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通信系统概述通信系统概述第1页，共22页，编辑于2022年，星期三 通信通信-将含有信息的消息有效而可靠地由一地传输到将含有信息的消息有效而可靠地由一地传输到将含有信息的消息有效而可靠地由一地传输到将含有信息的消息有效而可靠地由一地传输到另一地另一地另一地另一地（其它地方）（其它地方）（其它地方）（其它地方）的过程。的过程。目的：传输含有信息的消息目的：传输含有信息的消息 信息：人们待知的消息。信息：人们待知的消息。消息：用以表达信息的某种物理形式。消息：用以表达信息的某种物理形式。信号：寄载消息的某种物理形式。信号：寄载消息的某种物理形式。对通信的要求：对通信的要求：可靠可靠-尽可能准确无误！尽可能准确无误！有效有效-尽可能多而快！尽可能多而快！-指标！指标！什么是通信？第2页，共22页，编辑于2022年，星期三1.1 1.1 通信系统模型通信系统模型 (Model of Communication SystemsModel of Communication Systems)Source of informationTransmitterChannelReceiver User of informationNoisesourceNEXTHOME将基带信号转变为发送信号信道中的噪声与分散在系统其他各处的噪声集中表示在背景噪声中提取有用信号基带电信号变换为原始消息有线信道无线信道相关理论：信号与系统、电路分析、电子线路等将原始消息转变为基带信号第3页，共22页，编辑于2022年，星期三 1.2 模拟通信与数字通信系统模型 Model of Simulate and Digital Communication SystemsModel of Simulate and Digital Communication Systems 一、一、模拟通信系统模型 1 1、模型组成、模型组成modulatorChannelNoise sourcedemodulatorUser of informationSource of informationNEXTHOME模拟通信系统特点：模拟通信系统特点：模拟通信系统特点：模拟通信系统特点：文字语音图象数据1 1 1 1、抗干扰能力差、抗干扰能力差、抗干扰能力差、抗干扰能力差2 2 2 2、不易于保密通信、不易于保密通信、不易于保密通信、不易于保密通信3 3 3 3、不适应计算机通信、不适应计算机通信、不适应计算机通信、不适应计算机通信4 4 4 4、占用带宽不多，简单，易于实现、占用带宽不多，简单，易于实现、占用带宽不多，简单，易于实现、占用带宽不多，简单，易于实现各模块各模块（单元设备、电路）（单元设备、电路）功能？功能？功能？功能？第4页，共22页，编辑于2022年，星期三 基带信号特性 调制、解调原理 信道与噪声统计特性及其对信号传输影响 各类调制方式系统的抗干扰性能 UP2、模拟通信系统主要讨论的问题(The Chief Questions in Simulate Communication Systems)第5页，共22页，编辑于2022年，星期三二、数字通信系统模型 1、数字频带通信系统模型 (Model for Digital Band Communication System )UP信信息息源源加加密密器器编编码码器器调调制制器器信信道道解解调调器器译译码码器器解解密密器器受受信信者者噪声源噪声源信源编码信源编码信道编码信道编码当需要通信保密时,可有效地对 数字基带信号进行人为地“搅乱”.作用:进行降低信号多余度的编码,其目的是减少码元数目和降低码元速率，以提高信息传输 的有效性.如：PCM，ADPCM，M。数字信号传输时,信道噪声或干扰造成的数字信号出现差错,通过差错控制编码来实现纠错，提高信息传输的可靠性.如：线形分组码，循环码，卷积码。第6页，共22页，编辑于2022年，星期三 2、数字基带通信系统模型 (The Model for Digital Baseband Communication System)3、数字信息传输系统研究的几个特殊问题(Several special question in digital information transmission system)差错控制编码(Mishap control coding)信息传输的保密 (Security of information transmission)收、发系统的同步(Sync in receive and send system)Source of informationChannel User of informationNoise sourceReceivefilterTransmitfilter