大学通信技术通信原理课件

1、1复习-通信系统一般模型噪声信道信源信宿传输媒介发送设备接收设备通信系统一般模型1复习-通信系统一般模型噪声信道信信传输媒介发送设备接收设2复习-信息及其度量 信息量：平均信息量：I为消息x所携带的信息量P(x)为该消息发生的概率2复习-信息及其度量 信息量：平均信息量：I为消息x所携3第1章 绪论1.1 通信技术的发展与信息社会 1.2 通信系统的组成与分类1.3 通信方式1.4 信息及其度量1.5 通信系统主要性能指标1.6 信道主要内容3第1章 绪论1.1 通信技术的发展与信息社会 主要内容41.5 通信系统主要性能指标通信系统性能指标涉及要素有效性：传输信息的速度，传输一定信息所占资源

2、（带宽和时间）；可靠性：通信传输质量；适应性：使用的环境条件；经济性：系统的成本；标准性；维修性、工艺性、保密性。从信息传输的角度看，有效性和可靠性是矛盾的主要方面。41.5 通信系统主要性能指标通信系统性能指标涉及要素51.5 通信系统主要性能指标模拟通信系统的性能指标有效性度量：系统的频带利用率可靠性指标：接收端最终输出信噪比数字通信系统的性能指标传输速率和频带利用率 传输速率可分为码元传输速率和信息传输速 率两种。51.5 通信系统主要性能指标模拟通信系统的性能指标61.5 通信系统主要性能指标 码元传输速率 (RB) 又叫符号速率，它表示单位时间(每秒)内传输的码元(符号)的数目。其单

3、位为波特，常用B表示。简称波特率。 码元速率、数码率、传码率、波特率、波形速率、调制速率。例：某数字通信系统2s内传送3600个码元， 其码元速率为1800B。61.5 通信系统主要性能指标 码元传输速率 (RB)例：某71.5 通信系统主要性能指标码元宽度或码元周期TB相邻两个码元发送的时间间隔 TB=1/RB信息传输速率(Rb) 又叫信息速率，它表示单位时间(每秒)内传送数据信息的比特数。其单位为比特/秒，记为bit/s，或bps。信息传输速率与码元速率的关系： 若采用N进制传输，则信息速率与码元速率之间的关系为: Rb=RBlog2N （b/s）71.5 通信系统主要性能指标码元宽度或码

4、元周期TB81.5 通信系统主要性能指标 频带利用率 单位频带的传输速率例：某数字通信系统在3s内输出3600个码元， 采用4进制传输，则信息速率为2400bps.81.5 通信系统主要性能指标 频带利用率例：某数字通信系91.5 通信系统主要性能指标 误码率 在传输过程中错误接收的码元数与传输的总码元数之比。 误信率（误比特率） 在传输过程中错误接收的比特数与传输的总比特数之比。 对于二进制数字通信系统，91.5 通信系统主要性能指标 误码率 误信率（误比特率） 10第1章 绪论1.1 通信技术与信息社会 1.2 通信系统的组成与分类1.3 通信方式1.4 信息及其度量1.5 通信系统主要性

5、能指标1.6 信道主要内容10第1章 绪论1.1 通信技术与信息社会 主要内容111.6 信道信道的定义： 以传输媒介为基础的信号通道狭义信道的定义和分类：仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道；分类：无线信道有线信道广义信道 包含有关的“转换器” ，如天线，调制器、解调器等。111.6 信道信道的定义：121.6 信道广义信道的分类调制信道：从调制器的输出端到解调器的输入端编码信道：从编码器的输出端到译码器的输入端狭义信道有线或无线传输媒介调制信道编码信道传输媒介发转换器收转换器译码器编码器调制器解调器数字化信源译码输出121.6 信道广义信道的分类狭义信道传输媒介发转换器收转换131.6 信道

6、1、对称电缆（双绞线）对称电缆结构图1.6.1 有线信道131.6 信道1、对称电缆（双绞线）对称电缆结构图1.6.142、同轴电缆同轴电缆结构图1.6 信道142、同轴电缆同轴电缆结构图1.6 信道151.6 信道3、光纤光纤传输原理全反射原理多模光纤（MMF）和单模光纤（SMF）光源LED（Light Emitted Dioxide）激光光纤中的色散限制了光纤的无中继传输距离光信号入光信号出光纤外层光纤内层151.6 信道3、光纤光信号入光信号出光纤外层光纤内层16第三传输窗口第二传输窗口第一传输窗外吸收红外吸收瑞利散射0.22.5损 耗 (dB/km)波长 (n

7、m) 光纤损耗谱特性OH离子吸收峰光纤带宽：1300nm窗口约100nm，1550nm窗口约100nm，共200nm，约30THz1.6 信道16第三传输窗口第二传输窗口第一传输窗口1300155085171.6 信道1.6.2 无线信道电磁波传播特性影响电磁波传播的因素大气：电离层、雨雪、空气粒子等地面：良导体、地面弯曲等地波传播电磁波波长与电离层距离地面的高度相比拟，形同波导；ELF、VLF、LF、MF主要使用的传播方式ELF具有一定的海水穿透能力。171.6 信道1.6.2 无线信道电磁波传播特性 1969年，威斯康辛州建WTF台，十字型天线，各长22.5公里，300A； 1981年，密

