第1章-通信原理-绪论.ppt

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1、第一章 绪论1.1 通信系统的基本概念1.2 计算机通信及系统组成1.3 信息及度量1.4 计算机通信中的主要性能指标1.1 通信系统的基本概念通信的定义：是指由一地向另一地进行消息的有效传递，完成信息的传输和交换。u古代：烽火台、驿站。u近代：鸡毛信、消息树。u现代：电话、广播、电视。通信的目的是传递消息，消息具有不同的形式，例如：语言、文字、数据、图像、符号等等。通信的基本概念uu离散消息，数字消息：符号，文字，数据uu连续消息，模拟消息：语音，图像，视频uu传递：消息信号uu离散信号：在时间和幅度上都是离散的。传递数字通信系统。uu模拟信号：幅度、频率和相位都是连续的传递模拟通信系统。通

2、信系统模型消息信号信号消息u信源（信息源，也称发终端）：把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。u发送设备：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）变换成适合在信道中传输的信号。u信道：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。u噪声源：是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。非人为加入。u接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。u信宿（受信者、收终端）：将复原的原始电信号转换成相应的消息。模拟通信系统u研究的问题 （1）模拟通信系统中两种重要变换：消息原始电信号（基带信号）调制信号

3、（基带信号）已调信号（频带信号）（2）信号受噪声干扰的影响噪声背景下的信号传输模拟通信系统的特点uu优点信道利用率较高；传输成本低，易于实现。uu缺点混入噪声不易清除，抗干扰能力差；不易进行保密通信；设备不易大规模集成；不能适应计算机通信的要求。uu采用的方法：多路复用（FDM，TDM）数字通信系统点-点的数字通信系统模型数字基带通信系统模型信源编码：A/D；降低信号的数码率。数字通信系统信道编码器的作用是提高通信的可靠性（通过纠错）。位置不固定系统特点：不含调制/解调器源源编编码码源源译译码码数字通信系统的特点uu优点抗干扰能力强；可采用再生中继；能适应各种通信业务，如电报、电话、图像、数字

4、等各种消息；保密性强；设备可集成化、微型化。uu缺点占用的信道频带很宽，利用率低；系统设备复杂，成本高。模拟通信与数字通信uu数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽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而换得的。以电话为例：的系统频带而换得的。以电话为例：一路模拟电话，占据一路模拟电话，占据4KHz4KHz带宽；带宽；一路数字电话，占据约一路数字电话，占据约40KHz40KHz带宽。带宽。uu在系统频带紧张的场合，数字通信的这一缺点显在系统频带紧张的场合，数字通信的这一缺点显得十分突出。得十分突出。通信系统的分类uu按消息的物理特征分类：电报，电话，数据，图像。一般都在电话通

5、信网中传输。uu按调制方式分类：基带传输和频带传输uu按信号特征分类：模拟通信与数字通信uu按传输媒介分类：有线通信和无线通信uu按信号复用方式分类：频分，时分，码分通信方式u按消息传送的方向与时间分，通信方式可分为三种：单工通信半双工通信全双工通信串行传输与并行传输u按数字信号排序分，可将通信方式分为：串行传输和并行传输。异步传输与同步传输uu收收发发双方的同步（双方的同步（协调协调）问题问题，是数据通信系，是数据通信系统统中的一个重要中的一个重要问题问题。同步（。同步（协调协调）不好会）不好会导导致致误误码码增加，甚至系增加，甚至系统统不能正常工作。同步（不能正常工作。同步（协调协调）是指

6、收发双方在时间上保持步调一致。uu异步异步传输传输：利用：利用起止法起止法来达到收来达到收发发同步，每次只同步，每次只传输传输或或发发送一个字符。用于中低速送一个字符。用于中低速传输传输。uu同步同步传输传输：数据的：数据的传输传输由定由定时时信号（信号（时钟时钟）控制。）控制。同步信号来自于接收信号。同步信号来自于接收信号。接收接收时钟时钟必必须须一直保一直保持。将待持。将待传输传输的数据分成的数据分成组组，每，每组组的前面的前面传输传输一一个或多个特殊字符个或多个特殊字符同步信号。同步信号。传输传输速率高，速率高，但价格昂但价格昂贵贵。要求要求同步信息同步信息传输传输的可靠性高于信的可靠性

7、高于信号号传输传输的可靠性。的可靠性。空号传号异步传输方式起止法，单个字符SYNSYNSYNSYNDATADATADATADATADATADATADATADATA同步传输方式一组数据1.2 计算机通信及系统组成uu计计算机通信：算机通信：远远距离使用距离使用计计算机交算机交换换信息信息uu计计算机通信算机通信传输传输的消息是离散的数字数据信号，的消息是离散的数字数据信号，这这些些“数据数据”并不涉及到它的原始信息并不涉及到它的原始信息uu计计算机通信是与算机通信是与计计算机相算机相结结合的人合的人-机或机机或机-机通机通信。它信。它传传送数据的目的不送数据的目的不仅仅是是为为了了交交换换数据数

