通信系統(tǒng)原理第一章ppt課件

1、通訊系統(tǒng)原理 教材：通訊原理 周炯磐等著 主要參考書：通訊原理 樊昌信等 Digital and analog communication systems 5th edition Leon W. Couch II 課時(shí)：68小時(shí) 先修課：高等數(shù)學(xué)，概率論與隨機(jī)過程，信號(hào)與系統(tǒng)，復(fù)變函數(shù)，線性代數(shù)等 授課方式：課堂教學(xué) 內(nèi)容：通訊傳輸系統(tǒng)根本原理 通訊開展歷史通訊開展歷史:遠(yuǎn)古遠(yuǎn)古-非電通訊非電通訊 數(shù)字通訊：旗語，烽火臺(tái)光通訊？等等數(shù)字通訊：旗語，烽火臺(tái)光通訊？等等 近代：電通訊近代：電通訊 1844 Morse;1876: Bell; 1894:Lodge(wireless); 1900:M

2、arconi;1937:Reeves(PCM);1948:Shannon;1958:IC;60:Elect.Switching System;1965:Satellite;1972: Cellular Telephone(Motorola);1976:PC;80:Optical fiber;90:DWDM +SDH+Wireless; 本課涉及的通訊系統(tǒng)是指電或電子通訊系統(tǒng)本課涉及的通訊系統(tǒng)是指電或電子通訊系統(tǒng) 通訊：信息的傳送過程，因此它包含了傳輸和交換通訊：信息的傳送過程，因此它包含了傳輸和交換 -Transmission and switching 通訊系統(tǒng)原理主要要處理的問題是：信息的

3、傳送，即通通訊系統(tǒng)原理主要要處理的問題是：信息的傳送，即通訊傳輸訊傳輸?shù)谝徽碌谝徽?序論序論 給出通訊原理課程的研討對(duì)象 系統(tǒng)框圖等 給出一些根本定義和概念 信息，音訊，信號(hào)等 給出通訊系統(tǒng)的根本類型和通訊方式 模擬通訊系統(tǒng)和數(shù)字通訊系統(tǒng)等 給出通訊系統(tǒng)的主要性能目的 通訊系統(tǒng)的通訊質(zhì)量等本章內(nèi)容提要本章內(nèi)容提要 通訊的目的：保證音訊(或信息)的傳送，音訊的種類多種多樣，不同的音訊有不同的系統(tǒng)：電報(bào)，數(shù)據(jù) 典型的通訊系統(tǒng)模型:point-to point communication system,將音訊從一個(gè)點(diǎn)(信源)傳送到一定間隔以外的目的地(信宿)。因此幾乎一切的電子系統(tǒng)都是通訊系統(tǒng)。 通

4、訊系統(tǒng)根本功能是音訊的傳送，本課程研討的主要對(duì)象是信息傳輸?shù)脑砗蛦栴}-獲得可以廣泛運(yùn)用的通訊系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法 我們不關(guān)懷系統(tǒng)的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)，我們關(guān)懷的是符合什么樣條件的通訊系統(tǒng)是最正確的。1. 通訊系統(tǒng)的組成通訊系統(tǒng)的組成 一個(gè)P-TO-P通訊系統(tǒng)的根本模型為：通訊系統(tǒng)的根本框圖通訊系統(tǒng)的根本框圖infoTCRsourcetransmitter channelreceiversinknoise 結(jié)合系統(tǒng)模型引見一些根本概念和定義 信源：音訊的產(chǎn)生-離散音訊和延續(xù)音訊 幾個(gè)名詞：音訊message，信息information，信號(hào)signal Message:信源產(chǎn)生的信息的物理表現(xiàn) Infor

5、mation:音訊的數(shù)學(xué)籠統(tǒng)定義 Signal:傳輸?shù)碾娦盘?hào)，包含了音訊。我們研討的重點(diǎn)是電信號(hào)的傳輸。 信號(hào)和音訊都是信息的物理表達(dá)。 離散信號(hào)源digital source：音訊可取形狀值的數(shù)目為有限個(gè)。 模擬信號(hào)源analog source：音訊可取形狀值的數(shù)目為無限個(gè)。根本定義和概念根本定義和概念模擬與數(shù)字信號(hào)模擬與數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào):形狀無限,因此信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式可以是時(shí)間延續(xù)函數(shù)也可以是時(shí)間離散函數(shù) 數(shù)字信號(hào):形狀有限,因此信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式可以是時(shí)間延續(xù)函數(shù)也可以是時(shí)間離散函數(shù) 如:二進(jìn)制的一可以是高電平,零低電平;同樣一可以是頻率為f1的正弦波,零是頻率為f2的正弦波tf(t)t

6、f(t)時(shí)間延續(xù)函數(shù)時(shí)間延續(xù)函數(shù)時(shí)間離散函數(shù)時(shí)間離散函數(shù) 數(shù)字通訊系統(tǒng)：傳輸數(shù)字音訊的通訊系統(tǒng)數(shù)字通訊系統(tǒng)：傳輸數(shù)字音訊的通訊系統(tǒng)模擬與數(shù)字通訊系統(tǒng)模擬與數(shù)字通訊系統(tǒng)infoTCRDigital sourcetransmitter channelreceiversinknoise加密器編碼器調(diào)制器解密器解碼器解調(diào)器 框圖：模擬通訊系統(tǒng)模擬通訊系統(tǒng)infoTCRAnalogsourcetransmitter channelreceiversinknoise信號(hào)處置調(diào)制器解調(diào)器信號(hào)處置 分類:隨意性 按信源特征分:數(shù)字通訊系統(tǒng)和模擬通訊系統(tǒng) 按音訊的物理特征分:電報(bào),圖象等 按調(diào)制方式分:FM,P

