[电信行业]通信原理--区别模拟信号和数字信号（PPT 42页）

来自中国最大的资料库下载《通信原理》课程教学大纲《通信原理》是信息工程专业本科生一门重要的专业基础课程。本课程系统深入地阐述现代通信系统的基本原理，其中包括模拟通信和数字通信，并以数字通信为主。本课程通过课堂教学、习题练习、实验等教学环节，旨在使学生系统地掌握通信系统基本原理及其性能的基本分析方法，了解现代通信技术与理论的发展状况。一、课程介绍来自中国最大的资料库下载二、课程的基本要求1、掌握通信系统的组成、分类、性能度量及所要解决的基本问题2、系统掌握通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法3、了解现代通信技术与理论的发展状况及趋势来自中国最大的资料库下载第一章绪论复述常用通信术语区别模拟信号和数字信号说出系统的组成和分类，通信方式叙述数字通信系统的主要特点分析离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）识别码元速率，信息速率，频带利用率，误码率学习目标：来自中国最大的资料库下载现代通信与信息社会▲通信的任务▲交流方式/技术特点的划分历史▲现代通信系统是信息时代的生命线▲电信的社会作用（有线无线及其有机结合）▲第一类电信事业与第二类电信事业▲现代通信与经济的发展密切相关来自通信系统的组成通信就是把消息从一地传送到另一地（要求准确、迅速）“电通信”是利用电（电流或电波，包括光的特征值）来传递信息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。来自中国最大的资料库下载通信系统的一般模型n信源：原始信号的来源，其作用是将消息转换成相应的电信号。（如电话机、话筒、摄像机、计算机及备种数字终端设备）n发送设备：对原始电信号进行各种处理和变换，使它变换成适合于信道中传输的形式。（调制、放大、滤波及数字发送设备中的编码功能等）来自中国最大的资料库下载n信道（传输媒介）：发送设备和接收设备之间用于传输信号的传输媒介（有线和无线两大类）n接收设备：对接收的信号进行处理和变换，以便恢复出相应于发送端的原始电信号（放大、滤波、解调及数字接收设备中的译码等功能）n信宿：原始信号的最终接收者，其作用是把接收设备恢复出来的原始电信号转换成相应的消息（人、各种终端设备、计算机）nn噪声源：n是信道中的噪声和通信系统中其它部分所产生的噪声的集中表示。来自模拟/数字通信系统的模型Of(t)t(a)f(nT)tPAM信号(b)O模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。图1–2模拟信号波形来自中国最大的资料库下载数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。100110111001Of(nT)t00111001数字信息PSK波形(a)(b)图1-3数字信号波形来自模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源模拟通信系统模型一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。已调信号的三个基本特征：来自–5数字通信系统模型信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源来自中国最大的资料库下载数字通信系统的优缺点①抗干扰能力强②便于利用计算机进行各种数字信号处理③易于进行加密，实现保密通信④易于实现集成化数字通信的优点：来自中国最大的资料库下载比模拟通讯占据数倍甚至数十倍宽的系统频带。（以电话为例，一路模拟电话通常占据4KHZ的宽带，但一路数字电路所能要占据20KHZ～60KHZ的带宽）因此在频带十分紧张而对通讯质量没有特殊要求的场合，仍将沿用模拟通信。其优点是以占据更多系统频带为代价的。数字通信的缺点：来自中国最大的资料库下载现代通信的特征：计算机与通信系统的紧密结合是现代通信的主要特征。▲表现形式：（1）移动通信乃至卫星通信（GSM，CDMA，VSAT，GSP等）（2）INTERNET接入技术：FTTP-LAN;ADSL;Home-PNA（3）卫星技术;光纤技术;数字蜂窝技术;宽带接入技术等最新技术融入通信构成了现代通信的主要表现。▲传输系统和交换系统组成一个通信系统，乃至通信网络。来自通讯方式：1：按消息传递的方向与时间关系分：单工；半双工；全双工（图1---6/P8）2：按数字信号排列顺序分：并行传输和串行传输。（图1—7/P9）来自单工、(a)单工；(b)半双工；(c)全双工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)来自(a)并行传输；(b)串行传输发送设备接收设备101(b)发送设备接收设备…(a)来自信息及其度量消息——人或事物情况的报道信号——消息的载体（携带者）信息——指对于接收者来说事先不知道的消息I与F[P（x）]的关系1：I=f[P（x）]2：P(x)→1时，I→0P(x)→0时，I→∞3：事件独立，信息具有相加性来自中国最大的资料库下载（1）信息量是概率的函数，即I=f［P(x)］（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小，且P(x)→1时，I→0P(