重慶郵電大學(xué)-現(xiàn)代通信技術(shù)ppt課件-緒論

單擊此處編輯母版標題樣式*1現(xiàn)代通信技術(shù)第一章

緒

論單擊此處編輯母版副標題樣式2006年9月前

言一、開設(shè)本門課的目的；二、課程特點三、學(xué)習(xí)要求四、輔導(dǎo)時間星期一晚上第一章

緒

論1.1

通信的基本概念通信：即信息的傳遞與交換。通信是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)，是推動人類文明與進步的巨大動力。下面我們將討論信息及相關(guān)的概念：在我們的教材上，這樣論述的：信息是一切客觀事物之間影響的總合，或者說是不確定性的消息總量。對信息的一般解釋是：人認識或感覺到的一切有價值的相互之間的影響。一、消息、信息和信息量人類是通過嘴巴、耳朵、眼睛等與對方進行

信息交換的。當(dāng)想要了解某些東西的時候，往

往都是通過書本、電視和現(xiàn)在的電腦上的文字、圖像、聲音和各種數(shù)據(jù)來獲取信息的。因此，

我們作如下定義。1、消息：一般將語言、圖象、聲音和各種數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為消息。上面的論述我認為不準確，也不好理解。下面我們重新進行論述。那么語言、圖象、聲音和各種數(shù)據(jù)等各種消息是用來干什么的？它們都是用來承載和傳遞信息的，同樣的信息可以用不同形式的消息來承載和傳遞。2、信息：將消息給予受信者的新知識稱為信息，即“信息是指對消息接收者來說預(yù)先不知道的報道”（辭海）所以消息和信息不完全是一會事。信息是本質(zhì)，消息是信息載體和表現(xiàn)形式，形式是各種各樣的，但本質(zhì)不變。3、信息量：消息攜帶信息的多少。科學(xué)家哈特萊提出了采用消息出現(xiàn)的概率倒數(shù)的對數(shù)作為信息的度量單位。即：一個二進制攜帶1bit 一個四進制攜帶2bit多進制信息傳輸效率高，但抗干擾差。二、信息的主要特征1、信息的普遍性：即信息普遍存在于客觀世界。2、信息的無限性：即信息的資源是無限的，不僅可以再生，而且可以無損耗地轉(zhuǎn)讓、繼承。3、信息的商品性：即信息的價值在交換過程中實現(xiàn)，但并不失去其使用價值。交換的次數(shù)越多，使用價值越大。4、信息的傳遞性:即信息可以通過媒體廣泛傳播與反饋。5、信息的共享性：即信息可以同時被許多使用者共用，而本身所含信息量并不減少。6、信息的時效性：即信息從發(fā)出、接收、加工處理到利用的時間間隔及其效率。信息的及時性與有效性成正比。7、信息的可轉(zhuǎn)換性：即信息可轉(zhuǎn)化為多種表現(xiàn)形式，如語言、文字、圖像、符號等等。三、信息技術(shù)信息技術(shù)是能夠擴展人的信息功能的技術(shù)。主要包括：⑴擴展人的感覺（包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺，主要是視覺和聽覺）器官采集信息功能

的感測技術(shù)；⑵擴展人的神經(jīng)系統(tǒng)傳遞和交換信息功能的通信技術(shù)；⑶擴展人的思維器官存儲、分析、加工、處理信息功能的計算機技術(shù)；⑷擴展人的施效器官施用信息功能的控制技術(shù)。四種信息技術(shù)的關(guān)系：即感知世界、信息的傳遞與交換、分析世界和改造世界。如此循環(huán)。上面的關(guān)系可以用下圖表示圖：信息技術(shù)外部世界通信技術(shù)神經(jīng)系統(tǒng)信息傳遞、分配計算機技術(shù)思維器官信息存儲、分析、加工、處理通信技術(shù)神經(jīng)系統(tǒng)感測技術(shù)感覺器官信息采集控制技術(shù)施效器官信息施效四、電

信1、通信發(fā)展的三個階段縱觀通信的歷程可以把通信的發(fā)展分為以下三個階段：第一階段是語言和文字通信階段。在這一階段，通信方式簡單，內(nèi)容單一。上述四種技術(shù)就是信息技術(shù)中最基本的核心技術(shù)。除此之外還包括微電子技術(shù)、存儲技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、顯示技術(shù)、聲像技術(shù)等。第二階段是電通信階段。1837年，莫爾斯發(fā)明了電報機，并設(shè)計

