通信的基本原理.pptx

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1、会计学1通信的基本原理通信的基本原理2023/3/182.1 1 通信与通信系统通信与通信系统一般通信系统方框图一般通信系统方框图第1页/共45页2023/3/183卫星通信的示意图卫星通信的示意图第2页/共45页2023/3/184典型模拟通信系统方框图典型模拟通信系统方框图 典型数字通信系统方框图典型数字通信系统方框图 第3页/共45页2023/3/185.2 2 通信理论通信理论 信号与系统的模型信号与系统的模型 信号与系统的分析信号与系统的分析 通信系统的综合（设计）通信系统的综合（设计）第4页/共45页2023/3/186.3 3 信息及其度量信息及其度量 信号是消息的载体，而信息是

2、其内涵。信号是消息的载体，而信息是其内涵。任任何何信信源源产产生生的的输输出出信信号号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表表示示的的。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已确确切切知知晓晓，就就没没有有必必要再传输它了。要再传输它了。因因此此，信信息息含含量量就就是是对对消消息息中中这这种种不不确确定定性的度量。性的度量。第5页/共45页2023/3/187.3 3 信息及其度量信息及其度量 让我们从常识的角度来感觉三条消息：让我们从常识的角度来感觉三条消息：明

3、天太阳从东方升起；明天太阳从东方升起；明天太阳比往日大两倍；明天太阳比往日大两倍；明天太阳将从西方升起明天太阳将从西方升起。第第一一条条消消息息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来了了大大量量信信息息，第第三三条条带带来来的的信信息息多多于于第二条。第二条。第6页/共45页2023/3/188 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。可能性越小，概率越小；反之，概率越大。可能性越小，概率越小；反之，概率越大。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

4、越越小小，消消息息中中包包含含的的信信息量就越大。息量就越大。假假设设 P(x)是是一一个个消消息息发发生生的的概概率率，I 是是从从该该消消息息获获悉悉的的信信息息，根根据据上上面面的的认认知知，显显然然 I 与与 P(x)之之间的关系反映为如下规律：间的关系反映为如下规律：（1）信息量是概率的函数，信息量是概率的函数，即即 I=fP(x)（2）P(x)越小，越小，I 越大；越大；反之，反之，I 越小，越小，且且 P(x)1时，时，I0；P(x)0时，时，I（3）信息具有相加性，信息具有相加性，即即 IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+第7页/共45页2023/3/189 综

5、综上上所所述述，信信息息量量I I与与消消息息出出现现的的概概率率P(x)P(x)之之间的关系为：间的关系为：信息量的单位与对数底数信息量的单位与对数底数a有关。有关。a=2时，信息量的单位为比特时，信息量的单位为比特(bit)；a=e时，信息量的单位为奈特时，信息量的单位为奈特(nit)；a=10时，信息量的单位为十进制单位，叫哈特莱。时，信息量的单位为十进制单位，叫哈特莱。目前广泛使用的单位为目前广泛使用的单位为比特比特。第8页/共45页2023/3/1810.4 4 通信系统的性能指标通信系统的性能指标 通通信信的的任任务务是是快快速速、准准确确地地传传递递信信息息。因因此此，评评价价一

6、一个个通通信信系系统统优优劣劣的的主主要要性性能能指标是系统的指标是系统的有效性有效性和和可靠性可靠性。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的多少，或者说是传输的容的多少，或者说是传输的“速度速度”问题；问题；可可靠靠性性是是指指接接收收信信息息的的准准确确程程度度，也也就就是是信信息息传传输输的的“质质量量”问问题题。这这两两个个问问题题相相互互矛矛盾盾而而又又相相对对统统一一，通通常常还还可可以以进进行行互互换。换。第9页/共45页2023/3/1811u 模拟通信系统的主要性能指标模拟通信系统的主要性能指标1、有效性有效性消息传输速度消息传输速度 有

7、效性可用有效性可用有效传输频带有效传输频带来度量，同样的消息用来度量，同样的消息用不同的调制方式，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。2、可靠性可靠性消息传输质量消息传输质量 可靠性用接收端可靠性用接收端输出信噪比输出信噪比来度量。不同调制方来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。如调频信号抗干扰能力比调幅好，但调频是不同的。如调频信号抗干扰能力比调幅好，但调频信号所需传输频带却宽于调幅。信号所需传输频带却宽于调幅。第10页/共45页2023/3/1812uu数字通信系统的主要性能指标数字通

