通信原理02-數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)算機(jī)通信崔建明cuijm399@163.co山東科技大學(xué)2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分析編碼與碼型信道復(fù)習(xí)1通信系統(tǒng)基本模型信道復(fù)習(xí)2數(shù)字通信系統(tǒng)模型信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)信息是是人們通過施加于數(shù)據(jù)的一些規(guī)定而賦予數(shù)據(jù)的特定含義（ISO定義）。通信就是在信源和信宿之間傳遞信息。信息和消息的關(guān)系：消息中包含信息，消息不等于信息。消息所包含信息的多少，與在收到消息前對(duì)某事件存在的不確定性有關(guān)。數(shù)據(jù)是事實(shí)或觀測(cè)結(jié)果，是數(shù)字、字母和符號(hào)。數(shù)據(jù)可以在物理介質(zhì)上記錄或傳輸并通過外圍設(shè)備被計(jì)算機(jī)接受，經(jīng)過處理而得到結(jié)果。數(shù)據(jù)是信息的載體，用來表示信息。信息交換就是訪問數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)。信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)是借助信號(hào)來傳輸?shù)?，是通信中傳輸?shù)闹黧w。信息及其度量消息中的信息量與消息發(fā)生的概率緊密相關(guān)。消息出現(xiàn)的概率愈小，則消息中包含的信息量就愈大，且概率為0時(shí)（不可能發(fā)生事件）信息量為無窮大；概率為1時(shí)（必然事件）信息量為0。信息及其度量消息中所含信息量與消息出現(xiàn)的概率之間的關(guān)系反映如下規(guī)律。I=log21/P(x)=-log2

P(x)(香農(nóng)信息公式)信息量的單位如果對(duì)數(shù)以2為底，單位為比特（B）如果對(duì)數(shù)以e為底，單位為奈特（nat)如果對(duì)數(shù)以10為底，單位為哈特萊（Hartley）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。平均信息量H=-∑Pilog2Pi1.4信息及其度量信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量，是用統(tǒng)計(jì)方法來定性的。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。（1）信息量是概率的函數(shù)，即I=f［P(x)］（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小，且P(x)→1時(shí)，I→0P(x)→0時(shí)，I→∞假設(shè)P(x)是一個(gè)消息發(fā)生的概率（3）若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含信息具有相加性:I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…1.4信息及其度量信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系應(yīng)為：1、信息量的計(jì)算信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)。a=2時(shí)，信息量的單位為比特(bit)；a=e時(shí)，信息量的單位為奈特(nit)；a=10時(shí)，信息量的單位為哈特萊（Hartly）。目前廣泛使用的單位為比特。1.4信息及其度量可見，傳送等概率的二進(jìn)制波形之一（P=1/2）的信息量為1比特。[例1–1]設(shè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或1，則信源每個(gè)輸出的信息含量為多少？1.4信息及其度量P：每一個(gè)波形出現(xiàn)的概率M：傳送的波形數(shù)。對(duì)于離散信源，M個(gè)波形等概率（P=1/M）發(fā)送，且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，即信源是無記憶的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為：1.4信息及其度量例1-1中，如果傳送等概率的四進(jìn)制波形之一（P=1/4）的信息量為2比特，這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一（P=1/8）的信息量為3比特，這時(shí)至少需要3個(gè)二進(jìn)制脈沖。1.4信息及其度量設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1，2，3，…，n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有2、非等概情況的信息量的計(jì)算則x1,x2,…，

xn

所包含的信息量分別為-log2P(x1)，-log2P(x2)，…，-log2

P(xn)。1.4信息及其度量該消息的信息量為：1.4信息及其度量[例1–2]

一離散信源由0，1，2，3四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。解：此消息中，0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量為：1.4信息及其度量3、平均信息量(信息源的熵)每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量H為：1.4信息及其度量由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故通常又稱它為信息源的熵。