出莫爾斯電報碼。1876年，貝爾發(fā)明電話機。這樣利用電磁波不僅可以傳輸文字，還可以傳輸語音，由此大大加快了通信的發(fā)展進程。1895年，馬可尼發(fā)明了無線電設(shè)備，從而開創(chuàng)了無線電通信發(fā)展的道路。第三階段是電子信息通信階段。2、電信通信包括郵政與電信。本課程討論的通信技術(shù)主要是電信技術(shù)。所謂電信是指利用有線、無線的電磁系統(tǒng)或者光通信系統(tǒng)，傳遞、發(fā)射或者接收語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像以及其他任何形式的信息活動（摘自《中華人民共和國電信管理條例》）。簡而言之，利用電或光來傳遞信息的通信方式利用電或光來傳遞信息，主要是電或光的傳播速度是最快的，可以克服空間的限制，快速地完成不同地點之間的信息傳遞與交換。而且通信容量大，尤其是光通信。在對通信技術(shù)學(xué)習(xí)之前，首先介紹相關(guān)的基本概念。1.1.1

通信系統(tǒng)通信和基本目的是由信源向信宿傳送信息。eg：廣播通信中播音員的聲音，通過電臺發(fā)送載有聲音的電磁波信號，經(jīng)過大氣空間這個傳輸媒介（即信道）的傳輸，到達非常大范圍的區(qū)域，在這個區(qū)域大任何一臺收音機都可以把信號接收下來，并把信號還原成聲音傳送給聽眾。因此，任何通信系統(tǒng)都可以抽象概括如下圖所示的一般通信系統(tǒng)模型：通信系統(tǒng)模型示意圖所以通信系統(tǒng)由信源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿組成。注意：圖中的噪聲不是人為設(shè)備信源噪聲g(t)g/(t)信宿s(t)

r(t)發(fā)送設(shè)備 信

道 接收設(shè)備n(t)信源又稱信息源或發(fā)終端，是信息的產(chǎn)生地，是各種消息轉(zhuǎn)換成電信號g(t)的轉(zhuǎn)換器。根據(jù)消息的不同，信源可以分成音頻信源、視頻信源和數(shù)據(jù)信源等。而根據(jù)轉(zhuǎn)換后輸出的信號的類型，又可將信源分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設(shè)備是用于將信號發(fā)送出去的設(shè)備和電路的總合的概念，包含很多具體的電路和設(shè)備。發(fā)

送設(shè)備的典型組成包括在模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)制、放大、濾波和發(fā)送功能模塊，以及在數(shù)字通信系統(tǒng)中特有的編碼、加密等功能模塊。其主要作用是將信源產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)換成適合信道的信號s(t)轉(zhuǎn)換后的信號應(yīng)載有信源的信息。信道是信號的傳輸通道，其對信號的傳輸性能直接影響系統(tǒng)的通信質(zhì)量。從形態(tài)上劃分，信道主要分成有線信道和無線信道兩種。接收設(shè)備也是若干設(shè)備和電路的總稱，其作用與發(fā)送設(shè)備的作用正好相反。接收設(shè)備主要完成從接收到的信號r(t)中正確恢復(fù)原始信號g/(t)的作，如解調(diào)、譯碼等。信宿又稱受信者或收終端，是信息傳輸?shù)慕K點。其作用是將電信號轉(zhuǎn)換成原來的消息。圖中的噪聲不是人為設(shè)備。在通信的過程中，通信設(shè)備要受到來自系統(tǒng)內(nèi)外各方面的噪聲干擾，通信的各個環(huán)節(jié)以及每一臺設(shè)備都可能產(chǎn)生噪聲。為了更方便地分析問題，并考慮到信道上的干擾最為嚴重，故不妨把噪聲干擾集中在信道上并抽象為n(t)。由于信道傳輸特性的不理想和信道的噪聲和干擾，所以接收設(shè)備恢復(fù)的信號g/(t)，是原信號g(t的近似值或估計值，所以，通信就是在某種信道上，在噪聲干擾的情況下，如何對信號進行最有效變換和處理，使收端恢復(fù)的信號的失真最小。一、通信系統(tǒng)的分類⑴根據(jù)通信內(nèi)容可分為：①語音通信語音通信是以人的聽覺為服務(wù)對象的通信方式。其中電話最具代表性。電話為什么會如此發(fā)達、能構(gòu)筑起如此規(guī)模巨大的電話網(wǎng)呢？那是因為利用語言的聲音和聽覺的信息交換具有實時、高效的突出特點，即最方便、最快的信息交換方式。而電話正是實現(xiàn)這種信息交換的一種通信方式。滿足了通信的基本要求，所要求的條件也比較明確，所以自電話發(fā)明以來使用電話與遠方的朋友交談的通信方式一直沿續(xù)至今，幾乎沒有什么變化，而規(guī)模則不斷地擴大。②圖像通信人通過視覺所獲得的信息是最多的。在視覺信息中，以文字為主，其次是圖形。文字通信包括沿襲至今的電報和用戶直通電報。而傳真作為一種包含有圖形的紙面信息如今已非常普及。處理自然場景的圖像通信是人們用于直接交換信息的通信系統(tǒng)。由于圖像信號包含有一些多余信息，所以信息量很大。除傳統(tǒng)電視，目前已開發(fā)的有電視電話、電視會議、場景監(jiān)視等多種系統(tǒng)。但既不損傷圖像通信的質(zhì)量，又能降低通信成本的研究工作仍在繼續(xù)進行。③數(shù)據(jù)通信（計算機通信）數(shù)據(jù)通信所傳送的是經(jīng)計算機處理后的符號。與聲音和圖像通信相比，聲音和圖像在傳送時如果出現(xiàn)了一點點差錯，對聲音和圖像的影響較小但對數(shù)據(jù)通信則不行，要求正確傳送不能出一點差錯。因此，對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來說，差錯檢出和糾錯時必須具備的重要功能。④多媒體通信⑵根據(jù)傳輸信號的性質(zhì)可分為：

