現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理.ppt

2019/7/20,1,現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理,編著張會(huì)生 陳樹(shù)新,普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材,高等教育出版社,Http:/,（高職高專教育）,2019/7/20,2,第1章 緒 論,1.1 通信的定義 1.2 通信系統(tǒng)的組成 1.3 通信系統(tǒng)分類及通信方式 1.4 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),2019/7/20,3,1.1 通信的定義,通信的定義：是指由一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞。 通信的目的：就是傳遞消息。 本書(shū)對(duì)通信的定義：利用電子等技術(shù)手段，借助電信號(hào)（含光信號(hào)）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞稱為通信。,2019/7/20,4,1.2 通信系統(tǒng)的組成,圖1-1 通信系統(tǒng)的一般模型,信源（信息源，也稱發(fā)終端）：把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源。,1.2.1 通信系統(tǒng)的一般模型,2019/7/20,5,發(fā)送設(shè)備：將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。 信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無(wú)線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。 接收設(shè)備：任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來(lái)。 信宿：將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。,2019/7/20,6,1.2.2 模擬通信系統(tǒng) 模擬通信系統(tǒng)中兩種重要變換： （1）連續(xù)消息到電信號(hào)相互變換； （2）基帶信號(hào)到調(diào)制信號(hào)的變換；,圖1-2 模擬通信系統(tǒng)的模型,2019/7/20,7,已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特性： （1）攜帶有消息； （2）適合在信道中傳輸 （3）頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。,2019/7/20,8,1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng) 信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，稱為數(shù)字通信系統(tǒng)，它包括以下三種： 1. 數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng) 基本特征：消息或信號(hào)具有“離散”或“數(shù)字”的特性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。,2019/7/20,9,數(shù)字通信的優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題： （1）可實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制編碼即信道編碼； （2）容易實(shí)現(xiàn)保密通信； （3）數(shù)字通信中必須有“同步” 。,圖1-3 數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)的模型,2019/7/20,10,2. 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) 基帶信號(hào)形成器：可能包括編碼器、加密器以及波形變換等； 接收濾波器：可能包括譯碼器、解密器等。,圖1-4 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型,2019/7/20,11,3. 模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng) 發(fā)端將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換； 接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即D/A轉(zhuǎn)換。,圖1-5模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)模型,2019/7/20,12,1.2.4 數(shù)字通信的主要特點(diǎn) 1. 數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn) （1）抗干擾能力強(qiáng)； （2）差錯(cuò)可控； （3）易加密； （4）易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。 2. 亟待解決的問(wèn)題 （1）提高頻帶利用 ； （2）簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)。,2019/7/20,13,1.3 通信系統(tǒng)分類及通信方式,1.3.1 通信的分類 1. 按傳輸媒質(zhì)分：有線通信和無(wú)線通信； 2. 按信道中所傳信號(hào)的特征分：模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)； 3. 按工作頻段分：長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。具體情況見(jiàn)表1-1；,2019/7/20,14,4. 按調(diào)制方式分：基帶傳輸和頻帶傳輸； 5. 按業(yè)務(wù)的不同分： 6. 按收信者是否運(yùn)動(dòng)分：移動(dòng)通信和固定通信。 另外，通信還有其它一些分類方法，如按多地址方式可分為頻分多址通信、時(shí)分多址通信、碼分多址通信等；按用戶類型可分為公用通信和專用通信等。,2019/7/20,15,1.3.2 通信方式 1. 按消息傳送的方向與時(shí)間分 通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。,2019/7/20,16,2. 按數(shù)字信號(hào)排序分 可將通信方式分為串序傳輸和并序傳輸。,2019/7/20,17,3. 按通信網(wǎng)絡(luò)形式分 通信的網(wǎng)絡(luò)形式通?？煞譃槿N：兩點(diǎn)間直通方式、分支方式和交換方式，,圖1-8 按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式 （a）兩點(diǎn)間直通方式；（b）分支方式；（c）交換方式,2019/7/20,18,1.4 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),1.4.1 一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面: 有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、保密性標(biāo)準(zhǔn)性、維修性、工藝性等。而本書(shū)只研究通信系統(tǒng)的有效性和可靠性。,2019/7/20,19,對(duì)于模擬通信來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用系統(tǒng)頻帶利用率和輸出信噪比（或均方誤差）來(lái)衡量。 對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的可靠性和有效性具體可用誤碼率和傳輸速率來(lái)衡量。,2019/7/20,20,1.4.2 信息及其度量 信息定義：消息中包含的有意義的內(nèi)容。 信息量與消息出現(xiàn)的概率有關(guān)，具體可以描述為如下規(guī)律： （1）消息中所含信息量是消息出現(xiàn)概率的函數(shù)； （2）消息出現(xiàn)的概率愈小，它所含信息量愈大；反之信息量愈??；,2019/7/20,21,（3）若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量的和。 信息量 I 和消息出現(xiàn)概率P(x)的關(guān)系為： 信息量的單位取決于對(duì)數(shù)底數(shù)a的取值： a = 2 單位為比特（bit，簡(jiǎn)寫(xiě)為b）； a = e 單位為奈特（nat，簡(jiǎn)寫(xiě)為n）； a = 10 單位為哈特萊。,2019/7/20,22,例1.1 設(shè)二進(jìn)制離散信源，數(shù)字0或1以相等的概率出現(xiàn)，試計(jì)算每個(gè)符號(hào)的信息量。 解:二進(jìn)制等概率時(shí) 有 即二進(jìn)制等概時(shí)，每個(gè)符號(hào)的信息量相等，為1bit。,2019/7/20,23,當(dāng)各個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率不相等時(shí)，計(jì)算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。 平均信息量定義：每個(gè)符號(hào)所含信息的平均值。用符號(hào) 表示。 多進(jìn)制時(shí)，設(shè)各符號(hào)出現(xiàn)的概率為： 且,2019/7/20,24,則平均信息量（信息源的熵）為： 1.4.3 有效性指標(biāo)的具體表述 1. 碼元傳輸速率 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目； 單位：波特（Baud），用符號(hào)“B”表示； 符號(hào)： Tb為碼元寬度。,2019/7/20,25,2. 信息傳輸速率 定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚?單位：比特/秒(bit/s) ，簡(jiǎn)記為b/s或bps； 符號(hào)： ,它與N有關(guān)。 3. 與 之間的互換 它們之間在數(shù)值上有如下關(guān)系：,2019/7/20,26,4. 多進(jìn)制與二進(jìn)制傳輸速率之間的關(guān)系 碼元速率不變，二進(jìn)制信息速率與多進(jìn)制信息速率之間的關(guān)系： 系統(tǒng)信息速率不變，多進(jìn)制碼元速率與二進(jìn)制碼元速率之間的關(guān)系：,2019/7/20,27,1.4.4 可靠性指標(biāo)的具體表述 數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是利用差錯(cuò)率來(lái)衡量。差錯(cuò)率通常有兩