通信原理第一章课件
第一章 绪论,主要内容： 通信系统的基本概念及模型 通信网的基本概念 系统的技术指标,重点： 通信系统模型 通信系统的任务 信号在传输过程中的无失真分析思路,1.1 通信的基本概念,1.2 通信系统的结构,1.3 通信系统的描述,1.4 信息量,1.5 通信系统的主要性能指标,作业,作业,习题 1-2、4、7,信道,交 换 机,电话网连接示意图: 为用户,构成网的基本要素： 终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）,交 换 机,终端,终端,噪声,局间传输,局内传输,局内传输,2. 通信系统：实现两个用户之间信息单向传输的设备。 ( 点点 ),3. 通信网：实现多用户中任意两用户间的信息双向传输。 ( 任意点点 ) 包括：电信网、广播电视网、计算机网、移动网等,4. 网的结构：网型、环型、星型、总线型等,1. 通信: 准确完成信息的传输。,5. 网的组成: 以电话网为例 框图,1.1 通信的基本概念,距离？,消息？,本课程拟探讨的问题,1. 构造信号的特征参数，以利于信道传输。 2. 设计信道的特征函数，以匹配信号传输。,信号的特征参数, 强度：小信号（ V 、mV 级）、大信号（V 级）, 频率：低频、高频 （ f 30 KHz ）, 原始信号：反映自然物理现象变化的信号 其特征为低频、小信号,语音信号：30 3400 Hz 图像信号： 0 6 MHz, 传输信号：适合信道传输,基带信号：低频 频带信号：高频带通,原始信号、传输信号、接收信号, 接收信号：随机性,信道的特征函数 H( j),幅频函数,低通,带通,高通,带宽 W =1,W =3 -2,相频函数,通信系统总模型,通信系统包括发、传、收、噪声四部分 不同的通信方式所对应的子模块有变化,各处的噪声之和,信号源,发送设备,信 道,接收设备,受信者,发送端,接收端,噪声源,模拟系统框图,信号源,调制器,受信者,噪声源,信 道,基带信号,频带信号,解调器,载波同步,频带信号,基带信号,数字系统框图,噪声源,信源编码 加密 信道编码,信 息 源,调 制 器,信 道,受 信 者,解 调 器,信道译码 解密 信源译码,载波同步,码元同步,1.2.1 通信系统模型（总模型）,点点的单向通信系统 框图,1.2.2 模拟与数字通信系统模型,1. 模拟系统 框图,2. 数字系统 框图,1.2 通信系统的结构,特点：应用调制解调技术,分类：数字基带传输系统和数字频带传输系统,特点：抗干扰性能好,数字通信的优点 1) 数字传输的抗干扰能力强 利用中继再生消除噪声的积累 2) 传输差错可以控制 利用差错控制编码技术消除噪声的影响 3) 便于使用数字信号处理、加密技术等,优点的实现是利用占据更宽的系统带宽而获得 在系统频带（资源）紧张的场合将成为其缺点,AM、DSB、SSB、VSB,FM、PM,脉冲调制,正弦波调制,模拟调制,1.3 通信系统的描述,1. 按消息（业务）的物理特征分类 电报、电话、数据、图像通信系统,2. 按调制方式分类,编码调制 PCM 、DPCM 、M,数字调制 ASK、FSK、PSK、DPSK,模拟调制 PAM、PDM、PPM,1.3.1 系统分类,3. 按信号特征分类 模拟与数字通信系统,4. 按传输媒介分类 有线：线对、同轴电缆、波导、光纤,5. 按信号复用方式分类,频分复用：使各路信号占据不同的频率范围,时分复用：使各路信号占据不同的时间区间,码分复用：用一组包含正交码字的码组携带各路信号,无线：电磁波（长波、中波、短波、微波等）,1.3.2 信号传输方式,半双工：通信双方均能收发消息但不能同时收发。 如无线对讲机,单工：单方向传输（一点发、一点收）。如遥控器,全双工：通信双方能同时收发信号。如电话机,单工、半双工、全双工,串行传输：将数字信号序列按时间顺序一个接一个的传输。它占用一条通路，适合远距离。,并行传输：将数字信号序列分割成多路同时传输，适合近距离。,数字通信,1.4 信息量,消息：具体形式的信号,信息：消息中有意义的内容，具有不确定性,信息量：信息的度量，应用概率来描述不确定性,特征：预先确知的消息不携带任何信息,事件出现的概率小，不确定性多，信息量大，反之则少。,信道容量C ：单位时间内信道上所能传输的最大信息量,信道带宽,噪声功率,信号功率,1.4.1 基本概念,噪声单边功率谱密度,符号的信息量 I i,反比关系,单位： a = 2时 bit (比特) a = e nit (奈特),统计平均信息量 H( x ),1.4.2 离散消息信息量的计算,例,bit / 符号,离散消息：包含N 个独立符号 x0 xN-1 的集合,x0 xN-1 出现的概率分别为 p(x0 ) p(xN-1 ),熵,1.4.3 连续消息信息量的计算,例：已知离散信源包含四个独立符号0、1、2、3， 各自出现的概率为 ，,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。,符号的算术平均信息量,解： 符号的信息量 I i,消息的总信息量,0：23 次 2：13 次 1：14 次 3： 7 次,统计平均信息量 H( x ),消息的总信息量,1.5 主要性能指标,系统的任务：准确、有效地传输信息,其主要性能指标为有效性和可靠性，两者相互制约。,模拟通信系统,数字通信系统,有效性：所需的信道带宽,可靠性：接收端的输出信噪比,不同调制方式生成的信号，需要不同的传输带宽,有效性：传输速率、频带利用率,可靠性：差错率,电话：20 40 dB 电视：40 dB 以上,码元：描述离散信号状态的符号 二进制信号中，码元为 “0”、 “1” N 进制信号中，码元为 “0”、 “1” “N-1 ” 特征：每个码元占据的时间相等,例,码元传输速率RB ：单位时间里传输的码元数目,传输速率,单位：bit /s 或 bps,信息传输速率Rb ：单位时间里传输的信息量,单位：波特( Baud ),频带利用率,单位： B /s bit /s / Hz,例：RB与Rb的计算及转换关系,等概情况,二进制,定义码元时间宽度为 Ts , p0 = p1 = 1/2,N 进制 p0 = p1 = = pN-1 = 1/N,误信率Pb ：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率,误差原因：1）存在加性干扰噪声 2）存在乘性干扰噪声 信道传输特性不理想引起,差错率,误码率Pe ：码元在传输系统中被传错的概率,仅研究加性干扰噪声的影响,
