通信原理幻灯片.ppt

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1、通信原理第1页，共40页，编辑于2022年，星期三2023/1/151 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型1.2 1.2 通信系统的基本模型通信系统的基本模型图图 1 1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型信道第2页，共40页，编辑于2022年，星期三2图图 1 2 模拟信号波形模拟信号波形(a)连续信号；连续信号；(b)抽样信号抽样信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第3页，共40页，编辑于2022年，星期三3v 只能取有限个值的信号。如电报信号、计算机输入/输出信号等。v 幅度离散、时间离散。即函数形式表现为自变量和函数值都离

2、散取值的函数。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（2）数字信号第4页，共40页，编辑于2022年，星期三4模拟通信系统是传输模拟信号的通信系统。信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信号 的 频 谱 从 零 频 附 近 开 始，如 语 音 信 号 为3003400Hz，图像信号为06MHz。模拟信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。3、模拟通信系统模型模拟通信系统模型1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统

3、模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第5页，共40页，编辑于2022年，星期三5已调信号有三个基本特征：已调信号有三个基本特征：v 携带有信息携带有信息v 适合在信道中传输适合在信道中传输v 信信号号的的频频谱谱具具有有带带通通形形式式且且中中心心频频率率远远离离零零频频，因因而已调信号又称频带信号。而已调信号又称频带信号。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第6页，共40页，编辑于2022年，星期三6模拟通信系统模型可由图 1-1 略加演变而成，如图 1-3 所示。图中的调制器和解调器就代表图 1-1 中的发送设备和接收设备。图图 1-3 模拟通

4、信系统模型模拟通信系统模型1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第7页，共40页，编辑于2022年，星期三74、数字通信系统模型数字通信系统模型 图图 1 4 数字通信系统模型数字通信系统模型数字通信系统是传输数字信号的通信系统，如图 1-4 所示。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第8页，共40页，编辑于2022年，星期三8 信源编码的作用：v 一是将模拟信号转换成数字信号，即模/数转换。第2章中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制(PCM)和增量调制(M)。v 二是设法减少码元数目和减少冗余

5、信息，即数据压缩。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（1）信源编码与译码）信源编码与译码第9页，共40页，编辑于2022年，星期三9 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（2）信道编码与译码信道编码与译码第10页，共40页，编辑于2

6、022年，星期三10在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息，叫解密。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（3）加密与解密加密与解密第11页，共40页，编辑于2022年，星期三11数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。S(t)Acos(t+)S(t)Acos(t+)信源信源 载波信号载波信号 已调信号已调信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型

7、与数字通信系统模型（4）数字调制与解调数字调制与解调第12页，共40页，编辑于2022年，星期三12同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（5）同步同步第13页，共40页，编辑于2022年，星期三136、数字通信的主要不足数字通信的主要不足v 占用带宽大；模拟电话4KHz,数字电话20-64KHzv 需要同步。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统

8、模型第14页，共40页，编辑于2022年，星期三14表表 1-11-1常见的调制方式（略）常见的调制方式（略）调调 制制 方方 式式 用途用途 连续连续波调波调制制线性调制线性调制常规双边带调幅常规双边带调幅广播广播 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅 立体声广播立体声广播 单边带调幅单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传载波通信、无线电台、数传 残留边带调幅残留边带调幅VSB 电视广播、电视广播、数传、数传、传真传真 非线性调制非线性调制频率调制频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播 相位调制相位调制PM 中间调制方式中间调制方式 数字调制数字调制幅度键控幅度键

9、控ASK 数据传输数据传输 相位键控相位键控数据传输数据传输 第15页，共40页，编辑于2022年，星期三15 调调 制制 方方 式式 用途用途 脉冲脉冲调制调制数字调制数字调制相位键控相位键控PSK、DPSK、QPSK等等 数据传输、数据传输、数字微波、数字微波、空空间通信间通信 其他高效数字调制其他高效数字调制QAM、MSK等等 数字微波、数字微波、空间通信空间通信 脉冲模拟调脉冲模拟调制制脉幅调制脉幅调制PAM 中间调制方式、中间调制方式、遥测遥测 脉宽调制脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式中间调制方式 脉位调制脉位调制PPM 遥测、遥测、光纤传输光纤传输 脉冲数字调脉冲数字调制制脉码

10、调制脉码调制PCM 市话、市话、卫星、卫星、空间通信空间通信 增量调制增量调制DM 军用、军用、民用电话民用电话 差分脉码调制差分脉码调制DPCM 电视电话、电视电话、图像编码图像编码 其他语言编码方式其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC 中低速数字电话中低速数字电话 续表（续表（1）第16页，共40页，编辑于2022年，星期三16表表 1 2 1 2 通信波段与常用传输媒质通信波段与常用传输媒质频率范围频率范围 波长波长 符号符号 传输媒质传输媒质 用途用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低频甚低频VLF 有线线对有线线对长波无线电长波无线电 音频、电话、数据音频、电话、数据

11、终端、长距离导航、终端、长距离导航、时标时标 30300 kHz 103104 m 低频低频LF 有线线对有线线对长波无线电长波无线电 导航、导航、信标、信标、电电力线通信力线通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中频中频MF 同轴电缆同轴电缆短波无线电短波无线电 调幅广播、移动陆调幅广播、移动陆地通信、业余无线地通信、业余无线电电 330 MHz 10102 m 高频高频HF 同轴电缆同轴电缆短波无线电短波无线电 移动无线电话、移动无线电话、短短波广播定点军用通波广播定点军用通信、信、业余无线电业余无线电 30300 MHz 110 m 甚高频甚高频VHF 同轴电缆同轴电缆米波无

