1-通信原理绪论解析优秀PPT

,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,*,*,通信系统原理 郭宇春 郑宏云,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,*,通信系统原理 郭宇春 郑宏云,*,通信系统原理,北京交通高校,电子信息工程学院,通信工程教研室,郭宇春 郑宏云,1,2024/10/3,2,课程描述（,1,）,通信工程专业本科生的重要的专业基础课程和必修课程,深化、系统地阐述了通信系统的基本原理，包括模拟通信和数字通信，其中以数字通信为主,目的,使学生系统地驾驭通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法,了解当前通信状况及发展方向,为学生学习后续专业课程供应必要的基础学问和理论依据,为形成良好的专业素养打好基础,2024/10/3,3,课程描述（,2,）,课程特点和学习建议,理论性较强,系统概念, 物理思想, 系统分析方法（基于“信号分析”和“随机过程”）,学问点多,纵向：模块各章内学问点独立,横向：关联各章模块间的联系,承上启下的专业基础课，有确定的学问面且和计算机紧密联系在一起。须要进行确定的试验和参观实践，以了解通信技术和通信系统,适当多做习题，加深对基本概念的理解,留意课堂听讲、细致笔记、课后刚好消化、独立完成作业、扩展学问面、培育专业爱好,2024/10/3,4,课程描述（,3,）,先修课程：信号与系统, 概率论,教学内容及形式：1-9章,课堂教学、课后习题、理论研讨、仿真分析探讨、指导自学（自学内容并非不重要内容，而是熬炼自学实力的内容）,2024/10/3,5,课程描述（,4,）,教材,通信系统原理（第2版），冯玉珉，清华、北方交通高校出版社，2011年,参考书：,现代通信系统原理王秉钧，天津高校出版社,现代通信系统原理宋祖顺，电子工业出版社,通信原理樊昌信，国防工业出版社,通信系统原理学习指南，冯玉珉等，清华、北方交通高校出版社,考核方式：,平常成果：作业、随堂测试、研讨报告、考勤 30%,期末成果：闭卷考试 70%,联系方式,地点：九教南306,时间：每周二,五 14:3017:30,Email: hyzhengbjtu.edu,2024/10/3,7,Chap 1,绪论,1.1,信息的概念,信息与信号,信息量,1.2,通信系统概述,通信系统模型,通信系统分类,通信方式分类,1.3,通信系统性能指标,1.4,信道与干扰,信道,通信频段划分（自学）,干扰,信道容量,1.5,通信技术发展简介（自学）,通信和通信系统,通信（ communication）：信息或其表示方式的时空转移,Tele-communication通信、电信,电通信：利用电（电流或电波，包括光的特征值）来传递信息,通信系统（ communication system)：完成传递信息任务所须要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体,1.1 信息的概念,信息与信号,信息量,2024/10/3,通信系统原理,10,消息与信号,消息 message：人或事物状况的报告,信号 signal：消息的载体（携带者）,电/光信号、模拟/数字信号,模拟(数字)信号：凡信号参量是连续的或取无限多个值（只能取有限个值），且与消息对应的信号。,2024/10/3,11,信息,information,定义,通俗,信息论: 不确定性的消息,与消息的区分,消息本身是不行测度的,信息更抽象，用来测度消息的不确定性,任何消息包含确定的信息量（最少为零，最大为无穷）,信息量（1）,信息量,对信息大小的度量,定义式,I(A)=-log2P(A),P(A):事务A或者信源符号A发生的概率,算算最小和最大信息量？,单位,比特（bit)，哈特（Hat,以10为底)，奈特（net,以e为底）,例1-1（教材P3）,解：8bit码字共有 256个，任一码字发生概率P1=1/256,4bit码字共有 16个，任一码字发生概率P2=1/16,（1）预警发生的概率=2*1/256*(1/16)=2-11,信息量=-log2P1(A)= 11 bit （每个预警事务）,(2)告警发生的概率=1/256*(1/16)=2-12,信息量=-log2P2(A)= 12 bit,信息量是事务发生概率的函数,I=P(A),P(A)越小，I越大；反之，I越小,P(A)=1， I=0; P(A)=0, I= ,若干个相互独立事务构成的消息，所含信息量等于各独立事务信息量之和，即信息量具有可加性，I=i(Ii),例1-2,某离散信源由,0,1,2,3,四种符号组成，出现的概率分别为,3/8,1/4,1/4,和,1/8,。求消息,201 020 130 213 001 203 210 100 321 010 023 102 002 010 312 032 100 120 210,的信息量,解：共,57,个符号，其中,0,出现,23,次，,1,出现,14,次，,2,出现,13,次，,3,出现,7,次。