《通信原理-第1章 (2).ppt

1、第第1 1章章 通信系统概述通信系统概述第第2 2章章 信号分析信号分析第第3 3章章 信道与噪声信道与噪声第第4 4章章 模拟调制模拟调制第第5 5章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输第第6 6章章 数字基带传输数字基带传输第第7 7章章 数字调制数字调制第第8 8章章 差错控制编码差错控制编码第第9 9章章 同步原理同步原理 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 信息及其度量信息及其度量1.4 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标通信的基本概念通信的基本概念1.1 通信（commun

2、ication），就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。1消息消息 我国古代就把客观世界的变化，把它们的发生、发展和结局，把它们的枯荣、聚散、沉浮、升降、兴衰、动静、得失等等变化中的事实称之为“消息”。只是到了近代才逐渐成为一种固定的新闻载体，所以“消息”又叫新闻。在日常生活中，把关于人或事物的报道称为消息。通信的目的是传输含有信息的消息。在通信系统中传输的是各种各样的消息，而

3、这些被传送的消息有着各种不同的形式。例如：文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等。2信息信息 1948年，美国数学家、信息论的创始人仙农在题为“通讯的数学理论”的论文中指出：“信息是用来消除随机不定性的东西”。1948年，美国著名数学家、控制论的创始人维纳在控制论一书中，指出：“信息就是信息，既非物质，也非能量。”信息是指消息中包含的有意义的内容，它是通过消息来表达的，消息是信息的载体。3信号信号是消息的物理载体。在通信系统中信号以电（或光）的形式进行处理和传输。信号基本上可分为两大类：模拟信号和数字信号。l如果信号的幅度随时间作连续的、随机的变化，称为模拟信号。l如果信号的幅度随时间的变

4、化只具有离散的。有限的状态，称为数字信号。4电信电信 ITU对电信的定义是：利用有线、无线、光或者其他电磁系统传输、发射或接收符号、文字、图像、声音或其它任何形式的信息。通信系统的组成通信系统的组成1.21.2.2 模拟通信系统的模型模拟通信系统的模型1.2.1 通信系统的模型通信系统的模型1.2.3 数字通信系统的模型数字通信系统的模型通信系统的模型通信系统的模型1.2.11信源信源信源是指信息源，信息的发送者。2发送设备发送设备发送设备是许多电路与系统的总称，其作用是将信源输出的信号进行处理，变换成适合在信道上传送的信号，送往信道。3信道和噪声源信道和噪声源信道是信号传输的通路，其作用是将

5、来自发送端的信号发送到接收端。噪声来源于三个方面：l 一是通信设备内部由于电子作不规则运动而产生的热噪声；l 二是来自外部的噪声；l 三是由于信道特性（幅频和相频特性）不理想，使得传输的信号变形失真而产生的干扰。4接收设备接收设备 接收设备的功能正好与发送设备相反，它将从收到的含噪信号中恢复提取出有用的原始信号。5信宿信宿 信宿与信源相对应，是信息的接收者。其作用是将由接收设备复原的原始信号转换成相应的消息，模拟通信系统的模型模拟通信系统的模型1.2.2 模拟通信系统传输连续的模拟信号，占用带宽窄，如每路语音信号带宽仅为4kHz。在信号的传输过程中，噪声叠加于信号之上，并随传输距离的增加而加强

6、，在接收端很难将信号和噪声分离，系统的抗干扰能力较弱且不适于长距离信号传输。数字通信系统的模型数字通信系统的模型1.2.31信源编码器与信源译码器信源编码器与信源译码器 信源编码器是将信源送出的信号进行适当处理，产生周期性符号序列，使其变成合适的数字编码信号。信源译码器实现信源编码的逆过程，即解压缩和数/模转换。2加密器与解密器加密器与解密器 加密器主要用于需要保密的通信系统。加密处理的过程是采用复杂的密码序列，对信源编码输出的数码序列进行人为“扰乱”。解密器实现的是加密器的逆过程，即从加密的信息中恢复出原始信息。3信道编码器与信道译码器信道编码器与信道译码器 信道编码是为了提高数字传输的可靠

