第1章 通信原理緒論_sxq1

1、模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)線性調(diào)制線性調(diào)制 AM，DSB，SSB，VSB非線性調(diào)制非線性調(diào)制 PM，F(xiàn)M數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)基帶系統(tǒng)基帶系統(tǒng)頻帶系統(tǒng)頻帶系統(tǒng)工具：工具：信號、噪聲和信道的分析；信息論知識信號、噪聲和信道的分析；信息論知識模模/數(shù)變換：脈沖調(diào)制數(shù)變換：脈沖調(diào)制 PAM，PCM，DPCM多路傳輸、同步技術(shù)多路傳輸、同步技術(shù)最佳接收、糾錯編碼最佳接收、糾錯編碼改善性能改善性能ASK，F(xiàn)SK，PSK，DPSK 基本原理、實現(xiàn)基本原理、實現(xiàn)方法、性能分析！方法、性能分析！ 通信發(fā)展簡史通信發(fā)展簡史1 通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 2 通信系統(tǒng)分類和數(shù)字通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)分類和數(shù)字通信系統(tǒng) 3 信

2、息量與香農(nóng)公式信息量與香農(nóng)公式45消息傳輸?shù)哪康牡叵鬏數(shù)哪康牡禺a(chǎn)生需傳輸?shù)南a(chǎn)生需傳輸?shù)南⒋嬖谟诎l(fā)信機(jī)、信道、收信存在于發(fā)信機(jī)、信道、收信機(jī)機(jī), ,通常用等效噪聲源來表示通常用等效噪聲源來表示發(fā)送設(shè)備：加工信發(fā)送設(shè)備：加工信號將消息轉(zhuǎn)換為合號將消息轉(zhuǎn)換為合適在信道傳輸?shù)男胚m在信道傳輸?shù)男盘柼柦邮赵O(shè)備：減小噪聲接收設(shè)備：減小噪聲及干擾的影響，把信及干擾的影響，把信號轉(zhuǎn)換為信宿能接收號轉(zhuǎn)換為信宿能接收的信號的信號信道：傳輸信道：傳輸媒介媒介( (有線信有線信道道& &無線信道無線信道AMDSBSSBVSBFMPM信源信源信道信道聲聲噪噪變換器變換器調(diào)制器調(diào)制器發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接

3、收機(jī)接收機(jī)解調(diào)器解調(diào)器反變換器反變換器受信者受信者解調(diào)：從已調(diào)解調(diào)：從已調(diào)信號中還原出信號中還原出被傳輸?shù)牡皖l被傳輸?shù)牡皖l信息信號。信息信號。調(diào)制：將基帶信調(diào)制：將基帶信號變換成另一信號變換成另一信號，以提高系統(tǒng)號，以提高系統(tǒng)傳輸信息的效率傳輸信息的效率和質(zhì)量。通常做和質(zhì)量。通常做頻率上的變換頻率上的變換。核心部件為核心部件為調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信道信道信源信源基帶信號成形基帶信號成形信宿信宿噪聲噪聲同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)接收濾波器接收濾波器數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)信息源信息源信道信道聲聲噪噪信源編碼信源編碼信道編碼信道編碼調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器信道譯碼信道

4、譯碼信源譯碼信源譯碼受信者受信者同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)加密加密解密解密交織交織解交織解交織ASKFSKPSKDPSK a a）變換信源信號的表達(dá)方式，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)）變換信源信號的表達(dá)方式，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字基帶信號，使其便于傳輸字基帶信號，使其便于傳輸 b b）壓縮信源信號的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。）壓縮信源信號的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。 A/D轉(zhuǎn)換、波形變換、參數(shù)編碼等 通過有目的的增加信息的冗余度，使系統(tǒng)具有一通過有目的的增加信息的冗余度，使系統(tǒng)具有一定的糾檢錯能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。定的糾檢錯能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。 分組碼、卷積碼、級聯(lián)碼等 ，特別在中繼傳輸時

5、更明顯。，特別在中繼傳輸時更明顯。 可以進(jìn)行可以進(jìn)行，因而提高了信息傳輸?shù)目梢蚨岣吡诵畔鬏數(shù)目煽啃??？啃浴?，對信號進(jìn)行處理，對信號進(jìn)行處理，存儲和變換從而提高信息傳輸?shù)撵`活性。存儲和變換從而提高信息傳輸?shù)撵`活性。 ，實現(xiàn)保密信息傳輸。，實現(xiàn)保密信息傳輸。 成本低、體積小、可靠性高。成本低、體積小、可靠性高。 ，使通信系統(tǒng)更靈活，使通信系統(tǒng)更靈活，通用。通用。 如：模擬電話如：模擬電話 4KHz 傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話 2060KHz按消息傳遞的方向與時間分按消息傳遞的方向與時間分對于點與點之間的通信，按消息傳遞的方向與時對于點與點之間的通信，按消息傳遞的方向與時間關(guān)