當(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，式1.4-5即成為式(1.4-3)，此時(shí)信源的熵有最大值。1.4信息及其度量每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為：若用熵的概念來計(jì)算，由式（1.4-5）得：4、算術(shù)平均信息量1.4信息及其度量可見，兩種算法的結(jié)果有一定誤差，但當(dāng)消息很長(zhǎng)時(shí)，用熵的概念來計(jì)算比較方便。而且隨著消息序列長(zhǎng)度的增加，兩種計(jì)算誤差將趨于零。1.4信息及其度量一離散信源由A，B，C，D四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為1/2，1/4，1/8，1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息{AAAAABBACCDDB}的信息量及熵。1.4信息及其度量解：此消息中，A出現(xiàn)6次，B出現(xiàn)3次，C出現(xiàn)2次，D出現(xiàn)2次，共有13個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量及熵分別為：1.4信息及其度量1、設(shè)有四個(gè)消息A、B、C、D分別以概率為1/4，1/8，1/8，和1/2傳送，每一消息的出現(xiàn)是相互獨(dú)立的，試計(jì)算其平均信息量。2、某信息源的符號(hào)集由息A、B、C、D和E組成，每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。，試計(jì)算其平均信息量。1.4信息及其度量作業(yè)1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。1、模擬通信系統(tǒng)有效性指標(biāo)：用單位時(shí)間傳送的信息量來衡量，傳送信息量越大，有效性越好；可靠性指標(biāo)：用接收端最終輸出信噪比來度量，信噪比越大，可靠性越好。1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（1）信道容量B:帶寬S/N:信噪比1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（2）信噪比1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用傳輸速率來衡量；可靠性用差錯(cuò)率來衡量。2、

數(shù)字通信系統(tǒng)指標(biāo)1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（1）傳碼率RB1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為B。例如，若1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為2400B。在數(shù)字通信中常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來表示一位二進(jìn)制數(shù)字，這個(gè)間隔被稱為碼元長(zhǎng)度數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度TB有關(guān)(2)碼元長(zhǎng)度TB1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位是比特/秒，可記為bit/s，或b/s，或bps。（3）傳信率Rb1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)Rb=RB·H(b/s)(1.5-3)H：信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量（熵）例如：碼元速率為1200B，采用八進(jìn)制（N=8）時(shí)，信息速率為3600b/s；采用二進(jìn)制（N=2）時(shí)，信息速率為1200b/s?；騌b=RBlog2N(b/s)（等概率情況下）(1.5-4)N：每個(gè)碼元可能采用的符號(hào)數(shù)二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等，有時(shí)簡(jiǎn)稱它們?yōu)閿?shù)碼率。1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)在保證信息速率不變的情況下，M進(jìn)制的碼元速率RBM與二進(jìn)制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：若有信號(hào)x1x2….x256（共N種信號(hào)）用2進(jìn)制描述需8位用4進(jìn)制描述需4位用8進(jìn)制描述需3位用M進(jìn)制描述，需logMN位RB2=RBMlog2M(B)(1.5-2)1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)[例題]

某信息源的符號(hào)集由A，B，C，D和E組成，設(shè)每一個(gè)符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。如果信息源以1000B速率傳送信息，則傳送1小時(shí)的信息量為多少？傳送1小時(shí)可能達(dá)到的最大信息量為多少？信息速率：Rb=RB·H(b/s)1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)解:(1)傳送1小時(shí)的信息量I=T×Rb=3600×2230=8.028×106bit（2）等概率時(shí)，其信息量最大。傳送1小時(shí)的最大信息量I=T×Rbmax=3600×2320=8.352×106bit（4）頻帶利用率η數(shù)字信號(hào)的傳輸帶寬B取決于碼元速率RB，而碼元速率和信息速率Rb有著確定的關(guān)系。為了比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，又可定義頻帶利用率為：

單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率。即：1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)誤碼率（碼元差錯(cuò)率）ρe是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即：（5）誤碼率ρe在ISDN中1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

誤信率（信息差錯(cuò)率）ρb是指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即：（6）誤信率ρb在二進(jìn)制中有：1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)例如:4進(jìn)制信息串1203021二進(jìn)制：011000110010011.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通常指信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度；在被用來描述信道時(shí)，帶寬是指能夠有效通過該信道的信號(hào)的最大頻帶寬度。對(duì)于模擬信號(hào)而言，帶寬又稱為頻寬，以赫茲（Hz）為單位。例如模擬語音電話的信號(hào)帶寬為3400Hz，一個(gè)Pal-D電視頻道的帶寬為8MHz（含保護(hù)帶寬）。對(duì)于數(shù)字信號(hào)而言，帶寬是指單位時(shí)間內(nèi)鏈路能夠通過的數(shù)據(jù)量。例如ISDN的B信道帶寬為64Kbps。

