通信原理+第一章ppt课件

1、1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通讯系统的组成通讯系统的组成1.3 1.3 通讯系统的分类及通讯方式通讯系统的分类及通讯方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能目的主要性能目的 信道信道 交 换 机网构造表示图网构造表示图: : 为用户为用户 构成网的根本要素：构成网的根本要素： 终端设备，传输链路，交换设备。硬件终端设备，传输链路，交换设备。硬件 交 换 机终端终端终端终端噪声噪声局间传输局间传输局内传输局内传输局内传输局内传输1.1 引引 言言2、通讯系统：以电信号作为信息转换和传输系统。、通讯系统：以电信号作为信息转换和传输系统。 它只能为两个用户

2、之间提供一方向的信息传送。它只能为两个用户之间提供一方向的信息传送。 点对点的单向传输点对点的单向传输 3、电信网：多用户通讯系统互联的通讯体系。、电信网：多用户通讯系统互联的通讯体系。 多点中的恣意两点间的双向传输多点中的恣意两点间的双向传输4、通讯网：包括电信网，、通讯网：包括电信网， CATV网，计算机网，挪动通讯网，网，计算机网，挪动通讯网，广播电视网等。广播电视网等。5、网的构造：环型，星型，总线型，复合型，网型、网的构造：环型，星型，总线型，复合型，网型1.1.1 根本概念根本概念1 1、通讯、通讯: : 完成信息的转换和传输。完成信息的转换和传输。 6、网的组成、网的组成: 以网

3、为例以网为例 框图框图问问 题题1 1、什么方式的电信号适宜系统传输？、什么方式的电信号适宜系统传输？ 2 2、何种性能的系统能完成信号的传输？、何种性能的系统能完成信号的传输？ 通讯系统总模型：通讯系统总模型：通讯系统由四部分组成。通讯系统由四部分组成。通讯原理的讨论是围绕通讯系统的模型而展开的通讯原理的讨论是围绕通讯系统的模型而展开的根据详细的通讯方式有详细的系统模型与之对应根据详细的通讯方式有详细的系统模型与之对应 各处的噪声之和各处的噪声之和 信号源信号源发送设备发送设备信信 道道接纳设备接纳设备受信者受信者噪声源噪声源 发送端接纳端接纳端模拟系统框图：模拟系统框图： 信号源调制器解调

4、器受信者噪声源信 道基 带 信 号频 带 信 号频带信号频带信号基带信号基带信号数字系统框图：数字系统框图： 编编 码码 器器 噪噪 声声 源源 加加 密密 器器信信 息息 源源调调 制制 器器信信 道道受受 信信 者者解解 密密 器器译译 码码 器器 解 调 器注：缺省同步系统。注：缺省同步系统。1.2 通讯系统的组成通讯系统的组成1.2.1 通讯系统模型总模型通讯系统模型总模型描画点对点的通讯描画点对点的通讯 框图框图1.2.2 模拟通讯与数字通讯系统模型模拟通讯与数字通讯系统模型1、模拟系统、模拟系统 框图框图2、数字系统、数字系统 框图框图传输的信号是传输的信号是“离散的离散的 强调已

5、调参量和基带信号之间的一一对应性。强调已调参量和基带信号之间的一一对应性。数字通讯的特点数字通讯的特点 1数字信号传输中所受的干扰可经过过失控制编码控制并消除。数字信号传输中所受的干扰可经过过失控制编码控制并消除。 添加编码器、解码器添加编码器、解码器 2需求严密时可对基带信号人为需求严密时可对基带信号人为“扰乱扰乱 加密、解密加密、解密 3传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。 收发须同步控制：包括码元同步、帧同步、群同步等。收发须同步控制：包括码元同步、帧同步、群同步等。常用的方式分两大类：数字基带传输系统和数字调制系统常用的方式分

