大學(xué)通信技術(shù)通信原理課件

1、1復(fù)習(xí)-通信系統(tǒng)一般模型噪聲信道信源信宿傳輸媒介發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備通信系統(tǒng)一般模型1復(fù)習(xí)-通信系統(tǒng)一般模型噪聲信道信信傳輸媒介發(fā)送設(shè)備接收設(shè)2復(fù)習(xí)-信息及其度量 信息量：平均信息量：I為消息x所攜帶的信息量P(x)為該消息發(fā)生的概率2復(fù)習(xí)-信息及其度量 信息量：平均信息量：I為消息x所攜3第1章 緒論1.1 通信技術(shù)的發(fā)展與信息社會 1.2 通信系統(tǒng)的組成與分類1.3 通信方式1.4 信息及其度量1.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)1.6 信道主要內(nèi)容3第1章 緒論1.1 通信技術(shù)的發(fā)展與信息社會 主要內(nèi)容41.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)性能指標(biāo)涉及要素有效性：傳輸信息的速度，傳輸一定信息所占資源

2、（帶寬和時間）；可靠性：通信傳輸質(zhì)量；適應(yīng)性：使用的環(huán)境條件；經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)的成本；標(biāo)準(zhǔn)性；維修性、工藝性、保密性。從信息傳輸?shù)慕嵌瓤?，有效性和可靠性是矛盾的主要方面?1.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)性能指標(biāo)涉及要素51.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性度量：系統(tǒng)的頻帶利用率可靠性指標(biāo)：接收端最終輸出信噪比數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)傳輸速率和頻帶利用率 傳輸速率可分為碼元傳輸速率和信息傳輸速 率兩種。51.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)61.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 碼元傳輸速率 (RB) 又叫符號速率，它表示單位時間(每秒)內(nèi)傳輸?shù)拇a元(符號)的數(shù)目。其單

3、位為波特，常用B表示。簡稱波特率。 碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率、波特率、波形速率、調(diào)制速率。例：某數(shù)字通信系統(tǒng)2s內(nèi)傳送3600個碼元， 其碼元速率為1800B。61.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 碼元傳輸速率 (RB)例：某71.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)碼元寬度或碼元周期TB相鄰兩個碼元發(fā)送的時間間隔 TB=1/RB信息傳輸速率(Rb) 又叫信息速率，它表示單位時間(每秒)內(nèi)傳送數(shù)據(jù)信息的比特數(shù)。其單位為比特/秒，記為bit/s，或bps。信息傳輸速率與碼元速率的關(guān)系： 若采用N進(jìn)制傳輸，則信息速率與碼元速率之間的關(guān)系為: Rb=RBlog2N （b/s）71.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)碼元寬度或碼

4、元周期TB81.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 頻帶利用率 單位頻帶的傳輸速率例：某數(shù)字通信系統(tǒng)在3s內(nèi)輸出3600個碼元， 采用4進(jìn)制傳輸，則信息速率為2400bps.81.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 頻帶利用率例：某數(shù)字通信系91.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 誤碼率 在傳輸過程中錯誤接收的碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比。 誤信率（誤比特率） 在傳輸過程中錯誤接收的比特數(shù)與傳輸?shù)目偙忍財?shù)之比。 對于二進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)，91.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 誤碼率 誤信率（誤比特率） 10第1章 緒論1.1 通信技術(shù)與信息社會 1.2 通信系統(tǒng)的組成與分類1.3 通信方式1.4 信息及其度量1.5 通信系統(tǒng)主要性

5、能指標(biāo)1.6 信道主要內(nèi)容10第1章 緒論1.1 通信技術(shù)與信息社會 主要內(nèi)容111.6 信道信道的定義： 以傳輸媒介為基礎(chǔ)的信號通道狹義信道的定義和分類：僅指信號傳輸媒介的信道稱為狹義信道；分類：無線信道有線信道廣義信道 包含有關(guān)的“轉(zhuǎn)換器” ，如天線，調(diào)制器、解調(diào)器等。111.6 信道信道的定義：121.6 信道廣義信道的分類調(diào)制信道：從調(diào)制器的輸出端到解調(diào)器的輸入端編碼信道：從編碼器的輸出端到譯碼器的輸入端狹義信道有線或無線傳輸媒介調(diào)制信道編碼信道傳輸媒介發(fā)轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器譯碼器編碼器調(diào)制器解調(diào)器數(shù)字化信源譯碼輸出121.6 信道廣義信道的分類狹義信道傳輸媒介發(fā)轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換131.6 信道

