通信原理教程1绪论信息论.ppt
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1、通信系统原理通信系统原理第1章 绪论主讲:杨春萍先修课程先修课程n概率论、随机过程n信号与系统n高等数学、线性代数n模拟电子电路n高频电子线路n数字逻辑电路本课程的学习要求n n主要任务主要任务主要任务主要任务:本课程主要介绍信息端到端的传输系本课程主要介绍信息端到端的传输系统,主要讨论通信系统的组成和性能指标。统,主要讨论通信系统的组成和性能指标。n n授课内容授课内容授课内容授课内容:1-101-10、1313章章(第第6 6版版)n n学习要求学习要求学习要求学习要求:要求掌握基本的通信原理,以及原理的基本应用要求掌握基本的通信原理,以及原理的基本应用n n考核方式考核方式考核方式考核方
2、式:平时成绩平时成绩20%考试成绩考试成绩80%n n参考书参考书参考书参考书 徐家恺,徐家恺,通信原理教程通信原理教程第第2 2版,科学出版社;版,科学出版社;曹志刚,曹志刚,现代通信原理现代通信原理,清华大学出版社;,清华大学出版社;周炯槃,周炯槃,通信原理通信原理,北京邮电大学出版社。,北京邮电大学出版社。第第1章绪论章绪论n通信的基本概念通信的基本概念n通信系统的组成通信系统的组成n通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式n信息及其度量信息及其度量n通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标通信的基本概念通信的基本概念n通信概念通信概念为达到联系的目的,采用电的或非电的任何方法,通过
3、任何媒质,将信息从一地传到另一地的过程称为通信(“电通信”)。实质:完成完成信息的转换和传输。信息的转换和传输。n通信的重要性通信的重要性当今信息社会,通信与传感、计算机技术紧密结合,成为整个社会的高级“神经中枢”。n通信系统通信系统 以电信号作为信息转换和传输系统。它只能为两个用户之间提供单方向的信息传递。(点对点的单向传输)n通信网通信网 多用户通信系统互联的通信体系。(多点中的任意两点间的双向传输)以电话网为例 框图框图通信的基本概念通信的基本概念n消息、信息与信号消息、信息与信号信号(信号(信号(信号(signalsignal):传输消息的手段(媒介),传输消息的手段(媒介),是消是消
4、息的载体(或媒介)息的载体(或媒介),通信系统中传输的是信号。,通信系统中传输的是信号。消息消息消息消息(messagemessage):通信的目的是传递消息,如语音、通信的目的是传递消息,如语音、文字、图形、图像等;文字、图形、图像等;信息信息信息信息(informationinformation):消息的有效消息的有效(或有意义)(或有意义)内内容,容,不同消息可有相同内容;不同消息可有相同内容;信息一词在概念上与消息的意义相似,但是它的含义信息一词在概念上与消息的意义相似,但是它的含义信息一词在概念上与消息的意义相似,但是它的含义信息一词在概念上与消息的意义相似,但是它的含义更普遍化、抽
5、象化。信息可被理解为消息中包含的更普遍化、抽象化。信息可被理解为消息中包含的更普遍化、抽象化。信息可被理解为消息中包含的更普遍化、抽象化。信息可被理解为消息中包含的有意义的内容。信息的多少可以用有意义的内容。信息的多少可以用有意义的内容。信息的多少可以用有意义的内容。信息的多少可以用 信息量信息量信息量信息量 来衡量。来衡量。来衡量。来衡量。通信系统的组成通信系统的组成n通信系统模型通信系统模型发送端发送端接收端接收端噪噪 声声发发送送设设备备信信 道道接接收收设设备备信信 宿宿信信 源源通信系统由四部分组成。通信系统由四部分组成。通信原理的讨论是围绕通信系统的模型而展开的通信原理的讨论是围绕
6、通信系统的模型而展开的根据具体的通信形式有具体的系统模型与之对应根据具体的通信形式有具体的系统模型与之对应 各处的噪声之和各处的噪声之和 n通信原理研究内容通信原理研究内容通信原理的讨论就是围绕通信系统的模型展开的。上述模型概括地反映了通信系统的共性。根据我们研究对象及所关心的问题不同,将会使用不同形式的较具体的通信系统模型。n模拟通信系统和数字通信系统模型模拟通信系统和数字通信系统模型一、消息分类离散消息(数字消息):指消息的状态是可数的或离散型的,例如:符号、文字或数据。连续消息(模拟消息):指消息的状态是连续变化的。例如:连续变化的语声、图象等。二、信号分类各种消息需要转换成电信号。消息
7、与电信号之间必须是一一对应关系,否则在接收端就无法复制出原来的消息。通常消息被载荷在电信号的某一参量上,如果电信号的该参量携带着离散消息,则该参量就是离散取值的。这样的信号称为数字信数字信号号。如计算机输入/输出信号。如果电信号的该参量连续取值,则称这样的信号为模拟信号模拟信号。如电话机输出的信号。模拟信号模拟信号 基带信号(一般指未调制过的信号)瞬时值状态无限,如正弦信号.语音信号.图像信号等。已调信号(载波一般为正弦信号)的参数状态数无限 数字信号数字信号 码元:一个接一个按节拍传送的数字信号单元,为代表数字信号一个取值的波形。基带信号的瞬时值状态数有限。已调信号(载波一般为正弦信号)的参
