通信系统的组成幻灯片.ppt

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1、通信系统的组成第1页，共64页，编辑于2022年，星期三第第 1 章章 绪论绪论1.1通信系统的组成通信系统的组成消息与信息消息与信息消消息息文字、书信、电报、电话、广播、电视、遥控、遥测等，这些都是消息传递的方式或信息交流的手段，用于表达信息。但是这些语言、文字、数据或图像本身不是信息而是消息。信信息息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息，否则，就失去了通信的意义。基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。第2页，共64页，编辑于2022年，星期三实现通信的方式很多，随着社会的需求、生产力的发展和科学技术的进步，目前的通信越来越依

2、赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，因而近百年来得到了迅速的发展和广泛的应用。当今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般均是指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。本书中的通信均指电通信。第3页，共64页，编辑于2022年，星期三 1.1.11.1.1通信系统的一般模型通信系统的一般模型 通信是从一地向另一地传递和交换信息。实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。基于点与点之间的通信系统的模型可用图 1-1 来描述。图1-1通信系统的一般模型第4页，共64页，编辑于2022年，星期三1

3、1、信信 源源 是消息的产生来源，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消消息息信信号号或基基带带信信号号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。模拟信源与数字信源 模拟信源输出的是模拟信号；而数字信源输出信号是离散的数字信号。第5页，共64页，编辑于2022年，星期三2、发发送送设设备备将信源和信道匹配起来的设备，它将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式有调制变换方式、信源编码、信道编码。3、信信 道道是指传输信号的物理媒质。分为有线信道和无线信道。在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤；在无线信道中，信道是自由空间。第6页，共64页，编辑于

4、2022年，星期三4、噪噪声声源源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的。噪声按产生的来源可分为内部噪声和外部噪声，外部噪声是从信道引入的，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。5、接接收收设设备备完成发送设备的反变换的设备，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。6、受信者受信者是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。第7页，共64页，编辑于2022年，星期三图 1-1 概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性

5、，因此称之为通信系统的一般模型。根据研究的对象以及所关注的问题不同，图 1-1 模型中的各小方框的内容和作用将有所不同，因而相应有不同形式的更具体的通信模型。今后的讨论就是围绕着通信系统的模型而展开的。第8页，共64页，编辑于2022年，星期三1.1.2模拟通信模型和数字通信模型模拟通信模型和数字通信模型 连续消息:消息的状态连续变化或是不可信源消息分为两大类：数的，如语音、活动图片等离散消息:消息的状态是可数的或离散的,如符号、数据等。消息的载体是电信号，电信号的变化体现在某一参量的变化上（如连续波的幅度幅度、频率频率或相位相位；脉冲波的幅度幅度、宽度宽度或位置位置）。信信号号分分类类按信号

6、参量的取值方式不同可把信号分为两类，即模拟信号和数字信号。第9页，共64页，编辑于2022年，星期三模模拟拟信信号号凡凡信信号号参参量量的的取取值值是是连连续续的的或或取取无无穷穷多多个个值值的的，且且直直接接与与消消息息相相对对应应的的信信号号，均均称称为为模模拟拟信信号号。如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如图 1-2(b)所示的抽样信号。第10页，共64页，编辑于2022年，星期三图12模拟信号波形第11页，共64页，编辑于2022年，星期三

7、数数字字信信号号凡凡信信号号参参量量只只能能取取有有限限个个值值，并并且且常常常常不不直直接接与与消消息息相相对对应应的的信信号号，均均称称为为数数字字信信号号，如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散，如图 1-3(b)所示的2PSK信号。第12页，共64页，编辑于2022年，星期三图1-3数字信号波形(a)连续信号；(b)抽样信号(a)二进制波形；(b)2PSK波形第13页，共64页，编辑于2022年，星期三模拟通信系统 通信系统分为通信系统分为 数字通信系统 1.1.模拟通信系统模型模拟通信系

