第1章 通信原理绪论_sxq1

1、模拟系统模拟系统线性调制线性调制 AM，DSB，SSB，VSB非线性调制非线性调制 PM，FM数字系统数字系统基带系统基带系统频带系统频带系统工具：工具：信号、噪声和信道的分析；信息论知识信号、噪声和信道的分析；信息论知识模模/数变换：脉冲调制数变换：脉冲调制 PAM，PCM，DPCM多路传输、同步技术多路传输、同步技术最佳接收、纠错编码最佳接收、纠错编码改善性能改善性能ASK，FSK，PSK，DPSK 基本原理、实现基本原理、实现方法、性能分析！方法、性能分析！ 通信发展简史通信发展简史1 通信系统的基本模型通信系统的基本模型 2 通信系统分类和数字通信系统通信系统分类和数字通信系统 3 信

2、息量与香农公式信息量与香农公式45消息传输的目的地消息传输的目的地产生需传输的消息产生需传输的消息存在于发信机、信道、收信存在于发信机、信道、收信机机, ,通常用等效噪声源来表示通常用等效噪声源来表示发送设备：加工信发送设备：加工信号将消息转换为合号将消息转换为合适在信道传输的信适在信道传输的信号号接收设备：减小噪声接收设备：减小噪声及干扰的影响，把信及干扰的影响，把信号转换为信宿能接收号转换为信宿能接收的信号的信号信道：传输信道：传输媒介媒介( (有线信有线信道道& &无线信道无线信道AMDSBSSBVSBFMPM信源信源信道信道声声噪噪变换器变换器调制器调制器发射机发射机接收机接收机解调器

3、解调器反变换器反变换器受信者受信者解调：从已调解调：从已调信号中还原出信号中还原出被传输的低频被传输的低频信息信号。信息信号。调制：将基带信调制：将基带信号变换成另一信号变换成另一信号，以提高系统号，以提高系统传输信息的效率传输信息的效率和质量。通常做和质量。通常做频率上的变换频率上的变换。核心部件为核心部件为调制解调器调制解调器信道信道信源信源基带信号成形基带信号成形信宿信宿噪声噪声同步系统同步系统数字基带传输系统数字基带传输系统接收滤波器接收滤波器数字频带传输系统数字频带传输系统信息源信息源信道信道声声噪噪信源编码信源编码信道编码信道编码调制器调制器解调器解调器信道译码信道译码信源译码信源

4、译码受信者受信者同步系统同步系统加密加密解密解密交织交织解交织解交织ASKFSKPSKDPSK a a）变换信源信号的表达方式，将模拟信号转变为数）变换信源信号的表达方式，将模拟信号转变为数字基带信号，使其便于传输字基带信号，使其便于传输 b b）压缩信源信号的冗余成分，提高系统的传输效率。）压缩信源信号的冗余成分，提高系统的传输效率。 A/D转换、波形变换、参数编码等 通过有目的的增加信息的冗余度，使系统具有一通过有目的的增加信息的冗余度，使系统具有一定的纠检错能力，提高系统传输信息的质量。定的纠检错能力，提高系统传输信息的质量。 分组码、卷积码、级联码等 ，特别在中继传输时更明显。，特别在

5、中继传输时更明显。 可以进行可以进行，因而提高了信息传输的可因而提高了信息传输的可靠性。靠性。 ，对信号进行处理，对信号进行处理，存储和变换从而提高信息传输的灵活性。存储和变换从而提高信息传输的灵活性。 ，实现保密信息传输。，实现保密信息传输。 成本低、体积小、可靠性高。成本低、体积小、可靠性高。 ，使通信系统更灵活，使通信系统更灵活，通用。通用。 如：模拟电话如：模拟电话 4KHz 传输质量相同的数字电话传输质量相同的数字电话 2060KHz按消息传递的方向与时间分按消息传递的方向与时间分对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分

6、为间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全单工通信、半双工通信及全双工通信双工通信三种。三种。 单工通信单工通信， 是指消息只能单方向传输的工作方式， 因此只占用一个信道。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。 半双工通信半双工通信，是指通信双方都能收发消息， 但不能同时进行收和发的工作方式。例如，使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信都是半双工通信方式。 全双工通信全双工通信， 是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式， 计算机之间的高速数据通信也是这种方式。 12

