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1、1,第1章 概论,1.1 引言 1.2 通信系统的组成 1.3 通信系统的分类及通信方式 1.4 信息及其度量 1.5 通信系统的主要性能指标,2,1.1 引言,1、通信：就是把消息从一地传送到另一地（要求准确、迅速）。完成信息的转换和传输。2、电通信：是利用电（电流或电波，包括光的特征值）来传递信息。3、通信系统：完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。（点对点的单向传输）,3,1.1 引言,4、电信网：多用户通信系统互联的通信体系。（多点中的任意两点间的双向传输）5、通信网：包括电信网， CATV网，计算机网，移动通信网，广播电视网等。6、网的结构：环型，星型，总线型，
2、复合型，网型7、网的组成: 以电话网为例,4,1.1 引言,信道,交 换 机,电话网结构示意图 为用户,构成网的基本要素：终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）,交 换 机,终端,终端,噪声,局间传输,局内传输,局内传输,5,1.1 引言,电信发明史 1837年：莫尔斯发明有线电报 1876年：贝尔发明有线电话 1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世 1936年：商业电视广播开播 ,6,1.2 通信系统的组成,1.2.1 通信系统模型（总模型）通信的目的是传输消息。实现消息传递所需的一切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一般模型可用下图来描述。,7,1.2 通信
3、系统的组成,通信系统总模型,各处的噪声之和,信号源,发送设备,信 道,接收设备,受信者,噪声源,发送端,接收端,8,1.2 通信系统的组成,信源：定义产生消息的来源作用把各种消息转换成原始电信号举例电话机、摄像机、电传机、计算机等。分类模拟信源、数字信源,9,1.2 通信系统的组成,发送设备：信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号使信源和信道匹配。发送设备的变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统，发送设备常常又包括编码器与调制器。,10,1.2 通信系统的组成,信道：信道是指传输信号的物理媒质。无线信道中，信道可以是大气（自由空间）有线信道中
4、，信道可以是明线、 电缆或光纤。第3章讨论信道,11,1.2 通信系统的组成,接收设备：功能是完成发送设备的反变换， 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。,12,1.2 通信系统的组成,信宿：信宿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。,13,1.2 通信系统的组成,干扰源：干扰源是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。干扰的来源是多样的，它可分为内部干扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把干扰源视为各处干扰的集中
5、表现而抽象加入到信道。,14,1.2 通信系统的组成,1.2.2 模拟通信与数字通信系统模型信源分为两大类： 连续信源；离散信源。连续信源消息是通过模拟信号来传递的。离散信源消息是通过数字信号来传递的。传输模拟信号的通信系统称为模拟通信系统；传输数字信号的通信系统称为数字通信系统。,15,1.2 通信系统的组成,1、模拟通信系统模型信源发出的是基带信号，具有频率很低的频谱分量， 一般不宜直接传输。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，是用调制器和解调器实现的。模拟通信系统模型中的发送设备和接收设备主要是调制器和解调器。,16,1.2 通信系统的组成,信号源,调制
6、器,解调器,受信者,信 道,基 带 信 号,频 带 信 号,模拟系统框图,17,1.2 通信系统的组成,2、数字通信系统模型是利用数字信号来传递信息的通信系统， 如图所示。数字通信涉及的技术问题很多，主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、 同步以及加密等。,18,1.2 通信系统的组成,频带信号,基带信号,数字系统框图,编 码 器,噪 声 源,加 密 器,信 息 源,调 制 器,信 道,受 信 者,解 密 器,译 码 器,解 调 器,19,1.2 通信系统的组成,信源编码与译码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
7、输带宽又直接反映了通信的有效性。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。,20,1.2 通信系统的组成,信道编码与译码为了减少差错，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。,21,1.2 通信系统的组成,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密，恢复原来
8、信息，叫解密。,22,1.2 通信系统的组成,数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到载频处， 形成适合在信道中传输的频带信号。基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。数字调制是本课程的重点内容之一。,23,1.2 通信系统的组成,同步与数字复接同步是使收、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。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。,24,
