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专业课强化精讲课程,西北工业大学通信原理,1,专业课强化精讲课程,第1讲绪论,2,通信原理考试大纲考试内容：通信系统组成；信息及其度量；码元速率、信息速率、频带利用率、误码率。,通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为：模拟通信系统数字通信系统,3,1.2通信系统的组成,信源（信息源）：把待传输的消息转换成原始电信号，如麦克风。可分为模拟信源和数字信源。发送设备：产生适合于在信道中传输的信号信源和信道匹配。,1.2.1通信系统的一般模型,4,信道：信号传输的通道。将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。信宿（受信者）：将复原的原始电信号还原成相应的消息。如扬声器。,5,1.2.2模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。可由一般通信系统模型略加改变而成。,1.研究的问题（1）模拟通信系统中两种重要变换：消息原始电信号（基带信号）调制信号（基带信号）已调信号（频带信号）（第5章）（2）信号受噪声干扰的影响噪声背景下的信号传输。（第3、4章）,6,2.调制的功用提高频率，便于辐射；（辐射：天线尺寸1/10波长）频率分配；实现频分复用；FDM改善系统性能。,7,3.已调信号有三个基本特征：（1）携带有消息；（2）适合在信道中传输；（3）频谱具有带通形式，且中心频率远离零频频带信号。如：卫星电视信号（中心频率6/4GHz、带宽36MHz）,相应地，原始电信号的频谱具有低通形式，直流/低频分量丰富基带信号。如：话音信号：3003.4kHz；全电视信号：08MHz。,8,1.2.3数字通信系统（1）定义：信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统。（2）基本特征消息或信号具有“数字”的特性；强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。(模拟：强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性)。（3）数字通信的主要特点抗干扰能力强：抗噪声性能好、消除噪声积累；信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的差错可控：检错、纠错；易加密（进行人为的扰乱）；易于与现代技术相结合（数字终端、计算机等）。,9,（4）数字通信需要解决的问题：差错可控：通过信道编码实现（第11章）；加密：通过加密、解密实现；节拍一致：位同步/帧同步（第13章）。（5）分类数字基带传输通信系统（第6章）数字频带传输通信系统（第7、8章）模拟信号的数字传输系统（第9章）,10,数字频带传输通信系统数字通信系统的一般模型,注：加密/解密、编码/译码不为必须，但一旦存在，必须成对；关键必需含调制/解调器。,信源编码与译码：提高信息传输的有效性信道编码与译码：增强抗干扰能力,11,注：基带信号形成器：可能包括编码器、加密器以及波形变换等；接收滤波器：可能包括译码器、解密器等。关键：不含调制/解调器。,数字基带传输通信系统模型：,12,3.模拟信号数字化传输通信系统解决问题：模拟信源、数字通信系统如何对接。模型：,关键：模拟信号数字化及其反之。A/D转换器组成：抽样、量化、编码。发端将模拟信号数字化，即进行A/D转换；接收端需进行相反的转换，即D/A转换。,13,1.2.4数字通信的主要特点1.优点（1）抗干扰能力强；（2）差错可控；（3）易于加密处理，且保密性好；（4）便于处理、变换、存储；（5）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输；（6）易于集成，使通信设备微型化，重量轻。2.缺点（1）需要较大的传输带宽。（2）对同步要求高系统设备结构复杂。,14,1.3.2通信方式1.按消息传送的方向与时间分通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。,消息只能单向传输双向不能同时收发双向可同时收发,15,2.按数字信号排序分可将通信方式分为串序传输和并序传输。串行传输：将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。,优点：只需一条信道、设备简单、传输距离远。缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施。,16,并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。,优点：节省传输时间，速度快，不需要字符同步措施。缺点：需要n条信道，设备复杂、成本高、传输距离近。,17,1.4信息及其度量通信的主要目的在于传递信息！消息。（1）信息的概念定义：消息中包含的有意义的内容。