通訊原理第2章通信原理的基本概念.ppt_第1頁
通訊原理第2章通信原理的基本概念.ppt_第2頁
通訊原理第2章通信原理的基本概念.ppt_第3頁
通訊原理第2章通信原理的基本概念.ppt_第4頁
通訊原理第2章通信原理的基本概念.ppt_第5頁
已閱讀5頁,還剩33頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

1、1,通信原理,2,通信原理,第2章 基本概念,3,第2章 基本概念,1. 1 通信的基本概念 通信的目的:傳遞消息中所包含的信息。 消息:是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映,例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動圖像等。 信息:是消息中包含的有效內(nèi)容。 實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段: 非電的:如旌旗、消息樹、烽火臺 電的:如電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計算機(jī)通信等。,4,第2章 基本概念,電信發(fā)明史 1837年:莫爾斯發(fā)明有線電報 1864年:麥克斯韋發(fā)明電磁輻射理論 1876年:貝爾發(fā)明有線電話 1896年:馬可尼發(fā)明無線電報 1918年:調(diào)幅無線電廣播、超外差接收機(jī)問世 1936年:商業(yè)電

2、視廣播開播 后面講述中,“通信”這一術(shù)語是指“電通信”,包括光通信,因為光也是一種電磁波。 在電通信系統(tǒng)中,消息的傳遞是通過電信號來實(shí)現(xiàn)的。,5,第2章 基本概念,1.2 通信系統(tǒng)的組成 1.2.1 通信系統(tǒng)的一般模型 信息源(簡稱信源):把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號,如麥克風(fēng)。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。 發(fā)送設(shè)備:產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘枴?信道:將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道兩大類。 噪聲源:集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。,6,第2章 基本概念,接收設(shè)備:從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。 受信者(信宿):把原始電信號還原成相應(yīng)的消

3、息,如揚(yáng)聲器等。,7,涉及的相關(guān)理論,信源,發(fā)送設(shè)備,信道,接收設(shè)備,信宿,噪聲,概率論與統(tǒng)計,率失真理論,信源編碼,密碼理論,信號處理,調(diào)制理論,信道編碼,電磁場與電波傳播理論,隨機(jī)過程,偽隨機(jī)序列,信號處理,解調(diào)理論,差錯控制編碼,濾波理論,密碼理論,信號與系統(tǒng)、電路分析、電子線路、交換理論、排隊論、同步、通信網(wǎng)等,8,第2章 基本概念,1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬信號和數(shù)字信號 模擬信號:代表消息的信號參量取值連續(xù),例如麥克風(fēng)輸出電壓:,(a) 話音信號 (b) 抽樣信號 圖1-2 模擬信號,9,第2章 基本概念,數(shù)字信號:代表消息的信號參量取值為有限個,例如電報

4、信號、計算機(jī)輸入輸出信號: 通常,按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號,相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。,(a) 二進(jìn)制信號 (b) 2PSK信號 圖1-3 數(shù)字信號,10,第2章 基本概念,模擬通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng): 兩種變換: 模擬消息 原始電信號(基帶信號) 基帶信號 已調(diào)信號(帶通信號),圖1-4 模擬通信系統(tǒng)模型,11,第2章 基本概念,數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng) 信源編碼與譯碼目的: 提高信息傳輸?shù)挠行?完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換 信道編碼與譯碼目的:增強(qiáng)抗干擾能力 加密與解密目的:保證所傳信息的

5、安全 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的:形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?同步目的:使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致,圖1-5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,12,第2章 基本概念,1.2.3 數(shù)字通信的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng),且噪聲不積累 傳輸差錯可控 便于處理、變換、存儲 便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸 易于集成,使通信設(shè)備微型化,重量輕 易于加密處理,且保密性好 缺點(diǎn): 需要較大的傳輸帶寬 對同步要求高,13,第2章 基本概念,1.3 通信系統(tǒng)分類與通信方式 1.3.1 通信系統(tǒng)的分類 按通信業(yè)務(wù)分類:電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng) 按調(diào)制方式分類:基帶傳輸系統(tǒng)和帶通(調(diào)制)傳

6、輸系統(tǒng) 調(diào)制傳輸系統(tǒng)又分為多種調(diào)制,詳見書中表1-1。 按信號特征分類:模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng) 按傳輸媒介分類:有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng) 按工作波段分類:長波通信、中波通信、短波通信 按信號復(fù)用方式分類:頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用,14,第2章 基本概念,1.3.2 通信方式 單工、半雙工和全雙工通信 單工通信:消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?半雙工通信:通信雙方都能收發(fā)消息,但不能同時收 發(fā)的工作方式 全雙工通信:通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式,15,第2章 基本概念,并行傳輸和串行傳輸 并行傳輸:將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸 優(yōu)點(diǎn)