6、1、對稱電纜（雙絞線）對稱電纜結(jié)構(gòu)圖1.6.1 有線信道131.6 信道1、對稱電纜（雙絞線）對稱電纜結(jié)構(gòu)圖1.6.142、同軸電纜同軸電纜結(jié)構(gòu)圖1.6 信道142、同軸電纜同軸電纜結(jié)構(gòu)圖1.6 信道151.6 信道3、光纖光纖傳輸原理全反射原理多模光纖（MMF）和單模光纖（SMF）光源LED（Light Emitted Dioxide）激光光纖中的色散限制了光纖的無中繼傳輸距離光信號入光信號出光纖外層光纖內(nèi)層151.6 信道3、光纖光信號入光信號出光纖外層光纖內(nèi)層16第三傳輸窗口第二傳輸窗口第一傳輸窗外吸收紅外吸收瑞利散射0.22.5損 耗 (dB/km)波長 (n

7、m) 光纖損耗譜特性O(shè)H離子吸收峰光纖帶寬：1300nm窗口約100nm，1550nm窗口約100nm，共200nm，約30THz1.6 信道16第三傳輸窗口第二傳輸窗口第一傳輸窗口1300155085171.6 信道1.6.2 無線信道電磁波傳播特性影響電磁波傳播的因素大氣：電離層、雨雪、空氣粒子等地面：良導(dǎo)體、地面彎曲等地波傳播電磁波波長與電離層距離地面的高度相比擬，形同波導(dǎo)；ELF、VLF、LF、MF主要使用的傳播方式ELF具有一定的海水穿透能力。171.6 信道1.6.2 無線信道電磁波傳播特性 1969年，威斯康辛州建WTF臺，十字型天線，各長22.5公里，300A； 1981年，密

8、歇根州又建MTF臺，天線各長45公里，150A； 1986年，WTF/MTF臺正式投入使用，共指揮161艘潛艇。美國超長波對潛通信系統(tǒng)威斯康辛州密歇根州18 1969年，威斯康辛州建WTF臺，十字型天線，各長22.5191.6 信道天波傳播 HF使用的主要傳播方式； 主要特點：電離層隨機(jī)擾動、多徑效應(yīng)。Multi hopsingle hop電離層EarthTransmitterReceiver191.6 信道天波傳播Multi hopsingle ho201.6 信道視距傳播天線高度與傳輸距離之間的關(guān)系 平坦地面條件下，收發(fā)天線高度分別為50m，則視線距離為50km。201.6 信道視距傳播

9、平坦地面條件下，收發(fā)天線高通信速率與距離：從木星：115kbps從土星：30kbps從天王星：20kbps，29億公里從海王星：15kbps，45億公里 1977年發(fā)射“旅行者1”、 “旅行者2”，探測大行星。 “旅行者2”，是人類最成功的宇宙探測器，成果輝煌 。視距傳播21通信速率與距離： 1977年發(fā)射“旅行者1”、 “旅行者221.6 信道對流層散射對流層散射區(qū)EarthTransmitterReceiver 無線光傳輸 紅外光、紫外光、激光221.6 信道對流層散射對流層散射區(qū)EarthTransm231.6 信道微波中繼信道231.6 信道微波中繼信道241.6 信道衛(wèi)星中繼信道24

10、1.6 信道衛(wèi)星中繼信道251.6 信道陸地移動信道1）傳播衰減：移動信道中自由空間傳播損耗251.6 信道陸地移動信道261.6 信道2）反射波與散射波 移動信道的傳播路徑和平滑表面反射261.6 信道2）反射波與散射波271.6 信道短波電離層反射信道短波電離層反射信道是利用地面發(fā)射的無線電波在電離層，或電離層與地面之間的一次反射或多次反射所形成的信道。電離層離地面60600km。當(dāng)頻率范圍為330MHz（波長為10100m）的短波（或稱為高頻）無線電波射入電離層時，由于折射現(xiàn)象會使電波發(fā)生反射，返回地面。271.6 信道短波電離層反射信道短波電離層反射信道是利用地281.6 信道電離層反

