1通信原理绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,绪论,基本概念,通信系统的组成,通信系统的分类及通信方式,信息及其度量,评价通信系统性能的指标,1,通信的发展历史,通信起源于19世纪30年代,1837年，莫尔斯电磁式电报机出现,1866年，利用大西洋海底电缆实现了越洋电报通信,1876年，贝尔发明了电话机，开始了有线电报、电话通信,19世纪末，出现了无线电报；,20世纪，电子管、晶体管、集成电路出现，使通信迅速发展,20世纪80年代以来，微波通信、卫星通信、光纤通信、移动通信和计算机通信等各种现代通信系统的竞相发展。,通信的展望,未来的通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展,通信的最终目标：即无论何时、何地都能实现与任何人、任何物体进行任何形式的信息交换。,2,基本概念,通信,消息,信息,信号,模拟通信系统,数字通信系统,3,基本概念,通信,-信息的传输和交换,消息,-信息的物理表现形式,离散消息,-消息状态是可数的和有限的,如文字、数据等,连续消息,-消息状态是连续变化的,如语音、活动图象等,4,基本概念,信息,-消息的内涵，即消息中所包含的受信者原来不知而待知的内容。,通信的根本目的在于传输含有信息的消息,信号,-与消息相对应的电量或光量。,消息的传递是通过它的物质载体信号来实现的,5,基本概念,数字信号,-信号的参量只能取有限的个值，并且常常不直接与离散消息相对应。,如电报信号、计算机数据信号、PCM信号等,模拟信号,-信号的参量连续取值或有无穷多个值，且直接与连续消息相对应。,如电话机送出的语音信号、电视摄象机输出的模拟图象信号,6,通信系统的分类,分类方法,通信网的结构,通信方式,通信系统模型,7,通信系统的分类,按信号特征分类：模拟通信系统；数字通信系统。,按调制方式分类：基带传输；调制传输。,按工作波段分类：长波、中波、短波、光波等。,按信号复用方式：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用。,按传输媒介分类：有线通信、无线通信。,按通信业务分类：固定电话通信、移动通信、数据,通信、多媒体通信等。,8,通信方式,单工通信,：消息只能单方向传输的工作方式。,如广播、遥测、遥感、无线寻呼等等,半双工通信,：通信双方都能收发消息，但不能,同时进行收和发的工作方式。,全双工通信,：通信双方都能同时收发消息的工,作方式。,9,通信系统模型,信源,调制器,解调器,信宿,噪声源,信道,模拟通信系统,定义：利用模拟信号来传递信息的系统,信源：其作用是把消息转换为原始电信号基带信号。,调制器：作用是将基带信号变换成适合在信道中传输的信号。,信道：信号传输的通道。分为有线和无线两大类。,10,解调器：作用是将调制信号反变换为原始电信号。,信宿：信息传输的归宿点。其作用是将原始电信号转换成相应的消息。,噪声源：是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表示。,模拟通信系统中的两个重要变换：,连续消息-基带信号；基带信号-已调信号（频带信号）,信源,调制器,解调器,信宿,噪声源,信道,11,数字通信系统模型,信源,信源编码器,信道编码器,数字调制器,数字解调器,信道译码器,信源译码器,信宿,信道,噪声源,加密,解密,加密/解密：实现信息的安全传输。,信源编/译码器,：数据压缩/解压，提高通信效率。,信道编/译码器,：提高系统的抗干扰能力。,12,* 抗干扰能力强，无噪声积累,数字通信特点,发端,放大,收端,模拟,噪声,发端,再生中继,收端,数字,噪声,13,数字通信的特点,抗干扰能力强，可消除噪声积累；,差错可控；,便于与各种数字终端接口连接；,方便对信号进行处理和变换，保密性强；,便于集成化。,14,数字通信的特点,缺点,：,*,占用频带宽,模拟：一路模拟电话所占频带仅为KHz。,数字：一路数字电话频带一般为64KHz。,随着光纤、数字微波等宽带信道的使用以及数字频带压缩技术的发展，该缺点的影响已减小。,需要同步,15,信息及其度量,信息,-消息的内涵,信息量,-消息所含信息多少的度量,信息量的大小与消息发生的概率密切相关，概率越小，信息量越大。反之，越小。