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I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…来自中国最大的资料库下载简单说明二进制等概信源，2110SPSPbitSISI1212log10m进制信源，mSPSPSPm110bitSISISImmm2log2log110一进制仅有一种状态，状态唯一，不包含信息，bitSI0信息的测量纳入概率的范畴，概率越小，信息量越大来自中国最大的资料库下载综上所述，信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为I=loga=-logaP(x)(1.3-1)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(nit)；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。下面举例说明信息量的对数度量是一种合理的度量方法。)(1xp来自–1设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为I(0)=I(1)=log2=log22=1(bit)(1.3-2)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。同理，传送等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息量为2比特，这时每一个四进制波形需要用2个二进制脉冲表示；传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息量为3比特，这时至少需要3个二进制脉冲。211来自中国最大的资料库下载对于离散信源，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=log2=log2M(bit)(1.3-3)式中，P为每一个波形出现的概率，M为传送的波形数。若M是2的整幂次，比如M=2K（K=1，2，3，…），则式(1.3-3)可改写为I=log22K=K(bit)(1.3-4)p1M11来自中国最大的资料库下载如果是非等概情况，设离散信源是一个由n个符号组成的符号集，其中每个符号xi(i=1,2,3,…,n)出现的概率为P(xi)，P(xi)=1,则x1,x2,…,xn所包含的信息量分别为-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(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H(x)=P(x1)［log2P(x1)］+P(x2)［log2P(x2)］+…+P(xn)［log2P(xn)］=ni1符号）/)((log)(21bitxpxpinii由于H同热力学中的熵形式一样，故通常又称它为信息源的熵，其单位为bit/符号。来自中国最大的资料库下载当信源中每个符号等概独立出现时，此时信源的熵有最大值。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201020130213001203210100321010023102002010312032100120210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来自中国最大的资料库下载)(1088log74log134log1438log232222bitI每个符号的算术平均信息量为符号位）符号位/(89.157108bitII若用熵的概念来计算，由式（1.3-5）得81log8141log4183log83222H符号位）/(906.1bit来自通信系统的性能度量通信系统最主要的性能指标是：传输的有效性和传输的可靠性。传输的有效性：在给定的信道带宽条件下，能够传输更多的消息。传输的可靠性：在给定的信道内接收到消息的准确程度。频带利用率：单位带宽内的码元（信息）传输速率来自中国最大的资料库下载模拟通信系统：有效性的衡量：用每路信号的有效传输带宽来衡量（带宽越窄，传输有效性越好；有效传输带宽与调制方式有关）可靠性的衡量：用整个通信系统的输出信噪比来衡量。（它是输出端有用信号功率与噪声功率之比）。来自中国最大的资料库下载数字通信系统：有效性的衡量：RB（传码率）码元传输速率------单位时间内所传送的码元数目。Rb（传信率）信息传输速率------单位时间内所传送的信息量。单位为比特率（bit/s）根据信息论：一个N进制码元所含信息量为I=log2N(bit)故：Rb=RBlog2N(bit/s)可靠性的衡量：用差错率来衡量。误码率Pe=错误码元数/传输总码元数。误信率（误比特率）Pb=错误比特率/传输总比特数，在二进制码中有Ps=Pb。来自通信技术发展概况一：电信发展简史通信技术50年代以来发展尤为迅速。如50年代出现了同轴电缆和微波系统，使通信的容量大幅度增加，成本大幅度下降，促进了长途通信的发展。60年代使用了海底电缆和卫星通信，使国际通信得到迅速发展。70年代以来，大规模集成电路、光纤通信系统得到应用，数字通信进入全盛时期，包括语言、文本、数据、图像等信息，传输的综合业务数字网崛起，标志世界开始进入“信息时代”。来自中国最大的资料库下载电信发展的原因：1.传输信道的发展：多芯电缆---同轴电缆-