1-通信原理绪论解析

,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,北京交通大学,电子信息工程学院,通信工程教研室,郭宇春 郑宏云,1,2024/11/16,2,课程描述1,通信工程专业本科生的重要的专业根底课程和必修课程,深入、系统地阐述了通信系统的根本原理，包括模拟通信和数字通信，其中以数字通信为主,目的,使学生系统地把握通信系统的根本原理及其性能的根本分析方法,了解当前通信状况及进展方向,为学生学习后续专业课程供给必要的根底学问和理论依据,为形成良好的专业素养打好根底,2024/11/16,3,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,承上启下的专业根底课，有确定的学问面且和计算机严密联系在一起。需要进展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，加深对根本概念的理解,留意课堂听讲、认真笔记、课后准时消化、独立完成作业、扩展学问面、培育专业兴趣,2024/11/16,4,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、仿真分析争论、指导自学自学内容并非不重要内容，而是熬炼自学力气的内容,2024/11/16,5,课程描述4,教材,通信系统原理第2版，冯玉珉，清华、北方交通大学出版社，2023年,参考书：,现代通信系统原理王秉钧，天津大学出版社,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、北方交通大学出版社,考核方式：,寻常成绩：作业、随堂测试、研讨报告、考勤 30%,期末成绩：闭卷考试 70%,联系方式,地点：九教南,306,时间：每周二,五,14:3017:30,2024/11/16,7,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 通信技术进展简介自学,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需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,2024/11/16,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。,2024/11/16,11,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):大事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 每个预警大事,(2)告警发生的概率=1/256*(1/16)=2-12,信息量=-log2P2(A)=12 bit,信息量是大事发生概率的函数,I=P(A),P(A)越小，I越大；反之，I越小,P(A)=1，I=0;P(A)=0,I=,假设干个相互独立大事构成的消息，所含信息量等于各独立大事信息量之和，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，消逝的概率分别为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消逝23次，1消逝14次，2消逝13次，3消逝7次。此消息的信息量,I=i(Ii)=-23log2(3/8)-14log2(1/4)-13log2(1/4)-7log2(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xi(i=1,2,n)消逝的概率为P(xi)，则每个符号的平均信息量,H(A)=-i=1,nP(xi)log2P(xi),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,2024/11/16,18,2024/11/16,19,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,2024/11/16,20,声音的波形,幅度随时间的变化,洁净语音信号时间波形英文发音,2024/11/16,21,洁净语音信号频谱图,实际应用中，语音信号的带宽：,300-3400 Hz,2024/11/16,23,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,2024/11/16,24,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.数字信号最正确接收,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,2024/11/16,26,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Bc,Bs,数字通信系统：信道通过的信息传输速率，传信率或比特率 Rb bit/秒,bps,传码率：单位时间内传输的符号码元数，RB 波特,Rb=RB log2M M=2k,2024/11/16,27,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,2024/11/16,28,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,1-4,二进制数字信号在2分钟内共传递了72023个码元,(1)求其码元速率和信息速率各为多少？,(2)假设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假设不同的字母是等可能消逝的，平均信息速率是多少？,2假设每个字母消逝的可能性分别为PA=1/5,PB=1/4,PC=1/4,PD=3/10,平均信息速率是多少？,例,1-6,某八进制数字通信系统的信息速率为12023b/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,2024/11/16,32,1.4,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、构造特点、传输特点和主要应用,2024/11/16,33,广义信道分类,调制信道：从争论调制与解调的角度定义，范围,编码信道：从争论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,2024/11/16,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),2024/11/16,35,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,变化,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化,信号的传播时延随时间变化,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 am