8、统模型 模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。基基带带信号是指信号的频谱从零频附近开始，由于这种信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，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。经过调制以后的信号称为已调信号。已调信号有三个基本特征：第14页，共64页，编辑于2022年，星期三一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频频带带信信号号。消息从发送端到接收端的传递过程中，主要有两种变换：1）、基

9、带信号变为频带信号（调制变换）2）、频带信号变为基带信号（解调变换）另外通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用，而其他过程对信号不会发生质的变化，只是对信号进行了放大或改善了信号特性，因而不在通信原理讨论范畴。第15页，共64页，编辑于2022年，星期三图1-4模拟通信系统模型模拟通信系统模型可由图 1-1 略加演变而成，如图 1-4 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。第16页，共64页，编辑于2022年，星期三2 2 数字通信系统模型数字通信系统模型 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，

10、如图 1-5 所示。数字通信涉及的技术内容有：1）、编/译码包括信源编码/译码、信道编码/译码。2）、调制/解调数字调制/解调3）、数字复接4）、同步5）、加密下面对这些技术作简要介绍。第17页，共64页，编辑于2022年，星期三1)1)信源编码与译码信源编码与译码 信源编码的作用：信源编码的作用：（1）、设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。（2）、当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。第7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

11、量调制(M)。信源译码是信源编码的逆过程。第18页，共64页，编辑于2022年，星期三2 2）信道编码与译码信道编码与译码 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。3 3）加密与解密加密与解密 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

12、密，恢复原来信息，叫解密。第19页，共64页，编辑于2022年，星期三4 4）数字调制与解调数字调制与解调 数字调制是将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。数数字字调调制制方方式式有有：振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。数字调制是本教材的重点内容之一，将在第6章中讨论。5 5）同步与数字复接同步与数字复接 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，这些问题将集中在第11章中讨论。第20页，共6

13、4页，编辑于2022年，星期三数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输效率。图 1-5 是数字通信系统的一般化模型，图 1 5 数字通信系统模型第21页，共64页，编辑于2022年，星期三 实实际际的的数数字字通通信信系系统统不不一一定定包包括括图图 中中的的所所有有环环节节。如如在在某某些些有有线线信信道道中中，若若传传输输距距离离不不太太远远且且通通信信容容量量不不太太大大时时，数数字字基基带带信信号号无无需需调调制制，可可以以直直接接传传送送，称称之之为为数数字字信信号号的的基基带带传传输输，应应该该指指出出的的是是，模模拟拟

14、信信号号经经过过数数字字编编码码后后可可以以在在数数字字通通信信系系统统中中传传输输，数数字字电电话话系系统统就就是是以以数数字字方方式式传传输模拟语音信号的例子。输模拟语音信号的例子。第22页，共64页，编辑于2022年，星期三数字信号也可以在模拟通信系统中传输，如计算机数据可以通过模拟电话线路传输，但这时必须使用调制解调器（Modem）将数字基带信号进行正弦调制，以适应模拟信道的传输特性。可见，模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种类。3.3.数字通信的主要特点数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明

15、显超过模拟通信，成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，其特点是：第23页，共64页，编辑于2022年，星期三（1）抗干扰能力强抗干扰能力强。（2）差差错错可可控控。可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。（3）易易于于与与各各种种数数字字终终端端接接口口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。（4）易于集成化易于集成化，从而使通信设备微型化。（5）易于加密处理易于加密处理，且保密强度高。第24页，共64页，编辑于2022年，星期三缺点：数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的。数

16、字通信的频带利用率不高。例如：一路模拟电话带宽为4kHz，而一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据 2060kHz的带宽。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。前景：宽带信道（光纤）的发展，其缺点已可以接受，在现代通信的发展中已成为主流。第25页，共64页，编辑于2022年，星期三1.21.2通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式1.2.11.2.1通信系统的分类通信系统的分类 话务通信1 1 按通信业务分类按通信业务分类 非话务通信。非话务通信分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。第26页，共64页

