资源描述
*,*,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,来自,中国最大的资料库下载,1,通信原理课程教学大纲,通信原理是信息工程专业本科生一门,重要的专业基础课程,。本课程系统深入地阐述现代通信系统的基本原理，其中包括模拟通信和数字通信，并以数字通信为主。本课程通过,课堂教学,、,习题练习,、,实验,等教学环节，旨在使学生系统地掌握通信系统基本原理及其性能的基本分析方法，了解现代通信技术与理论的发展状况。,一、课程介绍,2,二、课程的基本要求,1、,掌握通信系统的组成、分类、性能度量 及所要解决的基本问题,2、,系统掌握通信系统的基本原理及其性能 的基本分析方法,3、,了解现代通信技术与理论的发展状况及 趋势,3,第一章 绪 论,复述常用通信术语,区别模拟信号和数字信号,说出系统的组成和分类，通信方式,叙述数字通信系统的主要特点,分析离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）,识别码元速率，信息速率，频带利用率，误码率,学习目标：,4,现代通信与信息社会,通信的任务,交流方式/技术特点的划分历史,现代通信系统是信息时代的生命线,电信的社会作用（有线无线及其有机结合）,第一类电信事业与第二类电信事业,现代通信与经济的发展密切相关,5,1.1 通信系统的组成,通信,就是把消息从一地传送到另一地（要求准确、迅速）,“电通信”,是利用电（电流或电波，包括光的特征值）来传递信息,通信系统：,完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。,6,图 1 - 1通信系统的一般模型,7,通信系统的一般模型,n,信源：,原始信号的来源，其作用是将消息转换成相应的电信号。（如电话机、话筒、摄像机、计算机及备种数字终端设备）,n,发送设备：,对原始电信号进行各种处理和变换，使它变换成适合于信道中传输的形式。（调制、放大、滤波及数字发送设备中的编码功能等）,8,n,信道（传输媒介）：,发送设备和接收设备之间用于传输信号的传输媒介（有线和无线两大类）,n,接收设备：,对接收的信号进行处理和变换，以便恢复出相应于发送端的原始电信号（放大、滤波、解调及数字接收设备中的译码等功能）,n,信宿：,原始信号的最终接收者，其作用是把接收设备恢复出来的原始电信号转换成相应的消息（人、各种终端设备、计算机）,n,噪声源：,是信道中的噪声和通信系统中其它部分所产生的噪声的集中表示。,9,1.1.2,模拟/数字通信系统的模型,模拟信号,：,凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。,图 1 2 模拟信号波形,10,数字信号：,凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直 接与消息相对应的信号。,图 1 -3数字信号波形,11,图 1-4 模拟通信系统模型,模拟通信系统模型,一是携带有信息，,二是适合在信道中传输，,三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称,频带信号。,已调信号的三个基本特征：,12,数字通信系统模型,图 1 5 数字通信系统模型,13,数字通信系统的优缺点,抗干扰能力强,便于利用计算机进行各种数字信号处理,易于进行加密，实现保密通信,易于实现集成化,数字通信的优点：,14,比模拟通讯占据数倍甚至数十倍宽的系统频带。（以电话为例，一路模拟电话通常占据4KHZ的宽带，但一路数字电路所能要占据20KHZ60KHZ的带宽）因此在频带十分紧张而对通讯质量没有特殊要求的场合，仍将沿用模拟通信。其优点是以占据更多系统频带为代价的。,数字通信的缺点：,15,现代通信的特征：,计算机与通信系统的紧密结合是现代通信的主要特征。, 表现形式：,（1）移动通信乃至卫星通信（GSM，CDMA，VSAT，GSP等）,（2）INTERNET接入技术：FTTP-LAN,;,ADSL,;,Home-PNA,（3）卫星技术,;,光纤技术,;,数字蜂窝技术,;,宽带接入技术等最新技术融入通信构成了现代通信的主要表现。,传输系统和交换系统组成一个通信系统，乃至通信网络。,16,1.2.2通讯方式：,1：按消息传递的方向与时间关系分：,单工；,半双工；,全双工（图1-6/P8）,2：按数字信号排列顺序分：,并行传输和串行传输。