通信工程專業(yè)概論課件

1、通信工程專業(yè)概論第一章第一章 通信系統(tǒng)基本原理通信系統(tǒng)基本原理 n1、了解通信系統(tǒng)的基本模型n2、了解模擬信號與數(shù)字信號的異同n3、掌握通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標n4、了解通信時域和頻域課程目標通信工程專業(yè)概論通信的定義通信的定義通信：是指不在同一地點的雙方或多方之間進行迅速、有效的信息傳遞。其目的是實現(xiàn)信息的傳遞?，F(xiàn)代通信技術：是指用現(xiàn)代科學技術手段如電子、光技術實現(xiàn)信息傳遞的一門技術學科。通信工程專業(yè)概論通信系統(tǒng)的基本模型信源發(fā)送設備信道接收設備收信者噪聲源信息變換信息變換信息傳輸信息傳輸信息還原信息還原通信工程專業(yè)概論模擬通信系統(tǒng)的基本模型通信工程專業(yè)概論數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型通信工程專業(yè)概論發(fā)

2、 射 設 備接 收 設 備(a) 有 線 長 途 電 話 系 統(tǒng) 示 意 圖(b) 廣 播 通 信 系 統(tǒng) 示 意 圖載 波 機載 波 機導 線話 筒揚 聲 器通信工程專業(yè)概論怎樣評估一個通信系統(tǒng)的好壞？通信系統(tǒng)的性能指標通信系統(tǒng)的性能指標n有效性有效性:指信息傳輸?shù)男蕟栴}，即衡量一個系統(tǒng)傳輸信息的多少和快慢。用有效傳輸帶寬來度量n可靠性：可靠性：是關于消息傳輸質(zhì)量的指標，衡量系統(tǒng)接收信息的準確程度，用接收端最終的輸出信噪比來度量n其他質(zhì)量指標：其他質(zhì)量指標：適應性、標準型、經(jīng)濟性、維護使用等等通信工程專業(yè)概論思考：模擬通信系統(tǒng)好還是模擬通信系統(tǒng)好還是數(shù)字通信系統(tǒng)好？數(shù)字通信系統(tǒng)好？通信工程

3、專業(yè)概論思考問題n模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)有什么區(qū)別？n什么是模擬信號？n什么是數(shù)字信號？n我們生活中那些是模擬通信系統(tǒng)？那些是數(shù)字通信系統(tǒng)？通信工程專業(yè)概論模擬信號和數(shù)字信號的定義n模擬信號模擬信號指幅度的取值是連續(xù)的（幅值可由無限個數(shù)值表示）。時間上連續(xù)的模擬信號連續(xù)變化的圖像（電視、傳真）信號等；n數(shù)字信號數(shù)字信號指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)。 通信工程專業(yè)概論紅色信號是模擬信號！紅色信號是模擬信號！黑色脈沖信號是數(shù)字信號！黑色脈沖信號是數(shù)字信號！通信工程專業(yè)概論模擬信號和數(shù)字信號的轉換模擬信息源抽樣量化編碼時間連續(xù)幅值連續(xù)時間離散幅值連續(xù)時間離散幅值離散數(shù)字信

4、號tf(t)tf(t)tf(t)01232333321010,11,11,11,11,10,01,00tf(t)通信工程專業(yè)概論模擬信號-數(shù)字信號的三個步驟：n抽樣，抽樣頻率要大于信號帶寬的2倍；n量化，量化比特數(shù)越多，信號精度越高；n編碼抽樣頻率越大越好嗎？還是越小越好？why？量化比特數(shù)越多越好嗎？還是越少越好？why？通信工程專業(yè)概論模擬信號優(yōu)缺點n模擬通信的優(yōu)點是直觀且容易實現(xiàn)直觀且容易實現(xiàn)，但存在兩個主要缺點。 保密性差保密性差 ：模擬通信，尤其是微波通信和有線明線通信，很容易被竊聽。只要收到模擬信號，就容易得到通信內(nèi)容。 n 抗干擾能力弱抗干擾能力弱：電信號在沿線路的傳輸過程中會受

5、到外界的和通信系統(tǒng)內(nèi)部的各種噪聲干擾，噪聲和信號混合后難以分開，從而使得通信質(zhì)量下降。線路越長，噪聲的積累也就越多。 通信工程專業(yè)概論數(shù)字信號優(yōu)缺點n數(shù)字通信的優(yōu)點：數(shù)字通信的優(yōu)點：加強了通信的保密性。提高了抗干擾能力?？蓸嫿ňC合數(shù)字通信網(wǎng)。n數(shù)字通信的缺點：數(shù)字通信的缺點：占用頻帶較寬。技術要求復雜，尤其是同步技術要求精度很高。進行模/數(shù)轉換時會帶來量化誤差。 通信工程專業(yè)概論信號分類：連續(xù)，離散信號分類：連續(xù)，離散 連續(xù)時間信號 離散時間信號離散時間信號 0246810121400.10.20.30.40.50.60.70.80.9102468101214-1-0.8-0.6-0.4-0.