17、，编辑于2022年，星期三未来的综合业务数字通信网中各种用途的消息都能在一个统一的通信网中传输。此外，还有遥测、遥控、遥信和遥调等控制通信业务。2 2 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和频带（调制）传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。频带传输是对各种信号调制后传输的总称。调制方式很多，表 1-1 列出了一些常见的调制方式。第27页，共64页，编辑于2022年，星期三表表 1-1常见的调制方式常见的调制方式调制方式用途连续调制线性调制常规双边带调制广播抑制载波双边带调幅 立体声广播单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传残留边带调幅

18、VSB 电视广播、数传、传真非线性调制频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播相位调制PM 中间调制方式数字调制幅度键控ASK 数据传输相位键控数据传输第28页，共64页，编辑于2022年，星期三调制方式用途脉冲数字调制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉冲模拟调制脉幅调制PAM 中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式脉位调制PPM 遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM 市话、卫星、空间通信增量调制DM 军用、民用电话差分脉码调制DPCM 电视电话、图像编码其他语言编码方式ADPCM、AP

19、C、LPC 中低速数字电话续表（续表（2）第29页，共64页，编辑于2022年，星期三3 3 按信号特征分类按信号特征分类 按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。4 4 按传输媒质分类按传输媒质分类 按传输媒质分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。第30页，共64页，编辑于2022年，星期三5 5 按工作波段分类按工

20、作波段分类 按通信设备的工作频率不同可分为长波通信、中波通信、短波通信、远红外线通信等。表 1-2 列出了通信使用的频段、常用的传输媒质及主要用途。第31页，共64页，编辑于2022年，星期三表表 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波长符号传输媒质用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低频VLF 有线线对长波无线电音频、电话、数据终端长距离导航、时标30300 kHz 103104 m 低频LF 有线线对长波无线电导航、信标、电力线通信300 kHz3 MHz 102103 m 中频MF 同轴电缆短波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电330 MHz 10

21、102 m 高频HF 同轴电缆短波无线电移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电30300 MHz 110 m 甚高频VHF 同轴电缆米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航第32页，共64页，编辑于2022年，星期三续表（续表（2）频率范围波长符号传输媒质用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高频UHF 波导分米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达330 GHz 110 cm 超高频SHF 波导厘米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达30300 GHz 110 mm 极高频EHF 波导毫米波无线电雷达、微波接力、射电天文学107108 GHz 310-5 3

22、10-4 cm 紫外可见光红外光纤激光空间传播光通信第33页，共64页，编辑于2022年，星期三工作波长和频率的换算公式为 =式中，为工作波长，f为工作频率，c为光速。6 6 按信号复用方式分类按信号复用方式分类 传输多路信号有三种复用方式：1）、频分复用：频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；2）、时分复用：时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；第34页，共64页，编辑于2022年，星期三3）、码分复用：用正交的脉冲序列分别携带不同信号。传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信

23、中。第35页，共64页，编辑于2022年，星期三1.2.21.2.2通信方式通信方式 前述通信系统是单向通信系统，但在多数场合下，信源兼为信宿，需要双向通信，电话就是一个最好的例子，这时通信双方都要有发送和接收设备，并需要各自的传输媒质，如果通信双方共用一个信道，就必须用频率或时间分割的方法来共享信道。因此，通信过程中涉及通信方式与信道共享问题。下面只对通信方式作一简单介绍。1 1 按消息传递的方向与时间关系分按消息传递的方向与时间关系分 对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。第36页，共64页，编辑于2022年，星期三 单单工工通通信信

24、消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道，广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。半半双双工工通通信信通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。例如，使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信都是半双工通信方式。全全双双工工通通信信通信双方可同时进行收发消息的工作方式，一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式，计算机之间的高速数据通信也是这种方式。第37页，共64页，编辑于2022年，星期三图 1-6单工、半双工和全双工通信方式示意图 (a)单工；(b)半双工；(c)全双工第38页，共64页，编辑于2