UP第7页，共22页，编辑于2022年，星期三 UP与与模模拟拟通通信信相相比比，数数字字通通信信优优缺缺点点 4、数字通信特点 (The Peculiarity of Digital Communication)优点优点(Merit)(Merit)抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强抗干扰能力强（中继、再生）（中继、再生）（中继、再生）（中继、再生）差错可控制差错可控制差错可控制差错可控制（采用纠错编码（采用纠错编码（采用纠错编码（采用纠错编码）数字信号易存储及加工处理数字信号易存储及加工处理数字信号易存储及加工处理数字信号易存储及加工处理（用计算机等智能设备进行）（用计算机等智能设备进行）（用计算机等智能设备进行）（用计算机等智能设备进行）易加密易加密易加密易加密（保密通信）（保密通信）（保密通信）（保密通信）可综合传递各种消息可综合传递各种消息可综合传递各种消息可综合传递各种消息（综合业务数字网）（综合业务数字网）（综合业务数字网）（综合业务数字网）缺点和问题缺点和问题(Defect&Problem)(Defect&Problem)设备复杂设备复杂设备复杂设备复杂（差错控制要编（差错控制要编（差错控制要编（差错控制要编/解码器，加密要加解码器，加密要加解码器，加密要加解码器，加密要加/解密器）解密器）解密器）解密器）信号带宽不同信号带宽不同信号带宽不同信号带宽不同(数字信号频带更宽数字信号频带更宽数字信号频带更宽数字信号频带更宽)比如:一路模拟电话带宽一路模拟电话带宽4KHz,4KHz,一路数字电话带宽约一路数字电话带宽约2060KHz2060KHz第8页，共22页，编辑于2022年，星期三1.3 1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式 (Classify and Style of Communication System)HOME通信系统单、半双、全双工通信方式演示图：1、按信号特征数字通信模拟通信有线通信无线通信基带调制频带调制单工半双工全双工2、按传输媒质3、按调制方式4、按通信方式第9页，共22页，编辑于2022年，星期三单工、半双工、全双工示意图第10页，共22页，编辑于2022年，星期三4、按复用方式FDMTDMCDM长波通信长波通信中波通信中波通信短波通信短波通信微波通信微波通信光波通信光波通信已派生出来电报电报电话：可视电话电话：可视电话TV雷达雷达5、按工作频率6、按通信业务第11页，共22页，编辑于2022年，星期三 1.4 1.4 信息及其量度信息及其量度 Information and Information ContentInformation and Information Content一、信息与消息(information and message)信息（information）：消息中包含的有意义的内容 用“信息量”衡量消息（message）：包含信息的实体(声音、图象等)信息含义信息含义信息含义信息含义举例：举例：“今年冬天比去年冷今年冬天比去年冷今年冬天比去年冷今年冬天比去年冷”“今年冬天和去年夏天一样热今年冬天和去年夏天一样热今年冬天和去年夏天一样热今年冬天和去年夏天一样热”后句话的信息量前句话的后句话的信息量前句话的后句话的信息量前句话的后句话的信息量前句话的 可能性越小，信息量越大！可能性越小，信息量越大！可能性越小，信息量越大！可能性越小，信息量越大！用概率描述用概率描述用概率描述用概率描述（相互关系为：概率（相互关系为：概率（相互关系为：概率（相互关系为：概率信息量信息量信息量信息量，P=0P=0P=0P=0时信息量为时信息量为时信息量为时信息量为 ）.第12页，共22页，编辑于2022年，星期三二、信息量(Information Content )1 概念 传递的消息都有其量值的概念2 信息量与概率的关系信息量与概率的关系（1 1）定义：I=IP(X)=I=IP(X)=loga1/P(X)（2 2）关系：当P(x)=1P(x)=1时时,I=0;P(x),I=0;P(x)越小,I,I愈大愈大（3 3）IP(xIP(x1 1)P(x)P(x2 2)=IP(x1 1)+IP(x)+IP(x2 2)+)+上一页第13页，共22页，编辑于2022年，星期三 3 信息量单位(Unit-Information Content )a=2,信息量的单位为比特(bit)最常用！