6、两大类：数字基带传输系统和数字调制系统数字通讯的优点：数字通讯的优点： 1)1)数字传输的抗干扰才干强数字传输的抗干扰才干强, ,尤其在中继时尤其在中继时, ,数字信号可以再生而消数字信号可以再生而消除噪声的积累除噪声的积累 2)2)传输过失可以控制传输过失可以控制, ,从而改善了传输质量从而改善了传输质量 3)3)便于运用数字信号处置技术来对数字信息进展处置便于运用数字信号处置技术来对数字信息进展处置 4)4)数字信息易于作高严密性的加密处置数字信息易于作高严密性的加密处置 5)5)数字信息可以综合传送各种音讯数字信息可以综合传送各种音讯, ,使通讯系统功能加强使通讯系统功能加强其优点的实现

7、是用占据更宽的系统频带而换得的。其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的。在系统频带紧张的场所这将成为其缺陷。在系统频带紧张的场所这将成为其缺陷。数字通讯系统的详细模型也根据其设计方法有所不同数字通讯系统的详细模型也根据其设计方法有所不同1.3 通讯系统的分类及通讯方式通讯系统的分类及通讯方式 1、按音讯的物理特征分类业务、按音讯的物理特征分类业务 如电报、数据、图像通讯系统如电报、数据、图像通讯系统2、按调制方式分类、按调制方式分类 针对频带传输信号而言针对频带传输信号而言数字信号：数字信号：PCM 、 M 等等 脉冲数字调制脉冲数字调制AM、DSB、SSB、VSBFM、PM模拟调制模拟调

8、制数字信号：数字信号：ASK、FSK、PSK、DPSK 数字调制数字调制模拟信号模拟信号模拟信号：模拟信号：PAM、PDM、PPM 脉冲模拟调制脉冲模拟调制正弦波调制正弦波调制脉冲调制脉冲调制两类两类1.3.1 通讯系统分类通讯系统分类3、按信号特征分类、按信号特征分类 最常用分为模拟与数字通讯系统两大类最常用分为模拟与数字通讯系统两大类4、按传输媒介分类、按传输媒介分类 最常用分为有线包括光纤与无线最常用分为有线包括光纤与无线5、按信号复用方式分类、按信号复用方式分类频分复用：使不同的信号占据不同的频率范围频分复用：使不同的信号占据不同的频率范围时分复用：不同的信号占据不同的时间区间时分复用

9、：不同的信号占据不同的时间区间码分复用：用一组包含正交码字的码组携带多路信息码分复用：用一组包含正交码字的码组携带多路信息1.3.2 通讯方式通讯方式半双工：通讯双方两点均能收发音讯但不能同时收发。半双工：通讯双方两点均能收发音讯但不能同时收发。例如无线对讲机例如无线对讲机单工：一方向传输一点发、一点收。例如遥控单工：一方向传输一点发、一点收。例如遥控单工、半双工、全双工单工、半双工、全双工全双工：通讯双方两点能同时收发信号。例如全双工：通讯双方两点能同时收发信号。例如1.3.2 通讯方式通讯方式串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输, ,

10、它占用一条通路。适宜远间隔。它占用一条通路。适宜远间隔。 数字通讯并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，适宜近间隔适宜近间隔1.4 信息及其度量信息及其度量 1.4.1 信息的描画信息的描画传输信息的多少用信息量衡量传输信息的多少用信息量衡量对由假设干个相互独立事件构成音讯，有：对由假设干个相互独立事件构成音讯，有： I p(x1 ) p(x2 ) = I p(x1 ) + I p(x2 ) + 2取取 a = 2 I：bit 比特比特取取 a = e I：net 奈特奈特取取 a = 10 I：哈特莱：哈特莱由信息论知：音讯出现的概率

11、愈小，所包含的信息量愈大由信息论知：音讯出现的概率愈小，所包含的信息量愈大 1 1定义：信息量为定义：信息量为 I I、音讯出现的概率为、音讯出现的概率为 p(x ) p(x ) 那么 I = p(x ) I 是p (x )函数)(log)(logxpxp1 1Iaa- -=1.4.2 信息的度量信息的度量 bitxpI1211log)(1log212 1、等概率、等概率1设有二进制，等概率出现的离散音讯设有二进制，等概率出现的离散音讯 0、 1 音讯音讯 p (x1 )=p (x2 )= 1/2 定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为 1 b