25、022年，星期三2 2 按数字信号排列顺序分按数字信号排列顺序分 在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。并并行行传传输输将代表信息的数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输，优点是节省传输时间，但需要传输信道多，设备复杂，成本高，故 一般适用于计算机和其他高速数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信。串串行行传传输输数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输，通常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。第39页，共64页，编辑于2022年，星期三图 1-7并行和串行通信方式示意图 (a)并行传输；(b)串行传输第40页，共64页，编辑于2022年

26、，星期三1.31.3信息及其度量信息及其度量 信信号号是是消消息息的的载载体体，而而信信息息是是其其内内涵涵。任任何何信信源源产产生生的的输输出出都都是是随随机机的的，也也就就是是说说，信信源源输输出出是是用用统统计计方方法法来来定定性性的的。对对接接收收者者来来说说，只只有有消消息息中中不不确确定定的的内内容容才才构构成成信信息息；否否则则，信信源源输输出出已确切知晓，就没有必要再传输它了。已确切知晓，就没有必要再传输它了。信息含量就是对消息中这种不确定性的度量信息含量就是对消息中这种不确定性的度量。例例如如：有有三三条条消消息息：太太阳阳从从东东方方升升起起；太太阳阳比比往往日日大大两两倍

27、倍；太太阳阳将将从从西西方方升升起起 。第第一一条条几几乎乎没没有有带带来来任任何何信信息息，第第二二条条带带来了大量信息，第三条带来的信息多于第二条。来了大量信息，第三条带来的信息多于第二条。第41页，共64页，编辑于2022年，星期三 根根据据概概率率论论知知识识，事事件件的的不不确确定定性性可可用用事事件件出出现现的的概概率率来来描描述述。可可能能性性越越小小，概概率率越越小小；反反之之，概概率率越越大大。因因此此，消消息息中中包包含含的的信信息息量量与与消消息息发发生生的的概概率率密密切切相相关关。消消息息出出现现的的概概率率越越小小，消消息息中中包包含含的的信信息息量就越大。量就越大

28、。假设：假设：P(x)P(x)是一个消息发生的概率；是一个消息发生的概率；I I 是从该消息获悉的信息。是从该消息获悉的信息。根据上面的认知，根据上面的认知，显然显然I I与与P(x)P(x)之间的关系反映为如下规律：之间的关系反映为如下规律：第42页，共64页，编辑于2022年，星期三（1 1）信息量是概率的函数，信息量是概率的函数，即即 I=IP(x)（3 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，所所含含信信息息量量等等于于各各独独立立事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性，事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性，即即 IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(

29、x2)+（2 2）P(x)P(x)越小，越小，I I越大；越大；反之，反之，I I越小，越小，且且 P(x)1P(x)1时，时，I0I0 P(x)0 P(x)0时，时，II第43页，共64页，编辑于2022年，星期三综上所述，综上所述，信息量信息量I I与消息出现的概率与消息出现的概率P(x)P(x)之间的关系应为之间的关系应为 I=logI=loga a =-log =-loga a P(x)P(x)(1.4-3)信息量的单位由对数底数信息量的单位由对数底数a a决定决定 a=2a=2时时 比特比特(bit)；目前广泛使用的单位目前广泛使用的单位 a=ea=e时时 奈特奈特(nit)；a=1

30、0a=10时时 哈特莱哈特莱。第44页，共64页，编辑于2022年，星期三I(0)=I(1)=log2=log22=1(bit)(1.4-4)传传送送等等概概率率的的二二进进制制波波形形之之一一（P=1/2P=1/2）的的信信息息量量为为1 1比比特特。传传送送等等概概率率的的四四进进制制波波形形之之一一（P=1/4P=1/4）的的信信息息量量为为2 2比比特特，每一个四进制波形需要用2个二进制脉冲表示 传传送送等等概概率率的的八八进进制制波波形形之之一一（P=1/8P=1/8）的的信信息息量量为为3 3比比特特，每一个八进制波形需要3个二进制脉冲 例例 ：设设二二进进制制离离散散信信源源，以