由于數(shù)字信號(hào)的傳輸是通過模擬信號(hào)的調(diào)制完成的，為了與模擬帶寬進(jìn)行區(qū)分，數(shù)字信道的帶寬一般直接用波特率或符號(hào)率來描述。補(bǔ)充知識(shí)：帶寬的概念公式匯總信息速率：Rb=RB·H(b/s)【例1-1】一信息源由4個(gè)符號(hào)a、b、c、d組成，他們出現(xiàn)的概率為3/8、1/4、1/4、1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求信息源輸出為cabacabdacbdaabcadcbabaadcbabaacdbacaacabadbcadcbaabcacba的信息量?！纠?-1】解信源輸出的信息序列中，a：23次，b：14次，c：13次，d：7次，共有57個(gè)。則出現(xiàn)a的信息量為23log28/3=32(bit)出現(xiàn)b的信息量為14log24/1=28(bit)出現(xiàn)c的信息量為13log24/1=26(bit)出現(xiàn)d的信息量為7log28/1=21(bit)信號(hào)分類連續(xù)信號(hào)、離散信號(hào)如果在某一時(shí)間間隔內(nèi)，對(duì)一切的時(shí)間值，除若干不連續(xù)的點(diǎn)外，該函數(shù)都給出確定的函數(shù)值，這種信號(hào)就稱為連續(xù)信號(hào)。離散信號(hào)的時(shí)間函數(shù)只在某些不連續(xù)的瞬間給出函數(shù)值。信號(hào)分類連續(xù)信號(hào)、離散信號(hào)信號(hào)分類隨機(jī)信號(hào)、確定信號(hào)隨機(jī)信號(hào)是指在它出現(xiàn)以前，總有某種程度的不確定性的一種信號(hào)。確定信號(hào)是一種沒有不確定值的信號(hào)。信號(hào)分類周期信號(hào)、非周期信號(hào)如果用時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)s(t)滿足s(t+T)=s(t)則該信號(hào)為周期信號(hào)。T為信號(hào)的周期。如不滿足s(t+T)=s(t)則該信號(hào)為非周期信號(hào)。信號(hào)分類周期信號(hào)圖1–2模擬信號(hào)波形(a)連續(xù)信號(hào)；(b)抽樣信號(hào)信號(hào)的特性時(shí)間特性與頻率特性信號(hào)的幅值是信號(hào)各個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)值信號(hào)的頻率是周期的倒數(shù)，用赫茲來表示信號(hào)的相位是描述周期信號(hào)在時(shí)間軸上的相對(duì)位置，用弧度表示。信號(hào)的分析方法時(shí)域分析法時(shí)域分析的基本手段是把外加的復(fù)雜激勵(lì)信號(hào)，在時(shí)域中分解成一系列單元激勵(lì)信號(hào)，然后分別計(jì)算各個(gè)單元信號(hào)通過通信系統(tǒng)的響應(yīng)，最后在輸出端疊加而得到總的響應(yīng)。頻域分析法任何信號(hào)都可表示成各種頻率成分的正弦波或余弦波之和信號(hào)的相位信號(hào)的頻率信號(hào)的頻率范圍概念信號(hào)也可以看成是頻率的函數(shù)。根據(jù)傅氏分析，滿足一定條件的周期函數(shù)g(t),可以用若干正弦和余弦函數(shù)的和表示。若函數(shù)的周期為T，其倒數(shù)稱為函數(shù)的基波頻率，用符號(hào)f1表，則f1=1/T。上式中的an和bn分別為第n次諧波的正弦及余弦函數(shù)的幅值。1/2C為直流分量。這一分解稱為傅氏級(jí)數(shù)。信號(hào)的頻率信號(hào)的頻譜和帶寬頻譜：是一個(gè)信號(hào)所含有的頻率范圍。周期信號(hào)頻譜：其頻譜由離散的頻率成分，即基波和諧波構(gòu)成。非周期信號(hào)頻譜：信號(hào)的頻率范圍為無窮大。根據(jù)信號(hào)能量衰減的程度來確定其頻譜，當(dāng)頻率上升或下降到某一極限頻率而使信號(hào)能量降低為信號(hào)能量最大值一半時(shí)，該頻率就是頻譜的邊界。信號(hào)的帶寬：頻譜的寬度（包含信號(hào)大部分功率的那部分頻譜的寬度）傳輸系統(tǒng)的帶寬對(duì)傳輸性能的影響帶寬是描述信號(hào)的一個(gè)重要參數(shù)，帶寬同時(shí)也是描述傳輸系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，信號(hào)的帶寬是指信號(hào)含有的頻帶寬度，傳輸系統(tǒng)的帶寬是指該系統(tǒng)不失真?zhèn)鬏斝盘?hào)的頻率范圍。如傳輸系統(tǒng)的帶寬超過傳輸信號(hào)的頻帶寬度，在傳輸過程中就不會(huì)引起信號(hào)失真。信號(hào)的數(shù)據(jù)率越高，信號(hào)的帶寬也就越寬。如果信號(hào)的傳輸率為X比特/秒（即Xbps）,傳輸系統(tǒng)的帶寬應(yīng)大于2XHz。衰減、增益和失真衰耗：信號(hào)電能經(jīng)過傳輸系統(tǒng)傳輸后，系統(tǒng)輸出的電功率小于輸入端的電功率。增益：信號(hào)電能經(jīng)過傳輸系統(tǒng)傳輸后，系統(tǒng)輸出的電功率大于輸入端的電功率。通常用分貝來表示衰耗和增益。分貝是兩個(gè)功率電平差別的度量，是無量綱的量。D=10lg(p出/p入)dB衰減、增益和失真例:如果10mW功率的信號(hào)加到傳輸線上，而在某距離上測(cè)得的功率是5mW則在這段線路上的衰減為L(zhǎng)oss=10lg(5/10)=10(-0.3)=-3dB分貝有時(shí)也用來度量電壓或電流的差別因?yàn)橛蠵=V2/R或

