通信原理第1章绪论.ppt

2008年1月 1 1 1通信和通信系统的一般概念1 2模拟通信与数字通信1 3通信发展简史1 4信息及其度量1 5通信系统的质量指标 第一章绪论 2008年1月 2 通信的目的 传递消息中所包含的信息 消息 是物质或精神状态的一种反映 例如语音 文字 音乐 数据 图片或活动图像等 信息 是消息中包含的有效内容 实现通信的方式和手段 非电的 如旌旗 消息树 烽火台 电的 如电报 电话 广播 电视 遥控 遥测 因特网和计算机通信等 1 1通信和通信系统的一般概念 2008年1月 3 后面讲述中 通信 这一术语是指 电通信 包括光通信 因为光也是一种电磁波 在电通信系统中 消息的传递是通过电信号来实现的 1 1通信和通信系统的一般概念 2008年1月 4 一般通信系统模型如下 信息源 简称信源 把各种消息转换成原始电信号 如麦克风 信源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 1 1通信和通信系统的一般概念 2008年1月 5 一般通信系统模型如下 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 受信者 信宿 把原始电信号还原成相应的消息 如扬声器等 1 1通信和通信系统的一般概念 2008年1月 6 1 2模拟通信与数字通信 通信系统 数字通信系统 基带传输系统 调制传输系统 基带传输系统 调制传输系统 模拟通信系统 2008年1月 7 1 2模拟通信与数字通信 1 2 2模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟信号和数字信号模拟信号 代表消息的信号参量取值连续 例如麦克风输出电压 a 话音信号 b 抽样信号图1 2模拟信号 2008年1月 8 1 2模拟通信与数字通信 数字信号 代表消息的信号参量取值为有限个 例如电报信号 计算机输入输出信号 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和数字通信系统 a 二进制信号 b 2PSK信号图1 3数字信号 2008年1月 9 模拟通信系统模型如下 模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 两种变换 模拟消息 原始电信号 基带信号 基带信号 已调信号 带通信号 图1 4模拟通信系统模型 2008年1月 10 数字通信系统模型如下 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统信源编码与译码目的 提高信息传输的有效性完成模 数转换信道编码与译码目的 增强抗干扰能力 图1 5数字通信系统模型 2008年1月 11 数字通信系统模型如下 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统加密与解密目的 保证所传信息的安全数字调制与解调目的 形成适合在信道中传输的带通信号同步目的 使收发两端的信号在时间上保持步调一致 图1 5数字通信系统模型 2008年1月 12 数字通信的特点 优点抗干扰能力强 且噪声不积累传输差错可控便于处理 变换 存储便于将来自不同信源的信号综合到一起传输易于集成 使通信设备微型化 重量轻易于加密处理 且保密性好缺点 需要较大的传输带宽对同步要求高 2008年1月 13 1 3通信发展简史 初级阶段 110年 1838有线电报 sos 1876电话1894无线电报1918AM广播1936FM广播1938TV广播1940 1945雷达 微波通信 2008年1月 14 近代通信阶段 35年 1948香农 信息论 1958通信卫星60年代IC 彩电 数字通信 电子计算机70年代LSI 大规模集成电路 商用通信卫星 数字程控交换机 分组交换网协议 2008年1月 15 现代通信阶段 22年 80年代VLSI 光纤通信 移动通信 ISDN网研制 因特网主干网90年代各种先进的通信网络类型多样化 规模大型化 业务综合化信息高速公路21世纪电信网将发生革命性变化NGN 下一代网络新一代网络技术上更为先进的网络提供更为先进业务的网络NGN后面还有NGN 只有想不到 没有做不到 2008年1月 16 通信技术的主要传输方式 电缆通信有线通信可靠性高 距离远 容量大周期长 投资大 受地理条件限制多微波中继通信无线通信 1GHz以上 视距传输周期短 投资小 受地理条件限制少容量小 维护管理困难 2008年1月 17 光纤通信有线通信光载波 105 107GHz 容量大 原材料成本低 不受电磁干扰周期长 投资大TelTV光纤理论值100亿路100万路光纤实际值4万路100路同轴电缆3千路20路 2008年1月 18 卫星通信无线通信 