模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)⑶根據(jù)信道的不同可分為：P2主要劃分為有線通信和無線通信雙絞線有線電通信有線通信

同軸電纜光纖通信短波通信微波通信衛(wèi)星通信無線通信紅外線通信同步衛(wèi)星中、低軌道衛(wèi)星三、對信息通信的技術(shù)要求對信息通信系統(tǒng)提出了下述四項要求：必須保證通信所需的質(zhì)量；可靠性；使用方便。降低成本和運行的費用作為一種服務(wù)設(shè)施，盡可能地降低成本，降低設(shè)備和運行所需的費用也是一個重要的方面。下面我們更具體地討論：

1、信息通信系統(tǒng)所需的帶寬對信息通信系統(tǒng)來說，所需要的傳送帶寬是由所處理的信息量和所處理這些信息所需要的時間來決定的。人耳可以感覺到的頻率范圍大約為30～20000Hz。在聲音當(dāng)中頻率越高，能量就越小，所以在電話中只傳送能聽清對方說話聲的0.3

～

3.4kHz的部分。但要得到高質(zhì)量的聲音信號，則必須有更高的頻率。如要聽高質(zhì)量的音樂，則頻率必須提高到15kHz以上。傳真借助掃描來分解圖像的，將每一個細分后的像素（也稱為點）處理成黑或者白的二值信息后再進行傳送。例如一張A4的紙面在橫向8點/㎜、縱向也是8點/㎜將整張紙面劃分為若干個點，那么一張A4的文件的信息量為：8點/㎜×210㎜×8點/㎜×297㎜≈4

Mbit如果用一分鐘來處理這些信息量，其處理速度就必須達到約66

kbit/s。電視方式的帶寬約為6MHz，其帶寬遠遠大于電話所需帶寬。所以開發(fā)了多種能去除圖像信號中的冗余度的高效編碼方式?，F(xiàn)在用2～3Mbit/s的處理速度就可以獲得高質(zhì)量的傳遞，重現(xiàn)圖像的質(zhì)量與標準電視一模一樣。數(shù)據(jù)通信所處理的信息量隨著用途不同，范圍極寬。在每秒監(jiān)視一次有無異常情況發(fā)生的系統(tǒng)中，只需要1bit/s就足夠了。如要在兩分鐘內(nèi)傳送1Mbit的FD（軟磁盤）的內(nèi)容，那么需要