8、据，更，更主要的是主要的是为为了利用了利用计计算机来算机来处处理数据理数据。uu由于由于计计算机介入了通信系算机介入了通信系统统，大大促，大大促进进了通信技了通信技术术的的变变革和迅猛革和迅猛发发展。展。计算机通信的发展uu具有通信功能的具有通信功能的单单机系机系统统uu具有通信功能的多机系具有通信功能的多机系统统uu计计算机通信网算机通信网络络：用通信系：用通信系统连统连接的接的计计算机群。算机群。uu计计算机网算机网络络：以：以资资源共享源共享为为目的的网目的的网络络。资资源子网源子网：负责负责全网的数据全网的数据处处理任理任务务，包括，包括计计算算机系机系统统的硬件、的硬件、软软件、数据

9、件、数据库库和和终终端端设备设备等；等；通信子网通信子网：计计算机网的内算机网的内层层，承担数据的，承担数据的传输传输、转转接和通信接和通信处处理三方面的功能。理三方面的功能。计计算机网算机网络络用用户户使用网使用网络络中的中的资资源就像使用本地源就像使用本地资资源一源一样样方便。方便。计算机通信的应用uu军事指挥自动化系统（通信、指（通信、指挥挥、控制三位一体）、控制三位一体）uu城市智能交通管理系统（车车密度、速度、信号灯密度、速度、信号灯时间时间）uu气象预报系统（综综合信息，及合信息，及时时播播报报）uu其他系统遥控，自控，动力，地质勘探，人口普查，灾情控制及预报，远程医疗诊断，资料检

10、索，计算机教学，等。计算机通信系统的组成uuP18 图1-16计算机通信系统的线路结构uu点-点式两个终端（或一端为计算机）建立起直接的连接（专专用用线线路或交路或交换线换线路）路）。uu多点式集线式：一台计算机通过集线器连接多个终端（一条高速（一条高速线线，共享一个信道），共享一个信道）；多路复用：多个终端通过多路复用器连接一条高速线（多个信道）（多个信道）。高速线是物理概念，信道是逻辑概念。1.3 信息及度量uu信息一词在概念上与消息的意义相似，但它的含义却更普遍化、抽象化。uu信息可被理解为消息中包含的有意义的内容，用“信息量”来衡量。uu不同形式的消息可以包含相同的信息。uu度量消息中

11、信息量的方法应与消息的种类无关。消息中所含信息量的多少也应和消息的重要程度无关。信息量u由概率论可知，事件的不确定程度，可用事件出现的概率来描述：事件出现（发生）的可能性愈小，则概率愈小；反之，概率愈大。u基于这种认识，得：消息中的信息量与消息发生的概率紧密相关。消息出现的概率愈小，则消息中包含的信息量就愈大。且概率为零时（不可能事件）信息量为无穷大；概率为1时（必然事件）信息量为0。综上：信息量与消息出现的概率有关，具体可以描述为如下规律：（1）消息中所含信息量是消息出现概率的函数：（2）消息出现的概率愈小，它所含信息量愈大；反之信息量愈小，且：（3）若干个互相独立事件构成的消息（x1,x2

12、,）所含信息量等于各独立事件x1,x2信息量的和。信息量 I 和消息出现概率P(x)的关系为：信息量的单位取决于对数底数 a a 的取值：a=2 单位为比特（bit，简写为b）；a=e 单位为奈特（nat，简写为n）；a=10 单位为哈特莱（Hartley，简写为h）。式中，P=1/M 为每一个符号出现的概率。一般情况下M=2K，则上式可改写成例：对于M 进制离散信源，若M个符号等概率出现，且每一个符号的出现是独立的，即信源是无记忆的，则每个符号的信息量相等，为结论：独立等概情况下M进制的每一符号包含的信息量，是二进制每一符号包含信息量的K倍（K是每一个M进制符号用二进制符号表示时所需的符号数

13、目）。平均信息量 当各个符号出现的概率不相等时，计算消息的信息量，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值。用符号 表示。多进制时，设各符号出现的概率为：则平均信息量（信息源的熵）为：当信源中每个符号独立等概出现时，此时信息源的熵为最大值1.4 计算机通信中的主要性能指标uu传输速率uu差错率uu功率利用率和频带利用率uu信号强度传输速率u码元速率RB，或称数码率、传码率、码率、信号速率或波形速率。定义：单位时间内传输码元的数目；单位：波特（Baud），用符号“B”表示；u数字信号一般有二进制与多进制之分，但码元速率与信号的进制数无关，只与码元宽度有关。其中：Tb为码元

14、宽度。串行时：u信息速率Rb，或称传信率、比特率。定义：单位时间内传输的信息量；单位：比特/秒(bit/s)，简记为b/s或bps式中：T为单位脉冲宽度，单位为秒，n是信号所表示的有效状态数，一般取2k。uRb与RB之间的关系：串行时：N为信号进制数差错率uu差错率是衡量数据传输系统正常工作情况下可靠差错率是衡量数据传输系统正常工作情况下可靠性的指标。性的指标。1.码元差错率（误码率）2.2.信息差错率（误信率）信息差错率（误信率）功率利用率和频带利用率uu功率利用率以比特差错率小于某一规定值时所要求的最低归一化信噪比来衡量。所要求的信噪比越低，则功率利用率越高。uu频带利用率是描述数据传输速率与带宽直接关系的一个指标，也是衡量数据通信系统有效性的指标。它是单位频带内所能传输的信息速率。uu这两项指标互为制约，应用时要兼顾。信号强度uu通常用分贝来衡量信号强度。通常用分贝来衡量信号强度。uu分贝是两个功率电平差的度量，即：分贝是两个功率电平差的度量，即：作业uu1，2uu4uu10uu12，13uu16uu18