通信原理.pptx
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1、2024/8/7 周三CP 第一章 绪论1第一章绪论第一章绪论1.11.1引言引言 1.2 1.2 通信系统模型通信系统模型 1.31.3通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式1.41.4信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 通信系统的性能指标通信系统的性能指标 1.6 1.6 通信技术的发展概况通信技术的发展概况 2024/8/7 周三CP 第一章 绪论2.1.1引言引言 1、通信概念:信息的传递过程称为通信.2、通信网概念:为了完成多用户中任意两个用户之间信源与信宿之间的通信过程,一般需要建立一个网络,这个多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网。2024/8/7 周三CP
2、第一章 绪论3.1.1引言引言(续)3、通信网的构成1)终端设备:电话、电报、监视器(摄像头)等2)传输设备:电缆、光缆、微波、卫星等3)交换设备:程控交换、ATM交换、光交换等4)协议和准则2024/8/7 周三CP 第一章 绪论4.1.1引言引言(续)4、本课程的主要任务本课程主要介绍信息端到端的传输系统,主要讨论系统的组成和性能指标。返回主目录返回主目录2024/8/7 周三CP 第一章 绪论51.2 通信系统模型通信系统模型 121 通信系统模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论61.2.1 通信系统模型-信源信源是消息
3、的产生地,其作用是把各种消息转换成原始电信号,称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。模拟信源,输出的是模拟信号;数字信源,输出离散的数字信号。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论71.2.1 通信系统模型-发送设备发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来,即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。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。对数字通信系统来说,发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论81.2.1 通信系统模型-信道信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道
4、中,信道可以是大气(自由空间),在有线信道中,信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同,需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型,以反映传输媒质对信号的影响。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论9121 通信系统模型噪声源不是人为加入的设备,而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。噪声的来源是多样的,它可分为内部噪声和外部噪声,而且外部噪声往往是从信道引入的,因此,为了分析方便,把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论101.2.
5、1 通信系统模型-接收设备接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换,即进行解调、译码、解码等。其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。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论111.2.1 通信系统模型-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。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论121.2.2 模拟通信模型和数字通信模型模拟通信模型和数字通信模型连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的,如语音、活动图片等。离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的,如符号、数据等。消息的传递是通过它的物
6、质载体电信号来实现的,即把消息寄托在电信号的某一参量上(如连续波的幅度、频率或相位;脉冲波的幅度、宽度或位置)。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论131.2.2 模拟通信模型和字通信模型模拟通信模型和字通信模型按信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号和数字信号。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,均称为模拟信号,如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时也称连续信号,这个连续是指信号的某一参量可以连续变化,或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值,而不一定在时间上也连续,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,均
7、称为数字信号,如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。数字信号有时也称离散信号,这个离散是指信号的某一参量是离散变化的,而不一定在时间上也离散,2024/8/7 周三CP 第一章 绪论141.2.2 模拟通信模型和数字通信模型模拟通信模型和数字通信模型模拟信号波形(a)连续信号;(b)抽样信号2024/8/7 周三CP 第一章 绪论151.2.2模拟通信模型和数字通信模型模拟通信模型和数字通信模型数字信号波形(a)二进制波形;(b)2PSK波形2024/8/7 周三CP 第一章 绪论161.2.2模拟通信模型和数字通信模型模拟通信模型和数字通信模型按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号
8、,可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论171.模拟通信系统模型模拟通信系统模型信源发出的原始电信号是基带信号,基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始,如语音信号为3003400Hz,图像信号为06MHz。由于这种信号具有频率很低的频谱分量,一般不宜直接传输,这就需要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。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。经过调制以后的信号称为已调信号。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论181.模拟通信系统模型模拟通信系统模型已调信号有三个基本特征:携带有信息适合在信道中传输
9、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。频带信号。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论191.模拟通信系统模型模拟通信系统模型两种变换连续消息与基带信号的变换基带信号与频带信号之间的变换实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用,而其他过程对信号不会发生质的变化,只是对信号进行了放大或改善了信号特性,因而被认为是理想的而不予讨论。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论201.模拟通信系统模型模拟通信系统模型模拟通信系统模型2024/8/7 周三CP 第一章 绪论211.模拟通信系统模型模拟通信系统模型
10、模拟通信的主要特点1)抗干扰能力差2)不易于保密通信3)设备不易于大规模集成4)不适应飞速发展的计算机通信的要求5)简单、易于实现。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论222 数字通信系统模型数字通信系统模型技术问题主要有信源编码/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。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论232 数字通信系统模型数字通信系统模型在某些有线信道中,若传输距离不太远且通信容量不太大时,数字基带信号无需调制,可以直接传送,称之为数字信号的基带传输,其模型中就不包括调制与解调环节,2024/8/7 周三CP 第一章 绪论241)信源编码与译码作用一:是
11、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,而传输带宽又直接反映了通信的有效性。作用二:是当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。信源编码方法:PCM、ADPAM、DM等 信源译码是信源编码的逆过程。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论252)信道编码与译码数字信号在信道传输时,由于噪声、衰落以及人为干扰等,将会引起差错。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