7、,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为信源符号个数max( )( )H sHsmaxmax( )( )( )lblb42/H SHSHSqbit此时符号例1411( )( )( )111148824882233148821.75/iiiH sP s lbP slblblblbbit解：符号设设A、B、C、D四个消息分别以概率四个消息分

8、别以概率1/4、1/8、1/8、1/2传送，求平均信息量。传送，求平均信息量。一离散信源由一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，四个符号组成，它们出现的概率分别为它们出现的概率分别为3/8, 1/4, 1/4, 1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求该信且每个符号的出现都是独立的。试求该信源的熵。源的熵。 例3用熵的概念来计算：用熵的概念来计算：222233111111loglogloglog88444488H 1.906(/bit符号）lb(1 (bit/)s)SCBN香农公式给出了信道最大的无差错传输速率。香农公式给出了信道最大的无差错传输速率。0 (bit/lb(1)s)SCBn B

9、若噪声单边功率谱密度为若噪声单边功率谱密度为n0，噪声功率，噪声功率N=n0B ，则，则a) 增大信号功率增大信号功率S可以增加信道容量可以增加信道容量C。 若信号功率若信号功率S趋于无穷大时，则信道容量趋于无穷大时，则信道容量C也趋于无穷大也趋于无穷大0limlimlb 1SSSCBn B b) 减小噪声功率谱密度减小噪声功率谱密度n0 也可以增加信道容量也可以增加信道容量C。 若若n0趋于零，则趋于零，则C趋于无穷大趋于无穷大关于香农公式的几点讨论关于香农公式的几点讨论（1）在给定）在给定B、S/N的情况下，的情况下，信道的极限传输能力信道的极限传输能力为为C，而且此时能够做到无差错传输（

10、即差错率为零）。，而且此时能够做到无差错传输（即差错率为零）。（2）提高信道容量的方法）提高信道容量的方法:00000limlimlb 1nnSCBn B 当信道当信道带宽带宽B趋于无穷大时，信道容量趋于无穷大时，信道容量C的的极限值极限值为为0limlimlb 1BBSCBn B000limlb 1Bn BSSnSn B00lb1.44SSennc) 增大信道带宽增大信道带宽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无限制地增大。无限制地增大。（3）信道容量可以通过系统带宽与信噪比的互换而保）信道容量可以通过系统带宽与信噪比的互换而保持不变。持不变。 若若增加

11、信道带宽增加信道带宽，可以适当降低信噪比，反之亦然。，可以适当降低信噪比，反之亦然。 当信道容量当信道容量C给定时，给定时，B1，S1/N1和和B2，S2/N2分别表示互换分别表示互换前后的带宽和信噪比，则有前后的带宽和信噪比，则有121212lb 1lb 1SSBBNN（4）当信道传输的）当信道传输的信息量不变信息量不变时，时，信道带宽信道带宽 B、信、信噪比噪比S/N是可以互换的。是可以互换的。 （5）香农公式并没有给出带宽与信噪比互换的具体）香农公式并没有给出带宽与信噪比互换的具体方法。方法。 在传输图片时，每帧约在传输图片时，每帧约 个象素。为了接个象素。为了接收端能良好的重现，需要收

12、端能良好的重现，需要1212个等级的亮度，假定所个等级的亮度，假定所有的亮度等级等概出现，信道的信噪比为有的亮度等级等概出现，信道的信噪比为30dB30dB，1 1）若传送一张图片所需时间改为）若传送一张图片所需时间改为3min3min，则所需的信道带宽？，则所需的信道带宽？2 2）若在带宽为）若在带宽为3.4kHz3.4kHz的线路上传输这种图片，试问传输一的线路上传输这种图片，试问传输一张图片所需的时间为多少？张图片所需的时间为多少？62.25 101()( )lb ( )lb123.58bit/niiiH XP xP x 象素解：每个像素的平均信息量：662.25 103.588.07 10bitI 每帧的平均信息量：648.07 104.48 10bit/s180R传信率：434.48 104.49 10Hzlb(1 1000)lb(1)RB