输差错可以控制 利用差错控制编码技术消除噪声的影响利用差错控制编码技术消除噪声的影响 3)便于使用数字信号处理技术便于使用数字信号处理技术 4)数字信息易于作高保密性的加密处理数字信息易于作高保密性的加密

7、处理优点的实现是利用占据更宽的系统带宽而获得优点的实现是利用占据更宽的系统带宽而获得在系统频带紧张的场合将成为其缺点在系统频带紧张的场合将成为其缺点AM、DSB、SSB、VSBFM、PM脉冲调制脉冲调制正弦波调制正弦波调制模拟调制模拟调制1.3 通信系统的描述通信系统的描述1.按消息（业务）的物理特征分类按消息（业务）的物理特征分类 电报、电话、数据、图像通信系统电报、电话、数据、图像通信系统2.按调制方式分类按调制方式分类编码调制编码调制 PCM、DPCM、M数字调制数字调制 ASK、FSK、PSK、DPSK模拟调制模拟调制 PAM、PDM、PPM1.3.1 系统分类系统分类3.按信号特征分

8、类按信号特征分类 模拟与数字通信系统模拟与数字通信系统4.按传输媒介分类按传输媒介分类 有线：线对、同轴电缆、波导、光纤有线：线对、同轴电缆、波导、光纤5.按信号复用方式分类按信号复用方式分类频分复用频分复用：使各路信号占据不同的频率范围：使各路信号占据不同的频率范围时分复用时分复用：使各路信号占据不同的时间区间：使各路信号占据不同的时间区间码分复用：用一组包含正交码字的码组携带各路信号码分复用：用一组包含正交码字的码组携带各路信号无线：电磁波（长波、中波、短波、微波等）无线：电磁波（长波、中波、短波、微波等）1.3.2 信号传输方式信号传输方式半双工：通信双方均能收发消息但半双工：通信双方均

9、能收发消息但不能同时不能同时收发。收发。如无线对讲机如无线对讲机单工：单方向传输（一点发、一点收）。如遥控器单工：单方向传输（一点发、一点收）。如遥控器全双工：通信双方全双工：通信双方能同时能同时收发信号。如电话机收发信号。如电话机单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工串行传输：将数字信号序列按时间顺序一个接一个串行传输：将数字信号序列按时间顺序一个接一个的传输。它占用一条通路，适合远距离。的传输。它占用一条通路，适合远距离。并行传输：将数字信号序列分割成多路同时传输，并行传输：将数字信号序列分割成多路同时传输，适合近距离。适合近距离。数字通信数字通信1.4 信息量信息量消息：具体形式的信号

10、消息：具体形式的信号信息：消息中有意义的内容，具有信息：消息中有意义的内容，具有不确定性不确定性信息量：信息的度量，信息量：信息的度量，应用概率来描述不确定性应用概率来描述不确定性特征：特征：预先确知的消预先确知的消息不携带任何信息息不携带任何信息事件出现的概率小，不确定性多，信息量大，事件出现的概率小，不确定性多，信息量大，反之则少。反之则少。信道容量信道容量C：单位时间内信道上所能传输的最大信息量：单位时间内信道上所能传输的最大信息量 WnS1WNS1WC022loglog信道带宽信道带宽 噪声功率噪声功率 信号功率信号功率 1.4.1 基本概念基本概念噪声单边功率谱密度噪声单边功率谱密度

11、 符号的信息量符号的信息量 I i )(logiaixp1I 反比关系反比关系 单位：单位：a=2时时 bit(比特比特)a=e nit(奈特奈特)统计平均信息量统计平均信息量 H(x)1.4.2 离散消息信息量离散消息信息量的计算的计算)(log)()(i1N0i2ixpxpxH 例例bit/符号符号 离散消息：包含离散消息：包含N 个独立符号个独立符号 x0 xN-1 的集合的集合x0 xN-1 出现的概率分别为出现的概率分别为 p(x0)p(xN-1)熵熵 1.4.3 连续消息信息量连续消息信息量的计算的计算 dxxpxpxH2)(log)()(例：已知离散信源包含四个独立符号例：已知离

12、散信源包含四个独立符号0、1、2、3，各自出现的概率为各自出现的概率为 ，814141，83求求 消息消息 201 020 130 213 001 203 210 100 321 010 023 102 002 010 312 032 100 120 210 的信息量。的信息量。bit42183xpI2020.log)(log bit241II221 logbit381I23 log符号的算术平均信息量符号的算术平均信息量符符号号bit887157II.解：解：符号的信息量符号的信息量 I i 消息的总信息量消息的总信息量bit55107I7I13I14I23I3210.0：23 次次 2：1

13、3 次次1：14 次次 3：7 次次81814141414183832222loglogloglog 30ii2ixpxpxH)(log)()(符符号号bit9061.统计平均信息量统计平均信息量 H(x)消息的总信息量消息的总信息量符符号号bit642108xH57I.)(1.5 主要性能指标主要性能指标系统的任务：准确、有效地传输信息系统的任务：准确、有效地传输信息其主要性能指标为其主要性能指标为有效性有效性和和可靠性可靠性，两者相互制约。，两者相互制约。模拟通信系统模拟通信系统数字通信系统数字通信系统有效性：所需的有效传输有效性：所需的有效传输信道带宽信道带宽可靠性：接收端的输出可靠性：

14、接收端的输出信噪比信噪比一个信号用不同的一个信号用不同的调制方式，需要不调制方式，需要不同的传输带宽同的传输带宽噪噪声声功功率率信信号号功功率率信信噪噪比比 有效性有效性：传输速率、：传输速率、频带利用率频带利用率可靠性可靠性：差错率：差错率电话：电话：20 40 dB电视：电视：40 dB 以上以上码元：码元：描述离散信号状态的符号描述离散信号状态的符号 二进制信号中，码元为二进制信号中，码元为“0”、“1”N 进制信号中，码元为进制信号中，码元为“0”、“1”“N-1”特征：特征：每个码元占据的时间相等每个码元占据的时间相等例例码元传输速率码元传输速率RB：单位时间里传输的码元数目：单位时

15、间里传输的码元数目传输速率传输速率单位：单位：bit/s 或或 bps信息传输速率信息传输速率Rb：单位时间里传输的信息量：单位时间里传输的信息量单位：波特单位：波特(baud)频带利用率频带利用率 信信道道带带宽宽传传输输速速率率 单位：单位：bit/s/Hz 2max 例：例：RB与与Rb的计算及转换关系的计算及转换关系 等概情况等概情况二进制二进制定义码元时间宽度为定义码元时间宽度为 Ts,p0=p1=1/2波波特特sBT1R bit121logII210 s/bitT1RRsBb N 进制进制 p0=p1=pN-1=1/N021N0plogII Nlog2 NlogRR2Bb 误信率误信率Pb：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率误差原因：误差原因：1）存在加性干扰噪声）存在加性干扰噪声 2）存在乘性干扰噪声）存在乘性干扰噪声 信道传输特性不理想引起信道传输特性不理想引起差错率差错率误码率误码率Pe：码元在传输系统中被传错的概率：码元在传输系统中被传错的概率仅研究加性干扰噪声的影响仅研究加性干扰噪声的影响传传输输总总码码元元数数错错误误码码元元数数 eP传传输输总总比比特特数数错错误误比比特特数数 bP