第1章-通信原理課件

第1章通信原理課件參考書目1通信原理（第六版）精簡本樊昌信等國防工業(yè)出版社2現(xiàn)代通信原理與技術(shù)張輝等西電出版社3數(shù)字通信原理與技術(shù)（第二版）王興亮等西電出版社

其它答疑地點：3#338有答案書，可以參考，但要弄懂通信原理課程特點1.只注重系統(tǒng)外特性;2.理論性強,抽象,高度概括;3.用到的基礎(chǔ)知識多;1.通信系統(tǒng)的組成,分類及方式2.數(shù)字通信系統(tǒng)各部分作用和優(yōu)缺點3.信息及信息量的度量4.通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標第1章緒論主要內(nèi)容7/24/20231.掌握通信系統(tǒng)模型2.掌握數(shù)字通信的主要優(yōu)缺點3.掌握信息量的度量4.理解并掌握通信系統(tǒng)的主要性能指標本章重點7/24/2023第1章緒論1.1通信的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或圖像等。信號：與消息一一對應(yīng)的電量。它是消息的物質(zhì)載體，即消息是載荷在電信號的某一參量上的。實現(xiàn)通信的方式和手段：非電的：如旌旗、烽火臺…電的：如電報、電話、廣播、電視、因特網(wǎng)和計算機通信等。

第1章緒論通信從本質(zhì)上講就是信息傳遞技術(shù)，即要將大量有用的信息無失真、高效率地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。

后面講述中，“通信”這一術(shù)語是指“電通信”，包括光通信，因為光也是一種電磁波。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過電信號來實現(xiàn)的第1章緒論1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型

通信系統(tǒng)：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。

通信系統(tǒng)的一般模型如圖所示。信息源（簡稱信源）：把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，如麥克風。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。第1章緒論發(fā)送設(shè)備：產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘枴Ｐ诺溃簩碜园l(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道兩大類。噪聲源：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。接收設(shè)備：從受到減損的接收信號中正確恢復出原始電信號。受信者（信宿）：把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚聲器等。第1章緒論1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)無限，例如麥克風輸出電壓：

(a)話音信號(b)抽樣信號圖1-2模擬信號第1章緒論數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個，例如電報信號、計算機輸入輸出信號：通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。(a)二進制信號(b)2PSK信號圖1-3數(shù)字信號第1章緒論模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)：模擬通信系統(tǒng)需要兩種變換： 模擬消息原始電信號（基帶信號） 基帶信號已調(diào)信號（帶通信號）圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型大部分原始電信號的頻譜具有低通形式，直流/低頻分量豐富－－基帶信號。如：話音信號：300～3.4kHz;電視基帶信號：0～8MHz。

基帶信號不適合在帶通信道中傳輸，要傳輸必須要調(diào)制調(diào)制的作用●提高頻率，便于輻射；●頻率分配；●實現(xiàn)頻分復用；●改善系統(tǒng)性能。第1章緒論

已調(diào)信號有三個基本特性：

（1）攜帶有用消息；（2）適合在信道中傳輸（如輻射：天線尺寸>1/10波長）；（3）頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠離零頻－－頻帶信號。如：衛(wèi)星電視信號（中心頻率4GHz附近、帶寬36MHz）第1章緒論1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)

（1）定義：信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)，稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。（2）數(shù)字通信的主要特點優(yōu)點●抗干擾能力強：抗噪聲性能好、消除噪聲積累；

●差錯可控：檢錯、糾錯；

●易加密（進行人為的擾亂）；

●易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合（數(shù)字終端、計算機等）

缺點

(1)需要較大的傳輸帶寬(2)對同步要求高第1章緒論（3）數(shù)字通信系統(tǒng)的分類●數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)●數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)●模擬信號的數(shù)字化傳輸?shù)?章緒論注：基帶信號形成器：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。

關(guān)鍵：不含調(diào)制/解調(diào)器。

圖1-5數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型1.數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)

2.數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)－－數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)模型圖1-6數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)的模型注：

●加密/解密、編碼/譯碼不為必須，但一旦存在，必須成對；

●關(guān)鍵－－必需含調(diào)制/解調(diào)器。

3.模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)圖1-7模擬信號數(shù)字化傳輸系統(tǒng)模型關(guān)鍵：模擬信號的數(shù)字化及其逆過程。發(fā)端將模擬信號變成數(shù)字信號，即進行A/D轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換器組成：抽樣、量化、編碼。接收端需進行相反的轉(zhuǎn)換，即D/A轉(zhuǎn)換。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：有線通信和無線通信；●有線通信是指傳輸媒質(zhì)為架空明線、電纜、光纜等形式的通信，其特點是媒質(zhì)能看得見，摸得著。●無線通信是指傳輸消息的媒質(zhì)為看不見、摸不著的媒質(zhì)（如電磁波）的一種通信形式。2.按所傳信號特征分：模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)；3.按工作頻段分：長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。

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：話務(wù)通信和非話務(wù)通信；話務(wù)通信在電信領(lǐng)域中一直占主導地位，它屬于人與人之間的通信。非話務(wù)通信主要包括數(shù)據(jù)傳輸、計算機通信、傳真、會議電視、圖像通信等。6.按收信者是否運動分：移動通信和固定通信。

