交通通信网总结

1、交通通信网总结课程主要内容 1. 信号与系统 2. 通信原理 3. 通信网基础 4. 各种通信网1. 信号与系统交通运输信息化停留在信息处理方式的转变交通运输信息化停留在信息处理方式的转变各种运输方式内部信息化建设相对独立各种运输方式内部信息化建设相对独立各种运输方式之间的信息化缺乏统一规划建设各种运输方式之间的信息化缺乏统一规划建设交通信息网现状1. 信号与系统 信号是消息的表现形式，消息是信号的具体内容。 消息可以有信息，也可以无信息。 系统是由若干相互作用和相互依赖的事物组合而成的具有特定功能的整体。 系统的输入称为激励，输出称为响应。1. 信号与系统 信号的分类： 确定信号、随机信号

2、周期、非周期信号 连续信号（模拟信号、脉冲信号）、离散信号（抽样信号、数字信号）（重点） 能量信号（能量有限，功率为零）、功率信号（功率有限、能量无穷）（重点）1. 信号与系统 系统的分类： 线性系统（齐次性、叠加性）、非线性系统 时变系统、非时变系统（线性时不变系统） 因果系统、非因果系统 连续时间系统、离散时间系统、混合系统1. 信号与系统 典型信号： 指数信号、正弦信号、复指数信号、抽样信号、高斯函数 奇异信号：单位阶跃信号、单位冲激信号、单位斜变信号、门函数、正负号函数2. 通信原理 通信：异地之间人与人、人与机器、机器与机器进行信息传递和交换。 通信系统的一般模型：8模拟通信模拟通信

3、系统模型系统模型 9数字通信系统数字通信系统模型模型 10 信息量：（重点） 信息量是信息的度量。信息量与消息的种类、特定内容及重要程度无关，它仅与消息中包含的不确定度有关。也就是说消息中所含信息量与消息发生的概率密切相关。 在信息论中，消息所含的信息量I与消息x出现的概率P(x)的关系式为)(log)(1logxpxpIaa112( )log (0.002)8.97I xbit 2( )log (0.105)3.25I ebit 例： 已知英文字母e和x出现的概率分别为0.105和0.002，求英文字母e和x的信息量。 解： e的信息量 x的信息量:12 如果是非等概情况，设离散信源是一个由

4、n个符号组成的符号集， 其中每个符号xi(i=1, 2, 3, , n)出现的概率为P(xi)， 且有 ，则x1, x2, , xn 所包含的信息量分别为-log2 P(x1), -log2 P(x2)， ，-log2 P(xn)。于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量（熵）为：nii=1P(x )=113例：某信息源的符号集由A，B，C，D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。试求该信息源符号的平均信息量。解：该信息源符号的平均信息量为212222( )( )log( )11113355log2logloglog2.23/448

5、816161616niiiH xp xp xbit 符号14 通信系统的评价指标：有效性和可靠性 有效性：是指消息传输的“速度”问题 可靠性：是指消息传输的“质量”问题 模拟系统的评价指标：（重点） 有效性：有效传输带宽 可靠性：输出信噪比15 数字系统的评价指标：（重点） 有效性1：传输速率：传码率RBN和传信率Rb （注意其区别注意其区别） 式中， 为信源中每个符号所含的平均信息量（熵） 有效性2：频带利用率：码元频带利用率和信息频带利用率 可靠性：差错率：误码率和误比特率（误信率）( )(/ )bBNRRH xbit s( )Hx16例：设一信息源的输出由128个不同符号组成。其中16个

6、出现的概率为1/32，其余112个出现概率为1/224。信息源每秒发出1000个符号，且每个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息速率。 解：每个符号的平均信息量为解：每个符号的平均信息量为 符号/404. 6224log224111232log32116)(22bitxH已知码元速率已知码元速率RB=1000B=1000B，故该信息源的平，故该信息源的平均信息速率为均信息速率为sbitxHRRBb/6404)(17解： 依题意 3000/bRbit s 则则 82/log 81000BbRRBaud系统系统的误码率的误码率 51036010100018eP 例：已知例：已知某八进制数字通信系

7、统的信息速率某八进制数字通信系统的信息速率为为 3000bit/s 3000bit/s ，在收端，在收端1010分钟内共测得出现分钟内共测得出现1818个错误码元，试求该系统的误码率。个错误码元，试求该系统的误码率。 18 信道及其容量： 狭义信道是传输介质。广义信道包含发送端和接收端之间的所有环节。 广义信道分调制信道和编码信道。调制解调之间的是调制信道，编码解码之间的是编码信道。19 信道容量、香农公式：（重点） 式中，C为信道容量，是指信道可能传输的最大信息速率，它是信道能够达到的最大传输能力；B为信道带宽；S为信号的平均功率；N为高斯白噪声的平均功率；S/N为信噪比。2log (1)(

8、/ )SCBbit sN20 由香农公式可知： （1）当给定B、S/N时，信道的极限传输能力C（信道容量）即确定。如果信道实际的传输信息速率R小于或等于C时，此时能做到无差错传输（差错率可任意小）。如果R大于C，那么无差错传输在理论上是不可能的。21（2） 提高信噪比S/N（通过减少n0或增大S），可提高信道容量C。特别是，若 ，则 ，这意味着无干扰信道容量为无穷大；（3） 当信道容量C一定时，带宽B和信噪比S/N之间可以互换。换句话说，要使信道保持一定的容量，可以通过调整带宽B和信噪比S/N之间的关系来达到。（4） 增加信道带宽B并不能无限制地增大信道容量。当信道噪声为高斯白噪声时，随着带宽