P=I2R則有D=10lg(P2/P1)=20lg(V2/V1)=20lg(I2/I1)

使用分貝可方便計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)的衰耗或增益整個(gè)傳輸線路上的衰減或增益等于各分段線路上的衰減與增益的代數(shù)和。衰減、增益和失真信號(hào)通過傳輸系統(tǒng)時(shí)，其波形可能發(fā)生畸變，波形的畸變稱為失真。由衰減隨頻率的變化引起的失真叫衰減失真或振幅失真。由不同頻率分量的傳播速度不一致所引起的失真，稱為相位失真或群時(shí)延失真。編碼與碼型信源編碼用編碼的方法提高通信的傳輸效率稱為信源編碼信道編碼為了解決誤碼問題而采用了檢錯(cuò)和糾錯(cuò)碼稱為信道編碼曼徹斯特與差分曼徹斯特編碼TTL電路波形曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼101100曼徹斯特與差分曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼（裂項(xiàng)碼或二項(xiàng)碼）每個(gè)周期有一次電平跳變1：從高跳到低，0：從低跳到高差分曼徹斯特編碼每個(gè)周期有一次電平跳變1：周期開始處電平不跳變0：周期開始處電平有跳變應(yīng)用于IEEE802.3應(yīng)用于令牌環(huán)網(wǎng)和隨機(jī)接入控制方式缺點(diǎn)：編碼效率50%

