现代通信系统原理.ppt

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1、第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理现代通信系统原理 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理第第1章章 绪绪 论论 1.1 通信的定义通信的定义 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式 1.4 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 11/14/20222第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.1 通信的定义通信的定义 通信的定义：通信的定义：是指由一

2、地向另一地进是指由一地向另一地进行消息的有效传递。行消息的有效传递。通信的目的：通信的目的：就是传递消息。就是传递消息。本书对通信的定义：本书对通信的定义：利用电子等技术利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信。地向另一地进行消息的有效传递称为通信。11/14/20223第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.2 通信系统的组成通信系统的组成图图1-1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 信源信源（信息源，也称发终端）：把待传（信息源，也称发终端）：把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中输的消息转换成

3、原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。电话机可看成是信源。1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 11/14/20224第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 发送设备发送设备：将信源和信道匹配起来，即：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。成适合在信道中传输的信号。信道信道：信号传输的通道，可以是有线的，：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。接收设备接收设备：任务是从带有干扰的接收信：任务是从带有干扰的接收信号中恢

4、复出相应的原始电信号来。号中恢复出相应的原始电信号来。信宿信宿：将复原的原始电信号转换成相应：将复原的原始电信号转换成相应的消息。的消息。11/14/20225第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.2.2 模拟通信系统模拟通信系统 模拟通信系统中两种重要变换：模拟通信系统中两种重要变换：（1）连续消息到电信号相互变换；）连续消息到电信号相互变换；（2）基带信号到调制信号的变换；）基带信号到调制信号的变换；图图1-2 模拟通信系统的模型模拟通信系统的模型 11/14/20226第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理已调信号有三个基本特性：已调信号有三个基本特性：（1）携带有消息；）携带有

5、消息；（2）适合在信道中传输）适合在信道中传输 （3）频谱具有带通形式，且中心频率远）频谱具有带通形式，且中心频率远离零频。离零频。11/14/20227第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.2.3 数字通信系统数字通信系统 信道中传输数字信号的系统，称为数字信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统，它包括以下三种：通信系统，它包括以下三种：1.数字频带传输通信系统数字频带传输通信系统 基本特征基本特征：消息或信号具有：消息或信号具有“离散离散”或或“数字数字”的特性，同时强调已调参量与代表的特性，同时强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。消息的数字信号之间的一一对应关系

6、。11/14/20228第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 数字通信的优势和存在的问题：数字通信的优势和存在的问题：（1）可实现）可实现差错控制编码即信道编码差错控制编码即信道编码；（2）容易）容易实现保密通信；实现保密通信；（3）数字通信中必须有数字通信中必须有“同步同步”。图图1-3 数字频带传输通信系统的模型数字频带传输通信系统的模型11/14/20229第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 2.数字基带传输通信系统数字基带传输通信系统 基带信号形成器：可能包括编码器、加密基带信号形成器：可能包括编码器、加密器以及波形变换等；器以及波形变换等；接收滤波器：可能包括译码器、解密器

7、等。接收滤波器：可能包括译码器、解密器等。图图1-4 数字基带传输系统模型数字基带传输系统模型11/14/202210第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 3.模拟信号数字化传输通信系统模拟信号数字化传输通信系统 发端将模拟信号数字化，即进行发端将模拟信号数字化，即进行A/DA/D转换；转换；接收端需进行相反的转换，即接收端需进行相反的转换，即D/AD/A转换。转换。图图1-5模拟信号数字化传输系统模型模拟信号数字化传输系统模型11/14/202211第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.2.4 数字通信的主要特点数字通信的主要特点 1.数字通信的主要优点数字通信的主要优点 （1）抗

8、干扰能力强；）抗干扰能力强；（2）差错可控；）差错可控；（3）易加密；）易加密；（4）易于与现代技术相结合。）易于与现代技术相结合。2.亟待解决的问题亟待解决的问题 （1）提高频带利用）提高频带利用；（2）简化系统设备结构。）简化系统设备结构。11/14/202212第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式1.3.1 通信的分类通信的分类 1.按传输媒质分：按传输媒质分：有线通信和无线通信；有线通信和无线通信；2.按信道中所传信号的特征分：按信道中所传信号的特征分：模拟通模拟通信系统与数字通信系统；信系统与数字通信系统；3.按按工工作作频频段

9、段分分：长长波波通通信信、中中波波通通信信、短短波波通通信信、微微波波通通信信等等。具具体体情情况况见见表表1-1；11/14/202213第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 4.按调制方式分：按调制方式分：基带传输和频带传输；基带传输和频带传输；5.按业务的不同分：按业务的不同分：6.按收信者是否运动分：按收信者是否运动分：移动通信和固定移动通信和固定通信。通信。另外，通信还有其它一些分类方法，如另外，通信还有其它一些分类方法，如按多地址方式可分为频分多址通信、时分多按多地址方式可分为频分多址通信、时分多址通信、码分多址通信等；按用户类型可分址通信、码分多址通信等；按用户类型可分为公用

10、通信和专用通信等。为公用通信和专用通信等。11/14/202214第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.3.2 通信方式通信方式 1.按消息传送的方向与时间分按消息传送的方向与时间分 通通信信方方式式可可分分为为单单工工通通信信、半半双双工工通通信信及全双工通信三种。及全双工通信三种。11/14/202215第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 2.按数字信号排序分按数字信号排序分 可将通信方式分为串序传输和并序传输。可将通信方式分为串序传输和并序传输。11/14/202216第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 3.按通信网络形式分按通信网络形式分 通信的网络形式通常可分为三种