信息社会“信息”一词在概念上与消息的意义相似，但含义却更具普遍性、抽象性。消息可以有各种形式，但其内容可统一用信息来表述。在一切有意义的通信中，虽然消息的传递意味着信息的传递，但对接收者而言，某些消息比另外一些消息的传递具有更多的信息。例：非常可能发生的事情：“今年秋季比去年秋季冷”。极不可能发生的事情：“今年秋季比去年冬季冷”。消息所表达的事件越不可能发生，愈会使人感到意外和惊奇，信息量就愈大。,18,（2）信息的度量1）度量信息量的原则体现“事件愈不可能发生，愈会使人感到意外和惊奇，信息量就愈大”。度量消息中所含的信息量的方法，必须能够用来估计任何消息的信息量，且与消息种类无关。消息中所含信息的多少也应和消息的重要程度无关。消息中所含信息量仅与消息内容的不确定性有关！2）度量信息量的方法工具：概率论！由概率论可知，事件的不确定程度，可用事件出现的概率来描述：事件发生的可能性愈小，则概率愈小；反之，概率愈大。消息中的信息量与消息发生的概率紧密相关。,19,规律：信息量与消息出现概率关系。（1）消息x中所含信息量I是消息出现概率P(x)的函数：,（2）P(x)I；P(x)I特别P(x)=1时，I0P(x)=0时，I,（3）若干个互相独立事件构成的消息（x1，x2，）所含信息量等于各独立事件x1，x2，信息量的和：,不可能事件必然事件,20,信息量的计算公式：,信息量的单位取决于对数底数a的取值：a=2单位为比特（bit，简写为b）；a=e单位为奈特（nat，简写为n）；a=10单位为哈特莱（Hartley）。通常广泛使用的单位为比特：,21,显然，当信源中每个符号独立等概出现时，有,信息源的熵：,可以证明，此时信息源的熵为最大值。,22,（3）连续消息的信息量关于连续消息的信息量可以用概率密度函数来描述。可以证明，连续消息的平均信息量为式中，f(x)连续消息出现的概率密度。比较：,23,1.5通信系统的主要性能指标,1.5.1一般通信系统的性能指标一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面:（1）有效性：通信系统传输消息的“速率”问题，即快慢问题。（2）可靠性：通信系统传输消息的“质量”问题，即好坏问题。（3）适应性：通信系统对环境条件的适应性。（4）经济性：系统的成本问题。,24,（5）保密性：系统对所传信号的加密措施。对军用系统尤为重要。（6）标准性：系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、国际标准。（7）维修性：系统是否维修方便。（8）工艺性：通信系统各种工艺要求。通信的任务是快速、准确地传递信息，从研究消息传输的角度来说，有效性和可靠性是评价通信系统优劣的主要性能指标。,25,对于模拟通信来说：有效性：可用有效传输频带来度量系统频带利用率。可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。对于数字通信系统而言：有效性：可用传输速率和频带利用率来衡量。可靠性：可用误码率来衡量。,26,1.5.2有效性指标的具体表述数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量，传输速率越高，系统的有效性越好。通常有两种表示方法。1.码元传输速率RB（数码率、传码率、码率、信号速率或波形速率）定义：单位时间（s）内传输码元的数目；单位：波特（Baud），用符号“B”表示；,其中：Tb为码元宽度。数字信号一般有二进制与多进制之分，但码元速率与信号的进制数无关，只与码元宽度有关：,27,2.信息传输速率Rb（传信率、比特率）定义：单位时间内传输的信息量；单位：比特/秒(bit/s)，简记为b/s或bps；因为信息量与信号进制数M有关，因此，Rb也与M有关。3.Rb与RB之间的关系它们之间在数值上有如下关系：,28,4.多进制与二进制传输速率之间的关系（1）码元速率不变，二进制信息速率与多进制信息速率之间的关系：,（2）系统信息速率不变，多进制码元速率与二进制码元速率之间的关系：,29,5.频带利用率定义为单位带宽（1赫兹）内的传输速率，即,或,30,1.5.3可靠性指标的具体表述数字通信系统可靠性的指标是利用差错率来衡量。差错率通常有两种表示方法。1.码元差错率（误码率）发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，也就是说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率。,微观,31,2.信息差错率（误信率）发生差错的信息量在信息传输总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。,二进制时：,32,例：已知某八进制数字通信系统的信息速率为3000b/s，在收端10分钟内共测得出现了18个错误码元，试求系统的误码率。,33,
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