7、性，对传输中产生的差错采用的差错控制技术，也称为差错控制编码。信道译码器完成信道编码器的逆过程，即从编码的信息中恢复出原始信息。4数字调制器与数字解调器数字调制器与数字解调器 数字调制器将数字基带信号变换成适合于信道传输的频带信号。数字解调器完成数字调制器的逆过程，即将收到的频带信号还原为数字基带信号。数字通信系统优点数字通信系统优点（1）抗干扰、抗噪声能力强，无噪声积累。（2）便于加密处理，保密性强。（3）差错可控。（4）利用现代技术，便于对信息进行处理、存储和交换。（5）便于集成化，使通信设备微型化。数字通信系统缺点数字通信系统缺点（1）数字信号占用的频带宽。（2）对同步要求高，系统设备比

8、较复杂。1信息量定义信息量定义传输信息的多少用“信息量”来衡量。概率论告诉我们，事件的不确定程度，可以用其出现的概率来描述。即事件出现的可能性越小，则概率就越小，反之，则概率就越大。信息及其度量信息及其度量1.3设信源是由q个离散符号（事件）组成的集合。每个符号的发生是相互独立的，第i个符号 出现的概率是 ，且 满足非负、归一性，即 ，则第i个 符号 含有的信息量为qsss,21is)(isP)(isP1)(0isP1)(1qiisP)(log)(1log)(22iiisPsPsIis几点说明：几点说明：1、信息量是消息的不确定程度2、信息具有可加性3、信息量的单位与对数的底数有关（比特bit

9、）4、等概率的数字信号的信息量2熵的概念熵的概念若各符号的出现统计独立，即信源是无记忆的，则平均每符号的信息量为qiiqiiiisPsPsIsPsH112(bit/sym)(log)()()()(熵的性质：1、熵是每符号的平均信息量2、熵是非负的3、信源符号等概率发生时，熵具有最大值4、信源符号不等概率时，H（S）Hmax（S）【例1.3.1】一离散信源由0、1、2、3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8、1/4、1/4、1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某信息1022，0102，0130，2130，2120,3210,1003,2101,0023,1020,0201,0312,03

10、21,0012,0210的信息量。0：23次，次，1：15次，次，2：15次，次，3：7次次方法方法2：bitbitI55.1138log74log154log1538log232222symbitsymbitH/906.1/81log8141log4141log4183log832222bitsymbitsymI36.114/906.160方法方法1 1：练习练习 某信源符号集由A、B、C、D、E、F组成，设每个符号独立出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，试求该信息源输出符号的平均信息量。通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式1.41.4.2 通信

11、方式通信方式1.4.1 通信系统的分类通信系统的分类通信系统的分类通信系统的分类1.4.11按信号特征分类按信号特征分类模拟通信系统和数字通信系统2按通信业务分类按通信业务分类电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等3按调制方式分类按调制方式分类基带传输系统和频带传输系统 4按传输媒介分类按传输媒介分类有线通信系统和无线通信系统 5按信号复用方式分类按信号复用方式分类 频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM）和波分复用（WDM）。通信方式是指信息在信道上传送所采取的方式。l如按信息码元传输的顺序可以分为并行传输和串行传输；l如按信息传输的同步方式可分为同步传输

12、和异步传输；l如按信息传输的流向和时间关系可分为单工、半双工和全双工传输。通信方式通信方式1.4.21并行传输与串行传输并行传输与串行传输（1）并行传输 并行传输指的是信息码元以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。并行传输的主要优点是：系统采用多个信道并行传输，一次传送一个字符，因此收、发双方不存在字符同步问题，不需要额外的措施来实现收、发双方的字符同步。传输速度快，一位（比特）时间内可传输一个字符。并行传输的主要缺点是：通信成本高。每位传输要求一个单独的信道支持，因此，如果一个字符包含8个二进制位，则并行传输要求8个独立的信道的支持。不支持长距离传输。由于信道之间的电容感应，远距离传输