微波通信同步卫星 36000km 40 3点星覆盖面积大 距离远 使用灵活 质量好一次性投资太大管理是全球性问题 2008年1月 19 移动通信移动对象无线和有线融为一体灵活 方便 服务到个人建网成本高 2008年1月 20 第1代移动通信系统 1G 模拟移动通信系统 FM FDMA 第一代 1G 采用FDMA方式存在的主要问题业务量不足 容量不足 用户数目受限 业务种类不足 仅限话音 2008年1月 21 第2代移动通信系统 2G 数字移动通信系统GSM TDMA 欧洲CDMA CDMA 美国容量扩大2 5倍用户身份识别模块 SIM 机卡分离提供新业务 短信业务 SMS 业务和功能有很大的提高存在的主要问题制式不统一 影响全球漫游业务种类限于话音和低速数据第2 5代 2 5G 正在改进 分组无线业务 GPRS 无线上网 2008年1月 22 第3代移动通信系统 3G 第三代移动通信系统追求的主要目标 全球漫游 多媒体业务中国电信运营商正在等待发3G牌照现有2张 中国移动 中国联通预计4张 中国移动 中国联通 中国电信 中国网通3个主流标准 1999年11月ITU正式确定了三大主流标准W CDMA TD CDMA CDMA2000三大主流标准均采用CDMA技术市场前景W CDMA占有绝大多数的市场份额 80 CDMA2000势头比较好TD CDMA非常符合发展方向 2008年1月 23 第4代移动通信系统 4G 年 研究工作正在进行尽可能多的展望4G移动通信的发展前景未来的手机 2008年1月 24 1 4信息及其度量 按照参量取值的特点可将电信号分为模拟信号和数字信号模拟信号 能用连续的函数值表示的电信号数字信号 只能用离散的函数值表示的信号例如常见的文字和数字 它们只具有有限个不同的符号 通常用一组二进制数表示这些符号 符号的组合就组成了消息 通信系统通过传输信号而传递了消息 其传输能力该如何度量 2008年1月 25 1 4 1信息量 通信系统传输的具体对象是消息 其最终的目的在于通过消息的传送使收信者获知信息 信息 指的是收信者在收到消息之前对消息的不确定性 信息与消息的关系 消息是具体的 而信息是抽象的 为了对通信系统的传输能力进行定量的分析和衡量 就必须对信息进行定量的描述 不同的消息含有不同数量的信息 同一个消息对不同的接收对象来说信息的多少也不同 对信息的度量应当是客观的 2008年1月 26 信息量 衡量信息多少的物理量为信息量 关于信息量的理解 1 信息量的大小与消息所描述事件的出现概率有关 信息量应该是消息出现概率的单调递减函数 2 如果收到的不是一个消息 而是若干个互相独立的消息 则总的信息量应该是每个消息的信息量之和 3 对于由有限个符号组成的离散信源来说 随着消息长度的增加 其可能出现的消息数目却是按指数增加的 2008年1月 27 若xi出现的概率为 则其信息量为 单位比特 bit 单位奈特 nit 单位哈特莱 Hartly 例1 1表1 2给出英文字母出现的概率 求字母e和q的信息量 表1 2英文字母出现的概率解 由表1 2可知e的出现概率为P e 0 105 可计算其信息量I e 即有q的出现概率P q 0 001 其信息量 1 4 2平均信息量设N种信息源中第i种信息出现ni次 且其出现的概率为 则整个消息的信息量为 统计平均信息量为 通过平均信息量计算总信息量 利用下式 信息源中各种符号等概出现信息量最大 即 例1 2一离散信源由A B C D四种符号组成 设每一个符号的出现都是独立的 1 当四种符号出现概率分别为1 4 1 4 1 8 3 8时 求信源的平均信息量 2 当四种符号等概出现时 求信源的平均信息量 解 1 不等概时信源的平均信息量为 bit 符号 bit 符号 bit 符号 2 等概时信源的平均信息量为最大值 即 2008年1月 31 1 5通信系统的质量指标有效性与可靠性 一 模拟通信系统的质量指标有效性 有效传输带宽 可靠性 输出信噪比 SNRout 2008年1月 32 二 数字通信系统的质量指标 有效性 1 传输速率码元速率 波特率 Rs信息速率 比特率 Rb信息频带利用率 b码元频带利用率 sRb Rslog2M RslbM b Rb B s Rs BM 为M进制码元 B为带宽 单位为Hz 2008年1月 33 2 频带利用率两个传输速率相等的系统如果使用的带宽不同则传输效率也不同 所以频带利用率更本质地反映了数字通信系统的有效性 定义单位频带内的码元传输速率为码元频带利用率 即定义单位频带内的信息传输速率为信息频带利用率 即此式应用更为广泛 如果不加以说明 频带利用率均指信息频带利用率 2008年1月 34 可靠性可靠性用差错率来衡量误比特率 误比特率或误信率 PbPb 错误接收比特数 传输总比特数误码元率 误符号率或误码率 PsPs 错误接收码元数 传输总码元数