交通通信網(wǎng)總結(jié)

交通通信網(wǎng)總結(jié)課程主要內(nèi)容1.信號與系統(tǒng)2.通信原理3.通信網(wǎng)基礎(chǔ)4.各種通信網(wǎng)1.信號與系統(tǒng)交通運輸信息化停留在信息處理方式的轉(zhuǎn)變各種運輸方式內(nèi)部信息化建設(shè)相對獨立各種運輸方式之間的信息化缺乏統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)交通信息網(wǎng)現(xiàn)狀1.信號與系統(tǒng)信號是消息的表現(xiàn)形式，消息是信號的具體內(nèi)容。消息可以有信息，也可以無信息。系統(tǒng)是由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。系統(tǒng)的輸入稱為激勵，輸出稱為響應(yīng)。1.信號與系統(tǒng)信號的分類：確定信號、隨機信號周期、非周期信號連續(xù)信號（模擬信號、脈沖信號）、離散信號（抽樣信號、數(shù)字信號）（重點）能量信號（能量有限，功率為零）、功率信號（功率有限、能量無窮）（重點）1.信號與系統(tǒng)系統(tǒng)的分類：線性系統(tǒng)（齊次性、疊加性）、非線性系統(tǒng)時變系統(tǒng)、非時變系統(tǒng)（線性時不變系統(tǒng)）因果系統(tǒng)、非因果系統(tǒng)連續(xù)時間系統(tǒng)、離散時間系統(tǒng)、混合系統(tǒng)1.信號與系統(tǒng)典型信號：指數(shù)信號、正弦信號、復(fù)指數(shù)信號、抽樣信號、高斯函數(shù)奇異信號：單位階躍信號、單位沖激信號、單位斜變信號、門函數(shù)、正負(fù)號函數(shù)2.通信原理通信：異地之間人與人、人與機器、機器與機器進(jìn)行信息傳遞和交換。通信系統(tǒng)的一般模型：8模擬通信系統(tǒng)模型

9數(shù)字通信系統(tǒng)模型

10信息量：（重點）信息量是信息的度量。信息量與消息的種類、特定內(nèi)容及重要程度無關(guān)，它僅與消息中包含的不確定度有關(guān)。也就是說消息中所含信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。在信息論中，消息所含的信息量I與消息x出現(xiàn)的概率P(x)的關(guān)系式為11

例：已知英文字母e和x出現(xiàn)的概率分別為0.105和0.002，求英文字母e和x的信息量。

解：e的信息量

x的信息量:12

如果是非等概情況，設(shè)離散信源是一個由n個符號組成的符號集，其中每個符號xi(i=1,2,3,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有，則x1,x2,…,xn

所包含的信息量分別為-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)。于是，每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量（熵）為：13例：某信息源的符號集由A，B，C，D和E組成，設(shè)每一符號獨立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。試求該信息源符號的平均信息量。解：該信息源符號的平均信息量為14通信系統(tǒng)的評價指標(biāo)：有效性和可靠性有效性：是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}可靠性：是指消息傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題模擬系統(tǒng)的評價指標(biāo)：（重點）有效性：有效傳輸帶寬可靠性：輸出信噪比15數(shù)字系統(tǒng)的評價指標(biāo)：（重點）有效性1：傳輸速率：傳碼率RBN和傳信率Rb（注意其區(qū)別）式中，為信源中每個符號所含的平均信息量（熵）有效性2：頻帶利用率：碼元頻帶利用率和信息頻帶利用率可靠性：差錯率：誤碼率和誤比特率（誤信率）16例：設(shè)一信息源的輸出由128個不同符號組成。其中16個出現(xiàn)的概率為1/32，其余112個出現(xiàn)概率為1/224。信息源每秒發(fā)出1000個符號，且每個符號彼此獨立。試計算該信息源的平均信息速率。