11、射示意圖281.6 信道電離層反射示意圖291.6 信道多徑形式示意圖291.6 信道多徑形式示意圖301.6 信道調(diào)制信道的主要特性有一對或多對輸入端，必然有一對或多對輸出端；絕大部分信道是線性的，即滿足疊加原理；信號通過信道需要經(jīng)過一定的延時；信道對信號有損耗（固定或時變損耗）；即使沒有信號輸入，接收端仍有信號輸出（噪聲），通常稱為加性噪聲或加性干擾。301.6 信道調(diào)制信道的主要特性311.6 信道 信道對信號的影響： 1、乘性干擾k(t)的影響 2、加性干擾n(t)的影響 二對端的調(diào)制信道模型： 把f()設(shè)想成一個信號與干擾相乘的形式311.6 信道 信道對信號的影響： 1、乘性干32

12、1.6 信道乘性干擾k(t)包含的因素：線性失真、非線性失真、時間延遲以及衰減等；隨時間變化的特性；調(diào)制信道的分類恒參信道：k(t)不隨時間變化或變化極為緩慢；有線信道通?？梢钥闯珊銋⑿诺?。隨參信道：k(t)隨時間t隨機(jī)變化；移動無線信道為隨參信道。321.6 信道乘性干擾k(t)331.6 信道信道模型 （1）加性噪聲恒參信道331.6 信道信道模型341.6 信道（2）具有加性噪聲的線性濾波信道+信道s(t)n(t)h(t)線性時不變?yōu)V波器341.6 信道（2）具有加性噪聲的線性濾波信道+信道s(t351.6 信道 （3）加性噪聲線性時變?yōu)V波信道模型351.6 信道 （3）加性噪聲線性時變

13、濾波信道模型361.6 信道編碼信道包括調(diào)制器、解調(diào)器和傳輸媒介調(diào)制信道使調(diào)制信號發(fā)生波形變化編碼信道對信號的影響是數(shù)字序列的變換與調(diào)制信道的關(guān)系解調(diào)發(fā)生的差錯編碼信道模型采用數(shù)字信號的轉(zhuǎn)移概率來描述361.6 信道編碼信道包括調(diào)制器、解調(diào)器和傳輸媒介371.6 信道371.6 信道381.6 信道信道容量：是指信道中信息能夠無差錯傳輸?shù)淖畲笏俾省Ｕf明：本節(jié)討論的是調(diào)制信道（或稱波形信道，它是指從發(fā)射機(jī)調(diào)制器輸出端到接收機(jī)解調(diào)器輸入端之間的信道）的信道容量。381.6 信道信道容量：是指信道中信息能夠無差錯傳輸?shù)淖畲?91.6 信道香農(nóng)公式 對于帶寬有限，平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道，設(shè)信

14、道帶寬為B (Hz)，信道輸出信號功率為S (W)，輸出加性高斯噪聲功率為N (W)，則可以證明該信道的信道容量為令加性高斯噪聲的單邊功率譜密度為 ，則391.6 信道香農(nóng)公式令加性高斯噪聲的單邊功率譜密度為 401.6 信道例：已知黑白電視圖像信號每幀有30萬個像素，每個像素有8個亮度電平，各電平獨(dú)立等概出現(xiàn)，圖像每秒發(fā)送25幀，若要求接收圖像信噪比達(dá)到30dB，求所需最小帶寬。解：首先計算每個像素的信息量： 每幀圖像的信息量為 每秒傳輸25幀所需傳輸速率401.6 信道例：已知黑白電視圖像信號每幀有30萬個像素，411.6 信道 信道容量必須不小于所要求的信息傳輸速率。代入信道容量公式得到 得到所需最小帶寬411.6 信道 信道容量必須不小于所要求的信息傳42第一章學(xué)習(xí)建議1、明確：學(xué)習(xí)通信原理的目的是要在盡