7、:節(jié)省傳輸時間,速度快:不需要字符同步措施 缺點(diǎn):需要 n 條通信線路,成本高,16,第2章 基本概念,串行傳輸 :將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸 優(yōu)點(diǎn):只需一條通信信道,節(jié)省線路鋪設(shè)費(fèi)用 缺點(diǎn):速度慢,需要外加碼組或字符同步措施 其他分類方式: 同步通信和異步通信 專線通信和網(wǎng)通信,17,第2章 基本概念,1.4 信息及其度量 信息:是消息中包含的有效內(nèi)容 如何度量離散消息中所含的信息量? 度量信息量的原則 能度量任何消息,并與消息的種類無關(guān)。 度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。 消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān) 【例】 “某客機(jī)墜毀”這條消息比“今

8、天下雨”這條消息包含有更多的信息。 上例表明: 消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生,信息量就越大。,18,第2章 基本概念,度量信息量的方法 事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述: 消息出現(xiàn)的概率越小,則消息中包含的信息量就越大。 設(shè):P(x) 消息x發(fā)生的概率, I 消息中所含的信息量, 則 P(x) 和 I 之間應(yīng)該有如下關(guān)系: I 是 P(x) 的函數(shù): I I P(x) P(x) ,I ; P(x) ,I ; P(x) = 1時,I 0; P(x) = 0時,I ; 滿足上述3條件的關(guān)系式如下: 信息量的定義,19,第2章 基本概念,上式中對數(shù)的底: 若a = 2,信息量的單位稱為比特(

9、bit) ,可簡記為b 若a = e,信息量的單位稱為奈特(nat), 若 a = 10,信息量的單位稱為哈特萊(Hartley) 。 通常廣泛使用的單位為比特,這時有 (b) 【例】 設(shè)一個二進(jìn)制離散信源,以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”,則信源每個輸出的信息含量為 在工程應(yīng)用中,習(xí)慣把一個二進(jìn)制碼元稱作1比特,20,第2章 基本概念,若有M個等概率波形(P = 1/M),且每一個波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的,則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為 若M是2的整冪次,即 M = 2k,則有 當(dāng)M = 4時,即4進(jìn)制波形,I = 2比特, 當(dāng)M = 8時,即8進(jìn)制波形,I = 3比特。,21,第2章 基本概念

10、,對于非等概率情況 設(shè):一個離散信源是由M個符號組成的集合,其中每個符號xi (i = 1, 2, 3, , M)按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn),即 且有 則x1 , x2, x3, xM 所包含的信息量分別為 于是,每個符號所含平均信息量為 由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似,故稱它為信息源的熵,22,第2章 基本概念,【例1】 一離散信源由“0”,“1”,“2”,“3”四個符號組成,它們出現(xiàn)的概率分別為3/8,1/4,1/4,1/8,且每個符號的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的信

11、息量。 【解】此消息中,“0”出現(xiàn)23次,“1”出現(xiàn)14次,“2”出現(xiàn)13次,“3”出現(xiàn)7次,共有57個符號,故該消息的信息量 每個符號的算術(shù)平均信息量為,23,第2章 基本概念,若用熵的概念來計算: 則該消息的信息量 以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于,它們平均處理方法不同。前一種按算數(shù)平均的方法,結(jié)果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號數(shù)的增加而減小。 當(dāng)消息序列較長時,用熵的概念計算更為方便。,24,第2章 基本概念,連續(xù)消息的信息量 關(guān)于連續(xù)消息的信息量可以用概率密度函數(shù)來描述??梢宰C明,連續(xù)消息的平均信息量為 式中,f (x) 連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。,25,第2章 基本概念,1.

12、5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo):有效性和可靠性 有效性:指傳輸一定信息量時所占用的信道資源(頻帶寬度和時間間隔),或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}。 可靠性:指接收信息的準(zhǔn)確程度,也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。 模擬通信系統(tǒng): 有效性:可用有效傳輸頻帶來度量。 可靠性:可用接收端最終輸出信噪比來度量。,26,第2章 基本概念,數(shù)字通信系統(tǒng) 有效性:用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。 碼元傳輸速率RB:定義為單位時間(每秒)傳送碼元的數(shù)目,單位為波特(Baud),簡記為B。 式中T 碼元的持續(xù)時間(秒) 信息傳輸速率Rb:定義為單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù),單位為比特/秒,簡記為 b/