不適合于高效編碼因而提出了4B/5B碼型4B/5B碼型這種編碼的特點(diǎn)是將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)流每４bit作為一個(gè)組，然后按照4B/5B編碼規(guī)則將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)5bit碼。每個(gè)5bit碼中不少于2個(gè)1，或者不會(huì)多于三個(gè)0。采用NRZI制（Non-ReturntoZero,Invertonones）：遇1反轉(zhuǎn)碼5bit碼共有32種組合，但只采用其中的24種，16種對(duì)應(yīng)4bit碼的16種，8種用作控制碼，以表示幀的開始和結(jié)束、光纖線路的狀態(tài)（靜止、空閑、暫停）等。標(biāo)準(zhǔn)4B/5B編碼用于100MbpsFDDIPMD和快速以太網(wǎng)。4B/5B碼型4B/5B碼型4B/5B編碼方式通信系統(tǒng)模型把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)對(duì)原始信號(hào)完成某種變換，使原始電信號(hào)適合在信道中傳輸信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，提供了信源與信宿之間在電氣上的聯(lián)系把接收到的信號(hào)反變換，轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息通信系統(tǒng)實(shí)例通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、可視電話、無線尋呼等。按調(diào)制方式基帶傳輸和頻帶傳輸。按信道中所傳信號(hào)通常信道中傳送的信號(hào)可分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，因此通信可分為數(shù)字通信和模擬通信。通信系統(tǒng)的分類按傳輸媒質(zhì)通信可分為有線通信和無線通信。按工作頻段根據(jù)通信設(shè)備的工作頻率不同，通信通?？煞譃殚L(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。通信系統(tǒng)的分類按信號(hào)復(fù)用方式頻分復(fù)用方式（FDM）、時(shí)分復(fù)用方式（TDM）和碼分復(fù)用方式（CDM）等；按通信網(wǎng)絡(luò)專線通信和網(wǎng)通信等；通信系統(tǒng)的分類按收信者是否運(yùn)動(dòng)移動(dòng)通信和固定通信；按通信方式單工、單雙工、雙工通信等。模擬通信與數(shù)字通信系統(tǒng)在信道中傳輸模擬信號(hào)的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。它包含兩種重要變換，一是把原始消息變?yōu)殡娦盘?hào)，二是把不適合傳輸?shù)幕鶐盘?hào)通過調(diào)制器轉(zhuǎn)換成頻帶信號(hào)；同時(shí)兩種變換在收端都要經(jīng)過反變換。在信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)信源和信宿：信源的作用是把消息轉(zhuǎn)換成原始的電信號(hào)，完成非電/電的轉(zhuǎn)換；信宿的作用是把復(fù)原的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，就是完成電/非電的轉(zhuǎn)換。信源編碼和信源解碼：信源編碼有兩個(gè)作用，其一，進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；其二，數(shù)據(jù)壓縮，即設(shè)法降低數(shù)字信號(hào)的數(shù)碼率。數(shù)字通信系統(tǒng)信道編碼與信道解碼：數(shù)字信號(hào)在信道中傳輸時(shí)，由于噪聲影響，會(huì)引起差錯(cuò)。調(diào)制和解調(diào)：數(shù)字調(diào)制的任務(wù)是把各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適應(yīng)于信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號(hào)。數(shù)字通信系統(tǒng)信道：信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃劫|(zhì)）。信道分為有線信道、無線信道。最佳接收和同步：依據(jù)最小差錯(cuò)準(zhǔn)則進(jìn)行接收，可以合理設(shè)計(jì)接收機(jī)達(dá)到最佳。數(shù)字通信的特點(diǎn)相對(duì)于模擬通信系統(tǒng)而言，數(shù)字通信系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)?？垢蓴_、抗噪聲能力強(qiáng)，無噪聲積累。便于加密處理，保密性強(qiáng)。差錯(cuò)可控。利用現(xiàn)代技術(shù)，便于對(duì)信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、交換。便于集成化，使通信設(shè)備微型化。數(shù)字通信相對(duì)于模擬通信系統(tǒng)來說，主要有以下兩個(gè)缺點(diǎn)。數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬。對(duì)同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性：指通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題，即快慢問題可靠性：指通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題，即好壞問題適應(yīng)性：指通信系統(tǒng)使用時(shí)的環(huán)境條件。經(jīng)濟(jì)性：指系統(tǒng)的成本問題保密性：指系統(tǒng)對(duì)所傳信號(hào)的加密措施，這點(diǎn)對(duì)軍用系統(tǒng)顯得更加重要標(biāo)準(zhǔn)性：指系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)維修性：指系統(tǒng)是否維修方便工藝性：指通信系統(tǒng)各種工藝要求有效性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量，傳輸速率越高，則系統(tǒng)的有效性越好。通常可從以下三個(gè)不同的角度來定義傳輸速率。碼元傳輸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間（每秒鐘）內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud）。信息傳輸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間（每秒鐘）內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，單位為比?秒。Rb與RB之間的互換：多進(jìn)制中，RBN與RbN之間數(shù)值不同，單位亦不同。它們之間在數(shù)值上有如下關(guān)系式RbN=RBN·log2N有效性指標(biāo)頻帶利用率在比較不同通信系統(tǒng)的效率時(shí)，只看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。因?yàn)閭鬏斔俾试礁?，所占用的信道頻帶越寬。因此，能夠真正體現(xiàn)出信息的傳輸效率的指標(biāo)應(yīng)該是頻帶利用率（η），即單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。η=RB/B（Baud/Hz）可靠性指標(biāo)碼元差錯(cuò)率Pe單位時(shí)間內(nèi)錯(cuò)誤接受的碼元數(shù)單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)目偞a元數(shù)可靠性指標(biāo)信息差錯(cuò)率Pb單位時(shí)間錯(cuò)誤接受的比特?cái)?shù)單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)信道傳輸信道：為信號(hào)傳輸提供了通路，是溝通通信雙方的橋梁。從兩個(gè)角度理解傳輸信道：廣義信道：包含傳輸媒體和完成各種形式的信號(hào)變換功能的設(shè)備。如：調(diào)制信道、編碼信道。狹義信道：僅指?jìng)鬏斆襟w本身，能夠傳輸信號(hào)的任何抽象的或具體的通路，如：明線、電纜、光纖、微波、短波等。信道分類模擬信道和數(shù)字信道：按照允許的信號(hào)的類型分類模擬信道只允許傳輸波形連續(xù)變化的模擬信號(hào)，通信質(zhì)量可用失真和輸出信噪比來衡量數(shù)字信道只允許傳輸離散的數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信道的特性可用差錯(cuò)率及差錯(cuò)序列的統(tǒng)計(jì)特性來描述單工、半雙工、全雙工信道：按照信道上的信號(hào)的傳輸方向分類單工信道是只能沿一個(gè)方向傳送信號(hào)的信道半雙工信道是可沿兩個(gè)方向傳送信號(hào)，但同一時(shí)間只能沿一個(gè)方向傳送信號(hào)的信道全雙工信道是可同時(shí)沿兩個(gè)方向傳送信號(hào)的信道信道分類專用（租用）信道和公共交換信道：按信道的使用方法分類專用信道是指連接兩點(diǎn)或多點(diǎn)的固定線路公共交換信道是一種通過交換機(jī)轉(zhuǎn)接可為大量用戶服務(wù)的信道有線信道和無線信道：按照信道采用的傳輸介質(zhì)分類信道的容量定義：在傳輸差錯(cuò)率任意趨近于零的情況下，單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)男畔⒘考葱诺涝趩挝粫r(shí)間里所能傳輸信息的最大速率。單位：比特/秒有擾模擬信道的信道容量香農(nóng)定律：在信號(hào)平均功率受限的高斯白噪聲信道中，信道容量C=Blog2(1+S/N)b/s

