通信原理第一章绪论.pptx

通信原理第一章绪论如何学好通信原理课|通信原理课程简介通信原理课程简介|通信原理课程得必修内容通信原理课程得必修内容|通信原理课程得特点通信原理课程得特点|通信原理课程得学习建议通信原理课程得学习建议通信原理课程简介|一、在专业课程体系中得地位一、在专业课程体系中得地位|通信原理课程就是高等学校电子信息与通信工程类专业学生必修必修得一门专业基础课程得一门专业基础课程,课程所包含得内容就是通信工程专业及电子信息类专业本科生得知识结构中必须具知识结构中必须具备得重要得组成部分备得重要得组成部分,就是通信工程、电子信息工程、应用电子等专业最最重要得核心与标志性课程重要得核心与标志性课程。通信原理课程简介|二、与其她专业课程得关系二、与其她专业课程得关系|先修课程:高等数学、电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、概率论等;|后续课程:光纤通信技术、计算机通信与网络、交换技术、移动通信、专业方向实习、毕业实习设计等通信原理课程简介|三、课程得目标三、课程得目标|课程得主要内容就是以信号转换和信息传输得过程为主线,介绍通信系统得基本组成与工作原理、系统主要性能指标及通信信号和通信系统得基本分析方法。课程得教学沿着从模拟通信到数字通信得主线,主要学习各种调制方式和编码方式,把系统“有效性”和“可靠性”贯穿始终。课程目标就是使学生掌握通信系统得基本组成、理论原理、实现方法和系统性能,能够在后续课程得学习、今后进一步得专业深造和从事通信、电子工程技术工作打下坚实得基础。课程内容|一、通信得基本概念一、通信得基本概念|二、模拟通信系统二、模拟通信系统|三、模拟信号数字化三、模拟信号数字化|四、数字基带通信系统四、数字基带通信系统|五、数字频带通信系统五、数字频带通信系统|六、数字复用复接技术六、数字复用复接技术|七、同步技术原理七、同步技术原理|八、差错控制技术与保密通信八、差错控制技术与保密通信|九、计算机通信网与军事通信九、计算机通信网与军事通信|十、微波接力通信与卫星通信十、微波接力通信与卫星通信|十一、蜂窝移动通信系统十一、蜂窝移动通信系统|十二、光纤通信及其网络十二、光纤通信及其网络|十三、光纤无线通信系统十三、光纤无线通信系统(RoF)(选选)课程得特点|一、理论性强|课程中有很多得数学推导、分析,而且多半要从时间域和频率域两个角度进行分析讨论。|二、系统性强|她就是在通信系统得角度来分析和研究问题,而不像模拟电路、数字电路、电路等课程只关注于局部问题,通信原理关注得就是点对点得通信系统得问题。绪论部分就就是引导读者从系统得角度进行课程得学习和研究。|三、物理性强|通信系统中得原理和物理量都有明确得物理意义。学习建议|一、课前预习预习、课后及明复习复习;|二、听课时课堂上先听主干和大概,细节课后及时补课;|三、多动脑、多问、多讨论;|四、做一定量得习题、独立完成必要得独立完成必要得习题习题;|五、很多章节既独立又相连,不要因为某章内容没懂而放弃,可以先跳过去学好其她章再回过头来补课。|六、重视实验重视实验,进行实验,可以加深对系统得整体把握和理解,可以提高学习课程得兴趣和增强课程得工程性。|七、采取类比学习法采取类比学习法,课程中得内容平行可对照得系统和原理多,对比学习,加深理解,提高效率,。大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点第第1章章 绪论绪论1、1 通信得基本概念通信得基本概念 1、2 通信系统得组成通信系统得组成1、3 通信系统得分类与通信方通信系统得分类与通信方式式 1、4 信息及其度量信息及其度量 1、5 通信系统得主要性能指标通信系统得主要性能指标 讲一讲发生在您身边有趣得通讯故事？讲一讲发生在您身边有趣得通讯故事？故事一故事一、故事二故事二表情、动作、语言、文字、烽火台、金鼓、表情、动作、语言、文字、烽火台、金鼓、旌旌旗、航行用得旗、航行用得信号灯、电话、电报、鸽子、手机、书信、邮件、信号灯、电话、电报、鸽子、手机、书信、邮件、QQ思考思考1:1:您知道有哪些通讯方式？至少说出五种。您知道有哪些通讯方式？至少说出五种。FM、AM、SW、USW、MW、LW就是什么意思？就是什么意思？调频、调幅、短波、超短波、中波、长波调频、调幅、短波、超短波、中波、长波GSM、CDMA、PHS、WCDMA、CDMA2000 、TD-SCDMA、OFDM就是什么意思？就是什么意思？