此消息的信息量,I=,i,(I,i,)=-23,log,2,(3/8) -14,log,2,(1/4) -13,log,2,(1/4) -7,log,2,(1/8)=108.55 bit,信息量（2）,平均信息量,熵（,entropy,）,含义,:,每个符号所含信息量的统计平均值,定义式,离散信源是由,n,个符号组成的符号集，每个符号,x,i,(i=1,2,n),出现的概率为,P(,x,i,),，则每个符号的平均信息量,H(A)=-,i=1,n,P(,x,i,),log,2,P,(x,i,),单位,bit/,符号,例1-3,求例1-2中消息的平均信息量。,比较：例1-2中算出的消息信息量与用该平均信息量算出的消息信息量,留意：信源熵什么时候取得最大值？,P(,x,i,),相等时，,P(,x,i,) =1/m,H=-,i=1,n,P(,x,i,),log,2,P,(x,i,),=,-,i,1/m*,log,2,1/m=l,og,2,m,1.2,通信系统概述,通信系统模型,通信系统分类,通信方式分类,2024/10/3,18,2024/10/3,19,通信系统模型,一般模型,信宿,接收设备,发送设备,信源,消息,原始电信号,消息,原始电信号,（，,chap.2,）,图,2024/10/3,20,声音的波形幅度随时间的变更,干净语音信号时间波形（英文发音）,2024/10/3,21,干,净语音信号频谱图,实际应用中，语音信号的带宽：,300-3400 Hz,2024/10/3,23,通信系统模型,模拟,通信系统模型,信宿,解调器,噪声源,信道,调制器,信源,基带,信号,频带信号,基带,信号,频带信号,chap.3,模拟调制系统,2024/10/3,24,通信系统模型,数字,通信系统模型,信宿,信源编码,信源,模拟,信号,信道编码,数字频带信号,数字调制,噪声源,信道,复用,加密,信源译码,信道译码,数字解调,解复用,解密,数字基带信号,Chap 4.,信源编码,Chap 5.,数字信号基带传输,Chap 6.,数字信号频带传输,Chap 7.,数字信号最佳接收,Chap 8.,信道编码,通信方式分类,单工通信,发送站,接收站,信息流向,例如：广播电视传送系统、信息采集系统、寻呼系统。,发送,接收,例如：对讲机、计算机与终端间的通信。,接收,发送,信息流向,信息流向,例如：电话,信息流向,发送,接收,接收,发送,半双工通信,全双工通信,1.3,通信系统质量指标,有效性,牢靠性,指标及其含义,2024/10/3,26,有效性,在给定的信道内能够容纳多少信息量,指标,模拟通信系统：有效传输带宽,B,c,B,s,数字通信系统：信道通过的信息传输速率，传信率或比特率,R,b,bit/,秒,bps,传码率：单位时间内传输的符号（码元）数，,R,B,波特,R,b,=,R,B,log,2,M M=2,k,2024/10/3,27,牢靠性,在给定的信道内接收到信息的牢靠程度,模拟通信系统：输出信噪比,通信系统输出信号平均功率与噪声平均功率之比 So/No,数学通信系统：误码率，接收到信息发生错误的比例 Pe,2024/10/3,28,模拟系统,数字系统,有效性,B,c,B,s,R,b,R,B,可靠性,S,o,/N,o,P,e,例,1-4,已知二进制数字信号在2分钟内共传递了72000个码元,(1) 求其码元速率和信息速率各为多少？,(2) 假如码元宽度不变（即码元速率不变）, 但改为八进制数字信号，信息速率又是多少？,例,1-5,一个由字母,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,代表,A,，,01,代表,B,，,10,代表,C,，,11,代表,D,每个脉冲宽度为,5ms,。,（,1,）若不同的字母是等可能出现的，平均信息速率是多少？,（,2,）若每个字母出现的可能性分别为,P,A,=1/5, P,B,=1/4, P,C,=1/4, P,D,=3/10,平均信息速率是多少？,例,1-6,已知某八进制数字通信系统的信息速率为,12000b/s,，在收端半小时内共测得,216,个错误码元，试求系统的误码率,2024/10/3,32,1.4,信道与干扰,信道,定义：用来连接发信与收,信设备的物理媒体,分类：,狭义信道：传输媒体或传输媒介,广义信道：除了传输媒介以外，还包括有关的转换设备，如发送设备、接送设备、调制器、解调器等。这种范围扩大的信道称为广义信道。