7.按多地址方式分為：頻分多址通信（FDMA)、時分多址通信(TDMA)、碼分多址(CDMA)。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復用；隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時分復用通信系統(tǒng)的應(yīng)用愈來愈廣泛；碼分復用主要用于空間通信的擴頻通信中。第1章緒論1.3.2通信方式

1.按消息傳送的方向與時間分

單工、半雙工和全雙工通信單工通信：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞桨腚p工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時收 發(fā)的工作方式全雙工通信：通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式第1章緒論2.按數(shù)字信號排序分并行傳輸和串行傳輸并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸

優(yōu)點：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施 缺點：需要n條通信線路，成本高

第1章緒論串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸

優(yōu)點：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費用 缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施其他分類方式：同步通信和異步通信專線通信和網(wǎng)通信第1章緒論第1章緒論1.4信息及其度量信息：是消息中包含的有效內(nèi)容如何度量離散消息中所含的信息量?度量信息量的原則能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān) 【例】“某客機墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息。 上例表明：消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。

第1章緒論度量信息量的方法事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述： 消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。設(shè)：P(x)－消息發(fā)生的概率， I－消息中所含的信息量，則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)]P(x)，I；P(x)

，I；

P(x)=1時，I＝0；P(x)=0時，I＝；

滿足上述3條件的關(guān)系式如下： －信息量的定義第1章緒論上式中對數(shù)的底： 若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡記為b

若a=e，信息量的單位稱為奈特(nat)， 若a=10，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley)。通常廣泛使用的單位為比特，這時有 (bit)【例】設(shè)一個二進制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個輸出的信息含量為在工程應(yīng)用中，習慣把一個二進制碼元稱作1比特第1章緒論若有M個等概率波形（P=1/M），且每一個波形的出現(xiàn)是獨立的，則傳送M進制波形之一的信息量為若M是2的整冪次，即M=2k，則有 當M=4時，即4進制波形，I=2比特， 當M=8時，即8進制波形，I=3比特。例已知:,求每個符號的信息量。0,11/2,1/2例

已知:,求每個符號的信息量。0,1,2,31/4,1/4,1/4,1/4一般地，等概的M進制，每個符號的信息量為：第1章緒論對于非等概率情況 設(shè)：一個離散信源是由M個符號組成的集合，其中每個符號xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨立出現(xiàn)，即 且有 則x1,x2,

x3,…,

xM所包含的信息量分別為 于是，每個符號所含平均信息量為 由于H(x)同熱力學中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵

第1章緒論【例1】一離散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四個符號組成，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。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的總信息量及平均信息量。【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個符號，故該消息的信息量

每個符號的算術(shù)平均信息量為

第1章緒論若用熵的概念來計算：則該消息的信息量

以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號數(shù)的增加而減小。 當消息序列較長時，用熵的概念計算更為方便。1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標1.5.1一般通信系統(tǒng)的性能指標一般通信系統(tǒng)的性能指標歸納起來有以下幾個方面:（1）有效性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題，即快慢問題。（2）可靠性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題，即好壞問題。（3）適應(yīng)性：通信系統(tǒng)對環(huán)境條件的適應(yīng)性。（4）經(jīng)濟性：系統(tǒng)的成本問題。（5）保密性：系統(tǒng)對所傳信號的加密措施。對軍用系統(tǒng)尤為重要。（6）標準性：系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國家、國際標準。（7）維修性：系統(tǒng)是否維修方便。（8）工藝性：通信系統(tǒng)各種工藝要求。通信的任務(wù)是快速、準確地傳遞信息，從研究消息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，有效性和可靠性是評價通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標。對于模擬通信來說，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用有效傳輸帶寬和接收端輸出信噪比來衡量。對于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的有效性和可靠性分別用傳輸速率和頻帶利用率以及誤碼率和誤信率來衡量。有效性：指傳輸一定信息量時所占用的信道資源（頻帶寬度和時間間隔），或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}?？煽啃裕褐附邮招畔⒌臏蚀_程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。第1章緒論1.5.2有效性指標的具體表述

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，系統(tǒng)的有效性越好。有效性通常有兩種表示方法。1.碼元傳輸速率RB

（數(shù)碼率、傳碼率、碼率、信號速率或波形速率）

定義：單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目；單位：波特（Baud），用符號“B”表示；數(shù)字信號一般有二進制與多進制之分，但碼元速率與信號的進制數(shù)無關(guān)，只與碼元寬度有關(guān)：其中：Tb為碼元寬度。M進制的一個碼元在等概出現(xiàn)時可以用log2M個二進制碼元表示第1章緒論已知四進制離散等概信源(0,1,2,3),如果每個符號寬度為1ms，求相應(yīng)的碼元傳輸速率．第1章緒論2.信息傳輸速率Rb（傳信率、比特率）定義：單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?；單位：比?秒(bit/s)，簡記為b/s或bps；因為信息量與信號進制數(shù)N有關(guān)，因此，Rb也與進制數(shù)有關(guān)。3.Rb與RB之間的關(guān)系它們之間在數(shù)值上有如下關(guān)系：

第1章緒論

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