12、itMMI22log11log 2 对对M进制，等概率出现的离散音讯进制，等概率出现的离散音讯 0，1，2 , , M-1 音讯音讯 p( x1 )=p (x2 )= =1/M从波形上看，从波形上看，M进制有进制有M种波性，每一种波形等概率出现种波性，每一种波形等概率出现 所以所以M 是波形数，是波形数，p (xi ) =P 是每一波形出现的概率是每一波形出现的概率2、非等概率、非等概率设音讯由设音讯由 n n 个相互独立的符号组成，称为符号集个相互独立的符号组成，称为符号集)(iixpx 对对应应 )()()(2121nnxpxpxpxxx且每个符号包含的信息量均不相等且每个符号包含的信息量

13、均不相等 所以用统计平均的方法来描画一个符号所含的信息量所以用统计平均的方法来描画一个符号所含的信息量例子例子)(log)()(log)()(log)()(2_22_212_1nnxpxpxpxpxpxpXH niiixpxp12_)(log)( 定义信息源的熵定义信息源的熵 H(X ) H(X )dxxfxfXHe)(log)()(_ 平平均均信信息息1.4.3 延续音讯的信息量延续音讯的信息量 用概率密度来描画用概率密度来描画 f (x)，为为，它它们们出出现现的的概概率率分分别别、组组成成：例例：信信息息源源有有四四个个符符号号814141833210321100210203001213

14、130020201，求求某某个个信信息息且且每每个个信信息息量量相相互互独独立立的的信信息息量量210120100032312010002102023010解：方法一解：方法一bitI33831log2323020 次次：出出现现bitI28411log1414121 次次：出出现现bitI21811log77323 次次：出出现现bitI26411log1313222 次次：出出现现因音讯共因音讯共57个符号，一个符号含有算术平均信息量为个符号，一个符号含有算术平均信息量为方法二方法二81log8141log4141log4183log832222 41_)(log)()( iiixpxpx

15、H统统计计平平均均符符号号bit906. 1 bitIIIII1083210 总总)(64.10857906. 157)(bitxHI 总总符符号号bitII89. 15710857 1.5 1.5 主要性能目的主要性能目的 1.5.11.5.1 模拟系统性能目的：频带宽度和接纳端输出信噪比模拟系统性能目的：频带宽度和接纳端输出信噪比通讯系统的主要性能目的：有效性和可靠性通讯系统的主要性能目的：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源可靠性：指接纳信息的准确程度可靠性：指接纳信息的准确程度1.5.21.5.2 数字通讯系统性能目的：传输

16、速率和过失率数字通讯系统性能目的：传输速率和过失率推行推行1、传输速率、传输速率 ：码元传输速率。又称码元速率或传码率：码元传输速率。又称码元速率或传码率 定义：每秒钟传送码元的数目。定义：每秒钟传送码元的数目。 BR不同进制的码元速率转换关系不同进制的码元速率转换关系 知知 N 进制信号进制信号 ，码元速率为，码元速率为 ，单位：符号，单位：符号/秒秒 假设将其转化为二进制信号，码元速率为假设将其转化为二进制信号，码元速率为 ，单位：波特，单位：波特 那么那么 NBRBRNRRNBB2log kN2 2、过失率：误码率、误信率、过失率：误码率、误信率 误码率误码率 ：码元在传输系统中被传错的概率。即接纳的错误码元数：码元在传输系统中被传错的概率。即接纳的错误码元数在传送总码元数中所占的比例在传送总码元数中所占的比例 误信率：码元的信息量在传输系统中被丧失的概率。即接纳中丧失误信率：码元的信息量在传输系统中被丧失的概率。即接纳中丧失信息量在传送信息总量中所占的比例信息量在传送信息总量中所占的比例eP1.5.21.5.2 数字通讯系统性能目的：传输速率和过失率数字通讯系统性能目的：传输速率和过失率推行：推行： 定义：每秒钟传送的信