12、通信系统抗干扰能力,实现可靠通信。信道编码:线性分组码、卷积码、循环码等。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论263)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,恢复原来信息,叫解密。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论274)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高频处,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
13、干解调还原为数字基带信号。对高斯噪声下的信号检测,一般用相关器接收机或匹配滤波器实现。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论285)同步与数字复接同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。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。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论292 数字通信系统模型数字通信系统模型如在某些有线信道中,若传输距离不太远且通信容量不太大时,数字基带信号无需调制,可以直接传送,称之
14、为数字信号的基带传输,其模型中就不包括调制与解调环节2024/8/7 周三CP 第一章 绪论302 数字通信系统模型数字通信系统模型模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输数字电话系统数字信号也可以在模拟通信系统中传输计算机数据可以通过模拟电话线路传输,但这时必须使用调制解调器(Modem)将数字基带信号进行正弦调制,以适应模拟信道的传输特性。模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种类。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论313.数字通信的主要特点数字通信的主要特点抗干扰能力强。差错可控。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。
15、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。数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的。返回主目录返回主目录2024/8/7 周三CP 第一章 绪论321.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式按通信业务分,话务通信和非话务通信。非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。按调制方式分类按调制方式分类:基带传输和频带(调制)传输。按信号特征分类按信号特征分类:模拟信号还是数字信号按传输媒质分类按传输媒质分类:有线通信系统和无线通信系统按工作波段分类按工作波段分类按
16、信号复用方式分类按信号复用方式分类:频分复用、时分复用和码分复用。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论33表表 1-1常见的调制方式常见的调制方式 调 制 方 式 用途 连续波调制线性调制常规双边带调制广播 抑制载波双边带调幅 立体声广播 单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传 残留边带调幅VSB 电视广播、数传、传真 非线性调制频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播 相位调制PM 中间调制方式 数字调制幅度键控ASK 数据传输 相位键控数据传输 2024/8/7 周三CP 第一章 绪论34 调 制 方 式 用途 脉冲数字调制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等 数据传输、数字
17、微波、空间通信 其他高效数字调制QAM、MSK等 数字微波、空间通信 脉冲模拟调制脉幅调制PAM 中间调制方式、遥测 脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式 脉位调制PPM 遥测、光纤传输 脉冲数字调制脉码调制PCM 市话、卫星、空间通信 增量调制DM 军用、民用电话 差分脉码调制DPCM 电视电话、图像编码 其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC 中低速数字电话 续表续表(2)2024/8/7 周三CP 第一章 绪论35表表 1 2 通信波段与常用传输媒质通信波段与常用传输媒质频率范围 波长 符号 传输媒质 用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低频VLF 有线线对长波无线电 音频
18、、电话、数据终端长距离导航、时标 30300 kHz 103104 m 低频LF 有线线对长波无线电 导航、信标、电力线通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中频MF 同轴电缆短波无线电 调幅广播、移动陆地通信、业余无线电 330 MHz 10102 m 高频HF 同轴电缆短波无线电 移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电 30300 MHz 110 m 甚高频VHF 同轴电缆米波无线电 电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航 2024/8/7 周三CP 第一章 绪论36续表(续表(2)频率范围 波长 符号 传输媒质 用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高
19、频UHF 波导分米波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 330 GHz 110 cm 超高频SHF 波导厘米波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 30300 GHz 110 mm 极高频EHF 波导毫米波无线电 雷达、微波接力、射电天文学 107108 GHz 310-5 310-4 cm 紫外可见光红外 光纤激光空间传播 光通信 2024/8/7 周三CP 第一章 绪论371.3.2通信方式通信方式前述通信系统是单向通信系统但在多数场合下,信源兼为信宿,需要双向通信,电话就是一个最好的例子这时通信双方都要有发送和接收设备,并需要各自的传输媒质,如果通信双方共用一个信道,就必须用频率或
20、时间分割的方法来共享信道。因此,通信过程中涉及通信方式与信道共享问题。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论38对于点与点之间的通信,按消息传递的方向与时间关系,通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。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。广播、遥测、遥控、无线寻呼等。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。使用同一载频的对讲机,收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信。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。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式,计算机之间的高速数据通信也
21、是这种方式。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论39单工、半双工和全双工通信方式示意图 (a)单工;(b)半双工;(c)全双工2024/8/7 周三CP 第一章 绪论40按数字信号排列顺序分按数字信号排列顺序分在数字通信中,按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。并行传输是将代表信息的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。并行传输的优点是节省传输时间,但需要传输信道多,设备复杂,成本高,故较少采用,一般适用于计算机和其他高速数字系统,特别适用于设备之间的近距离通信。串行传输是数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。通常,一般的远距离数字通信都采用这种传
22、输方式。此外,还可以按通信的网络形式划分。由于通信网的基础是点与点之间的通信,所以本课程的重点放在点与点之间的通信上。2024/8/7 周三CP 第一章 绪论41并行和串行通信方式示意图 (a)并行传输;(b)串行传输返回主目录返回主目录2024/8/7 周三CP 第一章 绪论421.4 信息及其度量信息及其度量信号是消息的载体,而信息是其内涵。任何信源产生的输出都是随机的,也就是说,信源输出是用统计方法来定性的。对接收者来说,只有消息中不确定的内容才构成信息。因此,信息含量就是对消息中这种不确定性的度量.根据概率论知识,事件的不确定性可用事件出现的概率来描述。消息出现的概率越小,消息中包含的
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