,16,信息及其度量,信息量的数学表示：,信息量的单位,a=2时，单位为比特bit,a=,e,时，单位为奈特nit,a=10时，单位为哈特莱Hartly,17,信息及其度量,离散消息的信息量,如M个离散消息的每个消息是,等概率,出现的，则一个消息的信息量为：,例：四进制离散信源（0，1，2，3），独立等概率发送，传送每一波形的信息量为,:,(M=2,k,进制的每一波形包含的信息量是二进制每一波形包含信息量的k倍),18,信息及其度量,平均信息量（信源熵）,非等概率情况下的离散信源的概率分布为：,且有：,则每个X所含信息量的统计平均值-信源熵为：,19,信息及其度量,当信源中每个符号等概率独立出现时，信源的熵有最大值：,若干个事件组合构成的消息，所含信息量可表示为：,m,i,为同一个事件在消息中出现的次数,20,举例,（1）已知英文字母e和v出现的概率分别为0.105和0.008， e和v的信息量各为多少。,I,e,=-log,2,P（e）= -log,2,0.105=3.25（bit）,I,v,=-log,2,P（v）= -log,2,0.008=6.96（bit）,（2）信源符号集由A、B、C、D、E、F组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，求该信源输出符号的平均信息量（信源的熵）。,H（x）=-,P（x,i,）,log,2,P（x,i,）,=-3,（1/4）,log,2,- （1/8）,log,2,1/8- 2,（1/16）,log,2,1/16,=2.375（bit/符号）,21,通信系统的性能指标,如何评价通信系统的优劣,有效性、可靠性、适应性、,标准性、经济性等等,对于传输系统来说，主要的性能指标是：,有效性-信号传输的速率,可靠性-信号传输的正确性,22,通信系统的性能指标,模拟通信系统的评价,有效性-有效传输频带,可靠性-均方误差或信噪比,数字通信系统的评价,有效性-传输速率和频带利用率,可靠性-误码率、误信率,23,通信系统的性能指标,传输速率,码元传输速率（传码率）,R,B,-单位时间内传输码元的数目，单位为波特（B）。,码元速率,(没有规定采用的进制),与进制数无关，仅与传输的码元长度T,S,有关：,R,B,=1/T,S,（B）,信息速率不变条件下，M进制的码元速率R,BM,与二进制的码元速率R,B2,之间的关系：,24,通信系统的性能指标,传输速率,比特率R,b,（亦称信息传输速率）,-单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒（bit/s、bps）。,比特率与码元速率的关系为,R,b,=R,B,H （b/s）,等概率条件下，熵取最大值，比特率有最大值（式中M为进制数）：,25,通信系统的性能指标,频带利用率,单位频带内的码元传输速率或单位频带内的比特率。式中B为传输带宽：,26,通信系统的性能指标,误码率-码元在传输系统中被传错的概率。,Pe=错误接收的码元数/传输的总码元数,误信率-接收到的发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例。,P,b,=错误比特数/传输总比特数,二进制表示时有：,Pe=P,b,27,举例,（1）由字母A、B、C、D组成的消息，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A，01代替B，10代替C，11代替D，每个脉冲宽度为5ms。（a）不同的字母是等可能出现时，计算传输的平均信息速率；（b）若ABCD出现的概率分别为1/5、1/4、1/4、3/10，计算传输的平均信息速率。,（a）一个字母对应两个二进制脉冲，属于四进制符号，故一个字母的持续时间为2,5,ms。传送字母的符号速率为：,R,B,=1/T,S,=1/（,2,5 10,-3,） =100（B）,等概率时的平均信息速率为：,（b）平均信息量为： H（x）=-,P（x,i,）,log,2,P（x,i,）,=-（1/5） ,log,2,1/5- 2 （1/4） ,log,2,1/4- （3/10） ,log,2,3/10 =1.958（bit/符号）,则平均信息速率为：,R,b,=R,B,H =100,1.985=198.5（b/s）,可见，等概率时才能获得最大信息速率,28,举例,（2）设一数字传输系统传送二进制码元的速率为2400B，求该系统的信息速率；若该系统改为传送十六进制信号码元，码元速率不变，则这时的系统信息速率为多少，设各码元独立等概率出现。,（a）R,b,=R,B,=2400（b/s）,（b）,R,b,=R,B,log,2,16=9600（b/s）,码元速率不变时，通过增加进制数，可增加信息速率,29,