解：每個符號的平均信息量為

已知碼元速率RB=1000B，，故該信息源的平均信息速率為17解：

依題意

則

系統(tǒng)的誤碼率

例：已知某八進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為3000bit/s，在收端10分鐘內(nèi)共測得出現(xiàn)18個錯誤碼元，試求該系統(tǒng)的誤碼率。18信道及其容量：狹義信道是傳輸介質(zhì)。廣義信道包含發(fā)送端和接收端之間的所有環(huán)節(jié)。廣義信道分調(diào)制信道和編碼信道。調(diào)制解調(diào)之間的是調(diào)制信道，編碼解碼之間的是編碼信道。19信道容量、香農(nóng)公式：（重點）式中，C為信道容量，是指信道可能傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾剩切诺滥軌蜻_(dá)到的最大傳輸能力；B為信道帶寬；S為信號的平均功率；N為高斯白噪聲的平均功率；S/N為信噪比。20由香農(nóng)公式可知：（1）當(dāng)給定B、S/N時，信道的極限傳輸能力C（信道容量）即確定。如果信道實際的傳輸信息速率R小于或等于C時，此時能做到無差錯傳輸（差錯率可任意?。Ｈ绻鸕大于C，那么無差錯傳輸在理論上是不可能的。21（2）提高信噪比S/N（通過減少n0或增大S），可提高信道容量C。特別是，若，則，這意味著無干擾信道容量為無窮大；（3）當(dāng)信道容量C一定時，帶寬B和信噪比S/N之間可以互換。換句話說，要使信道保持一定的容量，可以通過調(diào)整帶寬B和信噪比S/N之間的關(guān)系來達(dá)到。（4）增加信道帶寬B并不能無限制地增大信道容量。當(dāng)信道噪聲為高斯白噪聲時，隨著帶寬B的增大，噪聲功率N也增大，信道容量的極限值為22通信原理之模擬調(diào)制基本概念調(diào)制－把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義調(diào)制－分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。狹義調(diào)制－僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制信號－指來自信源的基帶信號載波調(diào)制－用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程。載波－未受調(diào)制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調(diào)信號－載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號。解調(diào)（檢波）－調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。23

單極性碼fP(f)單極性非歸零碼fP(f)單極性歸零碼單極性歸零碼（RZ）t單極性非歸零碼（NRZ）Tst110101t110101通信原理之?dāng)?shù)字基帶傳輸24雙極性非歸零碼110101tTs

10100110雙極性歸零碼25差分碼傳號差分碼空號差分碼NRZ11101001000110傳號差分：空號差分：26通信原理之模擬信號數(shù)字傳輸三大步驟：抽樣、量化、編碼（重點）抽樣：對信號在時間上離散化量化：把抽樣值在幅度上離散化編碼：用M進(jìn)制代碼表示量化后的抽樣值。27抽樣定理設(shè)一個帶寬有限模擬信號s(t)的最高頻率為fH

，若抽樣頻率fs≥2fH

，則可以由其抽樣信號序列sk

(t)無失真地恢復(fù)原始信號s(t)

fs=2fH稱為奈奎斯特頻率28量化分均勻量化和非均勻量化均勻量化：所有量化間隔相等，量化器輸出電平取量化間隔的中點非均勻量化：對幅度比較小的信號，采用較小的量化間隔；對幅度較大的信號，則采用較大的量化間隔。典型的非均勻量化：13折線量化法29Oxy1111303編碼把量化后的信號電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過程叫做編碼，其逆過程則為譯碼。PCM編碼常用的二進(jìn)制碼組有自然二進(jìn)制碼組、折疊二進(jìn)制碼組和格雷二進(jìn)制碼組。3132C1：極性碼C2C3C4：段落碼C5-C8：段內(nèi)碼c1c2c3c4c5c6c7c833例：設(shè)A

