ISDN技术应用基础

1、ISDN技术应用基础ISDN技术应用基础21、通信发展简史2、通信系统组成3、通信系统的分类4、信息论初步5、通信系统的主要性能指标ISDN技术应用基础3 通信的概念：信息的传输与交换 现代通信的开始 Morse（有线电报）1844年5月24日，美国国会大厦，莫尔斯向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报:“上帝创造了何等奇迹！” Maxwell（电磁场理论）1864年，麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。1887年亨利希鲁道夫赫兹证实电磁波的存在 。 Bell（ 机）1875年6月2日，美国波士顿法院路109号，贝尔不小心把硫酸溅到自己的腿上，他疼痛地叫了起来:“沃

2、森特先生，快来帮我啊！”-人类第一句通过 传送的话音。 Marconi（无线电报）1896年，波波夫无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250米，电文内容为“海因里斯赫兹”。1897年5月18日，马可尼在布里斯托尔海峡进行无线电通信取得成功，把信息传播了12公里。ISDN技术应用基础4 通信技术的发展 器件的发展：电子管晶体管ICLSI VLSI 传输线路的发展：明线、双绞线同轴电缆光纤 无线通信的发展：长波、短波超短波微波 调制技术的发展：模拟调制脉冲调制、数字调制 通信业务的发展：电信（ 、电报）、Internet、多媒体业务 通信理论的发展： 奈奎斯特（Nyquist）：传信率与信道带宽的

3、关系； 哈特莱（Hartly）：信息量的定义和计算方法 ； 卡尔逊（Carson）：调频波的有效带宽计算公式。 仙农（Shannon）：通信的数学理论，建立了比较完整的通信科学理论体系，他提出的信源和信道编码定理、信道容量计算公式以及率失真理论等至今仍是重要的研究课题。 维纳（Wiener）将数理统计理论引入通信学科，开始建立起统计通信的概念。ISDN技术应用基础5v通信中的几个基本概念v通信系统模型v数字通信的特点ISDN技术应用基础6 通信：就是传递消息的过程，即信息的传输与交换 消息：有待于传送的符号、文字、数据和语音、活动图片等等。 信息：消息中包含的有意义的内容称为信息。消息是信息的

4、载体，同一则信息可用不同的消息形式来载荷(比如文字、语言、图象等)。 信号：与消息一一对应的物理量，是消息的物质载体，信号携带信息。即消息被承载在信号的某一参量上，若该参量是离散取值的，称这样的信号为数字信号。若该参量是连续取值的，称这样的信号为模拟信号。 通信系统：通信的目的在于传递信息。完成信息传递所需的全部设备和传输媒介的总和称为通信系统。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 ISDN技术应用基础7 通信系统的一般模型（点对点通信）如图 信息源发送设备受信者接收设备信道发送端接收端噪声源通信系统一般模型ISDN技术应用基础8 各部分功能

5、 信源和信宿（受信者）：信源的作用是把各种可能消息转换成原始电信号；信宿的作用是将复原的电信号转换成相应的消息。 发送设备：基本功能是将信源与信道匹配起来，即它将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式包括编码和调制 信道、噪声源：信道是指信号传输的通道，即传输媒质，它分为有线和无线两类。噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示 接收设备：基本功能是完成发送设备的反变换。它的任务就是从带有干扰地接收信号中正确恢复出相应的原始信号ISDN技术应用基础9 数字通信系统就是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图信息源加密器编码器调制器信道解调器译码器解密器受信者

6、噪声源数字通信系统模型同步ISDN技术应用基础10 各部分功能 信源编码与译码：信源编码有两个作用，其一：进行模/数变换；其二，设法降低数字信号的数码率，即数据压缩。信源译码是信源编码的逆过程 。 信道编码与译码：数字信号在信道中传输时，由于噪声，干扰等的影响，会造成差错。信道编码是在原来的数字序列中引入某些作为差错控制的码字，以实现自动检错和纠错，当然这时会降低信息传输速，使数字信号适应信道所进行的变换称为信道编码。信道编码的目的就是提高通信系统抗干扰能力，尽可能的控制差错，实现可靠通信 加密与解密（例如交织）：为了保证所传信息的安全，可有效的对基带信号进行人为扰乱，即加上密码，这叫加密。在

7、接收端就需要对收到的信号进行解密ISDN技术应用基础11 调制与解调：数字调制的任务是把各种数字基带信号转换成适合于信道传输的数字调制信号（已调信号或频带信号）。数字解调是数字调制的逆过程 同步：同步是使收发两端信号在时间上保持步调一致，按同步的作用不同，分为载波同步、位同步、帧同步和网同步。同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件ISDN技术应用基础12 模拟通信与数字通信 模拟通信：信道中传输的是模拟信号时成为模拟通信。w 模拟信号：基带信号(指未调制过的信号)瞬时值状态无限，如正弦信号.语音信号.图像信号等。已调信号(载波一般为正弦信号)的参数状态数无限正弦:AM:FM:PM