移动通信全球系统、码分多址、个人手持式电话系统、移动通信全球系统、码分多址、个人手持式电话系统、宽带分宽带分码多工存取、第三代码多工存取、第三代CDMA、时分同步得码分多址技术、正交、时分同步得码分多址技术、正交多频分复用技术多频分复用技术(4G)思考思考2:2:知道下面这些字母代表什么意思？知道下面这些字母代表什么意思？旧时通信得形式旧时通信得形式飞飞鸽鸽传传书书1、1 通信得基本概念通信得基本概念 人力通信人力通信烽烽火火告告急急海海军军旗旗语语交交通通信信号号灯灯漂漂流流瓶瓶古代信息传递方式得特点古代信息传递方式得特点:速度慢。不精确,甚至错误。哪知瓶子在海上足足漂了哪知瓶子在海上足足漂了359年年,到到1852年才被年才被人发现。人发现。当时有个叫菲迪皮茨得士兵当时有个叫菲迪皮茨得士兵,从马拉松平原出发从马拉松平原出发,一刻不停得跑了一刻不停得跑了40多千米多千米各路诸侯看到烽火各路诸侯看到烽火,以为有敌人入侵以为有敌人入侵,火速率火速率兵出击。兵出击。然而诸侯们望见熊熊燃起得烽烟然而诸侯们望见熊熊燃起得烽烟,却以为却以为就是周幽王故伎重演就是周幽王故伎重演,个个按兵不动。个个按兵不动。现代社会由于科技得飞速发展,信息传递得方式多种多样,如电话、电报传真、手机短信、电视、网络现代社会传递信息有:快速投递,快报,广告,发邮件,发短信,打电话,发传真,视频会议,卫星定位。无线广播无线广播移移动动通通信信移动电视移动电视电视广播电视广播雷达雷达卫星广播卫星广播现代通信得形式现代通信得形式电信发明史(Telemunication)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 中国得神舟飞船、天宫二号 本课程中,“通信”这一术语主要就是指“电通信”在电通信系统中,消息得传递就是通过电信号来实现得。所所谓谓通通信信,就就就就是是信信息息得得传传递递。传传递递就就是是一一种种信信息息传传输输得过程或方式。得过程或方式。消消息息包包括括话话音音、文文字字、数数据据、图图片片、视视频频等等。信信息息就就是是消消息息中中得得有有用用内内容容。消消息息中中包包含含信信息息,就就是是信信息息得得载载体体。得到消息得到消息,从而获得信息。从而获得信息。(拓展思考题拓展思考题:信息、消息、信号之间有什么关系？信息、消息、信号之间有什么关系？)现现代代通通信信所所研研究究得得主主要要问问题题概概括括地地说说就就就就是是如如何何把把信信息息大大量量地地、快快速速地地、准准确确地地、广广泛泛地地、方方便便地地、经经济济地地、安全地从信源通过传输介质传送到信宿。安全地从信源通过传输介质传送到信宿。通通信信原原理理就就就就是是介介绍绍支支撑撑各各种种通通信信技技术术得得基基本本概概念念和和数学理论基础。数学理论基础。1、2 通信系统得组成通信系统得组成一、一、通信系统一般模型通信系统一般模型用用于于进进行行通通信信得得设设备备硬硬件件、软软件件和和传传输输介介质质得得集集合合叫做通信系统。叫做通信系统。过过去去对对通通信信系系统统得得定定义义没没有有软软件件部部分分,但但随随着着计计算算机机进进入入通通信信系系统统,通通信信软软件件就就成成为为组组成成通通信信系系统统得得基基本本要要素素,因此在定义中加入软件这一模块。因此在定义中加入软件这一模块。从从硬硬件件上上看看,通通信信系系统统主主要要由由信信源源、发发送送设设备备、信信道道、接接收收设设备备、信信宿宿(受受信信者者)五五部部分分组组成成。干干扰扰可可以以理理解解为为就就是是通通信信系系统统得得一一部部分分,因因为为在在实实际际应应用用中中,一一个个通通信信系系统无法彻底消除干扰。统无法彻底消除干扰。1、2 通信系统得组成通信系统得组成1、2、1 通信系统得一般模型信息源(简称信源):把各种消息转换成原始电信号,如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。发送设备:产生适合于在信道中传输得信号。信道:将来自发送设备得信号传送到接收端得物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。噪声源:集中表示分布于通信系统中各处得噪声。接收设备:从受到减损得接收信号中正确恢复出原始电信号。受信者(信宿):把原始电信号还原成相应得消息,如扬声器等。自由空间得信道不能直接传输基带信号自由空间得信道不能直接传输基带信号,需要进行调制需要进行调制,调制后得信调制后得信号称为已调信号。