第一节通信系统(二章)

第一节通信系统主要内容： 一、通信系统的基本构成 二、信号描述方法及分类 三、信道的分类 四、通信系统的性能指标一、通信系统的构成 通信的定义：传递信息的过程就叫做通信。 通信方式的演变： 古代：靠手势、动作和表情进行交流通信技术电子技术 现代（信息时代）：与多种高新技术紧密结合计算机技术自动控制技术人工智能……1.1通信的发展历史1.1通信的发展历史1.1基本概念语音和文字通信阶段电通信阶段电子信息时代1.1通信的发展历史 时间：19世纪30年代以前 通信方式：交谈、人力、马力、烽火台……1.1基本概念语音和文字通信阶段 技术特点： 渗透了听技术、视技术、光通信技术等； 通信方式简单，内容单一； 通信受到环境、距离等自然条件的限制。1.1通信的发展历史 时间：19世纪30年代～1907年（莫尔斯） 通信方式：电报、电话、无线电……1.1基本概念电通信阶段电通信阶段为通信技术的发展奠定了良好的基础，加快了通信的发展进程，丰富了通信的内容。 基本原理：根据电磁感应原理和电磁辐射理论，利用电磁波（或电流）传输文字、语音。1.1通信的发展历史 时间：1907年电子管问世至今 通信方式：广播、电视、传真、雷达、微波、光纤、卫星……1.1基本概念电子信息时代 通信内容：语音、数据、文字、音乐、图像…… 通信理论：调制理论、信号和噪声理论、信号检测理论、信息论、信源统计特性理论、纠错编码理论、脉冲编码技术（PCM）……1.2.1通信系统的模型通信系统的一般模型1.1基本概念信源变换器信道反变换器信宿噪声/干扰信息产生的源泉信息的接收者传递信息的通道将信源发出的信息变换成便于传输的信号，即编码接收信道中的信号，并将其变换成与发送时物理形式相同的信息，即译码整个系统噪声与干扰的总折合1.2通信系统的构成1.2.2通信系统的模型 几点说明： 图示通信系统是一对一的单向通信系统，双向通信需要另一个方向相反的系统； 多个信源对多个信宿进行通信时，通常要在信道中加入交换设备，构成通信网络； 图示通信系统是一个抽象模型，它概括地反映各种通信系统的共性，根据研究对象与研究问题的不同，还会有不同形式的具体通信系统模型。1.1基本概念1.2.2通信系统的模型 (a)单工；（b）半双工；（c）全双工二、信号描述方法及分类通信信号：专指控制、携带、传递信息的电信号。电信号的描述方法：时域法和频域法时域法：研究信号的电量（电压、电流或功率）随时间的变化情况，通常以波形的方法进行观察。频域法：信号的电量在频率中的分布情况，通过频谱分析仪观察。2.1信号描述方法以频率划分，分为基带信号和频带信号。基带信号：未经过调制的低频信号。频带信号：调制过的高频信号。以参数的状态划分：模拟信号：时间上连续，任意时刻的信号值都是它的一部分，状态连续。数字信号：离散且有限。常见如二进制信号2.2信号的分类2.2信号的分类周期信号：每隔固定的时间又重现本身的信号，固定时间称为周期。如测试正弦信号。非周期信号：无上述固定时间，语音信号。确定信号：可以用明确的数字表达的信号。随机信号：不可预知，写不出确定的数学表达式。2.2信号的分类2.3模拟信号与数字信号 定义：代表消息的电信号及其参数（幅度、频率或相位）随消息连续变化的信号。 特点：幅度连续，在时间上可以连续（连续的模拟信号），也可以不连续（离散的模拟信号，或称抽样信号）。连续模拟信号f(t)t离散模拟信号f(nT)t2.3模拟信号与数字信号 定义：在时间上和幅度上均取有限离散数值的电信号。 特点：幅度离散，在时间上也是离散的。1.3通信信号f(nT)tA0f(nT)tA00101110011f(nT)tA0-AA/2-A/2数字信号与模拟信号的不同点在于:数字信号不直接与消息相对应2.3模拟信号与数字信号注意：时间和幅值均为连续的信号称为模拟信号；时间离散的，幅值连续的信号称为抽样信号；时间和幅值均为离散的信号称为数字信号。 并非所有的离散时间信号都是连续信号的抽样信号(samplingsignal)。如人口的年平均出生率，纽约股票市场每天的Dow-Jones指数等，就是这样的离散时间信号。(a)为连续信号;(b)为离散信号;(c)为离散信号，也为数字信号。2.3模拟信号与数字信号能量信号：能量有限E<无穷大功率信号：功率有限P<无穷大能量信号有零平均功率功率信号有无穷大能量2.4能量信号与功率信号3.1有线信道与无线信道有线信道：由有型的介质构成。双绞线、同轴电缆、光导纤维。无线信道：包含了从发送端到接收端之间的无线空间。电磁波传送信息。频率范围很宽，从极低的频率一直到微波波段。三、信道及其分类3.2信道对输入信号作用的数学模型 ei(t)信道的输入信号，即发送设备的输出信号；