64kbit/s，如果只用一秒鐘左右傳送則需要1.5Mbit/s

。 用LAN（局域網(wǎng)）組成的高級計算機系統(tǒng)信息量達100Mbit/s

～

1Gbit/s。2、通信系統(tǒng)的質(zhì)量要求：P2~P3通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標是圍繞傳輸?shù)挠行院涂煽啃詠碇贫ǖ?，這些主要質(zhì)量指標為：⑴有效性指標：①符號速率又叫信號速率（消息速率）N它表示單位時間（每秒）信道上實際傳輸?shù)姆枖?shù)或脈沖個數(shù)。單位：波特，即每秒傳輸?shù)姆杺€數(shù)。②信息傳輸速率。簡稱傳信率R它表示單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘?，即二進制碼元數(shù)。單位：bit/s。即單位頻帶內(nèi)的信息傳輸速率。頻帶利用率是真正反映通信系統(tǒng)有效性的指標。⑵頻帶利用率：對多進制而言：信息傳輸速率與符號速率的關(guān)系如下：⑶可靠性指標：用差錯率表示。常用的差錯率指標有平均誤碼率、平均誤字符率、平均無碼組率。差錯率是一個統(tǒng)計平均值，因此在測試或統(tǒng)計時，總的發(fā)送比特（字符、碼組）數(shù)應(yīng)達到一定的數(shù)量，否則得出的結(jié)果將失去意義。1.1.2

通信信號通信系統(tǒng)的作用是傳遞信息。被傳遞的信息在通信系統(tǒng)中被變換成某種形式的物理量，如光、聲、電等等，這些物理量就稱為通信信號。從數(shù)學(xué)角度來說，信號通?？闯墒菚r間的函數(shù)，在時域上可以劃分為連續(xù)函數(shù)和離散函數(shù)的。例如：我們打電話，聲音通過話筒轉(zhuǎn)換成電信號，當(dāng)發(fā)話者聲音改變時，電信號的大小也隨著改變，即信號是隨著時間的變化而變化的。從通信的角度而言，信號是傳遞信息的載體，常劃分為模擬信號和數(shù)字信號。1、模擬信號①定義：模擬信號是指代表信息的電信號及其參數(shù)（幅度、頻率或相位）隨著信息的變化而連續(xù)變化的信號。②特點：信號的參數(shù)(幅度、頻率或相位)連續(xù)變化，而在時間上可以連續(xù)，也可以不連續(xù)。③模擬信號分為連續(xù)的模擬信號和離散的模擬信號，如圖1.2所示。f(t)tf(nT)t2、數(shù)字信號①特點

：tA0f(nT)0

1

0

1

1

1

0

0

1

0

1t0因此其特點是幅值被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的而是離散的，如圖1.3所示。f(nT)A②定義：數(shù)字信號是指在時間上和幅度上均取離散數(shù)值的電信號。③兩種信號比較f(nT)tAA/20模擬信號的幅度取值為無限多個，而數(shù)字信號的幅度取值是離散的，且為有限個；模擬信號待傳遞的的信息包含在信號的波形之中，數(shù)字信號待傳遞的信息不包含在信號的波形之中，而是包含在碼元的不同組合之中。即數(shù)字信號與模擬信號的不同點在于數(shù)字信號不直接與消息對應(yīng)。3、數(shù)字信號的基本形式：①最簡單的數(shù)字信號：二元碼（二進制碼）：幅度：兩種不同的瞬時值。它有四種不同的基本形式，如下圖所示:tTB1

0

1

1

0

1τtTBτtt單極性不歸零碼單極性歸零碼雙極性不歸零碼雙極性歸零碼②四進制和八進制碼P5表1.1和1.2在二進制數(shù)字通信系統(tǒng)中，每個碼元或每個符號只能是“0”和“1”兩個狀態(tài)之一。實際通信中也可以有多信號電平系統(tǒng)，即對應(yīng)多進制碼。如四進制和八進制。進制越大，攜帶的信息量就越大。例如，一個八進制符號就能代表三位二進制碼組，即包含3比特的信息量。但是，進制越高，級差越小，抗干擾能力越差。4、數(shù)字信號碼型基帶信號：即原始信號的電脈沖形式?；鶐盘柕念l譜通常是從零頻開始的。所以將其稱為基帶信號?；鶐盘柕拇a型有如下幾種：⑴二元碼：采用二個電平編出的碼型。例如：單極性不歸零碼。⑵三元碼：幅度取值為+1、0、－1。AMI與HDB3碼tT⑶mBnB碼：把輸入的信息碼按m個比特為一組然后變換為n個比特，且n大于m。如在光纖通信中常用的5B6B碼。通信業(yè)務(wù)的發(fā)展趨勢對線路碼型的要求：由于傳輸信道中有許多電感、電容元件，因其頻率特性（如對直流的截止特性）。對線路碼型1