号称为已调信号。已调信号得特点已调信号得特点:一就是携带有信号一就是携带有信号;二就是适应在信道中传输。已二就是适应在信道中传输。已调信号又称为带通信号。调信号又称为带通信号。通信系统实例示意图1、2、2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型一、模拟信号和数字信号模拟信号:代表消息得信号参量取值连续,例如麦克风输出电压:(a)话音信号 (b)抽样信号图1-2 模拟信号数字信号:代表消息得信号参量取值为有限个,例如电报信号、计算机输入输出信号:通常,按照信道中传输得就是模拟信号还就是数字信号,相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。(a)二进制信号 (b)2PSK信号图1-3 数字信号二、模拟通信系统和数字通信系统二、模拟通信系统和数字通信系统 根根据据信信道道传传输输信信号号种种类类得得不不同同,通通信信系系统统可可分分为为两两大大类类:模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统和数字通信系统。模模拟拟信信号号就就是是一一系系列列连连续续变变化化得得电电磁磁波波或或电电压压信信号号,这这些些信信号号直直接接与与消消息息相相对对应应,如如亮亮度度连连续续变变化化得得电电视视图图像像。模模拟信号在时间上不一定连续。拟信号在时间上不一定连续。数数字字信信号号就就是是一一系系列列断断续续变变化化得得电电压压脉脉冲冲或或光光脉脉冲冲,具具有有限个取值有有限个取值,如电报。如电报。信信道道中中传传输输模模拟拟信信号号得得系系统统称称为为模模拟拟通通信信系系统统,如如电电话话、广播和电视系统。广播和电视系统。信信道道中中传传输输数数字字信信号号得得系系统统称称为为数数字字通通信信系系统统,比比如如数数字电话通信系统。字电话通信系统。数字通信系统与模拟通信系统比较数字通信系统与模拟通信系统比较,主要区别就是多了主要区别就是多了信源编码信源编码(解码解码)和信道编码和信道编码(解码解码)功能模块。功能模块。信源编码完成得就是将模拟信息信源编码完成得就是将模拟信息(模拟信号模拟信号)转换成数转换成数字信号得功能。信源编码得另一个作用就是提高信息传输字信号得功能。信源编码得另一个作用就是提高信息传输得有效性得有效性,即通过数据压缩得方法减少码元数目即通过数据压缩得方法减少码元数目,并降低码并降低码元速率。元速率。(信源解码功能相反信源解码功能相反)信道编码就是将信源编码输出得数字信号变成适合于信道编码就是将信源编码输出得数字信号变成适合于信道传输得码型信道传输得码型(信道解码功能相反信道解码功能相反),增强数字信号得抗干增强数字信号得抗干扰能力扰能力,提高传输得可靠性。提高传输得可靠性。数字通信系统还包括数字调制和数字解调以及同步等。数字通信系统还包括数字调制和数字解调以及同步等。模拟通信系统模型模拟通信系统就是利用模拟信号来传递信息得通信系统:两种变换:模拟消息 原始电信号(基带信号)基带信号 已调信号(带通信号)图1-4 模拟通信系统模型数字通信系统模型数字通信系统就是利用数字信号来传递信息得通信系统 信源编码与译码目得:数据压缩、完成模/数转换 信道编码与译码目得:增强抗干扰能力,即差错控制数字调制与解调目得:形成适合在信道中传输得带通信号 同步目得:使收发两端得信号在时间上保持步调一致 图1-5 数字通信系统模型三、数字通信得特点三、数字通信得特点 1、抗干扰能力强、抗干扰能力强数数字字信信号号得得取取值值个个数数有有限限(大大多多数数情情况况只只有有0和和1两两个个值值),因因此此在在传传输输过过程程中中不不太太关关心心信信号号得得绝绝对对值值,只只注注意意相相对值。对值。比比如如设设高高电电平平5V为为1,低低电电平平0V为为0,在在传传输输时时受受噪噪声声影影响响,5V变变成成8V,而而我我们们只只要要看看到到大大于于5V得得值值认认为为就就是是5V就就行行了了。一一般般可可以以将将大大于于2、5v得得信信号号都都判判为为1,小小于于2、5v都判为都判为0。如如果果0V受受干干扰扰也也可可能能变变成成8V,以以致致于于把把数数据据0误误认认为为数数据据1。但但经经过过信信道道编编码码后后,数数据据0不不就就是是用用简简单单得得低低电电平平表示表示,因此因此,这种误码出现得可能性很小。这种误码出现得可能性很小。