6、200.20.40.60.81通信工程專業(yè)概論信號的數(shù)學描述表達式)5.0cos(.xAy01234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81周期= 2* pi相位= 0.5幅度= A通信工程專業(yè)概論對 阻 尼 振 蕩 的 數(shù) 學 描 述)sin()(3xexyx02468101214-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.7通信工程專業(yè)概論c)非確定性信號：不能用數(shù)學式描述，其幅值、相位變化非確定性信號：不能用數(shù)學式描述，其幅值、相位變化不可預知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機過程。不可預知，所描述物理現(xiàn)象是一種隨機過程。 噪聲信號噪聲信號(平

7、穩(wěn)平穩(wěn))噪聲信號噪聲信號(非平穩(wěn)非平穩(wěn))統(tǒng)計特性變異統(tǒng)計特性變異通信工程專業(yè)概論通信工程專業(yè)概論tttt通信工程專業(yè)概論時域信號頻域信號傅立葉變換時域信號與頻域信號之間的轉換傅立葉反變換通信工程專業(yè)概論通信信號的時域和頻域-鳥鳴信號的時域波形00.511.52-1-0.500.51Time in seconds13129 Samples通信工程專業(yè)概論通信信號的時域和頻域-鳥鳴信號的頻域波形01000200030004000500010-810-610-410-210010213129 SamplesFrequency in Hertz通信工程專業(yè)概論思考n醫(yī)院里的心電圖是時域信號還是頻域信號

8、?通信工程專業(yè)概論信道與噪聲 信道：為發(fā)送設備和接收設備之間用于傳輸信號的傳輸媒質(zhì)。通信工程專業(yè)概論噪聲n人為噪聲人為噪聲來源于無關的其它信號源，如電火花，干擾源等。n自然噪聲自然噪聲自然界中各種電磁波源如閃電、雷暴、各種宇宙噪聲；n內(nèi)部噪聲內(nèi)部噪聲系統(tǒng)設備本身產(chǎn)生的各種噪聲，如熱噪聲，散彈噪聲等通信工程專業(yè)概論調(diào)制與解調(diào)：復習數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型通信工程專業(yè)概論調(diào)制與解調(diào)：復習模擬通信系統(tǒng)的基本模型通信工程專業(yè)概論思考？n3G系統(tǒng)空中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號？通信工程專業(yè)概論調(diào)制的功能，為什么要調(diào)制？調(diào)制的功能，為什么要調(diào)制？n對調(diào)制信號進行頻譜搬移，使之適合信道傳輸?shù)囊螅籲把基帶信

9、號調(diào)制到較高的頻率，使天線容易輻射；n便于頻率分配；n有利于實現(xiàn)信道多路復用，提高系統(tǒng)的傳輸有效性；n可以減少噪聲和干擾的影響，提高系統(tǒng)傳輸可靠性；通信工程專業(yè)概論三種調(diào)制方法：n調(diào)幅Amplitude Modulationn調(diào)頻Frequency Modulationn調(diào)相Phase Modulation通信工程專業(yè)概論數(shù) 據(jù)0100011112111222(a) 幅 度 調(diào) 制(b) 頻 率 調(diào) 制(c) 絕 對 相 位 調(diào) 制相 對 相 位 調(diào) 制調(diào)頻、調(diào)幅和調(diào)相波形你認為這三種調(diào)制方法那一種更好？你認為這三種調(diào)制方法那一種更好？通信工程專業(yè)概論基帶傳輸與頻帶傳輸基帶傳輸與頻帶傳輸 簡單

10、而言n不采用調(diào)制就直接傳輸就是基帶傳輸基帶傳輸n對信號進行調(diào)制后再傳輸就是頻帶傳輸頻帶傳輸通信工程專業(yè)概論思考n什么時候采用基帶傳輸？基帶傳輸？n什么時候采用頻帶傳輸？頻帶傳輸？通信工程專業(yè)概論通信系統(tǒng)中的編碼技術n 信源編碼信源編碼是為了提高數(shù)字信號的有效性以及為了使模擬信號數(shù)字化而采取的編碼。 典型例子：霍夫曼編碼 MP3 MPEG-4 JPEGn信道編碼信道編碼是為了降低誤碼率， 提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼。 典型例子：卷積碼 漢明碼 循環(huán)碼 奇偶校驗碼通信工程專業(yè)概論霍夫曼編碼47s8s0147s8s0176s1047s8s0176s1095s4s01圖6.1 先編S7和S8圖6

