通信原理 第一章

第一章绪论主要内容：通信系统的基本概念及模型。通信网的基本概念。通信系统的技术指标。重点：通信系统模型。通信系统的任务。信号在传输过程中的无失真分析思路。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主要性能指标1.1引言2、通信系统：以电信号作为信息转换和传输系统。它只能为两个用户之间提供单方向的信息传递。（点对点的单向传输）3、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）4、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。5、网的结构：环型，星型，总线型，复合型，网型1.1.1基本概念1、通信:完成信息的转换和传输。6、网的组成:以电话网为例框图问题1、什么形式的电信号适合系统传输？2、何种性能的系统能完成信号的传输？1.2通信系统的组成1.2.1通信系统模型（总模型）描述点对点的通信框图1.2.2模拟通信与数字通信系统模型1、模拟系统框图2、数字系统框图传输的信号是“离散”的强调已调参量和基带信号之间的一一对应性。数字通信的特点1）数字信号传输中所受的干扰可通过差错控制编码控制并消除。增加编码器、解码器2）需要保密时可对基带信号人为“扰乱”加密、解密3）传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。收发须同步控制：包括码元同步、帧同步、群同步等。常用的方式分两大类：数字基带传输系统和数字调制系统数字通信的优点：1)数字传输的抗干扰能力强,尤其在中继时,数字信号可以再生而消除噪声的积累2)传输差错可以控制,从而改善了传输质量3)便于使用数字信号处理技术来对数字信息进行处理4)数字信息易于作高保密性的加密处理5)数字信息可以综合传递各种消息,使通信系统功能增强其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的。在系统频带紧张的场合这将成为其缺点。数字通信系统的具体模型也根据其设计方法有所不同1.3通信系统的分类及通信方式1、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信号数字：PCM、∆M等脉冲数字调制AM、DSB、SSB、VSBFM、PM模拟调制信号数字：ASK、FSK、PSK、DPSK数字调制信号模拟信号模拟：PAM、PDM、PPM脉冲模拟调制正弦波调制脉冲调制两类1.3.1通信系统分类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1.3.2通信方式半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时收发。例如无线对讲机单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控全双工：通信双方（两点）能同时收发信号。例如电话单工、半双工、全双工串序传输：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，适合近距离数字通信1.4信息及其度量1.4.1信息的描述传输信息的多少用信息量衡量信息：消息中有意义的内容，消息理解为信源对由若干个相互独立事件构成消息，有：I[p(x1)p(x2)…]=I[p(x1)]+I[p(x2)]+…（2）取a=2I：bit比特取a=eI：net奈特取a=10I：哈特莱由信息论知：消息出现的概率愈小，所包含的信息量愈大（1）定义：信息量为I、消息出现的概率为p(x)则I=[p(x)]I是p(x)函数)(log)(logxpxp1Iaa-==∵I与P(x)间的关系必满足（1）、（2）∴1.4.2信息的度量bitxpI1211log)(1log2121、等概率1）设有二进制，等概率出现的离散消息0、1消息p(x1)=p(x2)=1/2定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为1bitMMI22log11log2）对M进制，等概率出现的离散消息0，1，2,┅,M-1消息p(x1)=p(x2)=┅=1/M从波形上看，M进制有M种波性，每一种波形等概率出现所以M是波形数，p(xi)=P是每一波形出现的概率2、非等概率设消息由n个相互独立的符号组成，称为符号集)(iixpx对应)()()(2121nnxpxpxpxxx且每个符号包含的信息量均不相等所以用统计平均的方法来描述一个符号所含的信息量例子)](log)[()](log)[()](log)[()(2_22_212_1nnxpxpxpxpxpxpXH∑niiixpxp12_)(log)(定义信息源的熵H(X)dxxfxfXHe)(log)()(_∫∞∞平均信息1.4.3连续消息的信息量用概率密度来描述f(x)，，，，为，它们出现的概率分别、、、组成：例：信息源有四个符号814141833210321100210203001213130020201''''''''，求某个信息且每个信息量相互独立的信息量210120100032312010002102023010'''''''''解：方法一bitI33831log2323020次：出现bitI28411log1414121次：出现bitI21811log77323次：出现bitI26411log1313222次：出现因消息共57个符号，一个符号含有算术平均信息量为方法二81log8141log4141log4183log832222∑41_)(log)()(iiixpxpxH统计平均符号bit906.1bitIIIII108'3210总)(64.10857906.157)('bitxHI≈总符号bitII89.15710857'1.5主要性能指标接续质量：迅速性传输质量：清晰度稳定质量：可靠性涉及系统的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用有效性、可靠性的具体体现是消息传输的速度和质量问题误差形式：1）加性干扰产生的误差通常由噪声引起2）乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起。目前，我们仅研究加性干扰产生的误差，均方误差指标将转化为信噪比。信息量：衡量单位时间内传送消息中有效内容的能力。1.5.1模拟系统性能指标：信息量和均方误差均方误差：衡量发送和接收信号之间的误差程度1.5.2数字通信系统性能指标：传输速率和差错率数字信号的描述：二进制：0、1两个状态N进制：0、1、2…N-1N个状态码元的概念：在二进制中，用相同的时间间隔表示一位二进制数字，这个时间间隔称为码元长度。在码元长度内的信号称为二进制码元。所以二进制的每个码元时间上等长。同理N进制的每个码元时间上也等长。进制之间的相互转换关系：例：N=4表示4进制的每个状态可用2位二进制状态描述；若为小数，则取大于此值的第一个整数。2log2N推广1、传输速率：码元传输速率。又称码元速率或传码率定义：每秒钟传送码元的数目。BR不同进制的码元速率转换关系已知N进制信号（），码元速率为，单位：符号/秒若将其转化为二进制信号，码元速率为，单位：波特则NBRBRNRRNBB2logkN22、差错率：误码率、误信率误码率：码元在传输系统中被传错的概率。即接收的错误码元数在传送总码元数中所占的比例误信率：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。即接收中丢失信息量在传送信息总量中所占的比例eP