8、信系统的主要性能指标 1 1、有效性有效性有效性有效性传输速率传输速率传输速率传输速率（R RB B和和和和R Rb b）（消息传输速度）（消息传输速度）（消息传输速度）（消息传输速度）R RB B是是是是码码码码元元元元传传传传输输输输速速速速率率率率，简简简简称称称称传传传传码码码码率率率率，又又又又称称称称符符符符号号号号速速速速率率率率等等等等。它它它它表表表表示示示示单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内传传传传输输输输码码码码元元元元的的的的数数数数目目目目，单单单单位位位位是是是是波波波波特特特特（BaudBaud），记记记记为为为为B B。数数数数字字字字信信信信号号号号有有

9、有有多多多多进进进进制制制制和和和和二二二二进进进进制制制制之之之之分分分分，但但但但码码码码元元元元速速速速率率率率与与与与进进进进制制制制数数数数无无无无关关关关，只只只只与与与与传传传传输输输输的的的的码码码码元元元元长长长长度度度度 T T 有有有有关。关。关。关。R Rb b是是是是信信信信息息息息传传传传输输输输速速速速率率率率简简简简称称称称传传传传信信信信率率率率，又又又又称称称称比比比比特特特特率率率率等等等等。它它它它表表表表示示示示单单单单位位位位时时时时间间间间内内内内传传传传递递递递的的的的平平平平均均均均信信信信息息息息量量量量或或或或比比比比特特特特数数数数，单单

10、单单位位位位是比特是比特是比特是比特/秒，可记为秒，可记为秒，可记为秒，可记为bit/s bit/s，或，或，或，或 b/s b/s，或，或，或，或bpsbps。R RB B和和和和R Rb b的关系：的关系：的关系：的关系：第11页/共45页2023/3/1813 2 2、可靠性可靠性可靠性可靠性差错率（差错率（差错率（差错率（P Pe e 和和和和P Pb b）（消息传输质量）（消息传输质量）（消息传输质量）（消息传输质量）P Pe e 是是是是误误误误码码码码率率率率（码码码码元元元元差差差差错错错错率率率率），指指指指发发发发生生生生差差差差错错错错的的的的码码码码元元元元数数数数在在

11、在在传传传传输输输输总总总总码码码码元元元元数数数数中中中中所所所所占占占占的的的的比比比比例例例例，更更更更确确确确切切切切地地地地说说说说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即 Pb是是误误信信率率（信信息息差差错错率率），指指发发生生差差错错的的比比特特数在传输总比特数中所占的比例，数在传输总比特数中所占的比例，即即显然，显然，在二进制中有在二进制中有 Pb=Pe第12页/共45页典型模拟通信系统方框图典型模拟通信系统方框图 典型数字通信系统方框图典型数字通信系统方

12、框图 .5 5 通信的基本原理通信的基本原理第13页/共45页2023/3/1815.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信源：信源：语语言言、文文字字、图图画画、数数据据、符符号号等等信信息息。信信号号是是信信息息的的载载体体，消消息息的的表表达达形形式式，信信息息则则是是信信号号的的具具体体内内容容，在在信信息息活活动动中中信信号号则则指指欲欲传传输输、待待处处理理的的对对象象。通通常常表表现为随时间变化的物理量。现为随时间变化的物理量。电电信信号号：随随时时间间变变化化的的电电压压、电电流流、电荷、磁通。电荷、磁通。第14页/共45页2023/3/1816.5 5 通信的基本原理通信的

13、基本原理 信源：信源：信号分类：信号分类：确知信号和随机信号确知信号和随机信号 连续时间信号、离散时间信号和连续时间信号、离散时间信号和数字信号数字信号01234567-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81第15页/共45页2023/3/1817.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信源：信源：信号分类：信号分类：周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号 0246810121400.10.20.30.40.50.60.70.80.91第16页/共45页2023/3/1818.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信源：信源：信号分类：信号分类：一维信号和多维信号：一

14、维信号和多维信号：第17页/共45页2023/3/1819.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：定义：定义：信信道道是是指指以以传传输输媒媒质质为为基基础础的的信信号号通通道道。如如果果信信道道仅仅是是指指信信号号的的传传输输媒媒质质，称称为为狭狭义义信信道道；如如果果信信道道不不仅仅是是传传输输媒媒质质，而而且且包包括括通通信信系系统统中中的的一一些些转转换换装装置置，这这种种信信道道称称为为广义信道广义信道。第18页/共45页2023/3/1820.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：定义：定义：狭狭义义信信道道按按照照传传输输媒媒质质的的特特性性可可分分为为有

15、有线线信信道道和和无无线线信信道道两两类类。狭狭义义信信道道是是广广义义信信道道十十分分重重要要的的组组成成部部分分，通通信信效效果果的的好好坏坏，在在很很大大程程度度上上将将依依赖赖于于狭狭义义信道的特性。信道的特性。因因此此在在研研究究信信道道的的一一般般特特性性时时“传传输输媒媒质质”仍仍是是讨论的重点。讨论的重点。为了研究方便常把广义信道简称为信道。为了研究方便常把广义信道简称为信道。第19页/共45页2023/3/1821 广广广广义义义义信信信信道道道道除除除除了了了了包包包包括括括括传传传传输输输输媒媒媒媒质质质质外外外外，还还还还包包包包括括括括通通通通信信信信系系系系统统统统