31、以相相等等的的概概率率发发送送数数字字0 0或或1 1，则则信信源每个输出的信息含量为源每个输出的信息含量为第45页，共64页，编辑于2022年，星期三I=log2=log2=log2M(bit)(1.4-5)式中，P为每一个波形出现的概率，M为传送的波形数。若M是2的整幂次，比如M=2K（K=1，2，3，），则式(1.4-5)可改写为I=log22K=K(bit)(1.4-6)式中,K是二进制脉冲数目，也就是说，传送每一个M（M=2K）进制波形的信息量就等于用二进制脉冲表示该波形所需的脉冲数目K。综综上上所所述述，对对于于离离散散信信源源，M M个个波波形形等等概概率率（P=1/MP=1/M

32、）发发送送，且且每每一一个个波波形形的的出出现现是是独独立立的的，即即信信源源是是无无记记忆忆的的，则则传传送送M M进进制制波波形形之一的信息量为之一的信息量为第46页，共64页，编辑于2022年，星期三如如果果是是非非等等概概率率情情况况，设设离离散散信信源源是是一一个个由由n个个符符号号组组成成的的符符号号集集，其其中中每每个个符符号号xi(i=1,2,3,n)出出现现的的概概率率为为P(xi)，且且有有 P(xi)=1,则则x1,x2,xn 所包含的信息量分别为：所包含的信息量分别为：-log2P(x1),-log2P(x2)，-log2P(xn)于是，每个符号所含信息量的统计平均值，

33、即平均信息量为于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为H(x)=P(x1)-log2P(x1)+P(x2)-log2P(x2)+P(xn)-log2P(xn)=由由于于H同同热热力力学学中中的的熵熵形形式式一一样样，故故通通常常又又称称它它为为信信息息源源的的熵熵，其单位为其单位为bit/符号。符号。第47页，共64页，编辑于2022年，星期三显显然然，当当信信源源中中每每个个符符号号等等概概独独立立出出现现时时，上上式式即即成成为为式式(1.4-3)，此时信源的熵有最大值。此时信源的熵有最大值。例1-2一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8,1/4,1

34、/4,1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息：201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。解：此消息中，0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量为第48页，共64页，编辑于2022年，星期三每个符号的算术平均信息量为若用熵的概念来计算，由式（1.3-5）得第49页，共64页，编辑于2022年，星期三可可见见，两两种种算算法法的的结结果果有有一一定定误误差差，但但当当消消息息很很长长时时，用用熵熵的的概概念念来来计计算算比比较较方方便便。而而且且随随着着消消息息序

35、序列列长长度度的的增增加加，两两种种计算误差将趋于零。计算误差将趋于零。信息量的计算信息量的计算想一想信息量的定义和计算能否适用于连续信号信息量的定义和计算能否适用于连续信号？等概发送等概发送信源非等概发送非等概发送信源第50页，共64页，编辑于2022年，星期三1.41.4主要性能指标主要性能指标 有效性有效性和和可靠性可靠性是评价一个通信系统优劣的主要性能指标是评价一个通信系统优劣的主要性能指标 有有效效性性是是指指在在给给定定信信道道内内所所传传输输的的信信息息内内容容的的多多少少，是是传传输输的的“速速度度”问题；问题；可靠性是指可靠性是指接收接收信息的准确程度，是传输的信息的准确程度

36、，是传输的“质量质量”问题。问题。1 1、模拟通信系统性能指标：、模拟通信系统性能指标：模模拟拟通通信信系系统统的的有有效效性性可可用用有有效效传传输输频频带带来来度度量量，同同样样的的消消息息用用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可可靠靠性性用用接接收收端端最最终终输输出出信信噪噪比比来来度度量量。不不同同调调制制方方式式在在同同样样信信道道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。第51页，共64页，编辑于2022年，星期三2、数字通信系统性能指标：、数字通信系统性能指标：数数字字通通信信系系统统的的有