（图17/P9）,17,图 1 - 6单工、 半双工和全双工通信方式示意图,(a) 单工； (b) 半双工； (c) 全双工,18,图 1 - 7并行和串行通信方式示意图,(a) 并行传输； (b) 串行传输,19,1.3,信息及其度量,消息,人或事物情况的报道,信号,消息的载体（携带者）,信息,指对于接收者来说事先不知道的消息,I 与 FP（x）的关系,1： I = fP（x）,2： P(x)1时， I0,P(x)0时， I,3：事件独立，信息具有相加性,20,（1）,信息量是概率的函数， 即, I=fP(x), （2）,P(x)越小， I越大； 反之， I越小， 且, P(x)1时， I0,P(x)0时， I, （3）,若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息量等于各独立事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性， 即, IP(x,1,)P(x,2,)=IP(x,1,)+IP(x,2,)+,21,简单说明,22,综上所述， 信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为, I=log,a,=-log,a,P(x) (1.3 - 1),信息量的单位与对数底数a有关。 a=2时， 信息量的单位为比特(bit)；a=e时，信息量的单位为奈特(nit)； a=10时， 信息量的单位为十进制单位，叫哈特莱。目前广泛使用的单位为比特。 ,下面举例说明信息量的对数度量是一种合理的度量方法。,23,例 1 1 设二进制离散信源， 以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为,I(0)=I(1)=log,2,=log,2,2=1 (bit) (1.3 - 2),可见，传送等概率的二进制波形之一（P=1/2）的信息量为1比特。同理，传送等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息量为2比特，这时每一个四进制波形需要用2个二进制脉冲表示；传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息量为3比特，这时至少需要3个二进制脉冲。 ,24,对于离散信源，M个波形等概率（P=1/M）发送，且每一个波形的出现是独立的，即信源是无记忆的，则传送M进制波形之一的信息量为,I=log,2,=log2 =log,2,M(bit) (1.3 - 3), 式中， P为每一个波形出现的概率， M为传送的波形数。 若M是2的整幂次，比如M=2K（K=1，2，3， ），则式(1.3 - 3)可改写为, I=log,2,2K=K (bit) (1.3 - 4),25,如果是非等概情况，设离散信源是一个由n个符号组成的符号集， 其中每个符号x,i,(i=1, 2, 3, , n)出现的概率为P(x,i,)， 且有 P(x,i,)=1, 则x1, x2, , xn 所包含的信息量分别为-log,2,P(x,1,), -log,2,P(x,2,)， ，-log,2,P(x,n,)。于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为,H(x)=P(x,1,)log,2,P(x,1,)+P(x,2,)log,2,P(x,2,)+P(x,n,)log,2,P(x,n,),=,由于H同热力学中的熵形式一样， 故通常又称它为信息源的熵，其单位为bit/符号。,26,当信源中每个符号等概独立出现时， 此时信源的熵有最大值。,例 1 - 2一离散信源由0， 1， 2， 3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8, 1/4, 1/4, 1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息232120120210的信息量。 ,解 此消息中，0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量为,27,每个符号的算术平均信息量为,若用熵的概念来计算， 由式（1.3 - 5）得,28,1.4,通信系统的性能度量,通信系统最主要的性能指标是：,传输的有效性,和,传输的可靠性,。,传输的有效性,：,在给定的信道带宽条件下，能够传输更多的消息。,传输的可靠性,：,在给定的信道内接收到消息的准确程度。,频带利用率,：单位带宽内的码元（信息）传输速率,29,模拟通信系统：,有效性的衡量,：,用每路信号的有效传输带宽来衡量（带宽越窄，传输有效 性越好；有效传输带宽与调制方式有关）,可靠性的衡量,：,用整个通信系统的输出信噪比来衡量。（它是输出端有用信号功率与噪声功率之比）。,30,数字通信系统：,有效性的衡量：,R,B,（传码率）码元传输速率-单位时间内所传送的码元数目。,R,b,（传信率）信息传输速率-单位时间内所传送的信息量。单位为比特率（bit/s）,根据信息论：一个N进制码元所含信息量为I=log 2 N(bit) 故： Rb=R,B,log,2,N(bit/s),可靠性的衡量：用差错率来衡量。