9、B的增大，噪声功率N也增大，信道容量的极限值为00nC00244. 1)1 (loglimlimnSBnSBCBB22通信原理之模拟调制 基本概念 调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。 广义调制 分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。 狭义调制 仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。 调制信号 指来自信源的基带信号 载波调制 用调制信号去控制载波的参数的过程。 载波 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。 已调信号 载波受调制后称为已调信号。 解调（检波） 调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。23n 单极性码单

10、极性码fP(f )单极性非归零码单极性非归零码1ST2ST3ST4STf fP(f )单极性归零码单极性归零码1 2 1ST3ST单极性归零码（单极性归零码（RZ） 单极性非归零码（单极性非归零码（NRZ）Tst1 1 0 1 0 1t1 1 0 1 0 1通信原理之数字基带传输24n 双极性非归零码双极性非归零码1 1 0 1 0 1tTs 1 0 1 0 0 1 1 0n 双极性归零码双极性归零码25n 差分码差分码传号差分码传号差分码空号差分码空号差分码NRZ1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 01kkkdad 1kkkdad 传号差分：传号差分：空号差分：空号差分：26

11、通信原理之模拟信号数字传输 三大步骤：抽样、量化、编码（重点） 抽样：对信号在时间上离散化 量化：把抽样值在幅度上离散化 编码：用M进制代码表示量化后的抽样值。27 抽样定理 设一个带宽有限模拟信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若抽样频率 fs 2 fH ，则可以由其抽样信号序列 sk (t) 无失真地恢复原始信号 s (t) fs = 2 fH 称为奈奎斯特频率28 量化分均匀量化和非均匀量化 均匀量化：所有量化间隔相等，量化器输出电平取量化间隔的中点 非均匀量化：对幅度比较小的信号，采用较小的量化间隔；对幅度较大的信号，则采用较大的量化间隔。 典型的非均匀量化：13折线量化法29Ox

12、y1111303 编码l 把量化后的信号电平值转换成二进制码组的过程叫做编码，其逆过程则为译码。lPCM编码常用的二进制码组有自然二进制码组、折叠二进制码组和格雷二进制码组。3132 C1：极性码 C2C3C4：段落码 C5-C8：段内码c1c2c3c4c5c6c7c833例：设 A 律 13 折线编码器的输入范围为 (5 V, +5 V)，输入抽样脉冲幅度为 1.5 V。求编码器的输出码组。 解：极性码 c1 = 1段落码(1.5 V/5 V)2048 = 614 c2 c3 c4 = 110段内码614 512 = 102(1024-512)/16 = 32102/32 = 3 c5 c6

13、 c7 c8 = 0011 输出码组1 110 0011343. 通信网基础 通信网是一种使用交换设备，传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。 通信网由一定数量的节点（包括终端节点、交换节点）和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。 通信网由用户终端设备，交换设备和传输设备组成。交换设备间的传输设备称为中继线路（简称中继线），用户终端设备至交换设备的传输设备称为用户路线（简称用户线）。 交换设备：是通信网的核心要素。负责集中、转发终端节点产生的用户信息，实现一个呼叫终端和它所要求的另一个或多个用户终端之间的路由

14、选择连接。 按业务内容分类：电话网（语音业务）、电报网、数据网（数据业务）、图像网（图像业务）、综合业务数据网（视频和多媒体业务） 按地区规模分为：农村网、城市网、长途网、国际网 按信号形式分模拟网和数字网 按服务对象分为农用网、军用网、专用网 光纤通信、卫星通信和移动通信是通信网的三种主要传输方式。 信道是传输的媒介，分为有线传输和无线传输。无线传输中，第三代移动通信正在使用1.82.5GHz的微波频段。 信道复用技术：多个信号彼此正交，即可共享传输信道，实现多路复用。信号可表现为时间、频率和码型函数，相应地有时分复用TDM、频分复用FDM和码分复用技术CDM。 按交换的信号类型，可分为电子

15、交换和光交换。电子交换包括电路交换、报文交换、分组交换、帧中继和ATM交换。 按交换的带宽，可分为窄带和宽带交换。 按复用方式不同，可分同步传送模式和异步传送模式。电路交换 是最早出现的交换方式，主要应用于电话网中。 在两个用户之间建立一条临时的专用电路，作为用户间的通信线路。 电路建立：准备通信的两个用户之间建立专用的物理通信路径。 消息传递：信息传输 电路释放：通话结束，该通路被释放。40分组交换 电路交换时延小但线路利用率低；报文交换线路利用率高但时延大。 分组交换综合了电路交换和报文交换的优点。 其原理：将较长的报文分成若干较短的按一定格式组成的等长度数据段，再加上包含目的地址、分组编号、控制比特等分组头，形成统一格式的交换单元。这些分组独立在网络中传输，在终端按分组编号重新组合。41分组交换的过程 分包：数据分组为格式统一的小数据组。 分组的存储-转发：中间节点交换机接收到分组后先进行存储，根据其携带的地址信息在