1、1复习复习-通信系统一般模型通信系统一般模型噪声噪声信道信道信信源源信信宿宿传传输输媒媒介介发送设备发送设备接收设备接收设备通信系统一般模型通信系统一般模型2复习复习-信息及其度量信息及其度量 n 信息量：信息量：n平均信息量：平均信息量：-niiinnxPxPxPxPxPxPxPxPI122222121)(log)()(log)()(log)()(log)(xPxPIaaloglog-1I为消息为消息x所携带的信息量所携带的信息量P(x)为该消息发生的概率为该消息发生的概率3第第1章章 绪论绪论1.1 通信技术的发展与信息社会通信技术的发展与信息社会 1.2 通信系统的组成与分类通信系统的组
2、成与分类1.3 通信方式通信方式1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标1.6 信道信道主要内容主要内容41.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标通信系统性能指标涉及要素通信系统性能指标涉及要素有效性：传输信息的速度，传输一定信息所占有效性：传输信息的速度，传输一定信息所占资源（带宽和时间）；资源（带宽和时间）；可靠性：通信传输质量；可靠性：通信传输质量；适应性：使用的环境条件；适应性：使用的环境条件；经济性：系统的成本；经济性：系统的成本；标准性；标准性；维修性、工艺性、保密性。维修性、工艺性、保密性。从信息传输的角度看，有效性和可靠性是从信息
3、传输的角度看，有效性和可靠性是矛盾的主要方面。矛盾的主要方面。51.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标模拟通信系统的性能指标模拟通信系统的性能指标有效性度量：有效性度量：系统的频带利用率系统的频带利用率可靠性指标：可靠性指标：接收端最终输出信噪比接收端最终输出信噪比数字通信系统的性能指标数字通信系统的性能指标传输速率和频带利用率传输速率和频带利用率 传输速率可分为码元传输速率和信息传输速传输速率可分为码元传输速率和信息传输速 率两种。率两种。61.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标n 码元传输速率码元传输速率(RB)又叫符号速率，它表示又叫符号速率，它表示单位时间单位时间(
4、每秒每秒)内内传输的码元传输的码元(符号符号)的数目。其单位为的数目。其单位为波特波特，常，常用用B B表示。简称波特率。表示。简称波特率。码元速率、数码率、传码率、波特率、波码元速率、数码率、传码率、波特率、波形速率、调制速率。形速率、调制速率。例：某数字通信系统例：某数字通信系统2s内传送内传送3600个码元，个码元，其码元速率为其码元速率为1800B。71.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标码元宽度或码元周期码元宽度或码元周期TB相邻两个码元发送的时间间隔相邻两个码元发送的时间间隔 TB=1/RB信息传输速率信息传输速率(Rb)又叫信息速率，它表示单位时间又叫信息速率，它表示单
5、位时间(每秒每秒)内传送数据信息的比特数。其单位为比内传送数据信息的比特数。其单位为比特特/秒，记为秒，记为bit/s，或，或bps。信息传输速率与码元速率的关系：信息传输速率与码元速率的关系：若采用若采用N进制传输，则信息速率与码进制传输，则信息速率与码元速率之间的关系为元速率之间的关系为:Rb=RBlog2N （b/s）81.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标n 频带利用率频带利用率 单位频带的传输速率单位频带的传输速率B/HzBBR频带宽度码元传输速率bit/s/HzbbBR频带宽度信息传输速率例：某数字通信系统在例：某数字通信系统在3s3s内输出内输出36003600个码元，