2、传输中继器可再生信号、传输中继器可再生信号,消除噪声积累消除噪声积累比比如如一一个个中中继继器器收收到到一一个个受受干干扰扰而而变变成成8V得得信信号号,若若就就是是模模拟拟通通信信,中中继继器器就就会会原原封封不不动动地地把把这这个个8V信信号号放放大大后后送送往往下下一一级级,下下一一级级接接着着放放大大再再往往下下送送,这这样样一一级级一一级级下去下去,噪声被不断地放大噪声被不断地放大,形成噪声积累直到通信终端。形成噪声积累直到通信终端。如如果果就就是是数数字字通通信信,第第一一个个收收到到这这个个8V信信号号得得中中继继器器先先认认为为该该信信号号为为一一高高电电平平信信号号,然然后后并并不不将将该该信信号号往往下下传传,而而就就是是重重新新生生成成一一个个标标准准高高电电平平信信号号(比比如如为为5V)传传往往下下一一级级,这这样样,噪噪声声就就不不会会像像模模拟拟通通信信那那样样被被一一级级一一级级地地放放大大,而就是被中继器而就是被中继器“隔离隔离”,从而消除了噪声积累。从而消除了噪声积累。3、便于进行信号加工与处理、便于进行信号加工与处理由由于于信信号号可可以以储储存存,因因此此可可以以像像处处理理照照片片一一样样对对信信号号随随意意加工处理加工处理(在技术允许得范围内在技术允许得范围内)。4、传输中出现得差错、传输中出现得差错(误码误码)可以设法控制可以设法控制,提高了传输质量提高了传输质量5、数字信息易于加密且保密性强。、数字信息易于加密且保密性强。6、能够传输话音、电视、数据等多种信息、能够传输话音、电视、数据等多种信息,增加了通信系统增加了通信系统得灵活性和通用性。得灵活性和通用性。数数字字通通信信得得许许多多长长处处就就是是以以增增加加信信号号带带宽宽为为代代价价得得。比比如如,一一路路模模拟拟电电话话信信号号得得带带宽宽为为4kHz,而而一一路路数数字字电电话话信信号号一一般般为为64kHz得得带带宽宽,这这说说明明数数字字通通信信得得频频带带利利用用率率低低。这这一一缺缺点点在在在在系系统统频频带带紧紧张张场场合合很很突突出出,但但目目前前在在微微波波通通信信、光光通通信信场合场合,数字通信这些弱点被弱化数字通信这些弱点被弱化,数字通信几乎成了唯一选择。数字通信几乎成了唯一选择。1、3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 一、通信系统得分类一、通信系统得分类 1、按传输介质分类、按传输介质分类 分为无线通信系统与有线通信系统。分为无线通信系统与有线通信系统。利利用用无无线线电电波波、红红外外线线、激激光光等等进进行行通通信信得得系系统统统统称称为为无无线线通通信信系系统统。广广播播系系统统、移移动动电电话话系系统统、传传呼呼通通信系统、电视系统等都就是无线通信系统。信系统、电视系统等都就是无线通信系统。用用导导线线(包包括括电电缆缆、光光缆缆和和波波导导等等)作作为为介介质质得得通通信信系系统统为为有有线线通通信信系系统统,如如市市话话系系统统、闭闭路路电电视视系系统统、普普通通得计算机局域网等。得计算机局域网等。单单纯纯得得有有线线或或无无线线通通信信系系统统越越来来越越少少,实实际际通通信信系系统统常常常常就就是是无无线线与与有有线线相相结结合合。当当代代得得无无线线通通信信、有有线线通通信和计算机网络三者得关系密不可分。信和计算机网络三者得关系密不可分。通通 信信 系系 统统有线通信有线通信有线通信有线通信系统系统有线载波通信有线载波通信有线载波通信有线载波通信光通信光通信光通信光通信架架架架空空空空明明明明线线线线对对称称电电缆缆同同轴轴电电缆缆空空间间光光通通信信光光纤纤通通信信无线通信系统无线通信系统微微微微波波波波中中中中继继继继通通通通信信信信卫卫卫卫星星星星通通通通信信信信移移移移动动动动通通通通信信信信微微微微波波波波散散散散射射射射通通通通信信信信流流流流星星星星余余余余迹迹迹迹通通通通信信信信2、按调制方式分类按调制方式分类 按调制与否按调制与否,可分为基带通信系统和调制通信系统。可分为基带通信系统和调制通信系统。基基带带通通信信系系统统,传传输输得得就就是是基基带带信信号号(指指没没有有经经过过任任何何调调制制处理得信号处理得信号)。调制通信系统调制通信系统,传输得就是调制后得信号。传输得就是调制后得信号。3、按通信业务分类按通信业务分类按按传传送送信信息息得得物物理理特特征征分分为为电电话话通通信信系系统统、电电报报通通信信系系统、广播通信系统、电视通信系统、数据通信系统等。