8、歇根州又建MTF台，天线各长45公里，150A； 1986年，WTF/MTF台正式投入使用，共指挥161艘潜艇。美国超长波对潜通信系统威斯康辛州密歇根州18 1969年，威斯康辛州建WTF台，十字型天线，各长22.5191.6 信道天波传播 HF使用的主要传播方式； 主要特点：电离层随机扰动、多径效应。Multi hopsingle hop电离层EarthTransmitterReceiver191.6 信道天波传播Multi hopsingle ho201.6 信道视距传播天线高度与传输距离之间的关系 平坦地面条件下，收发天线高度分别为50m，则视线距离为50km。201.6 信道视距传播

9、平坦地面条件下，收发天线高通信速率与距离：从木星：115kbps从土星：30kbps从天王星：20kbps，29亿公里从海王星：15kbps，45亿公里 1977年发射“旅行者1”、 “旅行者2”，探测大行星。 “旅行者2”，是人类最成功的宇宙探测器，成果辉煌 。视距传播21通信速率与距离： 1977年发射“旅行者1”、 “旅行者221.6 信道对流层散射对流层散射区EarthTransmitterReceiver 无线光传输 红外光、紫外光、激光221.6 信道对流层散射对流层散射区EarthTransm231.6 信道微波中继信道231.6 信道微波中继信道241.6 信道卫星中继信道24

10、1.6 信道卫星中继信道251.6 信道陆地移动信道1）传播衰减：移动信道中自由空间传播损耗251.6 信道陆地移动信道261.6 信道2）反射波与散射波 移动信道的传播路径和平滑表面反射261.6 信道2）反射波与散射波271.6 信道短波电离层反射信道短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电离层，或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道。电离层离地面60600km。当频率范围为330MHz（波长为10100m）的短波（或称为高频）无线电波射入电离层时，由于折射现象会使电波发生反射，返回地面。271.6 信道短波电离层反射信道短波电离层反射信道是利用地281.6 信道电离层反

11、射示意图281.6 信道电离层反射示意图291.6 信道多径形式示意图291.6 信道多径形式示意图301.6 信道调制信道的主要特性有一对或多对输入端，必然有一对或多对输出端；绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；信号通过信道需要经过一定的延时；信道对信号有损耗（固定或时变损耗）；即使没有信号输入，接收端仍有信号输出（噪声），通常称为加性噪声或加性干扰。301.6 信道调制信道的主要特性311.6 信道 信道对信号的影响： 1、乘性干扰k(t)的影响 2、加性干扰n(t)的影响 二对端的调制信道模型： 把f()设想成一个信号与干扰相乘的形式311.6 信道 信道对信号的影响： 1、乘性干32

12、1.6 信道乘性干扰k(t)包含的因素：线性失真、非线性失真、时间延迟以及衰减等；随时间变化的特性；调制信道的分类恒参信道：k(t)不随时间变化或变化极为缓慢；有线信道通常可以看成恒参信道。随参信道：k(t)随时间t随机变化；移动无线信道为随参信道。321.6 信道乘性干扰k(t)331.6 信道信道模型 （1）加性噪声恒参信道331.6 信道信道模型341.6 信道（2）具有加性噪声的线性滤波信道+信道s(t)n(t)h(t)线性时不变滤波器341.6 信道（2）具有加性噪声的线性滤波信道+信道s(t351.6 信道 （3）加性噪声线性时变滤波信道模型351.6 信道 （3）加性噪声线性时变

13、滤波信道模型361.6 信道编码信道包括调制器、解调器和传输媒介调制信道使调制信号发生波形变化编码信道对信号的影响是数字序列的变换与调制信道的关系解调发生的差错编码信道模型采用数字信号的转移概率来描述361.6 信道编码信道包括调制器、解调器和传输媒介371.6 信道371.6 信道381.6 信道信道容量：是指信道中信息能够无差错传输的最大速率。说明：本节讨论的是调制信道（或称波形信道，它是指从发射机调制器输出端到接收机解调器输入端之间的信道）的信道容量。381.6 信道信道容量：是指信道中信息能够无差错传输的最大391.6 信道香农公式 对于带宽有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道，设信

14、道带宽为B (Hz)，信道输出信号功率为S (W)，输出加性高斯噪声功率为N (W)，则可以证明该信道的信道容量为令加性高斯噪声的单边功率谱密度为 ，则391.6 信道香农公式令加性高斯噪声的单边功率谱密度为 401.6 信道例：已知黑白电视图像信号每帧有30万个像素，每个像素有8个亮度电平，各电平独立等概出现，图像每秒发送25帧，若要求接收图像信噪比达到30dB，求所需最小带宽。解：首先计算每个像素的信息量： 每帧图像的信息量为 每秒传输25帧所需传输速率401.6 信道例：已知黑白电视图像信号每帧有30万个像素，411.6 信道 信道容量必须不小于所要求的信息传输速率。代入信道容量公式得到 得到所需最小带宽411.6 信道 信道容量必须不小于所要求的信息传42第一章学习建议1、明确：学习通信原理的目的是要在尽