6、个码元，采用采用4 4进制传输，则信息速率为进制传输，则信息速率为2400bps.2400bps.91.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标n 误码率误码率 在传输过程中错误接收的码元数与传输的在传输过程中错误接收的码元数与传输的总码元数之比。总码元数之比。NnPN传输的总码数错误码元数limen 误信率（误比特率）误信率（误比特率）在传输过程中错误接收的比特数与传输的在传输过程中错误接收的比特数与传输的总比特数之比。总比特数之比。bbblimbNnPN传输的总比特数错误比特数 对于二进制数字通信系统，对于二进制数字通信系统，ebPP 10第第1章章 绪论绪论 1.1 通信技术与信息社
7、会通信技术与信息社会 1.2 通信系统的组成与分类通信系统的组成与分类 1.3 通信方式通信方式 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标 1.6 信道信道主要内容主要内容111.6 信道信道 信道的定义：信道的定义：以传输媒介为基础的信号通道以传输媒介为基础的信号通道 狭义信道狭义信道的定义和分类：的定义和分类：仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道；仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道；分类：分类：无线信道无线信道有线信道有线信道 广义信道广义信道 包含有关的包含有关的“转换器转换器”，如天线，调制器，如天线，调制器、解调器等。、解调器等。121.6 信
8、道信道 广义信道的分类广义信道的分类 调制信道：从调制器的输出端到解调器的输入端调制信道：从调制器的输出端到解调器的输入端 编码信道：从编码器的输出端到译码器的输入端编码信道：从编码器的输出端到译码器的输入端狭义信道狭义信道有线或无线传输媒介有线或无线传输媒介调制信道调制信道编码信道编码信道传传输输媒媒介介发发转转换换器器收收转转换换器器译译码码器器编编码码器器调调制制器器解解调调器器数字化数字化信源信源译码译码输出输出131.6 信道信道1、对称电缆（双绞线）对称电缆（双绞线）对称电缆结构图对称电缆结构图n1.6.1 有线信道有线信道142、同轴电缆、同轴电缆同轴电缆结构图同轴电缆结构图1.
9、6 信道信道151.6 信道信道3、光纤、光纤光纤传输原理光纤传输原理全反射原理全反射原理多模光纤（多模光纤（MMF）和单模光纤（）和单模光纤（SMF）光源光源LED（Light Emitted Dioxide）激光激光光纤中的色散光纤中的色散限制了光纤的无中继传输距离限制了光纤的无中继传输距离光信号入光信号入光信号出光信号出光纤外层光纤外层光纤内层光纤内层16130015508500.22.5损损 耗耗(dB/km)波长波长(nm)n 光纤损耗谱特性光纤损耗谱特性光纤带宽：光纤带宽：1300nm窗口约窗口约100nm，1550nm窗口约窗口约100nm，共共200nm，约，约30THz1.6
10、 信道信道171.6 信道信道n1.6.2 无线信道无线信道n电磁波传播特性电磁波传播特性n影响电磁波传播的因素影响电磁波传播的因素n大气：电离层、雨雪、空气粒子等大气：电离层、雨雪、空气粒子等n地面：良导体、地面弯曲等地面：良导体、地面弯曲等n地波传播地波传播n电磁波波长与电离层距离地面的高度相比拟，电磁波波长与电离层距离地面的高度相比拟，形同波导；形同波导；nELF、VLF、LF、MF主要使用的传播方式主要使用的传播方式nELF具有一定的海水穿透能力。具有一定的海水穿透能力。1969年，威斯康辛州建年，威斯康辛州建WTF台，十字型天线，各长台，十字型天线，各长22.5公里，公里，300A；
11、1981年，密歇根州又建年，密歇根州又建MTF台，天线各长台，天线各长45公里，公里，150A；1986年，年，WTF/MTF台正式投入使用，共指挥台正式投入使用，共指挥161艘潜艇。艘潜艇。美国超长波对潜通信系统美国超长波对潜通信系统威斯康辛州威斯康辛州密歇根州密歇根州18191.6 信道信道天波传播天波传播 HF使用的主要传播方式；使用的主要传播方式；主要特点：电离层随机扰动、多径效应。主要特点：电离层随机扰动、多径效应。Multi hopsingle hop电离层电离层EarthTransmitterReceiver201.6 信道信道视距传播视距传播天线高度与传输天线高度与传输距离之间