9、1.2 通信系统的组成,数字通信的主要特点抗干扰能力强。远距离传输可消除噪声积累。采用信道编码技术可控制差错。降低误码率， 提高传输的可靠性。易于与各种数字终端接口，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。 易于集成化， 从而使通信设备微型化。 易于加密处理， 且保密强度高。,25,1.2 通信系统的组成,数字通信的缺点占据宽的系统频带，因此数字通信的频带利用率不高。数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。不过，随着光纤等的采用、 窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。,26,1.3 通信系统的分类及通信方式,1.3.1 通信系统分类1、
10、按消息的物理特征分类（业务） 如电报、电话、数据、图像通信系统2、按调制方式分类针对频带传输信号而言,27,1.3 通信系统的分类及通信方式,3、按信号特征分类最常用分为模拟与数字通信系统两大类4、按传输媒介分类最常用分为有线（包括光纤）与无线5、按信号复用方式分类频分复用：使不同的信号占据不同的频率范围时分复用：不同的信号占据不同的时间区间码分复用：用一组包含正交码字的码组携带多路信息,28,1.3 通信系统的分类及通信方式,1.3.2 通信方式1、按消息传输的方向和时间分单工、半双工、全双工单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时收发。例如
11、无线对讲机全双工：通信双方（两点）能同时收发信号。例如电话,29,1.3 通信系统的分类及通信方式,发端,信 道,收端,发端,信 道,收端,发端,收端,(,a,),(,b,),发端,信 道,收端,发端,收端,信 道,(,c,),30,1.3 通信系统的分类及通信方式,2、按数字信号码元排列方式分串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输,它占用一条通路。适合远距离。并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，适合近距离,31,1.3 通信系统的分类及通信方式,发,送,设,备,接,收,设,备,1,0,1,(,b,),发,送,设,备,接,收,设,备,(,a,),32,1.4 信息及其度量,
12、信号是消息的载体，而信息是其内涵。任何信源产生的输出都是随机的。对接收者来说，只有消息中不确定的内容才构成信息；否则，信源输出已确切知晓，就没有必要再传输它了。信息量就是对消息中不确定性的度量。,33,1.4 信息及其度量,事件的不确定性可用事件出现的概率来描述。可能性越小，概率越小；反之，概率越大。因此，消息中包含的信息量与消息发生的概率密切相关。消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。假设P(x)是一个消息发生的概率，I是从该消息获悉的信息，I与P(x)之间的关系反映为如下规律：,34,1.4 信息及其度量,（1） 信息量是概率的函数， 即 I=fP(x) （2） P(x)越小， I
13、越大； 反之， I越小， 且 P(x)1时， I0P(x)0时， I （3）若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息量等于各独立事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性， 即IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+ ,35,1.4 信息及其度量,综上所述，信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为 I=loga 1/P(x) =-loga P(x) 信息量的单位与对数底数a有关。 a=2时，信息量的单位为比特(bit)；a=e时，信息量的单位为奈特(nat)；a=10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比特。 ,36,1.4 信息及其度量,例11 设二进
14、制离散信源， 以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为I(0)=I(1)= - log2 (1/2) =log22=1 (bit) 可见，传送等概率的二进制波形之一（P=1/2）的信息量为1比特。由此，通常把一个二进制脉冲波形称为一个比特。由此可见，比特的定义的含义。,37,1.4 信息及其度量,综上所述，对于离散信源，M个波形等概率（P=1/M）发送，且每一个波形的出现是独立的，即信源是无记忆的，则传送M进制波形之一的信息量为I=-log2 (1/M ) =log2 M (bit),38,1.4 信息及其度量,如果是非等概情况，设离散信源是一个由n个符号组成的符号集，每个符号x
15、i(i=1, 2, 3, , n)出现的概率为P(xi)， 且有 P(xi)=1, 则x1, x2, , xn 所包含的信息量分别为-log2 P(x1), -log2 P(x2)， ，-log2 P(xn)。于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为,39,1.4 信息及其度量,H(x)=P(x1)log2 P(x1)+P(x2)log2 P(x2)+P(xn)log2 P(xn)=,40,1.4 信息及其度量,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, 1/4, 1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息2010201302
16、130012032101003210100 23102002010312032100120210的信息量。,41,1.4 信息及其度量,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每个符号的算术平均信息量为,42,1.4 信息及其度量,若用熵的概念来计算，得,43,1.5 通信系统的主要性能指标,通信系统的质量优劣，必须采用性能指标来衡量，即质量指标。广泛涉及到通信的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等。就传输来说，有效性和可靠性是最重要的基本指标。有效性：指传输一定的信息量所需要的信道资源（带宽或时间）。可靠性：指接收信息的准确程度。有效性和可靠性通常是矛盾的，需要依据技术水平尽可能取得一定程度的统一。模拟通信与数字通信对这两个指标的内容不一。,
