通信原理绪论部分.ppt
数字通信原理,沈忠良讲师,理工大学通信工程学院,无线通信教研中心联合战术通信教研室,2,课程名称：数字通信原理 Principles of Digital Communications课程地位：必修/考试课、专业基础课、核心课程学时数：60教学对象：本科通信兵合训,课程概况,3,课程概况,先修课程：高等数学、线性代数、信号与系统、电路基础、电子线路等教材：(1)通信原理 沈越泓、高媛媛、魏以民编 机械工业出版社 参考书：(1)通信原理教程 樊昌信编 电子工业出版社(2)现代通信系统使用MATLAB,M.Salehi著，刘树棠译 西安交通大学出版社(3)通信原理学习指导及习题解答 高媛媛、沈忠良、魏以民编学习要求：预习、听课、笔记、作业、复习,4,课程概况,课时的分配,5,第1章 绪论,6,第1章 绪论,引言1.1通信系统的组成1.2通信系统分类与通信方式1.3信息及其度量1.4主要性能指标1.5通信发展简史,7,引言,2、通信意义：通信与传感技术、计算技术紧密结合，构成现代社会的“神经中枢”。通信技术已成为推动人类社会文明、进步与发展的巨大动力。,1、通信概念：信息的传递过程称为通信.本课讲述以电信号为信息载体的通信方式。,8,1.1 通信系统的组成,1.1.1 通信系统一般模型,完成信息传递所需的通信设备和传输媒质组成通信系统。,信息的产生地；原始电信号，称基带信号；电话机、摄像机、计算机等。,将原始基带信号变换成适合在信道中传输的信号。,传输信号的物理媒质,信道中的噪声及分布在通信系统其他各处噪声的集中表示,传输信息的归宿点，将接收设备恢复出的原始基带电信号转换成相应的信息,从混有噪声的信号中恢复出原始的电信号,9,1.1.2 模拟与数字通信系统模型,1.模拟与数字信号,模拟信号:,数字信号:信号中表示信息的参数只在有限的集合中取值，其状态是可数的。时间上未必离散。,信号中表示信息的参数（如波形的振幅、频率、相位，脉冲的宽度等）在连续区间中取值，其状态是不可数的。时间上未必连续。,10,1.1.2 模拟与数字通信系统模型,1.模拟与数字信号,模拟信号波形：(a)连续信号；(b)抽样信号,11,数字信号波形：(a)二进制波形；(b)2PSK波形,1.1.2 模拟与数字通信系统模型,1.模拟与数字信号,12,2.模拟通信系统模型,模拟通信系统：是利用模拟信号来传递信息的通信系统。,1.1.2 模拟与数字通信系统模型,13,受信者,模拟信号数字信号减少信号中的冗余以提高有效性,信息加密可选件,使信息带有规律性，以减少误码概率增加冗余以提高可靠性可选件,频谱搬移，以适应频带传输要求基带传输无需此模块,1.1.2 模拟与数字通信系统模型,3.数字通信系统模型,14,4.数字通信特点,缺点：占据更多带宽 由压缩编码及宽带信道解决,1.1.2 模拟与数字通信系统模型,优点：抗干扰能力强,允许信号失真,接力通信时无噪声积累；,差错可控，可采用纠错编码技术降低误码率；,数字信号易于加密处理，保密性强；,便于存储、交换、处理及和计算机等设备连接；语音、图像、文字、数据等多种业务可以变换成统一的数字信号在同一个网络中进行传输、交换和处理。,易于集成化，体积小，成本低。,15,1.2 通信系统分类与通信方式,按通信业务分：语音通信，视频通信，数据通信等,1.2.1 通信系统的分类,按调制方式分：基带通信，频带通信,按信号特征分：模拟通信，数字通信,按传输媒质分：有线通信，无线通信,按工作波段分（主要针对无线通信）：长波、中波、短波、超短波、微波等,按信号复用方式分（主要针对无线通信）：频分复用通信，时分复用通信，码分复用通信，空分复用通信等。,16,表1-1常见的调制方式,17,频率,时间,码,FDM,TDM,CDM,三种复用方式,18,表1-2通信波段与常用传输媒质,19,1.2.2 通信方式,1.按消息传递的方向与时间关系分：单工、半双工及全双工通信三种方式。,单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道。,20,1.2.2 通信方式,半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。,21,1.2.2 通信方式,全双工通信：是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。,22,并行通信：数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。例：PCI总线高速，短距离,串行通信：数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。例：USB总线应用更广泛,1.2.2 通信方式,2.按数字信号排列顺序分：并行传输和串行传输。,23,24,信息是有度量的,明天是阴天信息量不大明天要下暴雨信息量较大明天要下暴雨刮台风信息量更大,1.3 信息及其度量,25,1.3 信息及其度量,1.信息量,只有消息中的不确定的内容才构成信息，所以信息量就是对这种不确定性的定量描述。,信息量：信息的多少，就是对消息中不确定性内容的度量,单位是比特(bit).,信号是消息的载体，而信息是其内涵。,26,1.3 信息及其度量,信息量的计算 事件的不确定程度，可以用其出现的概率来描述，某离散消息X发生的概率为P（X），其所携带的信息量为：,说明：a=2时，单位为比特（bit）；a=e时，单位为奈特（nit）；a=10时，单位为十进制单位，叫哈特莱。