12、的关系距离之间的关系ABCh1h2R12 d1 d22211()arctanRhRR-111arctan2/2/hRhR 1112dRh R 212123.57()dRhhhhkm 平坦地面条件下，收发天线高度分别为平坦地面条件下，收发天线高度分别为50m，则视线距离为，则视线距离为50km。通信速率与距离通信速率与距离：从木星：115kbps从土星：30kbps从天王星：20kbps，29亿公里从海王星：15kbps，45亿公里 1977年发射“旅行者1”、“旅行者2”，探测大行星。“旅行者2”，是人类最成功的宇宙探测器，成果辉煌。视视距距传传播播21221.6 信道信道对流层散射对流层散射
13、对流层散射区EarthTransmitterReceivern 无线光传输无线光传输 红外光、红外光、紫外光、激光紫外光、激光231.6 信道信道微波中继信道微波中继信道241.6 信道信道卫星中继信道卫星中继信道251.6 信道信道陆地移动信道陆地移动信道1 1）传播衰减：移动信道中自由空间传播损）传播衰减：移动信道中自由空间传播损耗耗261.6 信道信道2）反射波与散射波）反射波与散射波 移动信道的传播路径和平滑表面反射移动信道的传播路径和平滑表面反射271.6 信道信道 短波电离层反射信道短波电离层反射信道n短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电
14、波在电离层，或电离层与地面之间的一次反射波在电离层，或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道。或多次反射所形成的信道。n电离层离地面电离层离地面60600km。当频率范围为。当频率范围为330MHz（波长为（波长为10100m）的短波（或称为高）的短波（或称为高频）无线电波射入电离层时，由于折射现象会频）无线电波射入电离层时，由于折射现象会使电波发生反射，返回地面。使电波发生反射，返回地面。281.6 信道信道 电离层反射示意图电离层反射示意图291.6 信道信道 多径形式示意图多径形式示意图301.6 信道信道调制信道的主要特性调制信道的主要特性有一对或多对输入端，必然有一对或多对
15、输有一对或多对输入端，必然有一对或多对输出端；出端；绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；信号通过信道需要经过一定的延时；信号通过信道需要经过一定的延时；信道对信号有损耗（固定或时变损耗）；信道对信号有损耗（固定或时变损耗）；即使没有信号输入，接收端仍有信号输出（即使没有信号输入，接收端仍有信号输出（噪声），通常称为噪声），通常称为加性噪声加性噪声或或加性干扰加性干扰。311.6 信道信道 ()()()oie tf e tn tn 信道对信号的影响：信道对信号的影响：1、乘性干扰、乘性干扰k(t)的影响的影响 2、加性干扰、加性干扰n(t)的影响的影响n
16、二对端的调制信道模型：二对端的调制信道模型：()()()()oie tk t e tn t把把f()设想成一个信号与干扰相乘的形式设想成一个信号与干扰相乘的形式321.6 信道信道 乘性干扰乘性干扰k(t)包含的因素：线性失真、非线性失真、时间包含的因素：线性失真、非线性失真、时间延迟以及衰减等；延迟以及衰减等；随时间变化的特性；随时间变化的特性；调制信道的分类调制信道的分类恒参信道：恒参信道：k(t)不随时间变化或变化极为缓不随时间变化或变化极为缓慢；有线信道通常可以看成恒参信道。慢；有线信道通常可以看成恒参信道。随参信道：随参信道：k(t)随时间随时间t随机变化；移动无随机变化；移动无线信