37、有效效性性可可用用传传输输速速率率来来衡衡量量。可可靠靠性性可可用用差差错错率率来来衡量。衡量。.传输速率 1)、码码元元传传输输速速率率RB简称传码率，又称符号速率等。它它表表示示单单位位时时间间内内传传输输码码元元的的数数目目，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。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T有关:第52页，共64页，编辑于2022年，星期三通通常常在在给给出出码码元元速速率率时时，有有必必要要说说明明码码元元的的进进制制。由由于于N N进进制制的的一一个个码码元元可可以以用用 loglog2 2

38、 N N个个二二进进制制码码元元去去表表示示，因因而而在在保保证证信信息息速速率率不不变变的的情情况况下下，N N进进制制的的码码元元速速率率R RBN与与二二进进制制的的码码元元速速率率R RB2之之间间有以下转换关系：有以下转换关系：R RB2=R=RBNloglog2 2 N(B)N(B)2 2）、信信息息传传输输速速率率R Rb b简简称称传传信信率率，又又称称比比特特率率。它它表表示示单单位位时时间间内内传传递递的的平平均均信信息息量量或或比比特特数数，单单位位是是比比特特/秒秒，可可记记为为bit/s bit/s，或，或 b/s b/s，或，或bpsbps。每每个个码码元元或或符符

39、号号通通常常都都含含有有一一定定bitbit数数的的信信息息量量，因因此此码码元元速速率率和和信息速率有确定的关系，即信息速率有确定的关系，即第53页，共64页，编辑于2022年，星期三Rb=RBH(b/s)式中，H为信源中每个符号所含的平均信息量（熵）。等概传输时，熵有最大值log2N，信息速率也达到最大，即Rb=RBlog2N(b/s)(1.5-1)或RB=式中，N为符号的进制数。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，可见，二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为数码率。第54页，共64页

40、，编辑于2022年，星期三频带利用率比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的信道的频带宽度。所以，真正衡量数字通信系统传输效率的应当是单位频带内的码元传输速率，即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第55页，共64页，编辑于2022年，星期三2.2.差错率差错率 衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误码率和误信率表示。误码率（码元差错率）Pe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 误信率（信

41、息差错率）Pb是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即第56页，共64页，编辑于2022年，星期三显然，在二进制中有Pb=Pe本节中的两个重要概念：本节中的两个重要概念：1、码元传输速率RB（传码率，符号速率）2、信息传输速率Rb（传信率，比特率率）两个计算方法和公式：等概传输信息量计算I=log2M(bit)非等概传输平均信息量计算H(x)=作业作业 P1-1、1-2、1-3、1-4、1-6、1-7。第57页，共64页，编辑于2022年，星期三1.5 1.5 通信发展趋势通信发展趋势在过去三四十年间，对数据传输需求的增长以及大规模集成电路的发展，促进了数字通信的发展。目前数字通信在

42、卫星通信、光纤通信、移动通信、微波通信等领域有了新的进展。下面我们就从这几个方面来了解通信的现状和未来发展趋势。1 1 卫星通信系统卫星通信系统 卫星通信系统是将通信卫星作为空中中继站，它能够将地球上某一地面站发射来的无线电信号转发到另一个地面站，从而实现两个或多个地域之间的通信。根据通信卫星与地面之间的位置关系，可以分为静止通信卫星(或同步通信卫星)和移动通信卫星。静止通信卫星是轨道在赤道平面上的卫星，它离地面高度为35 780 km，采用三个相差120的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区除外)。第58页，共64页，编辑于2022年，星期三卫星通信系统由通信卫星、地球站、上行