13、时，可靠性较低，因此较少使用。适于在一些设备之间的距离较近时采用，例如，计算机和打印机之间的数据传送。（2）串行传输 串行传输指的是组成字符的若干位二进制码排列成数据流以串行的方式在一条信道上传输。（1）需外加同步措施。（2）串行传输只需要一条传输信道，易于实现，是目前主要采用的远距离传输时一种传输方式。2同步传输与异步传输同步传输与异步传输（1）异步传输 异步传输方式一般以异步传输方式一般以字符字符为单位传输，发送每一个字为单位传输，发送每一个字符代码时，都要在前面加上一个符代码时，都要在前面加上一个起始位起始位，长度为，长度为1个个码元长度，极性为码元长度，极性为“0”，表示一个字符的开始

14、；后面，表示一个字符的开始；后面加上一个加上一个终止位终止位，长度为，长度为1、1.5或或2个码元长度。个码元长度。异步传输的优点是实现字符同步比较简单，收、发双异步传输的优点是实现字符同步比较简单，收、发双方的时钟信号方的时钟信号不需要严格同步不需要严格同步。缺点是对每个字符都。缺点是对每个字符都需加入起始位和终止位（即增加需加入起始位和终止位（即增加2bit3bit），），降低了降低了传输效率传输效率。（2）同步传输l 同步传输是以固定的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行信息流中，各信号码元之间的相对位置是固定的（即同步）。l 两种同步方式，即字符同步和帧同步。l 同步传输方式与异步

15、传输方式相比，由于它发送每一个字符时不需要对每个字符单独加起始位和终止位，只是在一串字符的前后加上标志序列，故具有较高的传输效率，但实现起来比较复杂。3单工、半双工和全双工传输单工、半双工和全双工传输通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标1.51.5.2 数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标1.5.1 模拟通信系统的主要性能指标模拟通信系统的主要性能指标1有效性指标有效性指标 对于模拟通信系统来说，信号传输的有效性通常可用有效传输频带来衡量，即在指定信道内所允许同时传输的最大通路数。2可靠性指标可靠性指标 模拟通信系统中信号传输的可靠性通常采用接收端输出信噪比（S/N）来衡量

16、。模拟通信系统的主要性能指标模拟通信系统的主要性能指标1.5.11有效性指标有效性指标（1）码元传输速率（RB）定义：每秒传输信号码元的数目，又称调制速率、符号速率、波特率。单位：波特（Baud），简写为B或Bd，用符号RB表示。如果信号码元持续时间（时间长度）为T（单位为s），那么，码元传输速率公式为：数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标1.5.2TRB1（2）信息传输速率（Rb）定义：每秒传输的信息量。单位：比特/秒（bit/s），用符号Rb表示。)/(logR 2BsbitNRb（3）频带利用率（）（频带宽度码元传输速率ZBd/H）（频带宽度信息传输速率ZH/sbit【例

17、1.5.1】某二进制系统1分钟传送了18000bit信息。问：（1）其码元传输速率和信息传输速率各为多少？（2）若改用八进制传输，则码元传输速率和信息传输速率各为多少？练习练习 某一数字传输系统传输二进制码元的速率为2400B，该系统的信息传输速率是多少？若改为十六进制信号传输，码元传输速率不变，则此时的信息传输速率是多少？2可靠性指标可靠性指标（1）误码率（Pe）定义：通信过程中系统传错的码元数目与所传输的总码元数目之比，即传错码元的概率。记为：传输码元的总数传错码元的个数eP（2）误比特率（Pb）定义：通信过程中系统传错的信息比特数目与所传输的总信息比特数之比，即传错信息比特的概率，也称误

18、信率。记为：传输的总比特数传错比特数bP（3）误字符率或误码组率 定义：通信过程中系统传错的字符（码组）数与所传输的总字符（码组）数之比，即传错字符（码组）的概率。记为：数传输的总字符数或码组传错的字符数或码组数误字符率或误码组率【例1.5.2】在强干扰环境下，某电台在5min内共接收到正确信息量355kbit，假设系统信息传输速率为1200bit/s。问：（1）系统的误信率 是多少？（2）若具体指出系统所传数字为四进制信号，其误信率 是否改变？为什么？bPbP练习练习 已知某四进制数字传输系统的信息传输速率为2400bit/s，接收端在半小时内共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率。谢谢 谢！谢！http:/