10八-1通信系统简介课件

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,*,*,第二部分 通信系统,第8章 通信系统简介,11/20/2024,1,第二部分 通信系统,意义：,1）通信在实际生活中具有重要意义；,2）通信系统是前面所讲的信号分析的一个很好的应用；,3）信息论的相关理论来自对通信系统的研究；,11/20/2024,2,第二部分 通信系统,主要内容：,1),通信系统简介,2）随机信号与噪声的研究随机过程；,3）模拟调制系统；,4）数字基带传输；,5）模拟信号的数字传输；,6）信道编码差错控制编码。,11/20/2024,3,第8章 通信系统简介,8.1通信系统模型,通信的目的就是信息的传输与交换。而信息附着在各种形式的消息中，例如符号、文字、语音、图像等；通信的过程也就是传递消息的过程。,在本课中所讨论的通信系统只考虑点对点通信的设计与分析。,点对点通信系统的基本模型如下图所示：,信源,发送设备,信道,接收设备,信宿,噪声源,11/20/2024,4,第8章 通信系统简介,1信源和信宿,信源：信号的产生者；,信宿：信号的接收者；,根据所产生信号的类型不同，可以分成两类信源：模拟信源和数字信源；,模拟信号：以平滑或连续方式随时间变化的物理量；,数字信号：从一组有限的离散元素集合中选择的有序符号序列。,模拟信号可以通过抽样和量化变换成数字信号。,11/20/2024,5,第8章 通信系统简介,2发送设备,发送设备的基本功能使将信源和传输媒介匹配起来，即将信源产生的消息信号变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介，变换形式是多种多样的，考虑到不同信道对频谱的要求，一般需要进行调制。,信源,调制器,信道,解调器,信宿,噪声源,11/20/2024,6,第8章 通信系统简介,对于数字通信系统来说，发送设备还往往包括编码。编码分成两类：信源编码和信道编码；信源编码是为了降低信号的复杂度，在基本保持同样信息量的前提下，降低对信道带宽的要求。信道编码则是为了降低噪声对信号的干扰，提高信号传输的可靠性。,发送设备还包括为达到某种特殊要求所进行的各种处理，如多路复用、保密处理等。,信源,加,密,器,信道,信宿,噪声源,编,码,器,调,制,器,解,调,器,解,码,器,解,密,器,11/20/2024,7,第8章 通信系统简介,3.信道,信道是连接信源和目的地的媒介。它可以是有线的，也可以是无线的，例如电线、同轴电缆、无线电波或激光束等。,不同的传输媒介允许通过的带宽不同。,电话的普通电线频率范围是3Hz-30kHz；,调幅广播使用的同轴电缆频带为300kHz-3MHz；,移动通讯使用的同轴电缆频带范围是3MHz-30MHz；,电视、调频广播或导航的同轴电缆频带范围是30MHz-300MHz；,光纤的允许频带为100,000-10,000,000GHz。,11/20/2024,8,第8章 通信系统简介,传输过程中必定引入干扰，即各类噪声。噪声是不可避免的，当它累加在载有信息的信号上时，信号可能部分地或完全地被破坏，所以在考虑信道的特性时，必须考虑信道噪声的影响。,噪声通常是随机的。,11/20/2024,9,第8章 通信系统简介,4.接收设备,如果信号与信道不相匹配，接收到的传输信号就会有失真，所以接收设备首先针对接收到的信号在信道中的损失进行补偿；,考虑信道中不同噪声的影响，去掉噪声；,实行与发送设备相反的变换，如解调、译码、解密等。,前面所示的都是单向或称单工的传输系统。,双向传输则要求在每一端都有一个发射设备和一个接收设备。全双工系统有一个允许同时进行双向传输的信道。半双工系统可进行双向传输，但不能同时进行。,11/20/2024,10,第8章 通信系统简介,8.2,通信系统的主要限制,带宽和噪声是信息传输的基本限制。,一个系统跟踪信号变化的能力，或者说对信号的反应速度，是与它的频率响应的带宽成正比的。在通信系统中，这种带宽称为传输带宽。因为所有的系统中都包含有储能元件，储能元件不能突变，也就是说该系统对于信号的反应速度不能无限快。根据前面的讨论，一个通信系统具有一个有限的带宽，它限制了信号的变化速度。,11/20/2024,11,第8章 通信系统简介,在实时条件下，通信要求足够的传输带宽，以适应信号的频谱，否则将导致严重的失真。