,自学： 主要的有线介质和无线介质的主要种类、结构特点、传输特点和主要应用,2024/10/3,33,广义信道分类,调制信道：从探讨调制与解调的角度定义，范围,编码信道：从探讨编码和解码的角度定义，范围,信宿,解调器,狭义信道,编码器,调制器,发转换器,收转换器,解码 器,信源,调制信道,编码信道,2024/10/3,通信系统原理,34,广义信道模型,调制信道,编码信道,线性时,变网络,e,i,(t),e,o,(t),2024/10/3,35,干扰,干扰,加性干扰,chap2,乘性干扰,恒参信道,随参信道,输入信号,输出信号,乘性干扰,加性干扰,恒参信道（,1,）,幅频和相频特性不随时间t变更,恒参信道（,2,）,引入,均衡,技术,幅度均衡,相位均衡,把恒参信道改造成为,幅度平坦,、,相位线性,的信道,随参信道,信号的衰耗随时间变更,信号的传播时延随时间变更,存在多径传播（图1-4）,慢衰落,快衰落,选择性衰落（图1-5）,干扰 Interference,Interference,represents man-made signals.,Telephone lines are subject to power-line interference (in the United States a distorted 60Hz sinusoid).,Cellular telephone channels are subject to adjacent-cell phone conversations using the same signal frequency.,The problem with such interference is that it occupies the same frequency band as the desired communication signal, and has a similar structure,Because interference has man-made structure, we can write an explicit expression for it that may contain some unknown aspects (how large it is, for example).,噪声 Noise,Noise,signals have little structure and arise from both human and natural sources.,Satellite channels are subject to deep space noise arising from electromagnetic radiation pervasive in the galaxy.,Thermal noise plagues,all,electronic circuits that contain resistors.,Thus, in receiving small amplitude signals, receiver amplifiers will most certainly add noise as they boost the signals amplitude.,All channels are subject to noise, and we need a way of describing such signals despite the fact we cant write a formula for the noise signal like we can for interference.,（,chap 2,）,2024/10/3,41,香农,(Shannon),信道容量公式,信道容量：信道最大无差错传输速率,连续信道的信道容量（加性高斯白噪声）,给定信道，实际速率不行能超过C,C确定，信道带宽和信噪比之间互换,增大带宽，只能确定条件下对提高信道容量有作用,RC，理论上存在一种方法，使得信源的输出能以随意小的差错概率通过信道（无差错传输）；RC，不行能无差错传输。,香农(Shannon)信道容量公式,信道无差错容量,给定信息量可以用不同的带宽和时间组合来传输,带宽与时间可以互换,带宽时延积,2024/10/3,42,Shannon极限,加性高斯白噪声信道实现牢靠通信的信噪比下界当系统的带宽无限大时才能达到此界限,2024/10/3,43,例1-7,已知彩色电视图像由5105个像素组成。设每个由64种彩色度，每种色度由16个亮度等级。设全部彩色度和亮度等级的组合机会均等，并统计独立，（1）试计算每秒传送100个画面所需的信道容量；（2）假如接收机信噪比为30dB，为了传送彩色图像所需信道带宽为多少？,2024/10/3,44,例1-8,设有一个图像要在电话线路中实现传真传输，大约要传输2.2510 6个像素，每个像素由12个亮度等级，每个等级等概出现，电话线路具有3kHz带宽和30dB信噪比。试求在该标准电话线路上传输一张传真图片须要的最小时间。,2024/10/3,45,2024/10/3,46,Chap 1,小结,信息与消息,信息量与平均信息量,通信系统模型：一般、模拟、数字,通信系统性能指标：模拟系统、数字系统,牢靠性、有效性、换算关系,信道模型,干扰分类,信道容量,