a=e,信息量的单位为奈特(nit)a=10,信息量的单位为哈特莱上一页I=loga1/P(X)=-loga P(X)第14页，共22页，编辑于2022年，星期三4等概率离散消息的量度 The Content ofThe Content of Equiprobable Discrete InformationEquiprobable Discrete Information (1)二进制波形信息量 Information capacity of binary waveform P=0.5 I=log21/0.5=log22=1(bit)(2)M进制信息量 Information capacity of M-nary I=log21/1/M=log2M (bit)若 M=2k ,则 I=log22k=k(bit)上一页第15页，共22页，编辑于2022年，星期三5 非等概率离散消息的度量The Content of Unequiprobable Discrete Information x1,x2,.,xn p(x1),p(x2),p(xn)且p(xp(xi i)=1)=1ni=1H(x)=-p(x(xi i)log2 2 p(x2 2)bit/)bit/符号符号(symbol)(symbol)ni=1H(x)-信息源的熵.上一页注意单位注意单位!第16页，共22页，编辑于2022年，星期三 因为 0p(x)1 log2p(x)是负值 所以 H(x)是非负值(1)H(x)是非负的(2)信息源最大熵发生在每一符号等概出现时,即 p(xi i)=1/n.i=1,2,.n个符号.则 H(x)=log2 2n上一页讨论：H(x)的性质:若传送一个消息的符号的总数为m,则该消 息所含的总的信息量为 I=m H(x)例题，见书第17页，共22页，编辑于2022年，星期三1.5 主要性能指标一.主要指标（Major Standards）1 有效性(validity):消息传输的速度.即传输速度2 可靠性(Reliability):消息传输的质量.即对干扰 抑制力 二.模拟通信主要指标(Major Standards of Analog Communication)（1）乘性干扰：信道传输特性不理想产生的误差（2）信号传输时叠加的噪声（自然噪声.内部噪声.人为噪声）上一页1、可靠性(Reliability)：用信噪比(SNR)表示第18页，共22页，编辑于2022年，星期三三.数字通信的主要指标(Major Standards of Digital Communication)1.有效性(validity)（1）传码率（码元速率）RB RB2B2 =RBNBNlog2 2N 单位：Baud(波特率)2.有效性(validity)：单位时间内传输的信息量大小（2）传信率（信息速率）Rb b Rb b:表示每秒钟传递的信息量。单位：bit/s二进制:R Rb2b2=R=RB2B2 N进制:RbNbN=RBNBNlog2 2N 上一页第19页，共22页，编辑于2022年，星期三2、可靠性(Reliability)（1）误码率（误符号率）Pe （2）误信率（误比特率）P Pb b上一页注：传输、调制、接收方式若不同，则有不同的误码率和误信率。注：传输、调制、接收方式若不同，则有不同的误码率和误信率。第20页，共22页，编辑于2022年，星期三1.6 1.6 信道容量信道容量(Capacity of Channel)(Capacity of Channel)含义含义含义含义:信道容量信道容量信道容量信道容量-G.W-G.W-G.W-G.W背景下背景下背景下背景下,且信道带宽与有用信号功且信道带宽与有用信号功且信道带宽与有用信号功且信道带宽与有用信号功率受限下率受限下率受限下率受限下,调制信道无差错调制信道无差错调制信道无差错调制信道无差错(差错率趋于差错率趋于差错率趋于差错率趋于0)0)0)0)地传输数据信号的地传输数据信号的地传输数据信号的地传输数据信号的极限速率极限速率极限速率极限速率(极限速率趋于极限速率趋于极限速率趋于极限速率趋于)称称称称 定义定义定义定义:设设双边加性噪声为双边加性噪声为双边加性噪声为双边加性噪声为P P P Pi i i i()=n)=n)=n)=n0 0 0 0/2/2/2/2的的的的G.W G.W G.W G.W 信道工信道工信道工信道工作频带为作频带为作频带为作频带为B(Hz)B(Hz)B(Hz)B(Hz)有用信号功率为有用信号功率为有用信号功率为有用信号功率为S(W),S(W),S(W),S(W),则信道容量由则信道容量由香农公式决定香农公式决定:S(t)SG.Wr=S/NC=Blog2(1+S/N)=Blog2(1+S/n0B)条件-连续信道讨论:增加S/N和B,N 0例：p332 10-7第21页，共22页，编辑于2022年，星期三本章小结本章小结1、了解一般通信系统模型组成。2、了解模拟与数字通信系统模型组成。3、掌握离散信息源、信息量的计算方法。4、掌握通信系统主要性能指标的概念。5、了解信道容量的概念。第22页，共22页，编辑于2022年，星期三