17、道为随参信道。线信道为随参信道。331.6 信道信道 信道模型信道模型（1）加性噪声恒参信道）加性噪声恒参信道X+信道()s t()n t()()()r ts tn t341.6 信道信道（2）具有加性噪声的线性滤波信道）具有加性噪声的线性滤波信道+信道s(t)n(t)h(t)线性时不变滤波器()()()()r ts th tn t351.6 信道信道 （3）加性噪声线性时变滤波信道模型）加性噪声线性时变滤波信道模型+信道()s t()n t()()(;)()r ts thtn t(;)ht线性时变滤波器361.6 信道信道编码信道编码信道包括调制器、解调器和传输媒介包括调制器、解调器和传输媒
18、介调制信道使调制信号发生波形变化调制信道使调制信号发生波形变化编码信道对信号的影响是数字序列的变换编码信道对信号的影响是数字序列的变换与调制信道的关系与调制信道的关系解调发生的差错解调发生的差错 编码信道模型编码信道模型采用数字信号的转移概率来描述采用数字信号的转移概率来描述371.6 信道信道0 1)1/0(P)1/1(P)0/0(P)0/1(P 1 01)1/0()1/1(1)0/1()0/0()0/1(),1/0()1/1(),0/0()0/1(),1/0(),1/1(),0/0(PPPPPPPPPPPP并具有下列关系：错误转移概率：；正确转移概率：称为信道转移概率381.6 信道信道
19、信道容量信道容量：是指信道中信息能够无差错：是指信道中信息能够无差错传输的最大速率。传输的最大速率。说明说明：本节讨论的是：本节讨论的是调制信道调制信道（或称波（或称波形信道，它是指从发射机调制器输出端形信道，它是指从发射机调制器输出端到接收机解调器输入端之间的信道）的到接收机解调器输入端之间的信道）的信道容量。信道容量。391.6 信道信道 香农公式香农公式 对于带宽有限，平均功率有限的高斯对于带宽有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道，设信道带宽为白噪声连续信道，设信道带宽为B(Hz)，信道输出信号功率为，信道输出信号功率为S(W)，输出加性，输出加性高斯噪声功率为高斯噪声功率为N(W)，
20、则可以证明该信，则可以证明该信道的信道容量为道的信道容量为令加性高斯噪声的单边功率谱密度为令加性高斯噪声的单边功率谱密度为 ，则，则)b/s()1(log2NSBC0nBnN020log(1)(b/s)SCBn B401.6 信道信道 例：已知黑白电视图像信号每帧有例：已知黑白电视图像信号每帧有3030万个万个像素，每个像素有像素，每个像素有8 8个亮度电平，各电平个亮度电平，各电平独立等概出现，图像每秒发送独立等概出现，图像每秒发送2525帧，若要帧，若要求接收图像信噪比达到求接收图像信噪比达到30dB，求所需最小，求所需最小带宽。带宽。解：首先计算每个像素的信息量：解：首先计算每个像素的信
21、息量：每帧图像的信息量为每帧图像的信息量为 每秒传输每秒传输25帧所帧所需传输速率需传输速率2log(1/8)3(b/pixel)pI -Fp300000900000(b/Frame)II7b900000252.2510(b/s)R 411.6 信道信道 信道容量必须不小于所要求的信息传信道容量必须不小于所要求的信息传输速率。代入信道容量公式得到输速率。代入信道容量公式得到 得到所需最小带宽得到所需最小带宽722.2510log(11000)9.97BB6(22.510)/9.972.26(MHz)B 42第一章学习建议第一章学习建议1 1、明确明确：学习通信原理的目的是要在尽量节：学习通信原
22、理的目的是要在尽量节省资源和尽量低的设备成本条件下，在模块省资源和尽量低的设备成本条件下，在模块级、系统级层次上寻求提高通信系统性能的级、系统级层次上寻求提高通信系统性能的方法和手段。方法和手段。2 2、领悟领悟：领悟学习和研究通信原理（理论和：领悟学习和研究通信原理（理论和技术）的方法。技术）的方法。3 3、重点重点：了解通信系统的组成、评价通信系：了解通信系统的组成、评价通信系统性能的指标，掌握信息量、信息速率、码统性能的指标，掌握信息量、信息速率、码元速率的计算方法。元速率的计算方法。思考题：思考题：为什么要在标准调幅（为什么要在标准调幅（AM）的）的基础上引入抑制载波双边带调制（基础上引入抑制载波双边带调制（DSB-SC）、单边带调制（）、单边带调制（SSB）和）和残留边带调制（残留边带调制（VSB）？）？43