8、数状态数有限。三、模拟通信系统与数字通信系统n若信道中传输的是模拟信号,则称该通信系统为模拟通信系统。n若信道中传输的是数字信号,则称该通信系统为数字通信系统。注:可以把模拟信号变换成数字信号(A/D变换),经数字通信方式传输后,在接收端进行相反的变换(D/A变换),以还原出模拟信号。四、模拟通信与数字通信的发展n1844年5月24日莫尔斯(Morse)在华盛顿和巴尔的摩之间发送世界上第一份电报。n1876年贝尔(Behr)发明电话,模拟通信的开始n1960年以后数字通信才日益兴旺起来 n发展趋势 数字化、智能化、综合化、个人化,最终实现全球ISDN个人通信。五、数字通信的优缺点n数字通信更能
9、适应对通信技术越来越高的要求。n数字通信的抗干扰能力强,尤其在中继时,数字信号可以再生而消除噪声的积累。n传输差错可以控制,从而改变了传输质量n便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理n数字信息易于作高保密性的加密处理n数字通信可以综合传递各种消息,使通信系统功能增强。缺点:n需要更大的带宽。n需要同步信号。六、模拟通信系统模型图1-4 模拟通信系统模型注:系统里可能还有滤波、放大、变频、发射等过程。其过程被认为是足够理想的。发送端发送端接收端接收端噪噪 声声调调 制制信信 道道解解 调调信信 宿宿信信 源源n原始电信号特点通常具有频率很低的频谱分量,一般不宜直接传输。n调制解调的作用
10、将原始电信号原始电信号变换成频带适合信道传输的信号,并在接收端进行反变换。这种变换和反变换称为调制调制和解调解调。经过调制的信号称为已调信号已调信号,它具有两个基本特性:一是携带有信息,二是适应在信道中传输。n基带信号我们将发送端调制前和接收端解调后的信号称为基带信号。因此原始电信号又称基带信号基带信号,而已调信号称为频带信号频带信号。七、数字通信系统模型图1-5 数字通信系统模型发送端发送端接收端接收端信信 源源信信道道编编码码调调 制制信信 道道压压缩缩编编码码解解 调调信信 宿宿保保密密解解码码信信道道解解码码压压缩缩解解码码保保密密编编码码噪噪 声声同同 步步信源编码信源编码信源解码信
11、源解码n注:a实际的通信系统并非一定要如图1-3所示的那样包含所有的环节。本书中将要讨论的数字基带传输系统,它的模型就不包括调制与解调环节。数字基带传输系统模型发送端发送端接收端接收端噪噪 声声基带信号基带信号形成器形成器信信 道道接收接收滤波器滤波器信信 宿宿信信 源源nb数字通信系统传送的消息一般都是离散型的,但也可以是连续型的。受信者发送端发送端接收端接收端信信 源源信信道道编编码码调调 制制信信 道道压压缩缩编编码码解解 调调信信 宿宿保保密密解解码码信信道道解解码码压压缩缩解解码码保保密密编编码码噪噪 声声同同 步步信源编码信源编码信源解码信源解码n信源编码信源编码:压缩编码、加密、
12、A/D转换。压缩编码压缩编码:用于减少数字信号的冗余度。保密编码(加密器)保密编码(加密器):对基带信号进行人为“扰乱”,即加上密码,这叫加密。n信道编码信道编码:差错控制编码、扩频编码。n同步问题同步问题:由于数字通信是一个接一个按节拍传送的数字信号单元,即码元,因而接收端必须与发送端相同的节拍接收。另外,为了表述消息内容,基带信号都是按消息内容进行编组的(相当于写文章要有标点符号一样)。因此编组的规律在收发之间也必须一致。在数字通信中,称节拍一致为“位同步”或“码元同步”,而称编组一致为“群同步”、“帧同步”、“句同步”或“码组同步”。问题:举出熟悉的通信系统的种类?通信系统的分类与通信方
13、式通信系统的分类与通信方式n通信系统的分类通信系统的分类这里从通信系统模型的角度讨论其分类按通信业务分类按通信业务分类电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图象通信系统按调制方式分类按调制方式分类根据是否采用调制,可将通信系统分为基带传输(如音频市内电话)和频带(调制)传输。按信号特征分类按信号特征分类按信道传输的是模拟信号还是数字信号,可以分成模拟通信系统与数字通信系统两类。按传输媒介分类按传输媒介分类分为有线和无线两类。按工作波段分类按工作波段分类分为长波、中波、短波和远红外线通信。按信号复用方式分类按信号复用方式分类传送多路信号有三种方式,即频分复用、时分复用和码分复用。频分复用:用
14、频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围。用于传统的模拟通信中。时分复用:用抽样或脉冲调制方法使不同信号占据不同的时间区间。用于数字通信系统中。码分复用:用一组互相正交的码字的码组携带多路信号。多用于空间扩频通信中,用于扩频通信和移动通信系统中。n通信方式通信方式对于点与点之间的通信,按消息传送的方向与时间的关系,通信方式可分为:单工通信、半双工通信及全双工通信三种。单工通信:是指消息只能单方向传输的工作方式。例如:遥测、遥控、广播、无线寻呼。发发端端收收端端信信道道半双工通信:是指通信双方都能收发消息,但不能同时进行收发的工作方式。如无线对讲机、检索。全双工通信:指通信双方可同时进行收发消
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