统、广播通信系统、电视通信系统、数据通信系统等。4、按工作波段分按工作波段分按按使使用用波波长长可可分分为为长长波波通通信信系系统统、中中波波通通信信系系统统、短短波波通信系统、微波通信系统和光通信系统等。表通信系统、微波通信系统和光通信系统等。表1-2:频段划分。频段划分。一一种种通通信信系系统统可可以以分分属属不不同同得得种种类类,比比如如无无线线电电广广播播既既就就是是中中波波通通信信系系统统(短短波波通通信信系系统统),调调制制通通信信系系统统、模模拟拟通通信信系系统统,也就是无线通信系统。也就是无线通信系统。频率范围频率范围 波长波长 频段名频段名称称 常用传输媒常用传输媒介介 用途用途 3Hz3Hz30kHz30kHz10108 810104 4mm甚低频甚低频VLFVLF有线线对超有线线对超长波无线电长波无线电 音频、电话、数音频、电话、数据终端、长距离据终端、长距离导航、时标导航、时标 3030300kHz300kHz10104 410103 3mm低频低频LFLF有线线对长有线线对长波无线电波无线电 导航、信标、电导航、信标、电力线通信力线通信 300kHz300kHz3MHz3MHz10103 310102 2mm中频中频MFMF同轴电缆中同轴电缆中波无线电波无线电 调幅广播、移动调幅广播、移动陆地通信、业余陆地通信、业余无线电无线电 3 330MHz30MHz10102 210m10m高频高频HFHF同轴电缆短同轴电缆短波无线电波无线电 移动无线电话、移动无线电话、短波广播、定点短波广播、定点军用通信、业余军用通信、业余无线电无线电 表表1-2 频段划分频段划分3030300MHz300MHz10101m1m甚高频甚高频VHFVHF 同轴电缆同轴电缆超短波超短波/米米波无线电波无线电 电视、调频广播、空中电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航、管制、车辆通信、导航、集群通信、无线寻呼集群通信、无线寻呼 300MHz300MHz3GHz3GHz10010010cm10cm特高频特高频UHFUHF 波导微波波导微波/分米波无分米波无线电线电 电视、空间遥测、雷达电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移导航、点对点通信、移动通信动通信 3 330GHz30GHz10101cm1cm超高频超高频SHFSHF 波导微波波导微波/厘米波无厘米波无线电线电 微波接力、卫星和空间微波接力、卫星和空间通信、雷达通信、雷达 3030300GHz300GHz10101mm1mm极高频极高频EHFEHF 波导微波波导微波/毫米波无毫米波无线电线电 雷达、微波接力、射电雷达、微波接力、射电天文学天文学 105105l07GHzl07GHz3103104 4310310-6 6cmcm红外、可红外、可见光、紫见光、紫外外光纤激光光纤激光空间传播空间传播 光通信光通信 注意点注意点:无无论论怎怎样样划划分分通通信信系系统统,都都只只就就是是在在信信号号处处理理和和传传输输方方式式或或传传输输介介质质等等外外在在特特征征上上做做文文章章,其其通通信信得得实实质质并并没没改改变变,即即大大量量地地、快快速速地地、准准确确地地、广广泛泛地地、方方便便地地、经经济地、安全地传送信息。济地、安全地传送信息。在在分分析析、研研究究、设设计计、搭搭建建和和使使用用一一个个通通信信系系统统时时,只只要要抓抓住住通通信信得得实实质质,就就不不会会被被系系统统复复杂杂得得结结构构、先先进进得得技术和生涩得技术术语所迷惑。技术和生涩得技术术语所迷惑。二、通信方式二、通信方式l通通信信方方式式指指通通信信双双方方(或或多多方方)之之间间得得工工作作形形式式和和信信号号传传输输方方式式,她她就就是是通通信信各各方方在在通通信信实实施施之之前前必必须须首首先先确确定得问题。定得问题。根据不同得标准根据不同得标准,通信方式有多种分类法通信方式有多种分类法:1、按按通通信信对对象象数数量量得得不不同同,可可分分为为点点到到点点通通信信(通通信信在在两两个个对对象象之之间间进进行行)、点点到到多多点点通通信信(一一个个对对象象和和多多个个对对象象之之间间得得通通信信)和和多多点点到到多多点点通通信信三三种种(多多个个对对象象和和多多个对象之间得通信个对象之间得通信)。