11、.2 合併圖6.1和S6圖6.3 合併S5和S4給定一符號集為 ，對應的頻率為 8321,.,ssssS 2 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ,12,15通信工程專業(yè)概論47s8s0176s1095s4s01133s10212s10281s104901圖6.4 最終的霍夫曼樹 圖6.5 建成的碼表 霍夫曼編碼的確反應了常出現(xiàn)的符號所編成的碼之長度較短，而不常出現(xiàn)的符號所編成的碼之長度較長。 符號常規(guī)碼霍夫曼碼S100000S200110S3010011S4011111S5100110S61010101S711001000S811101001通信工程專業(yè)概論n 如果出現(xiàn)一段文字s1,s2

12、,s7,s1,s5,s4,s3,s1,s2,s5,s1,s2,s5,s1,s2,請分別用常規(guī)碼和霍夫曼碼對其進行編碼，請比較編碼后兩種碼的長度。通信工程專業(yè)概論CRC碼一般在k位信息位之后拼接r位校驗位生成。編碼步驟如下： （1）將待編碼的k位信息表示成多項式 M(x)。 （2）將 M(x)左移 r 位，得到 M(x)*xr 。 （3）用r+1位的生成多項式G(x)去除M(x)*xr 得到余數(shù)R(x)。 （4）將M(x)*xr 與R(x)作模2加，得到CRC碼。M(x) = 1001 M(x)*x3 = 1001000 G(x) = 1011 M(x)*x3 / G(x) = 1001000/

13、1011=110 R(x) = 110 CRC碼為： M(x)*x3+R(x)=1001110 CRC編碼CRC-16=x16+x15+x2+1 通信工程專業(yè)概論通信系統(tǒng)的差錯控制方式1-前向糾錯發(fā)端糾錯碼收端前向糾錯FEC通信工程專業(yè)概論通信系統(tǒng)的差錯控制方式2-檢錯重發(fā)發(fā)端收端檢錯重發(fā)ARQ判決信號檢錯碼通信工程專業(yè)概論發(fā)端收端混合糾錯HEC通信系統(tǒng)的差錯控制方式3-混合糾錯FEC+ARQ通信工程專業(yè)概論發(fā)端收端信息反饋發(fā)送的信息發(fā)回收到的信息通信系統(tǒng)的差錯控制方式4-信息反饋通信工程專業(yè)概論根據(jù)信號在信道中的傳輸方式從不同的角度考慮，可以有多種：單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸串行傳輸和

14、并行傳輸同步傳輸和異步傳輸兩點間直通傳輸、分支傳輸和交換傳輸通信的方式通信的方式通信工程專業(yè)概論單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸發(fā)送單向通道接收（a）單工傳輸發(fā)送雙向通道接收接收發(fā)送（b）半雙工傳輸發(fā)送雙向通道接收接收發(fā)送（c）全雙工傳輸通信工程專業(yè)概論請同學們針對單工、雙工、半雙工各請同學們針對單工、雙工、半雙工各舉一個通信系統(tǒng)的例子！舉一個通信系統(tǒng)的例子！通信工程專業(yè)概論串行傳輸和并行傳輸發(fā)送設備接收設備1010(a)串行傳輸發(fā)送設備接收設備101010(b)并行傳輸通信工程專業(yè)概論同步傳輸和異步傳輸(數(shù)字通信)11.52.00線路狀態(tài)空起始位57數(shù)據(jù)位停止位P位奇偶位或不用空或下一個起始

15、位異步傳輸也叫起止式傳輸，是利用起止法來達到收發(fā)同步的特點：每個字符都是獨立和隨機的，以不均勻速率發(fā)送，方法簡單缺點：傳輸效率低通信工程專業(yè)概論SYNSYN一個或多個SYN字符控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符（a）面向字符型幀F(xiàn)F8位標志0111111108位標志011111110控制字段控制字段數(shù)據(jù)字段（b）面向比特型幀同步傳輸和異步傳輸(數(shù)字通信)通信工程專業(yè)概論兩點間直通傳輸、分支傳輸和交換傳輸（a）點點（b）一點對多點（c）多點之間的選址通信通信工程專業(yè)概論通信系統(tǒng)的加密解密通信系統(tǒng)的加密解密通信工程專業(yè)概論發(fā)送前明文1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1異或運算得到傳輸密文密鑰1 1

16、 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1傳輸密文0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0異或運算得到解密后明文密鑰1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1解密后明文1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1通信系統(tǒng)的加密解密一個簡單例子通信系統(tǒng)的加密解密一個簡單例子通信工程專業(yè)概論加密與解密加密與解密-請對下面的密文進行解密請對下面的密文進行解密siit d ifreawy.earysdtuii ngenhsnnezhy lpontheceiwc.evhac no lsastshiraeft.nnoo sio,wlilogho m e. 5個一組個一組 24531Itis friday. we are study in shenzhen polytechnic. we have no class this afternoon. so i will