8、:ISDN技术应用基础13 数字通信：信道中传输的是数字信号时成为数字通信。w 数字信号：基带信号的瞬时值状态数有限，如计算机.电报机等输出的信号。 二进制代码二进制基带信号10tttt2ASK2FSK2PSKISDN技术应用基础14 数字通信相对于模拟通信具有如下一些优点 抗干扰能力强，可消除噪声积累 采用差错控制技术，改善传输质量 便于与各种数字终端接口，利用现代计算技术对信息进行处理、存储、变换 便于加密处理，保密性强 便于集成化，使通信设备微型化 缺点 占据系统频带宽，频带利用率不高 对同步要求高，系统设备比较复杂 ISDN技术应用基础15 按通信的业务和用途分类 常规通信和控制通信

9、按调制方式分类 基带传输：将未经调制的信号直接传送 频带传输是对基带信号调制后进行传送 按传输信号的特征分类 模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类 有线信道：如明线、电缆、光缆信道 无线信道：如短波电力层传播、微波视距传播、卫星中继信道 按传输信号的复用方式分类 频分复用FDM、时分复用TDM、码分复用CDMISDN技术应用基础16 按通信工作方式分类 单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式。例如，广播、遥测、遥控 半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式。例如，无线电对讲机 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。例如，普通 按数字信号码元排

10、列方法不同 并行传输 串行传输ISDN技术应用基础17三种复用（多址）方式PowerFrequencyTimeFDMAFrequencyPowerTimeFDMA/TDMAFrequencyCDMAPowerTimeISDN技术应用基础18单工、半双工、全双工方式发端信道收端发端信道收端收端发端发端信道收端收端发端信道(a)(b)(c)ISDN技术应用基础19串行、并行传输方式发送设备接收设备(a)发送设备接收设备(b).ISDN技术应用基础20 单消息信源的数学模型与分类它是最简单也是最基本的信源，是组成各种信源的基本单元。它可以用信源取值随机变量 的范围和对应概率分布P(x)共同组成的概率

11、空间 来表示。离散信源（一维离散型随机变量）例：对于二进制数据、数字信源：U=0,1，则有连续信源（一维连续型随机变量）)(xPX)(,),(),(,)(2121nnaPaPaPaaaxPX1)(1niiaP且满足21,211 ,0,1, 0)(2/1102110PPPPaaxPXXISDN技术应用基础21 离散信源的信息量事件 发生所含有的信息量 ，称为 的自信息量对于由一串符号构成的消息，如果各符号的出现相互统计独立，则根据信息相加性概念，整个消息的信息量： 离散信源的信息熵定义自信息的数学期望（统计平均值）为信源的平均自信息量，也称信息熵。 w 信息熵的性质：离散信源的最大熵发生在每个符

12、号等概出现时。此时信源分布： 最大熵值为：ix)(ixIix)(log)(1log)(iiixPxPxI)/(每符号bitniiiixPxPxPEXH122)(log)()(log1)()(log21iNiixPnIninxPi, 2 , 1,1)()/(log)(2符号bitnXHISDN技术应用基础22ISDN技术应用基础23 例题 例141: 已知二元离散信息源只有“0”、“1”两种符号，若出现“0”的概率为1/3，求出现“1”的信息量；出现“0”、“1”两种符号是等概的，求出现“0”或“1”的信息量。 例142: 某离散信息源有0、1、2、3四种符号组成，且每个符号的出现是独立的，其概

13、率场为：求消息201 020 130 213 001 203 210 100 321 010 023 102 002 010 312 032 100 120 210 的信息量。8/1, 4/1, 4/1, 8/33, 2, 1, 0)(xPXISDN技术应用基础24 评估通信系统的主要性能指标是：传输信息的有效性和可靠性 模拟通信系统w 有效性：可用有效传输频带来度量w 可靠性：用接收端输出的信噪比来度量 数字通信系统w 有效性：用传输速率（码元速率或信息速率）、频带利用率度量w 可靠性：用差错率度量 ISDN技术应用基础25 传输速率 码元传输速率 （传码率）w 定义为单位时间（每秒）内传输

14、码元的数目，单位为波特，可记为Baud或B。若码元宽度为T秒，则： （B） 设二进制码元速率为 ，N进制码元速率为 ,且有 ,则二进制与N进制码元速率关系式 信息传输速率 （传信率）w 定义为单位时间（每秒）内传递的信息量，单位是比特/秒，可记为bit/s或b/s、bps 与 的关系w 二进制下，码元速率与信息速率在数值上相等，只是单位不同（0、1等溉时）w N进制下，二者关系 )(log22BNRRNBBBRbRBRbRTRB1HRRNBb等概分布时(bit/s)NRNB2log2BRNBRNk2)3 , 2 , 1(kISDN技术应用基础26 频带利用率 即单位频带内的传输速率，表示为 或 差错率 误码率（也称误符号率）可表示为 误信率（也成误比热率）可表示为 二进制中，误码率和误信率相等HzBaudBRB/HzsbBRb/传送总码元数错误接收码元数eP传送总比特数错误接收比特数bPISDN技术应用基础27 例题 例151： 设数据信号码元时间长度为 0.833 ms，如果采用8电平传输，求码元传输速率和信息传输速率。 例152： 设信道上每秒传输二进制符号“0”、“1” 1200个，求二进制码元传输速率和信息传输速率；若信道改为传送16进制信号码元，求此时信息传输速率。ISDN技术应用基础2