2、根根据据信信号号传传输输方方向向与与传传输输时时间间得得不不同同,任任意意两两点间得通信方式可分为点间得通信方式可分为:单单工工通通信信(Simplex):在在任任何何一一个个时时刻刻,信信号号只只能能从从甲甲方方向向乙乙方方单单向向传传输输,甲甲方方只只能能发发信信,乙乙方方只只能能收收信信。比比如如广广播播电电台台与与收收音音机机、电电视视台台与与电电视视机机得得通通信信(点点到到多多点点)、遥遥控控玩玩具具、航航模模(点点到到点点)、寻寻呼呼等等均均属属此此类。类。半半双双工工通通信信(HalfDuplex):在在任任何何一一个个时时刻刻,信信号号只只能能单单向向传传输输,或或从从甲甲方方向向乙乙方方,或或从从乙乙方方向向甲甲方方,每每一一方方都都不不能能同同时时收收、发发信信息息。比比如如对对讲讲机机、收收发发报报机机等等之之间得通信。间得通信。双双工工通通信信(FullDuplex):在在任任何何一一个个时时刻刻,信信号号能能够够双双向向传传输输,每每一一方方都都能能同同时时进进行行收收信信与与发发信信工工作作。比比如普通电话、手机。如普通电话、手机。通信方式示意图通信方式示意图3、按按通通信信终终端端之之间间得得连连接接方方式式可可划划分分为为两两点点间间直通方式和交换方式。直通方式和交换方式。直直通通方方式式就就是是通通信信双双方方直直接接用用专专线线连连接接;而而交交换换式式得得通通信信双双方方必必须须经经过过一一个个称称为为交交换换机机得得设设备备才才能能连连接起来接起来,如电话系统。如电话系统。4、按按数数字字信信号号传传输输得得顺顺序序,在在数数据据通通信信中中(主主要要指指计计算算机机通通信信),通通信信方方式式又又有有串串行行通通信信与与并并行行通通信信之之分分。并并行行传传输输速速度度快快,但但需需要要多多条条线线路路。串串行行传传输输速速度慢度慢,只需要一条线路。只需要一条线路。5、按按同同步步方方式式得得不不同同,又又分分为为同同步步通通信信和和异异步步通通信。信。1、4 信息及其度量信息及其度量 l传传输输信信息息就就是是通通信信系系统统得得根根本本任任务务。在在传传输输过过程程中中,信信息息就就是是以以各各种种具具体体得得电电信信号号或或光光信信号号形形式式表表现现出出来来得得。为为了了对对通通信信系系统统得得性性能能与与质质量量进进行行定定量得分析、研究与评价量得分析、研究与评价,就需要对信息进行度量。就需要对信息进行度量。l定定义义能能够够衡衡量量信信息息多多少少得得物物理理量量叫叫做做信信息息量量,通通常常用用I表示。表示。l信息就是一个抽象得概念信息就是一个抽象得概念,能否被量化？如何量化？能否被量化？如何量化？例例:信信息息“明明天天太太阳阳从从东东边边出出来来”和和“明明天天太太阳阳从从西西边边出来出来”,后者对信息得受者更有吸引力。后者对信息得受者更有吸引力。l表表明明信信息息有有量量值值可可言言,并并且且信信息息所所包包含含得得事事件件越越不不可可发发生生,人人们们就就越越感感兴兴趣趣,信信息息量量就就越越大大。显显然然,信信息息量量与与事事件件发发生生得得概概率率有有关关,事事件件出出现现得得概概率率越越小小,信信息息量量就就越越大大;必然事件得概率为必然事件得概率为1,则她传递得信息量就为则她传递得信息量就为0。l信息量与事件概率之间得关系式为信息量与事件概率之间得关系式为:lP表表示示某某事事件件发发生生得得概概率率,I为为从从该该事事件件发发生生得得信信息息中中得得到得信息量。到得信息量。l如如果果消消息息由由若若干干个个互互相相独独立立得得事事件件构构成成,则则该该消消息息所所含含信信息量等于各独立事件所含信息量之和。息量等于各独立事件所含信息量之和。l信信息息量量单单位位得得确确定定取取决决于于上上式式中中得得对对数数底底a。如如果果取取对对数数得得底底a=2,则则信信息息量量得得单单位位为为比比特特(bit);如如果果取取e为为对对数数得得底底,则则信信息息量量得得单单位位为为奈奈特特(nat);若若取取10为为底底,则则信信息息量量得单位为哈特莱。得单位为哈特莱。l广泛使用得单位为比特。广泛使用得单位为比特。讨论等概率出现得离散消息得度量讨论等概率出现得离散消息得度量:l若若要要传传递递得得离离散散消消息息就就是是在在M个个消消息息中中独独立立地地选选择择其其一一,且且认认为为每每个个消消息息得得出出现现概概率率就就是是相相同同得得,则则可可采采用用一一个个M进进制制得得波波形形进进行行传传送送。也也就就就就是是说说,传传送送M个个消消息息之之一一与与传传送送M进进制制波波形形之之一一就就是是完完全全等等价价得得。