16、有有有有关关关关的的的的变变变变换换换换装装装装置置置置，相相相相当当当当于于于于在在在在狭狭狭狭义义义义信信信信道道道道的的的的基基基基础础础础上上上上，扩扩扩扩大大大大了了了了信信信信道道道道的的的的范范范范围围围围。它它它它的的的的引引引引入入入入主主主主要要要要是是是是从从从从研研研研究究究究信信信信息息息息传传传传输输输输的的的的角角角角度度度度出出出出发发发发，使使使使通通通通信信信信系系系系统统统统的的的的一一一一些些些些基基基基本本本本问问问问题题题题研研研研究究究究比比比比较较较较方方方方便便便便。广广广广义义义义信信信信道道道道按按按按照它包括的功能，可以分为照它包括的功能

17、，可以分为照它包括的功能，可以分为照它包括的功能，可以分为调制信道调制信道调制信道调制信道、编码信道编码信道编码信道编码信道。调制信道和编码信道调制信道和编码信道调制信道和编码信道调制信道和编码信道第20页/共45页2023/3/1822.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：信道的数学模型：信道的数学模型：调制信道模型调制信道模型输入与输出有关系：输入与输出有关系：so(t)=c(t)*si(t)或或 So()=C()Si()第21页/共45页2023/3/1823.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：信道的数学模型：信道的数学模型：调制信道模型调制信道模型加性噪声

18、信道模型加性噪声信道模型第22页/共45页2023/3/1824.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：信道的数学模型：信道的数学模型：调制信道模型调制信道模型带有加性噪声的线性时变信道带有加性噪声的线性时变信道 第23页/共45页2023/3/1825.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：信道的数学模型：信道的数学模型：编码信道模型编码信道模型 编编码码信信道道包包括括调调制制器器、调调制制信信道道和和解解调调器器，它它与与调调制制信信道道模模型型有有明明显显的的不不同同，是是一一种种数数字字信信道道或或离离散散信信道道。编编码码信信道道输输入入和和输输出出都都是是

19、离离散散的的时时间间信信号号，对对信信号号的的作作用用则则是是将将输输入入数数字字序序列列变变成另一种输出数字序列。成另一种输出数字序列。输输入入、输输出出数数字字序序列列之之间间的的关关系系可可以以用用一一组组转移概率来表征。转移概率来表征。第24页/共45页2023/3/1826.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：信道的数学模型：信道的数学模型：编码信道模型编码信道模型 二进制编码信道模型二进制编码信道模型第25页/共45页2023/3/1827.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 信道：信道：信道容量：信道容量：是指信道中信息无差错传输的最大是指信道中信息无差错传输的最

20、大速率速率。在在信信道道模模型型中中，定定义义了了两两种种广广义义信信道道：调调制制信信道道和和编编码码信信道道。调调制制信信道道是是一一种种连连续续信信道道，可可以以用用连连续续信信道道的的信信道道容容量量来来表表征征；编编码码信信道道是是一一种种离离散散信道，可以用离散信道的信道容量来表征。信道，可以用离散信道的信道容量来表征。-香农香农(Shannon)信道容量公式信道容量公式第26页/共45页2023/3/1828.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 调制：调制：为什么要进行调制？为什么要进行调制？调制的分类。调制的分类。振幅调制（线性调制）为例：振幅调制（线性调制）为例：第27页/

21、共45页2023/3/1829.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 调制：调制：完全调幅（完全调幅（AM)常规双边带调幅常规双边带调幅 乘法器 f(t)滤波器 H(f)s(t)c(t)加法器 A0 第28页/共45页2023/3/1830.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 调制：调制：完全调幅（完全调幅（AM)常规双边带调幅常规双边带调幅f SAM(f)f fm m2f2fm m第29页/共45页2023/3/1831.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 调制：调制：抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB）乘法器乘法器 f(t)滤波器滤波器 H(f)s(t)c(t)第30页

22、/共45页2023/3/1832.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 f SDSB(f)调制：调制：抑制载波的双边带调幅（抑制载波的双边带调幅（DSB）第31页/共45页2023/3/1833.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 调制：调制：单边带调幅（单边带调幅（SSB）乘法器乘法器 f(t)单边带单边带 滤波器滤波器 s(t)c(t)sSSB(t)第32页/共45页2023/3/1834.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 调制：调制：单边带调幅（单边带调幅（SSB）第33页/共45页2023/3/1835频分多路复用原理频分多路复用原理.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 调制：