其中：C：信道容量，B：信道帶寬，S/N：平均信號(hào)噪聲功率比。有擾模擬信道的信道容量由以上公式可得出以下結(jié)論：任何一個(gè)信道，都有它的信道容量。如果信息源的信息傳輸速率R小于等于信道容量C，則在理論上存在一種方法，使得信息源輸出能以任意小的差錯(cuò)率通過信道進(jìn)行傳輸；如果R>C，那么無差錯(cuò)傳輸在理論上是不可能的。信道容量C與帶寬B和信噪比S/N有關(guān)。若C固定，則B與S/N可互為替換，寬帶系統(tǒng)呈現(xiàn)出較好的抗干擾能力考慮信道容量C=I/T，則I=TBlog2（1+S/N），其中，I：傳輸?shù)男畔⒘?，T：傳輸時(shí)間。此式表明：當(dāng)S/N一定時(shí)，B和T之間存在某種轉(zhuǎn)換關(guān)系。有擾數(shù)字信道的信道容量典型數(shù)字信道：平穩(wěn)、無記憶、對(duì)稱、離散，可為二進(jìn)制或多進(jìn)制。對(duì)稱：指任何數(shù)碼正確傳輸和錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕逝c其他數(shù)碼一樣；無記憶：接收到的第i個(gè)碼元僅與發(fā)送的第i個(gè)碼元有關(guān)，與前面的其他碼元無關(guān)；平穩(wěn)：對(duì)任何碼元來說，正確或錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕逝c發(fā)生時(shí)間無關(guān)。有擾數(shù)字信道的信道容量以滿足上述條件的二進(jìn)制信道為例：發(fā)送“1”和“0”的概率均為1/2時(shí)，收到一個(gè)符號(hào)，所能得到的最大信息量為：