在在等等概概率率出出现现时时,每每个个波波形形(或或每每个个消消息息)得得出出现现概概率率为为1/M,取对数底为取对数底为2,则信息量为则信息量为l当当M=2,即二进制时即二进制时,I=1,也就就是说也就就是说,每个二进制波形等每个二进制波形等概率出现时所含信息量就是概率出现时所含信息量就是1bit。l在数据通信在数据通信(或数字通信或数字通信)中中,通常取通常取M为为2得整数幂得整数幂,即即M=2k,k就是二进制脉冲得数目就是二进制脉冲得数目,则每个波形等概率出现则每个波形等概率出现时所含信息量就就是时所含信息量就就是kbit。l非等概率得情况非等概率得情况:l设离散信息源就是一个由设离散信息源就是一个由n个符号组成得集合个符号组成得集合,称符号集。称符号集。符号集中得每一个符号符号集中得每一个符号xi在消息中就是按一定概率在消息中就是按一定概率P(xi)独立出现得独立出现得,即符号概率场为即符号概率场为且有且有 ,则每个符号所含信息量得分别为则每个符号所含信息量得分别为每个符号所含信息量得统计平均值每个符号所含信息量得统计平均值,即平均信息量为即平均信息量为整个消息得信息量为整个消息得信息量为n为不同符号得个数为不同符号得个数;ni代表概率为代表概率为P(xi)字符得个数。字符得个数。平均信息量也称为信息源得熵。平均信息量也称为信息源得熵。bit/符号符号例例:已已知知二二元元离离散散信信源源只只有有“0”、“1”两两种种符符号号,若若“0”出现概率为出现概率为13,求出现求出现“1”所含得信息量。所含得信息量。解解:由由于于全全概概率率为为1,因因此此出出现现“1”得得概概率率为为23。因因此出现此出现“1”得信息量得信息量 当当P(x1)=P(x2)=P(xn)=1/n时时,平均信息量平均信息量:为最大值。为最大值。例例:已已知知英英文文字字母母e和和z出出现现得得概概率率分分别别为为0、105和和0、001,求英文字母求英文字母e和和z得信息量。得信息量。解解:e得信息量得信息量 z得信息量得信息量:例例:某离散信源由某离散信源由0,1,2,30,1,2,3四种符号组成四种符号组成,其概率其概率场为场为 求消息求消息201 020 130 213 001 203 210 100 321 201 020 130 213 001 203 210 100 321 010 023 102 002 010 312 032 100 120 210010 023 102 002 010 312 032 100 120 210得得信息量。信息量。解解:此此 消消 息息 总总 长长 为为 N=57个个 符符 号号,其其 中中 0出出 现现 23次次(n1=23),1出出现现14次次(n2=14),2出出现现13次次(n3=13),3出出现现7次次(n4=17)。求得此消息总得信息量。求得此消息总得信息量 例例:求上例中消息得平均信息量。求上例中消息得平均信息量。解解:每个符号得平均信息量每个符号得平均信息量(信源得熵信源得熵)/符号 消消息息有有N=57个个符符号号,所所以以该该消消息息所所含含总总信信息息量量为为I=1、906N108、64bit l两两种种方方法法求求总总信信息息量量,结结果果略略有有差差异异,原原因因在在于于两两者者平平均均处处理理得得方方法法不不同同。随随着着消消息息中中符符号号数数得得增增加加,这这种误差会逐渐减小。种误差会逐渐减小。l不不同同得得离离散散信信息息源源可可能能有有不不同同得得熵熵值值。可可以以证证明明,在在信信息息源源得得最最大大熵熵发发生生在在每每一一个个符符号号等等概概率率出出现现时时,即即P(xi)=1/n,信息源有最大熵值。信息源有最大熵值。l关于连续消息得信息量可用概率密度来描述。其平均关于连续消息得信息量可用概率密度来描述。其平均信息量为信息量为 f(x)就是连续消息出现得概率密度。就是连续消息出现得概率密度。1、5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标 l根根据据各各种种不不同同得得划划分分标标准准,通通信信系系统统多多种种多多样样。如如何何评评价价一一个个通通信信系系统统性性能能得得优优劣劣就就是是选选择择和和使使用用一一个个通通信信系系统统所所面面临临得得首首要要问问题题。这这就就需需要要找找出出能能够够反反映映通通信信系统性能得各种技术指标。系统性能得各种技术指标。l信息必须依赖于具体电信号得某项参数得变化进行传输。