13、s ,或bps,27,第2章 基本概念,碼元速率和信息速率的關(guān)系 或 對于二進(jìn)制數(shù)字信號:M = 2,碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。 對于多進(jìn)制,例如在八進(jìn)制(M = 8)中,若碼元速率為1200 B,則信息速率為3600 b/s。,28,第2章 基本概念,頻帶利用率:定義為單位帶寬(1赫茲)內(nèi)的傳輸速率,即 或 可靠性:常用誤碼率和誤信率表示。 誤碼率 誤信率,又稱誤比特率 在二進(jìn)制中有,29,第2章 基本概念,1.6 小結(jié):本章重點(diǎn) 1.掌握通信系統(tǒng)模型、分類 2.理解數(shù)字通信的主要優(yōu)缺點(diǎn) 3.掌握信息量的度量 4.理解通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo),30,碼元,數(shù)字信號的收發(fā) 都按照一定的節(jié)拍

14、,對消息內(nèi)容進(jìn)行編組,數(shù)字信號單元(碼元)就像我們寫作文時候要打標(biāo)點(diǎn)符號一樣 。 這里所說的碼元不同于bit. 碼元實(shí)際上代表調(diào)制信號某一個確定的狀態(tài),該狀態(tài)可以代表1個bit(如高低電平,DPSK等), 也可以代表數(shù)個bit(如QPSK,QAM等). 星座圖上的某個星星實(shí)際上就代表某個碼元(單位時段內(nèi)). “碼元”就是一種狀態(tài),傳輸帶寬就是碼元變化的頻率,在帶寬一定的情況下(碼元變化的頻率),一個碼元變化對應(yīng)的bit數(shù)越多,傳輸效率越高。 在通信信道中持續(xù)固定時間,具有一定相位和幅值的一段余弦載波 - 碼元。,31,碼元,數(shù)字信號的收發(fā)都按照一定的節(jié)拍,對消息內(nèi)容進(jìn)行編組,數(shù)字信號單元(碼元

15、)就像我們寫作文時候要打標(biāo)點(diǎn)符號一樣 。 這里所說的碼元不同于bit. 碼元實(shí)際上代表調(diào)制信號某一個確定的狀態(tài),該狀態(tài)可以代表1個bit(如高低電平,DPSK等), 也可以代表數(shù)個bit(如QPSK,QAM等). 星座圖上的某個星星實(shí)際上就代表某個碼元(單位時段內(nèi)). “碼元”就是一種狀態(tài),傳輸帶寬就是碼元變化的頻率,在帶寬一定的情況下(碼元變化的頻率),一個碼元變化對應(yīng)的bit數(shù)越多,傳輸效率越高。 在通信信道中持續(xù)固定時間,具有一定相位和幅值的一段余弦載波 - 碼元。,32,碼元,比如8PSK, 一個碼元對應(yīng)三個bit。64QAM一個碼元對應(yīng)6個ibit. 這樣64QAM是8PSK傳輸效率

16、的2倍。,33,基帶信號,是指來自信源的消息信號(原始電信號,也稱調(diào)制信號)??梢允悄M,也可以是數(shù)字。 基帶 - 信號的頻譜從零頻附近開始。如語音信號的頻率范圍為300-3400HZ,圖像信號的頻譜為06MHZ。,34,載波信號,未受調(diào)制的高頻振蕩信號。可以是正弦波,方波,三角波等。,35,已調(diào)信號,是指受到調(diào)制后的已調(diào)載波信號。由于已調(diào)信號的頻譜通常具有帶通形式,所以已調(diào)信號也稱帶通信號。 把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后,把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸(即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道)。 由于每一路基帶信號的頻譜被搬移到不同的頻段上,因此合在一起后并不會互相干擾。這樣做可以在

17、一條線路中同時傳送許多路的數(shù)字信號,因而提高了線路的利用率。,36,帶寬,帶寬(BW)表示一個電路能夠處理的頻率或信號所包含/占有的頻率范圍。 例如:美國的AM無線電廣播信道的帶寬是10kHz,也就是說它所占用的頻帶是10kHz,例如:從760kHz到770kHz。 比喻:在高速路上,它所能承受的最大交通流量就相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)運(yùn)輸能力,而這條高速路允許形成的寬度就相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)的帶寬。顯然,帶寬越高、數(shù)據(jù)傳輸可利用的資源就越多,因而能達(dá)到越高的速度。,37,RB Rb,二進(jìn)制(M=2)時, RB=Rb(數(shù)值相等,單位不同)。 Rb一定時: 增加進(jìn)制數(shù),可以降低RB,從而可以減小信號帶寬,節(jié)約頻帶資源,提高系統(tǒng)的頻帶利用率。 RB一定時(帶寬一定): 增加進(jìn)制數(shù),可以增大Rb,從而在相同的帶寬下,可以傳輸更多的信息量。,物理意義,38,1、設(shè)有一個由字母A、B、C、D組成的字,傳輸每一個字母用二進(jìn)制碼元編碼,“00”代替A,“01”代替B,“10”代替

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論