1+e*log2e+(1-e)*log2(1-e)(比特/符號(hào))后兩項(xiàng)是傳輸差錯(cuò)引起的信息量損失,e表示碼元錯(cuò)誤傳輸?shù)母怕?。信道容量為C=[1+e*log2e+(1-e)*log2(1-e)]*r（b/s）

r-發(fā)送端每秒發(fā)送的符號(hào)數(shù)有線信道特點(diǎn)：傳輸性能穩(wěn)定可靠、噪聲電平低、保密性能較好。傳輸媒體對(duì)稱電纜:由裝載同一保護(hù)套內(nèi)的許多對(duì)互相獨(dú)立的二線線對(duì)構(gòu)成。不加感對(duì)稱電纜帶寬為100~250kHz同軸電纜:是一種對(duì)地不對(duì)稱的同軸管，該同軸管由一個(gè)金屬圓管及一根位于金屬圓管中心的導(dǎo)線所構(gòu)成?；鶐S電纜分為細(xì)纜和粗纜兩種。寬帶同軸電纜適用于高頻傳輸。雙絞線雙絞線同軸電纜10BaseX系列電纜光纖信道光通信分為無線光通信和有線光通信無線光通信：在可視距離范圍內(nèi)發(fā)收兩端之間所進(jìn)行的光通信。有線光通信：發(fā)、收兩端分別設(shè)置半導(dǎo)體光源和光檢測(cè)器，傳輸媒體是光纖或光纜，傳輸途徑中間設(shè)置中繼站。光纖通信優(yōu)點(diǎn)可供利用的頻帶很寬，能容納的通信量大。損耗小，可以大大增加無中繼傳輸距離，有利于長(zhǎng)途干線通信。在很寬的運(yùn)用頻帶內(nèi)，光纖的衰減與頻率基本上無關(guān)。很難被竊聽，保密性好，同一光纜中各相鄰光纖之間幾乎沒有串?dāng)_。光纖上光波沿單一方向傳播，沒有大地回路，不會(huì)受大地電流影響。光纖對(duì)電磁是絕緣體，不受電磁干擾、靜電干擾、人為干擾等影響。光纖通信不存在發(fā)生電火花的危險(xiǎn)。制造光纖的材料是石英，用料省，自然資源豐富。尺寸小，重量輕。光纖有待改進(jìn)、提高之處光纖制造工藝較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高；光纖連接、耦合需要精密的工藝；由于數(shù)字光信號(hào)的單極性，要求對(duì)光纖線路編碼進(jìn)行特別的設(shè)計(jì)；光器件、單模光纖和無源器件的研制，及相應(yīng)理論問題尚有待更深入地進(jìn)行探討；光纖通信的發(fā)展及應(yīng)用。光纖中繼信道的組成電端機(jī)調(diào)制光檢測(cè)

判決再生光檢測(cè)放大電端機(jī)中繼機(jī)光纖光纖光發(fā)射機(jī)光接收機(jī)光源光源光纖中繼信道的組成光纖系統(tǒng)的五個(gè)部分光發(fā)信機(jī)：由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器光收信機(jī)：由光檢測(cè)器和放大電路光纖或光纜中繼機(jī)：補(bǔ)償光信號(hào)的衰減；對(duì)波形失真的脈沖進(jìn)行整形光纖連接器、耦合器等無源器件