eo(t)信道的输出信号，即接收设备的输入信号；

k(t)信道的衰减系数，对恒参信道而言是一个常数；

n(t)信道中叠加的噪声，加性噪声。

物理意义：输入信号输出信号有比例意义，发送的信号越强，接收的信号也越大；信道使信号在传输过程中受到衰减，衰减量随时间变化；无论发送端是否发送信号；接收端都会收到加性干扰。3.3常见通信信道 双绞线：一对绞合在一起的相互绝缘导线。 传输长度短； 频率较低； 常用于计算机之间的连接线路，或是与端局交换机之间的通信线路。3.3常见通信信道 同轴电缆 结构：如图1.4通信线路纤芯屏蔽层内衬层外护套 优点：寿命长、通信容量大、质量稳定、外界干扰小、可靠性高和维护便利等。粗缆最大传输距离达到500m，细缆185m 分类：50Ω同轴电缆：适于传输基带数字信号，常用于计算机局域网或电话系统的远程传输；0.26cm75Ω同轴电缆：又称宽带同轴电缆主要用于模拟传输系统，是CATV的标准传输电缆。1.27cm3.3常见通信信道 光纤 形式：很细的、可弯曲的、能传导光束的介质。 传输原理：利用光导纤维传递光脉冲完成通信。 结构：1.4通信线路外壳纤芯包层塑料制成，可吸收光线、防止串音、保护外层表面。透明玻璃制成，纤芯的折射率高于包层，可形成光波导效应，使大部分光被束缚在纤芯中传输。3.3常见通信信道 光纤 分类：1.4通信线路单模光纤(8um)多模光纤（62.5um）单模与多模光纤比较单模光纤多模光纤光纤中只传输一种模式细芯，要有激光源端接难色散小、效率高价格昂贵适于长距与高速场合光纤中存在多种传输模式粗芯端接容易色散大、效率低价格较便宜用于短距与低速场合3.3常见通信信道 光纤 优点： 传输频带宽，通信容量大； 传输损耗低，中继距离长； 抗雷电和电磁的干扰性好； 体积小、重量轻。 缺点：接续困难，光接口比较昂贵。1.4通信线路光纤是通信领域中重要的传输媒质，为数据通信、远距离通信、宽带高速通信和海底传输系统提供了良好的传输环境。3.3常见通信信道 微波无线电(见书本P11页) 形式：将地球上的大气作为电磁波的长距离传送介质。 应用场合：作为陆上无线电系统的传送介质。 优点： 跨越自然障碍和阻隔的能力强，最适合于移动通信； 成本低、中继距离远、传输质量比较稳定。 缺点： 雨雪天气易产生吸收损耗，不利地形或环境易造成衰落现象，引起较高的误码率； 保密性差。1.4通信线路四、通信系统的性能指标 衡量通信系统性能优劣的基本指标：有效性和可靠性

有效性：传输一定的信息量所消耗的信道资源数（带宽或时间）；

可靠性：接收信息的准确程度。 这两个指标通常是矛盾的，根据实际情况进行权衡。4.1模拟通信系统的性能指标有效性：有效传输带宽度量。带宽越窄，有效性越好。可靠性：信噪比度量。信噪比越大，通信质量越高。电话要求20dB，电视图像要求40dB。分贝：表示两种电或声功率之比的一种单位,它等于功率比的常用对数的10倍——缩写为dB 10lg(P1/P2)20lg(V1/V2)4.2数字通信系统的性能指标有效性：传输速率；可靠性：差错率。差错率计算的相关知识：码元：单个的数字符号构成数字信号的基本单位。 2进制符号：0、1； 8进制符号：0、1、2、3、4、5、6、7； 10进制符号：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9； 16进制符号：0、1、2…a、b、c、d、e、f由于传送的时候采用二进制比特流；而所谓码元就是单个数字符号对应的二进制数据的内容。4.2数字通信系统的性能指标八进制00001001201030114100510161107111十进制00000100012001030011401005010160110701118100091001十六进制0000010001…1001a1010b1011c1100d1101e1110f11114.2数字通信系统的性能指标信息量计算：一个二进制码元的信息量为1bit,一个M进制码元的信息量为log2Mbit。（8进制码元的信息量3bit；10进制码元的信息量4bit；16进制码元的信息量为4bit。）码元速率：单位时间传送的码元数RS。称为波特率Bd。信息速率：单位时间传输的信息量Rb。 Rb=

RS×

log2M频带利用率：所传输的信息速率（或符号速率）与系统带宽之比值，其单位为bit/s/HZ。差错率：用误比特率和误码元率表示 误比特率Pb=误比特数/传输总比特数 误码