例如，电视视频信号要求几兆赫兹的带宽，而慢速变化的语音信号之要求带宽约为3K赫兹。对于没有实时限制的信号传输，可用带宽决定最大的信号速度。因此说，传送一定量的信息所需要的时间与带宽成反比。,在信息传输中，噪声是不可避免的。虽然通常噪声功率相当小，但是在长距离传输中，传输损失会把接收信号功率降低到与噪声功率相差不大。这样信号与噪声就很难分开，从而对原信号造成严重失真。,在通信系统中所采取的一切措施都是针对这两种限制进行的。,11/20/2024,12,第8章 通信系统简介,8.3 通信系统的分类,1.按消息的物理特征分类,电报通信系统，电话通信系统，数据通信系统，图像通信系统等。这些系统可以是专用的，但通常是兼容的或并存的。未来的综合数字通信网，就是希望各类型的消息都能在一个统一的通信网中传输、交换和处理。,2.按调制方式分类,根据是否采用调制，可以分为基带传输和调制传输。,基带传输是将未经调制的信号直接传送，如市内电话等。,11/20/2024,13,第8章 通信系统简介,调制传输是对信号进行某些变换后再传输。其优点表现在：,1）使信号与信道相适应，便于传送；,2）能减少噪声和干扰；,3）调制可便于多路复用。,3按传输信号的特征分类,按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地分为模拟通信系统和数字通信系统。,电报数字通信 1844年,电话模拟通信 1876年,11/20/2024,14,第8章 通信系统简介,数字通信的优点：,第一，数字传输的抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信息可以再生而消除噪声的积累；,第二，便于使用现代信号处理技术对数字信息进行处理；,第三，数字信息易于作高保密性的加密处理；,第四，数字通信可以综合传递各种信息，使通信系统功能增强。,第五，便于多路复用。,数字通信的缺点：比模拟通信占据更宽的系统频带。,一路模拟电话占据4kHz带宽,一路传输质量相同的数字电话占用数十千赫的带宽。,11/20/2024,15,第8章 通信系统简介,4按传送信号的复用方式分类,传送多路信号由三种复用方式，即频分复用（FDM）、时分复用(TDM)、码分复用(CDMA)。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用适用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用则是用一组正交的脉冲序列分别携带不同信号。,5按传输媒介分类,按传输媒介，可以分为有线和无线两类。,11/20/2024,16,第8章 通信系统简介,8.4 通信系统的性能度量,一个通信系统的好坏依赖于多个方面，例如此系统的费用，信道带宽，传输功率，信噪比，时间延迟，以及数字通信中错误比特数等。,传输信息的有效性和可靠性是通信系统最主要的质量指标。有效性是指在给定信道内能传输的信息内容的多少，而可靠性是指接收信息的准确程度。,模拟通信系统:,有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。,可靠性用接收端最终输出信噪比来度量，如通常电话要求信噪比为20-40dB，电视则要求40dB以上。,11/20/2024,17,第8章 通信系统简介,数字通信系统：,有效性信息速率（比特率）b/s,码元速率,N进制下，有,可靠性错误率,误比特率,误码元率,传输电话时，误比特率通常要求为,11/20/2024,18,第8章 通信系统简介,编码：将数字消息转变成一种新的符号序列；,译码：将编码后的序列变回到原来的消息。,二进制码和M进制码的比较：,1）二进制码实现简单，噪声的影响小；,2）二进制码需要更大的带宽。,数字通信系统中有两种编码方式：,信源编码减少传输码元个数，实现压缩,信道编码（差错控制编码）降低错误率,11/20/2024,19,第8章 通信系统简介,哈特莱仙农定理：,信息传输速率不可能超过信道容量,其中 为系统带宽，为信号功率，为噪声功率。,信息论的相关定理：,如果一个信源所发出的信息速率不超过信道容量，则尽管有噪声存在，我们也可以找到一种编码方式，是全部信息以任意小的差错频度传过信道。,11/20/2024,20,