律13折線編碼器的輸入范圍為(?5V,+5V)，輸入抽樣脈沖幅度為1.5V。求編碼器的輸出碼組。解：極性碼c1=1

段落碼(1.5V/5V)×2048=614

c2c3c4=110段內(nèi)碼614?512=102 (1024-512)/16=32 102/32=3

c5c6c7c8=0011輸出碼組11100011343.通信網(wǎng)基礎(chǔ)通信網(wǎng)是一種使用交換設(shè)備，傳輸設(shè)備，將地理上分散用戶終端設(shè)備互連起來實現(xiàn)通信和信息交換的系統(tǒng)。通信網(wǎng)由一定數(shù)量的節(jié)點（包括終端節(jié)點、交換節(jié)點）和連接這些節(jié)點的傳輸系統(tǒng)有機地組織在一起，按約定的信令或協(xié)議完成任意用戶間信息交換的通信體系。通信網(wǎng)由用戶終端設(shè)備，交換設(shè)備和傳輸設(shè)備組成。交換設(shè)備間的傳輸設(shè)備稱為中繼線路（簡稱中繼線），用戶終端設(shè)備至交換設(shè)備的傳輸設(shè)備稱為用戶路線（簡稱用戶線）。交換設(shè)備：是通信網(wǎng)的核心要素。負(fù)責(zé)集中、轉(zhuǎn)發(fā)終端節(jié)點產(chǎn)生的用戶信息，實現(xiàn)一個呼叫終端和它所要求的另一個或多個用戶終端之間的路由選擇連接。按業(yè)務(wù)內(nèi)容分類：電話網(wǎng)（語音業(yè)務(wù)）、電報網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)（數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）、圖像網(wǎng)（圖像業(yè)務(wù)）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（視頻和多媒體業(yè)務(wù)）按地區(qū)規(guī)模分為：農(nóng)村網(wǎng)、城市網(wǎng)、長途網(wǎng)、國際網(wǎng)按信號形式分模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)按服務(wù)對象分為農(nóng)用網(wǎng)、軍用網(wǎng)、專用網(wǎng)光纖通信、衛(wèi)星通信和移動通信是通信網(wǎng)的三種主要傳輸方式。信道是傳輸?shù)拿浇?，分為有線傳輸和無線傳輸。無線傳輸中，第三代移動通信正在使用1.8～2.5GHz的微波頻段。信道復(fù)用技術(shù)：多個信號彼此正交，即可共享傳輸信道，實現(xiàn)多路復(fù)用。信號可表現(xiàn)為時間、頻率和碼型函數(shù)，相應(yīng)地有時分復(fù)用TDM、頻分復(fù)用FDM和碼分復(fù)用技術(shù)CDM。按交換的信號類型，可分為電子交換和光交換。電子交換包括電路交換、報文交換、分組交換、幀中繼和ATM交換。按交換的帶寬，可分為窄帶和寬帶交換。按復(fù)用方式不同，可分同步傳送模式和異步傳送模式。電路交換是最早出現(xiàn)的交換方式，主要應(yīng)用于電話網(wǎng)中。在兩個用戶之間建立一條臨時的專用電路，作為用戶間的通信線路。電路建立：準(zhǔn)備通信的兩個用戶之間建立專用的物理通信路徑。消息傳遞：信息傳輸電路釋放：通話結(jié)束，該通路被釋放。40分組交換電路交換時延小但線路利用率低；報文交換線路利用率高但時延大。分組交換綜合了電路交換和報文交換的優(yōu)點。其原理：將較長的報文分成若干較短的按一定格式組成的等長度數(shù)據(jù)段，再加上包含目的地址、分組編號、控制比特等分組頭，形成統(tǒng)一格式的交換單元。這些分組獨立在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，在終端按分組編號重新組合。41分組交換的過程分包：數(shù)據(jù)分組為格式統(tǒng)一的小數(shù)據(jù)組。分組的存儲-轉(zhuǎn)發(fā)：中間節(jié)點交換機接收到分組后先進(jìn)行存儲，根據(jù)其攜帶的地址信息在緩沖區(qū)排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)到下一站。重發(fā)：