,27,1.3 信息及其度量,例2 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，求传送M进制波形之一的信息量。,例1设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出符号的信息含量为,M=2k,28,1.3 信息及其度量,2.信源的熵,信息源各符号平均信息量，bit/符号(bit/sym),当信源中每个符号等概独立出现时，熵有最大值：,29,1.4信息及其度量,解：符号等概，熵的计算简化为每符号信息量：,例3 一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们出现的概率相等，每个符号的出现都是独立的。已知一消息序列由57个符号组成。求该消息的熵。(2)求该消息的信息量。,bits/符号,30,1.3 信息及其度量,例4 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38，14，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息2010,2013,02l3,0012,0321,0l00,32l0,l002,3102,0020,1031,2032,1001,202l,0 的信息量。,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,若用熵的概念来计算,bits/sym,则该消息的信息量,bits,31,32,1.4 通信系统的性能指标,主要指标：有效性和可靠性,有效性：是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题。,可靠性：是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。,结论：这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常还可以进行互换。,33,1.4.1 模拟通信系统主要性能指标,有效性:用频带利用率来度量。,可靠性:用接收端输出信噪比来度量。,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。,同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。如SSB只用一半的带宽与AM传输同样的消息,34,1.4.2 数字通信系统主要性能指标,有效性:码元速率、信息速率及频带利用率可靠性：误码率、误信率,35,码元传输速率：每秒钟传送码元的数目，通常用RB表示。单位：码元/秒；符号/秒；波形/秒；波特（baud），用符号“B”表示。,码元宽度(码元间隔),二进制(0、1),四进制(0、1、2、3),码元速率与进制数无关，只与传输的码元宽度T有关,1.4.2 数字通信系统主要性能指标,36,信息传输速率：每秒钟传递的信息量，通常用Rb表示；单位：比特/秒（bit/s）,bit/s,等概传输时,bit/s,1.4.2 数字通信系统主要性能指标,37,频带利用率：比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占用信道的频带宽度。所以，真正衡量数字通信系统传输效率的应当是单位频带内的码元或信息传输速率，即,B/Hz,b/s/Hz,1.4.2 数字通信系统主要性能指标,38,差错率：衡量数字通信系统传输消息可靠程度的重要指标，包括误码率及误信率。误码率Pe：指错误接收的的码元数在传输总码元数中所占的比例 Pe=错误码元数/传输码元总数误信率Pb：又称误比特率，指错误接收的信息量在信息总量中所占的比例 Pb=错误比特数/传输总比特数一般，Pe Pb，在二进制中有 Pb=Pe,1.4.2 数字通信系统主要性能指标,39,1.4.2 数字通信系统主要性能指标,例：某二进制系统1分钟传送了18000bit信息。问：(1)其码元速率和信息速率为多少?(2)若改用8进制传输，则码元速率和信息速率为多少?,例：国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，点用持续1单位的电流脉冲来表示，划用持续3单位的电流脉冲来表示，且划出现的概率是点的1/3。求(1)点和划的信息量(2)信源的熵,40,1.5 通信发展简史,数字通信发展过程中具有里程碑意义的事件：1、1837年，莫尔斯发明有线电报2、1873年，麦克斯韦提出电磁场理论3、1875年，Emile Baudot发明了定长电报编码方法4、1876年，贝尔发明了有线电话5、1900年，发明了电子管6、1924年，奈奎斯特给出了给定带宽的电报信道上无码间串扰的最大可用信号速率,41,1.5 通信发展简史,7、1946年，美国发明了第一台电子计算机。8、1947年，发明晶体管9、1948年，仙农提出了信息论，建立了通信的统计理论。10、1950年，汉明的基本工作是提出了有效的差错控制编码方法，它能抗信道噪声。11、1994年，Internet网商业化,42,1.5 通信发展简史,本节附言：希望同学们能从数字通信发展过程中看到，数字通信的发展历史就是不断提高数字通信系统有效性和可靠性的过程。而每次通信系统性能的重大飞跃，都是以引入新的理论或技术为前提。因此，同学们在今后的学习中，应当注意创新。,