11、：两点间通信的网络形式通常可分为三种：两点间直通方式、分支方式和交换方式，直通方式、分支方式和交换方式，图图1-8 按网络形式划分的通信方式按网络形式划分的通信方式（a）两点间直通方式；（）两点间直通方式；（b）分支方式；）分支方式；（c）交换方式）交换方式11/14/202217第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.4 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标1.4.1 一般通信系统的性能指标一般通信系统的性能指标 一般通信系统的性能指标归纳起来有一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面以下几个方面:有有效效性性、可可靠靠性性、适适应应性性、经经济济性性、保保密密性性标标准准性

12、性、维维修修性性、工工艺艺性性等等。而而本本书书只研究通信系统的只研究通信系统的有效性和可靠性。有效性和可靠性。11/14/202218第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 对对于于模模拟拟通通信信来来说说，系系统统的的有有效效性性和和可可靠靠性性具具体体可可用用系系统统频频带带利利用用率率和和输输出出信信噪噪比比（或均方误差）来衡量。（或均方误差）来衡量。对于数字通信系统而言，系统的可靠性对于数字通信系统而言，系统的可靠性和有效性具体可用误码率和传输速率来衡量。和有效性具体可用误码率和传输速率来衡量。11/14/202219第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.4.2 信息及其度量

13、信息及其度量 信息定义：信息定义：消息中包含的有意义的内容。消息中包含的有意义的内容。信信息息量量与与消消息息出出现现的的概概率率有有关关，具具体体可可以描述为如下规律：以描述为如下规律：（1）消消息息中中所所含含信信息息量量是是消消息息出出现现概概率率的函数；的函数；（2）消消息息出出现现的的概概率率愈愈小小，它它所所含含信信息息量愈大；反之信息量愈小；量愈大；反之信息量愈小；11/14/202220第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 （3）若若干干个个互互相相独独立立事事件件构构成成的的消消息息所所含含信息量等于各独立事件信息量的和。信息量等于各独立事件信息量的和。信息量信息量 I

14、和消息出现概率和消息出现概率P(x)的关系为：的关系为：信息量的单位取决于对数底数信息量的单位取决于对数底数a的取值：的取值：a=2 单位为比特（单位为比特（bit，简写为，简写为b）；）；a=e 单位为奈特（单位为奈特（nat，简写为，简写为n）；）；a=10 单位为哈特莱。单位为哈特莱。11/14/202221第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理例例1.1 设设二二进进制制离离散散信信源源，数数字字0或或1以以相相等等的概率出现，试计算每个符号的信息量。的概率出现，试计算每个符号的信息量。解解:二进制等概率时二进制等概率时 有有 即二进制等概时，每个符号的信息量相即二进制等概时，每个符

15、号的信息量相等，为等，为1bit。11/14/202222第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 当各个符号出现的概率不相等时，当各个符号出现的概率不相等时，计算计算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。消息的信息量，常用到平均信息量的概念。平均信息量定义：每个符号所含信息的平均信息量定义：每个符号所含信息的平均值。用符号平均值。用符号 表示。表示。多进制时，设各符号出现的概率为：多进制时，设各符号出现的概率为：且且 11/14/202223第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理则平均信息量（信息源的熵）为：则平均信息量（信息源的熵）为：1.4.3 有效性指标的具体表述有效性指标的具体表述

16、 1.码元传输速率码元传输速率 定义：定义：单位时间内传输码元的数目；单位时间内传输码元的数目；单位：单位：波特（波特（Baud），用符号），用符号“B”表表示；示；符号：符号：Tb为码元宽度。为码元宽度。11/14/202224第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 2.信息传输速率信息传输速率 定义：定义：单位时间内传输的信息量；单位时间内传输的信息量；单位：单位：比特比特/秒秒(bit/s)，简记为，简记为b/s或或bps；符号：符号：,它它与与N有关。有关。3.与与 之间的互换之间的互换 它们之间在数值上有如下关系：它们之间在数值上有如下关系：11/14/202225第第1 1章章

17、绪论绪论现代通信系统原理 4.多进制与二进制传输速率之间的关系多进制与二进制传输速率之间的关系 码码元元速速率率不不变变，二二进进制制信信息息速速率率与与多多进进制信息速率之间的关系：制信息速率之间的关系：系统信息速率不变，多进制码元速率与系统信息速率不变，多进制码元速率与二进制码元速率之间的关系：二进制码元速率之间的关系：11/14/202226第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理1.4.4 可靠性指标的具体表述可靠性指标的具体表述 数数字字通通信信系系统统可可靠靠性性的的指指标标是是利利用用差差错错率来衡量。差错率通常有两种表示方法。率来衡量。差错率通常有两种表示方法。1.码元差错率（码元差错率（误码率误码率）发发生生差差错错的的码码元元数数在在传传输输总总码码元元数数中中所所占占的的比比例例，也也就就是是说说，误误码码率率就就是是码码元元在在传传输系统中被传错的概率。输系统中被传错的概率。11/14/202227第第1 1章章 绪论绪论现代通信系统原理 2.信息差错率（信息差错率（误信率误信率）发生差错的信息量在信息传输总量中所发生差错的信息量在信息传输总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率输系统中被丢失的概率。11/14/202228