6、系，通信方式可分為間關(guān)系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全單工通信、半雙工通信及全雙工通信雙工通信三種。三種。 單工通信單工通信， 是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑?因此只占用一個信道。廣播、遙測、遙控、無線尋呼等就是單工通信方式的例子。 半雙工通信半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息， 但不能同時進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。例如，使用同一載頻的對講機(jī)，收發(fā)報機(jī)以及問詢、檢索、科學(xué)計算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。 全雙工通信全雙工通信， 是指通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。普通電話、手機(jī)都是最常見的全雙工通信方式， 計算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是

7、這種方式。 12,qsss is( )iP s1()()()iiiI slblbP sP s q01,ss011( )( )2P sP s011( )( )1()1/2I sI slbbit11( )( ) ( )( )( )qiiiqiiiH SP s I sP s lbP s( )H Smax( )lbHsqq為信源符號個數(shù)max( )( )H sHsmaxmax( )( )( )lblb42/H SHSHSqbit此時符號例1411( )( )( )111148824882233148821.75/iiiH sP s lbP slblblblbbit解：符號設(shè)設(shè)A、B、C、D四個消息分別

8、以概率四個消息分別以概率1/4、1/8、1/8、1/2傳送，求平均信息量。傳送，求平均信息量。一離散信源由一離散信源由0，1，2，3四個符號組成，四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為它們出現(xiàn)的概率分別為3/8, 1/4, 1/4, 1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求該信且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求該信源的熵。源的熵。 例3用熵的概念來計算：用熵的概念來計算：222233111111loglogloglog88444488H 1.906(/bit符號）lb(1 (bit/)s)SCBN香農(nóng)公式給出了信道最大的無差錯傳輸速率。香農(nóng)公式給出了信道最大的無差錯傳輸速率。0 (bit/lb(1)

9、s)SCBn B若噪聲單邊功率譜密度為若噪聲單邊功率譜密度為n0，噪聲功率，噪聲功率N=n0B ，則，則a) 增大信號功率增大信號功率S可以增加信道容量可以增加信道容量C。 若信號功率若信號功率S趨于無窮大時，則信道容量趨于無窮大時，則信道容量C也趨于無窮大也趨于無窮大0limlimlb 1SSSCBn B b) 減小噪聲功率譜密度減小噪聲功率譜密度n0 也可以增加信道容量也可以增加信道容量C。 若若n0趨于零，則趨于零，則C趨于無窮大趨于無窮大關(guān)于香農(nóng)公式的幾點討論關(guān)于香農(nóng)公式的幾點討論（1）在給定）在給定B、S/N的情況下，的情況下，信道的極限傳輸能力信道的極限傳輸能力為為C，而且此時能夠

10、做到無差錯傳輸（即差錯率為零）。，而且此時能夠做到無差錯傳輸（即差錯率為零）。（2）提高信道容量的方法）提高信道容量的方法:00000limlimlb 1nnSCBn B 當(dāng)信道當(dāng)信道帶寬帶寬B趨于無窮大時，信道容量趨于無窮大時，信道容量C的的極限值極限值為為0limlimlb 1BBSCBn B000limlb 1Bn BSSnSn B00lb1.44SSennc) 增大信道帶寬增大信道帶寬B可以增加信道容量可以增加信道容量C，但不能使信道容量，但不能使信道容量C無限制地增大。無限制地增大。（3）信道容量可以通過系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保）信道容量可以通過系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保持不變。持

11、不變。 若若增加信道帶寬增加信道帶寬，可以適當(dāng)降低信噪比，反之亦然。，可以適當(dāng)降低信噪比，反之亦然。 當(dāng)信道容量當(dāng)信道容量C給定時，給定時，B1，S1/N1和和B2，S2/N2分別表示互換分別表示互換前后的帶寬和信噪比，則有前后的帶寬和信噪比，則有121212lb 1lb 1SSBBNN（4）當(dāng)信道傳輸?shù)模┊?dāng)信道傳輸?shù)男畔⒘坎蛔冃畔⒘坎蛔儠r，時，信道帶寬信道帶寬 B、信、信噪比噪比S/N是可以互換的。是可以互換的。 （5）香農(nóng)公式并沒有給出帶寬與信噪比互換的具體）香農(nóng)公式并沒有給出帶寬與信噪比互換的具體方法。方法。 在傳輸圖片時，每幀約在傳輸圖片時，每幀約 個象素。為了接個象素。為了接收端能良

12、好的重現(xiàn)，需要收端能良好的重現(xiàn)，需要1212個等級的亮度，假定所個等級的亮度，假定所有的亮度等級等概出現(xiàn)，信道的信噪比為有的亮度等級等概出現(xiàn)，信道的信噪比為30dB30dB，1 1）若傳送一張圖片所需時間改為）若傳送一張圖片所需時間改為3min3min，則所需的信道帶寬？，則所需的信道帶寬？2 2）若在帶寬為）若在帶寬為3.4kHz3.4kHz的線路上傳輸這種圖片，試問傳輸一的線路上傳輸這種圖片，試問傳輸一張圖片所需的時間為多少？張圖片所需的時間為多少？62.25 101()( )lb ( )lb123.58bit/niiiH XP xP x 象素解：每個像素的平均信息量：662.25 103.588.07 10bitI 每幀的平均信息量：648.07 104.48 10bit/s180R傳信率：434.48 104.49 10Hzlb(1 1000)lb(1)R