23、调制：第34页/共45页.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输脉冲编码调制示意图脉冲编码调制示意图 t0Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10Ts(a)抽样脉冲p(t)0123456tTs2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10Ts(b)PCM抽样v(t)k(t)t000 010 011 100 101 110 110 100 010 001(d)PCM编码d(t)Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10Ts(c)PCM量化m(t)6543210t第35页/共45页2023/3/1837.5 5 通

24、信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：数字基带传输常用码型数字基带传输常用码型数字基带传输系统数字基带传输系统第36页/共45页2023/3/1838.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：数字基带传输常用码型数字基带传输常用码型 AMI码传号交替反转码：码传号交替反转码：编编码码规规则则：将将二二进进制制消消息息代代码码“1”(传传号号)交交替替地地变变换换为为传传输输码码的的“+1”和和“-1”，而而“0”(空空号号)保保持持不变。不变。消息代码消息代码 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI码：码：+1 0 0 1 +1 0 0 0

25、0 0 0 0-1+1 0 0 -1+1第37页/共45页2023/3/1839.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：数字基带传输常用码型数字基带传输常用码型 HDB3码码3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 是是AMI码码的的一一种种改改进进型型，保保持持了了AMI码码的的优优点点而克服其缺点，而克服其缺点，使连使连“0”个数不超过个数不超过3个。个。编码规则：编码规则：连连“0”个个数数不不超超过过3时时，仍仍按按AMI码码的的规规则则编编；超超过过3时时将将第第4个个“0”改改为为非非“0”脉脉冲冲，记记为为+V或或-V，相相邻邻V码码的的极极性性交交替替出出现现，V码码极极

26、性性与与其其前前一一非非“0”脉脉冲冲极极性性相相同同，否否则则将将四四连连“0”的的第第一一个个“0”更更改改为为与与该该破破坏坏脉脉冲冲相相同同极极性性的的脉脉冲冲，并并记记为为+B或或-B；破破坏坏脉脉冲冲之之后后的的传传号号码码极极性性与与V也要交替。也要交替。第38页/共45页2023/3/1840例如：例如：代码代码 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 AMI码码 +1 0 -1+1 0 0 0 0 0 0 0-1+1 0 0 0 0 0 0-1 HDB3码码+1 0 -1+1 0 0 0+V 0 0 0-1+1-B 0 0-V 0 0+

27、1 V B V HDB3码码+1 0 -1+1-B 0 0 -V 0 0 0+1-1+B 0 0+V 0 0-1 B V B V 0 0 0 0：0 0 0+V ；-B 0 0 -V 0 0 0 V ；+B 0 0+V 第39页/共45页2023/3/1841.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：数字基带传输常用码型数字基带传输常用码型 PST码成对选择三进码码成对选择三进码 数字双相码曼彻斯特（数字双相码曼彻斯特（Manchester）码）码 密勒密勒(Miller)码延迟调制码码延迟调制码 CMI码传号反转码码传号反转码 nBmB码码第40页/共45页2023/3/1842.

28、5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：差错控制编码差错控制编码差错控制方式差错控制方式 第41页/共45页2023/3/1843.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：差错控制编码纠错码的分类差错控制编码纠错码的分类l按功能分按功能分检错码检错码 纠错码纠错码 纠删码纠删码l按信息码元和监督码元之间的校验关系分按信息码元和监督码元之间的校验关系分线性码线性码 非线性码非线性码l按信息码元和监督码元之间的约束方式分按信息码元和监督码元之间的约束方式分分组码分组码 卷积码卷积码第42页/共45页.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：差错控制编码纠错编码的基本原

29、理差错控制编码纠错编码的基本原理 举例举例1.如用三位二进制编码来如用三位二进制编码来代表八个字母代表八个字母000 A100E001 B101F010C110G011D111H 不管哪一位发生错误，不管哪一位发生错误，都会使传输字母错误。都会使传输字母错误。2.如用三位二进制编码传如用三位二进制编码传四个字母四个字母000 A011B 101 C110D 发生一位错误，准用码发生一位错误，准用码字将变成禁用码字，字将变成禁用码字，接收端就能知道出错，接收端就能知道出错，但不能纠错。但不能纠错。第43页/共45页2023/3/1845.5 5 通信的基本原理通信的基本原理 编码：编码：差错控制编码纠错编码的基本原理差错控制编码纠错编码的基本原理 举例举例3.如果用三位二进制编码传二个字母如果用三位二进制编码传二个字母000 A111B 则可以检二个错误，纠正一个错误。则可以检二个错误，纠正一个错误。l结论结论 具有检错或纠错的码组，其所用的比特数必须具有检错或纠错的码组，其所用的比特数必须大于信息码组原来的比特数；大于信息码组原来的比特数；引入了余度。引入了余度。第44页/共45页