12、线电米波无线电 电视、电视、调频广播、调频广播、空中管制、空中管制、车辆、车辆、通信、通信、导航导航 第17页，共40页，编辑于2022年，星期三17续表（续表（2）频率范围频率范围 波长波长 符号符号 传输媒质传输媒质 用途用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高频特高频UHF 波导波导分米波无线电分米波无线电 微波接力、微波接力、卫星和卫星和空间通信、空间通信、雷达雷达 330 GHz 110 cm 超高频超高频SHF 波导波导厘米波无线电厘米波无线电 微波接力、微波接力、卫星和卫星和空间通信、空间通信、雷达雷达 30300 GHz 110 mm 极高频极高频EHF 波导波导毫

13、米波无线电毫米波无线电 雷达、雷达、微波接力、微波接力、射电天文学射电天文学 107108 GHz 310-5 310-4 cm 紫外可见光紫外可见光红外红外 光纤光纤激光空间传播激光空间传播 光通信光通信 第18页，共40页，编辑于2022年，星期三181.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 信号是消息的载体，而信息是其内涵。任何信源产生的输出都是随机的，信息含量就是对消息中这种不确定性的度量，是用统计方法来定性的。消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。第19页，共40页，编辑于2022年，星期三19信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为：1、信息量的计算、信息量的计算信息

14、量的单位与对数底数a有关。a=2时，信息量的单位为比特(bit)；a=e时，信息量的单位为奈特(nit)；a=10时，信息量的单位为哈特莱（Hartly）。目前广泛使用的单位为比特。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第20页，共40页，编辑于2022年，星期三20可见，传送等概率的二进制波形之一（P=1/2）的信息量为1比特。例 1 1 设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为多少？1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第21页，共40页，编辑于2022年，星期三21例1-1中，如果传送等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息量为2比特，这时每一个四进

15、制波形需要用2个二进制脉冲表示；传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息量为3比特，这时至少需要3个二进制脉冲。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第22页，共40页，编辑于2022年，星期三22设离散信源是一个由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2、非等概情况的信息量的计算、非等概情况的信息量的计算则x1,x2,，xn 所包含的信息量分别为-log2 P(x1)，-log2 P(x2)，-log2 P(xn)。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第23页，共40页，编辑于2022年，星期三23该消息的信息量为：该消息的信息量

16、为：1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第24页，共40页，编辑于2022年，星期三243、平均信息量、平均信息量(信息源的熵信息源的熵)每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量H为：1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第25页，共40页，编辑于2022年，星期三25 每个符号的算术平均信息量为：若用熵的概念来计算，由式（1.4-5）得：4、算术平均信息量、算术平均信息量1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第26页，共40页，编辑于2022年，星期三26可见，两种算法的结果有一定误差，但当消息很长时，用熵的概念来计算比较方便。而且随着消息序列长度的增加，两种计算误差将趋于零。1

17、.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第27页，共40页，编辑于2022年，星期三271.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标通信的任务是快速、准确地传递信息。评价一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的有效性和可靠性。有效性是指在给定时间内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题；可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。第28页，共40页，编辑于2022年，星期三281、模拟通信系统、模拟通信系统有效性指标：用单位时间传送的信息量来衡量，传送信息量越大，有效性越好；可靠性指标：用接收端最终输出信噪比来度量，信噪比越大，可靠性越好。1.5 1.5 通

18、信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第29页，共40页，编辑于2022年，星期三29（1）信道容量信道容量B:带宽S/N:信噪比1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第30页，共40页，编辑于2022年，星期三30（2）信噪比信噪比1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第31页，共40页，编辑于2022年，星期三31数字通信系统的有效性用传输速率来衡量；可靠性用差错率来衡量。2、数字通信系统指标数字通信系统指标1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第32页，共40页，编辑于2022年，星期三32（1）传码率）传码率RB1.

19、5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。第33页，共40页，编辑于2022年，星期三33在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这个间隔被称为码元长度数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度TB有关(2)码元长度码元长度TB1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第34页，共40页，编辑于2022年，星期三34信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它

20、表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或 b/s，或bps。（3）传信率）传信率Rb1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标Rb=RBH(b/s)(1.5-3)H：信源中每个符号所含的平均信息量（熵）第35页，共40页，编辑于2022年，星期三35例如：码元速率为1200B，采用八进制（N=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制（N=2）时，信息速率为1200b/s。或或 Rb=RB log2 N(b/s)（等概率情况下）（等概率情况下）(1.5-4)N：每个码元可能采用的符号数：每个码元可能采用的符号数二进制的码元速率和信息速率在

21、数量上相等，有时简称它们为数码率。1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第36页，共40页，编辑于2022年，星期三36（4）频带利用率频带利用率数字信号的传输带宽B取决于码元速率RB，而码元速率和信息速率Rb有着确定的关系。为了比较不同系统的传输效率，又可定义频带利用率为：单位频带内的码元传输速率。即：1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第37页，共40页，编辑于2022年，星期三37误码率（码元差错率）e是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即：（5）误码率）误码率e在ISDN中1.5

22、 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第38页，共40页，编辑于2022年，星期三38 误信率（信息差错率）b是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即：（6）误信率）误信率b在二进制中有：1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第39页，共40页，编辑于2022年，星期三39通常指信号所占据的频带宽度；在被用来描述信道时，带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz）为单位。例如模拟语音电话的信号带宽为3400Hz，一个Pal-D电视频道的带宽为8MHz（含保护带宽）。对于数字信号而言，带宽是指单位时间内链路能够通过的数据量。例如ISDN的B信道带宽为64Kbps。由于数字信号的传输是通过模拟信号的调制完成的，为了与模拟带宽进行区分，数字信道的带宽一般直接用波特率或符号率来描述。补充知识：带宽的概念补充知识：带宽的概念第40页，共40页，编辑于2022年，星期三40