43、线路及下行线路组成。上行线路和下行线路是地球站至通信卫星及通信卫星至地球站的无线电传播路径，通信设备集中于地球站和通信卫星中。卫星通信的特点是：通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限制、通信容量大、可靠性高等。自从1957年10月第一颗卫星发射成功以来，卫星通信作为一种重要的通信手段被广泛用于国际、国内和区域通信。21世纪的卫星通信将向更高频段、更大容量方向发展。卫星间的通信将采用速度快、频带宽、保密性强的激光通信。预计到2010年前，星间激光通信的传输速率将达到40Gb/s，地面终端设备将日益小型化，甚小天线卫星地球站(VSAT)将会继续发展。第59页，共64页，编辑于2022年，星期三2

44、2 光纤通信系统光纤通信系统 光纤通信是以光导纤维(简称光纤)作为传输媒质、以光波为运载工具（载波）的通信方式。光纤通信具有容量大、频带宽、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、通信质量高等优点，且成本低，与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源。自从1977年世界上第一个光纤通信系统投入运营以来，光纤通信发展迅速，已成为各种通信干线的主要传输手段。目前，单波长光通信系统速率已达10 Gb/s，其潜力已不大，采用密集波分复用（DWDM）技术来扩容是当前实现超大容量光传输的重要技术。近年来，DWDM技术取得了较大的进展，美国AT&T实验室等机构已成功地完成了Tb/s的传输实验。第60页，共64页，编辑于

45、2022年，星期三光传送网是通信网未来的发展方向，它可以处理高速率的光信号，摆脱电子瓶颈，实现灵活、动态的光层联网，透明地支持各种格式的信号以及实现快速网络恢复。因此，世界上许多国家纷纷进行研究、试验，验证由波分复用、光交叉连接设备及色散位移光纤组成的高容量通信网今后的可行性。3 3 数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 数字蜂窝移动通信系统是将通信范围分为若干相距一定距离的小区，移动用户可以从一个小区运动到另一个小区，依靠终端对基站的跟踪，使通信不中断。移动用户还可以从一个城市漫游到另一个城市，甚至到另一个国家与原注册地的用户终端通话。第61页，共64页，编辑于2022年，星期三数字蜂窝

46、移动通信系统主要由三部分组成：控制交换中心、若干基地台、诸多移动终端。通过控制交换中心进入公用有线电话网，从而实现移动电话与固定电话、移动电话与移动电话之间的通信。目前广泛应用的是第二代移动通信系统，采用窄带时分多址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA)数字接入技术，已形成的国家和地区标准有欧洲的GSM系统、美国的IS-95系统、日本的PDC系统。我国主要采用欧洲的GSM系统。第二代移动通信系统实现了区域内制式的统一，覆盖了大中小城市，为人们的信息交流提供了极大的便利。随着移动通信终端的普及，移动用户数量成倍地增长，第二代移动通信系统的缺陷也逐渐显现，如全球漫游问题、系统容量问题、频谱资源问题

47、、支持宽带业务问题等。第62页，共64页，编辑于2022年，星期三为此，从20世纪90年代中期开始，各国和世界组织又开展了对第三代移动通信系统的研究，它包括地面系统和卫星系统，移动终端既可以连接到地面的网络，也可以连接到卫星的网络。第三代移动通信系统工作在2000MHz频段，预期在2002年左右投入商用，为此国际电信联盟正式将其命名为IMT-2000。IMT-2000的目标和要求是：统一频段，统一标准，达到全球无缝隙覆盖，提供多媒体业务，传输速率最高应达到2 Mb/s，其中车载为144kb/s、步行为384kb/s、室内为2 Mb/s；频谱利用率高，服务质量高，保密性能好；易于向第二代系统过渡和演进；终端价格低。第63页，共64页，编辑于2022年，星期三目前第三代移动通信系统有多个标准，我国所提出的TD-SCDMA标准也是其中之一。这充分体现了我国在移动通信领域的研究已达到国际领先水平。人类对新技术的追求是无止境的，对新的通信系统和通信技术的研究仍在不断进行，新的通信系统和通信技术也将会不断服务于人类。第64页，共64页，编辑于2022年，星期三