0

1

1

0

1

1

0

1

0的要求如下：①頻譜中不存在直流成分，低頻分量盡量??；②盡量減少碼型頻譜中的高頻分量；③具有一定的抗干擾能力；④便于時鐘信號的提??；⑤具有較好的傳輸效率；⑥碼型變換設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)。1.1.3

通

信

信

道任何通信系統(tǒng)都包括發(fā)送、信道和接收三個部分。信道主要是信息的通道又是傳遞信號的設(shè)施通信線路是指通信中所采用的具體線路及其結(jié)構(gòu)。通常采用多路復(fù)用等技術(shù)將一條通信線路分割成若干信道，以提高線路的利用率，降低通信費用。1、通信媒體——傳輸媒介（通信線路）及其傳輸特性⑴明線及其傳輸特性圖1.5結(jié)構(gòu)、特點⑵雙傳線及其傳輸特性⑶同軸電纜及其傳輸特性⑷光纖及其傳輸特性⑸微波通信及其特點⑹衛(wèi)星通信及其特點光纖的結(jié)構(gòu)與傳輸圖1.6中繼傳輸圖1.7衛(wèi)星通信系統(tǒng)圖1.8微波通信和衛(wèi)星通信都是無線通信，利用大氣空間和自由空間作為傳輸媒介。2、通信方式⑴單工通信：信息只能單向傳送或某一時間內(nèi)只能使用發(fā)信機或收信機。⑵半雙工通信可以雙向傳送信息，但兩個方向只能輪流分時發(fā)送，不能同時傳送。⑶全雙工通信信息可同時雙向傳送。3、傳輸方式按照傳輸信號在通信信道中的時空順序分類：⑴串行傳輸：指數(shù)字信號在一個信道上以按位依次傳輸字符的方式傳輸。串行傳輸只需要一條傳輸信道，線路利用

率高，易于實現(xiàn)，是目前主要采用的一種傳輸方式。但是，串行傳輸存在一個收發(fā)雙方如何保持碼組或字符同步的問題，另外在發(fā)送端和接收端要分別進行并/串轉(zhuǎn)換和串/并轉(zhuǎn)換。⑵并行傳輸：是指信號數(shù)據(jù)以成組的方式在多條并行的信道上同時傳輸。并行傳輸必須有并行的多條信道，成本較高，這將帶來了設(shè)備上或?qū)嵤l件上的限制，因此實際應(yīng)用受限。但是，收發(fā)雙方不存在字符的同步問題，不需要對傳輸數(shù)據(jù)作時序變換，能簡化終端裝置的結(jié)構(gòu)。4、同步方式根據(jù)字符同步方式的不同，可劃分為：⑴異步傳輸：以字符為單位傳輸，每一傳送的字符都附加一位起始位和一位或多位停止位。異步傳輸是字符內(nèi)的同步、字符之間的異步。⑵同步傳輸:將每個完整的數(shù)據(jù)塊（幀）作為整體來傳送，字符間無起停位，傳輸效率高。5、復(fù)用方式復(fù)用：即在一條信道上傳輸多路信息，以提高信道利用率。⑴頻分復(fù)用：接照頻率參量的差別來分割信號即信道的可用頻率帶寬被分成幾個互不交疊的頻段，每路信號占據(jù)一個頻段。為了防止各路信號間的相互干擾，各路信號所占的頻段之間還需要留有一定的“保護頻段”。在模擬通信系統(tǒng)中應(yīng)用。注意：串?dāng)_（相互干擾）必須線性調(diào)制。⑵時分復(fù)用：接照時間參量來分割信號。采用分時技術(shù)，每路信號分配一個時隙，使各路信號在時間軸上互不重疊，如果某路終端裝置無字符發(fā)送，則多路復(fù)用器發(fā)送一個空字符，以保持序列順序。注意：同步通信網(wǎng)

（應(yīng)用技術(shù)本科學(xué)生已學(xué)）通信協(xié)議

不講標準化組織（自學(xué)）1.2 通信發(fā)展趨