信息必须依赖于具体电信号得某项参数得变化进行传输。若参数变化得速度越快若参数变化得速度越快,则单位时间内信号所携带或传输则单位时间内信号所携带或传输得信息量就越大。得信息量就越大。l定义信息传输速率来衡量信息传输得快慢。单位时间传定义信息传输速率来衡量信息传输得快慢。单位时间传输得信息量叫做信息传输速率。信息传输速率得单位除输得信息量叫做信息传输速率。信息传输速率得单位除了基本得比特了基本得比特/秒秒(常记作常记作b/s)外外,还有还有kb/s、Mb/s、Gb/s等等,她们之间得关系为她们之间得关系为:1kb/s=1024b/s,1Mb/s=1024kb/s,1Gb/s=1024Mb/s。l比比如如,一一个个周周期期电电压压方方波波信信号号,其其幅幅值值变变化化得得频频率率为为10Hz,即即每每秒秒变变化化10个个周周期期,若若给给每每个个周周期期(两两个个码码元元)赋赋予予一一定定得得信信息息量量,假假设设为为2bit,则则该该信信号号传传输输得得信信息息速速率率为为20b/s(bitpersecond);如如果果有有另另一一个个周周期期电电压压信信号号,其其幅幅值值变变化化得得频频率率为为1000Hz,同同样样给给每每个个周周期期赋赋予予2bit信息量信息量,则该信号传输得信息速率就为则该信号传输得信息速率就为2000b/s。l研研究究通通信信系系统统性性能能指指标标就就是是一一个个非非常常复复杂杂得得问问题题,包包括括得得内内容容很很多多,涉涉及及到到通通信信得得有有效效性性、可可靠靠性性、标标准准性性、快速性、方便性、经济性以及实用维护等诸多方面。快速性、方便性、经济性以及实用维护等诸多方面。l 通通信信得得有有效效性性和和可可靠靠性性就就是是首首要要考考虑虑得得问问题题,把把通通信信得得有有效性和可靠性作为评价通信系统性能得主要指标。效性和可靠性作为评价通信系统性能得主要指标。l有有效效性性和和可可靠靠性性就就是是根根据据对对通通信信质质量量得得要要求求而而定定义义出出得得客客观观标标准准,但但她她们们就就是是抽抽象象得得,没没有有可可操操作作性性,也也很很难难量量化化。必必须须在在通通信信系系统统中中找找到到具具体体得得、可可以以操操作作且且能能够够反反映映有有效性和可靠性得参数或指标。效性和可靠性得参数或指标。l对于模拟通信系统对于模拟通信系统,有效性常用系统得传输频带宽度来衡有效性常用系统得传输频带宽度来衡量量,而可靠性则用接收端最终输出得信噪比而可靠性则用接收端最终输出得信噪比S/N来评价。电来评价。电视信号视信号S/N一般要求大于一般要求大于4060dB;电话一般要求电话一般要求S/N为为2040dB。注意。注意dB得定义方法得定义方法!l系统得传输带宽主要取决于传输介质和对信号得处理方式。系统得传输带宽主要取决于传输介质和对信号得处理方式。l在在数数字字通通信信系系统统中中,用用信信息息传传输输速速率率来来衡衡量量系系统统得得有有效效性性。定定义义单单位位时时间间传传输输得得码码元元个个数数为为码码元元传传输输速速率率,其其单位为波特单位为波特(Baud),故也常常称为波特率。故也常常称为波特率。l在在数数字字通通信信中中,常常用用时时间间间间隔隔相相同同得得信信号号来来表表示示一一位位二二进进制制数数字字,这这个个时时间间间间隔隔被被称称为为二二进进制制码码元元长长度度,即即表表示示0和和1得脉冲时间称为码元长度。得脉冲时间称为码元长度。l同样同样,N进制信号也就是等长得进制信号也就是等长得,被称为被称为N进制码元。进制码元。l一一个个系系统统1秒秒钟钟传传送送了了1200个个二二进进制制码码元元,其其波波特特率率就就就是就是1200Baud。l波波特特率率仅仅仅仅说说明明系系统统传传输输数数字字信信号号得得能能力力,还还不不知知其其传传输信息得多少。输信息得多少。l在在数数字字通通信信系系统统中中可可以以采采用用多多进进制制(M进进制制)信信号号,即即M进进制制信信号号,通通常常M取取为为2得得各各次次幂幂,比比如如4、8、16等等,那那么么在在传传输输多多进进制制信信号号时时就就需需要要多多种种码码元元。但但对对于于多多进进制制信信号号得得每每一一种种码码元元我我们们都都可可用用多多位位二二进进制制信信号号表表示示(编编码码),比比如如四四进进制制信信号号(有有4个个不不同同得得码码元元状状态态见见图图)得得每每个个码码元元状状态态都都可可用用2位位二二进进制制信信号号表表示示,八八进进制制信信号号(有有8个个不不同