光纖的結(jié)構(gòu)四芯光纖的結(jié)構(gòu)光纖的種類按制作材料劃分：石英光纖、多組分玻璃光纖、塑料光纖、氟化物光纖按傳輸模式劃分：?jiǎn)文９饫w、多模光纖按折射率分布劃分：突變型光纖、漸變型光纖、三角形光纖、W型光纖按工作波段不同劃分：短波長(zhǎng)光纖、長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖、超長(zhǎng)波長(zhǎng)光纖光纖的種類實(shí)際應(yīng)用較多的三種光纖：突變光纖中光線的傳播軸芯光線：這種光線沿著光纖的軸心線一直向前傳播子午光線：這種光線僅在一個(gè)包含光纖軸心線的平面內(nèi)不斷反射向前傳播斜射光線：這種光線在向前反射傳播過程中，不與軸心線相交，而是饒著它反射前進(jìn)。突變光纖中光線的傳播多模光纖射到光纖表面的光線的入射角大于某一臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射，并且可以存在許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸，這種光纖就稱為多模光纖（MultimodeFiber）。（a）折射角大于入射角（b）光波在纖芯中傳播（c）62.5/125μm漸變?cè)鰪?qiáng)型多模光纖光纖的傳輸特性光纖的損耗特性:表示光能在光纖中傳輸所受到的衰減程度。定義：a()=（10/L）lg(P1/P2)(dB/km)L為光纖的長(zhǎng)度，P1為光纖輸入端的功率，P2為光纖輸出端的功率光纖損耗的因素吸收損耗：光波通過光纖材料時(shí)，有一部分光能變成熱能，造成光功率損失，和光纖材料有關(guān)。散射損耗：指光通過密度或折射率不均勻的物體時(shí)，除了光的傳播方向以外，在其它方向也可以看到光這種現(xiàn)象稱為光的散射。輻射損耗：光纖應(yīng)用時(shí)彎曲，使光纖內(nèi)導(dǎo)波模式變?yōu)檩椛淠Ｊ剿录t外線和激光紅外線通信和激光通信就是把要傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換成紅外光信號(hào)和激光信號(hào)直接在自由空間沿直線進(jìn)行傳播，它比微波通信具有更強(qiáng)的方向性，難以竊聽、插入數(shù)據(jù)和進(jìn)行干擾，但紅外線和激光對(duì)雨霧等環(huán)境干擾特別敏感。

地面微波通信微波通信：利用微波波段的電磁波在對(duì)流層的視距離范圍內(nèi)進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式。采用多路復(fù)用的工作方式；工作于射頻的微波頻段；中繼通信。地面微波通信的優(yōu)缺點(diǎn)與其它波長(zhǎng)的無線電通信比較，有如下優(yōu)點(diǎn)：工作頻帶寬、通信容量大受外界干擾小通信效果較好具有較大的靈活性投資省、見效快微波通訊中存在的主要問題：中繼站定點(diǎn)復(fù)雜（在山上，難施工、難維護(hù)）保密性差地面微波中繼信道的組成終端站結(jié)構(gòu)框圖模擬微波、數(shù)字微波微波信道分兩種：模擬微波、數(shù)字微波模擬微波傳輸模擬信號(hào)主要采用頻分復(fù)用；模擬微波(FDM-FM)數(shù)字微波傳輸數(shù)字信號(hào)主要采用時(shí)分復(fù)用；數(shù)字微波(TDM-PCM-DPSK)一路PCM信號(hào)的速率為64kb/s一次基群（30路PCM信號(hào)）的速率2.048Mb/s二次基群的速率為8.448Mb/s三次基群的速率為34.368Mb/s衛(wèi)星信道衛(wèi)星通信定義:是利用人造衛(wèi)星作為中繼站的一種通信方式衛(wèi)星通信屬于宇宙通信衛(wèi)星信道是微波通信的一種特殊形式衛(wèi)星信道的特點(diǎn)覆蓋地區(qū)大、通信距離遠(yuǎn)具有多址連接能力頻帶寬、容量大通信機(jī)動(dòng)靈活通信穩(wěn)定可靠建站費(fèi)用與距離無關(guān)衛(wèi)星中繼信道的組成衛(wèi)星中繼信道的組成通信衛(wèi)星（靜止衛(wèi)星）主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)中繼轉(zhuǎn)接，即接受地球站發(fā)來的無線電信號(hào)，經(jīng)變頻放大處理后，再轉(zhuǎn)發(fā)出去。地球站是衛(wèi)星中繼通信雙方的收、發(fā)信臺(tái)站。衛(wèi)星通信的電波傳播衛(wèi)星通信的工作頻段C頻段上行下行商用頻段Ku頻段上行下行Ka頻段上行下行衛(wèi)星通信的電波傳播特點(diǎn)傳輸時(shí)間長(zhǎng)傳輸損耗大大氣層的影響面式覆蓋傳播VSAT衛(wèi)星通信VSAT（VerySmallApertureTerminal，甚小口徑地球終端）是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來并于90年代得到廣泛應(yīng)用的新一代數(shù)字衛(wèi)星通信系