,误码率 Pe =错误码元数/传输总码元数。,误信率（误比特率）Pb=错误比特率/传输总比特数，在二进制码中有 Ps=Pb。,31,1.5 通信技术发展概况,一：电信发展简史,通信技术50年代以来发展尤为迅速。如50年代出现了同轴电缆和微波系统，使通信的容量大幅度增加，成本大幅度下降，促进了长途通信的发展。60年代使用了海底电缆和卫星通信，使国际通信得到迅速发展。70年代以来，大规模集成电路、光纤通信系统得到应用，数字通信进入全盛时期，包括语言、文本、数据、图像等信息，传输的综合业务数字网崛起，标志世界开始进入“信息时代”。,32,电信发展的原因,：,1.,传输信道的发展,：,多芯电缆-同轴电缆-光纤,2.,通信用元器件的发展,：,真空管-晶体管-集成电路-大规模集成电路,3.,传输方法的发展,：,电报、电话、多载波调制（AM），PCM时分多址等,33,二,.,主要传输手段的发展现状和趋势,1.,电缆通信,架空明线工作频率：3HZ300KHZ,同轴电缆工作频率：300KHZ60MHZ,与架空明线相比同轴电缆抗干扰能力强，容量大，（能传送数于乃致万路载波），是长途干线的主要通信手段。,2.,微波中继通信,60年代开始发展，工作频率：50MHZ15GHZ，容量大，带宽达几十至上百千兆赫，有几十个分频段，每个频段又有610个频道，每个频道占有约30兆赫带宽，每频道可传输数千路话路；传播比短波稳定；但需要每隔约50公里设立微波中继站。目前主要用于国内长途通信和广播电视节目传送。其发展方向是数字微波及采用多电平调制技术。,34,3.,光纤通信,70年代开始发展，工作频率：10,5,GHZ10,7,GHZ。容量大，成本低，不受电磁干扰。由于长波长光纤（波长为.01.6m），使每路光纤通话路数可达百万路，且由于其低损耗性，中继距离将超过100公里。发展方向是长波长光纤通信，大容量数字传输技术和相干光通信,4.,卫星通信,短波通信容量小，不稳定，微波中继通信不能越洋，海底电缆费用太高。如在远离地球三万六千公里的赤道上空的同步卫星上设置一个“微波中继站”，则通信距离可长达18000公里，范围覆盖的三分之一以上。在地球赤道上空均匀地分布三颗卫星，基本上可实现全球范围的通信。其发展方向也是数字调制、时分多路及向更高频段发展。地面系统的发展趋势是小型化。,5.,移动通信,公用移动通信（移动电话、无线寻呼）近几年发展迅速，专用移动通信（导航、卫星定位等）。移动通信发展方向是数字化、微型化和标准化。,35,三：当前热门的前沿技术,软件无线电原理；,蓝牙技术；,宽带接入技术；,卫星定位及测量系统。,实验与实践：,1：PC模拟西门子中型计算机终端BAM通讯卡；,2：宝钢能源中心I期与III期数据交换卡；,3：多路防盗报警器的产品开发；,现在研究问题：,电力线载波技术应用的研究与宽带技术等。,36,1.6,通信系统中的基本问题。,1.,调制和解调的原理,2.,已调信号的特征,3.,信道与噪声特性及其信号传输的影响,4.,在有噪声的条件下，系统的抗噪声性能,模拟通信研究的基本问题：,1.,数字调制和数字解调原理,2.,数字宽带信号及数字频带信号的特征；,3.,信道与噪声的特性及其对数字信号传输的影响。,4.,*抗噪声编码和译码。,5.,*同步问题。,数字通信研究的基本问题。,37,简要回顾：,消息，信息，信号，通信,模拟（信号）通信与数字（信号）通信系统的组 成和分类。,通信方式。,数字通信系统的主要特点,离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）,码元速率，信息速率，频带利用率，误码率,通信的基本问题？,38,练习,1-4,一个由字母,A,、,B,、,C,、,D,组成的字，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,。,（1）不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率；,（2）若每个字母出现的可能性分别为,， ， ，,试计算传输的平均信息速率。,，,39,1-5,设一数字传输系统传送二进制码元的速率为,2400B,，试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。）,练习,40,1-6,某星系源的符号集由,A,、,B,、,C,、,D,和,E,组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为,1/4,，,1/8,，,1/8,，,3/16,和,5/16,；信息源以,1000B,速率传送信息。,（1）求传送,1,小时的信息量；,（2）求传送,1,小时可能达到的最大信息量。,练习,41,1-7,设有四个消息符号，其前三个符号出现的概率分别是,1/4,，,1/8,，,1/8,。个消息符号出现是相对独立的。求该符号集的平均信息量。,练习,42,
展开阅读全文