7、M,AM等 按傳輸媒介分:有線,無線等 按信號(hào)的復(fù)用方式分:FDM,TDM,WDM,CDM等 通訊方式: 單工(simplex) 半雙工(half-duplex) 全雙工(full-duplex) 數(shù)字通訊中的串序和并序傳輸方式2. 通訊系統(tǒng)的分類和通訊方式通訊系統(tǒng)的分類和通訊方式 信息:音訊中有意義部分。因此，我們可以對(duì)音訊中信息進(jìn)展度量-信息量。 音訊中所含的信息量I與該音訊發(fā)生的概率P(x)有關(guān)，其關(guān)系應(yīng)滿足以下條件：1 I是P(x)的函數(shù)：I=IP(x)2 P(x)越小 I越大 ；且P(x)=1那么I=03 假設(shè)干獨(dú)立事件構(gòu)成的音訊，所含的信息量等于各獨(dú)立事件信息量之和： IP(x1)

8、,P(x2),=IP(x1)+IP(x2)+. 滿足以上條件的函數(shù)-對(duì)數(shù)函數(shù)： I=loga1/P(x)= - logaP(x) 其中a=2, I 為bit; a=e, I為nit。3. 信息及度量信息及度量 信息量的計(jì)算： M個(gè)相互獨(dú)立的音訊等概率傳輸，每個(gè)音訊的信息量為： I=log21/(1/M)=log2M bits M=2,I=1bit M=2k,I=k bits 信源的平均信息量：信源所發(fā)出的每個(gè)音訊所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值： H=PjI j= Pj log2(1/Pj) bits H:信息源的熵entropy。H也可了解為信源中每個(gè)音訊所含的平均信息量。 H越大，每個(gè)音訊的I越大。

9、希望H最大，數(shù)學(xué)通知我們只需在音訊等概分布時(shí)H為最大。例如與信源的平均信息量例如與信源的平均信息量 可用概率密度函數(shù)來描畫。延續(xù)音訊源的平均信息量為： H1(x)=-+f(x)log2f(x)dx Bit f(x)為延續(xù)音訊的概率密度函數(shù)。延續(xù)音訊的信息量計(jì)算延續(xù)音訊的信息量計(jì)算Ex.:suppose a digital source formed by four digits 0(1/8), 1(1/2),2(1/8),3(1/4).Find:a)the entropy of the source b)the information quantity for each digit.Sol.:

10、 H=1/8log2(8) + 1/2log2(2) + 1/8log2(8) + 1/4log2(4) =1.75bits I1=log8=3bits, I2=log2=1bit, I3=log8=3bits, I4=log4=2bits 性能目的 質(zhì)量目的：是整個(gè)通訊系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià) 通訊系統(tǒng)：有效性，可靠性，順應(yīng)性，規(guī)范性，經(jīng)濟(jì)性，可維護(hù)性和友好性 但從根本來說，通訊系統(tǒng)的目的是將信息從信源傳送到信宿，因此可靠性質(zhì)量和有效性傳輸效率是首先要思索的。 模擬通訊系統(tǒng)的評(píng)價(jià)：可靠性：發(fā)與收信號(hào)的差別程度-均方誤差噪聲的影響，系統(tǒng)的不完善要素有效性：音訊中所含的信息量，單位時(shí)間可傳送的信息量多少。

11、 數(shù)字通訊系統(tǒng)：信息傳輸速率和發(fā)生過失的概率誤碼概率4. 通訊系統(tǒng)的主要性能目的通訊系統(tǒng)的主要性能目的 碼元：信源發(fā)出的音訊或代表每個(gè)音訊的信號(hào)符號(hào)碼元：信源發(fā)出的音訊或代表每個(gè)音訊的信號(hào)符號(hào) 碼元速率碼元速率RB：信源每秒鐘發(fā)出的碼元數(shù)，單位波特：信源每秒鐘發(fā)出的碼元數(shù)，單位波特Baud), 又稱符號(hào)速率又稱符號(hào)速率symbol rate，波特率，波特率 信息速率信息速率Rb比特率，比特率，bit rate：信源每秒鐘發(fā)出的：信源每秒鐘發(fā)出的平均比特?cái)?shù)。單位：平均比特?cái)?shù)。單位：bps or bit/sec 碼元速率和比特速率的關(guān)系：碼元速率和比特速率的關(guān)系：1個(gè)碼元可以含多比特或個(gè)碼元可以含多比特或小于小于1個(gè)比特的信息，因此普通情況下碼元速率與比特個(gè)比特的信息，因此普通情況下碼元速率與比特速率在數(shù)值上是不等的。速率在數(shù)值上是不等的。 例：四進(jìn)制等概分布情況下，一個(gè)碼元含二比特的信例：四進(jìn)制等概分布情況下，一個(gè)碼元含二比特的信息量。在數(shù)值上我們有息量。在數(shù)值上我們有Rb =2RB.二進(jìn)制時(shí)，在等概情況下，二進(jìn)制時(shí)，在等概情況下，Rb =RB。也就。也就是說只需在二進(jìn)制等概分布時(shí)才有碼元速率