通信系統(tǒng)概述

通信系統(tǒng)概述第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

通信-----將含有信息的消息有效而可靠地由一地傳輸?shù)搅硪坏兀ㄆ渌胤剑┑倪^程。目的：傳輸含有信息的消息信息：人們待知的消息。消息：用以表達(dá)信息的某種物理形式。信號(hào)：寄載消息的某種物理形式。

對(duì)通信的要求：

可靠---盡可能準(zhǔn)確無誤！有效---盡可能多而快！----指標(biāo)！什么是通信？第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1.1通信系統(tǒng)模型

(ModelofCommunicationSystems)SourceofinformationTransmitterChannelReceiver

UserofinformationNoisesourceNEXTHOME將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)送信號(hào)信道中的噪聲與分散在系統(tǒng)其他各處的噪聲集中表示在背景噪聲中提取有用信號(hào)基帶電信號(hào)變換為原始消息有線信道無線信道相關(guān)理論：信號(hào)與系統(tǒng)、電路分析、電子線路等將原始消息轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐盘?hào)第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

1.2模擬通信與數(shù)字通信系統(tǒng)模型

ModelofSimulateandDigitalCommunicationSystems

一、模擬通信系統(tǒng)模型

1、模型組成modulatorChannelNoisesourcedemodulatorUserofinformationSourceofinformationNEXTHOME模擬通信系統(tǒng)特點(diǎn)：文字語音圖象數(shù)據(jù)1、抗干擾能力差2、不易于保密通信3、不適應(yīng)計(jì)算機(jī)通信4、占用帶寬不多，簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)各模塊（單元設(shè)備、電路）功能？第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日①基帶信號(hào)特性②調(diào)制、解調(diào)原理③信道與噪聲統(tǒng)計(jì)特性及其對(duì)信號(hào)傳輸影響④各類調(diào)制方式系統(tǒng)的抗干擾性能

UP2、模擬通信系統(tǒng)主要討論的問題(TheChiefQuestionsinSimulateCommunicationSystems)第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型

1、數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)模型

(ModelforDigitalBandCommunicationSystem)

UP信息源加密器編碼器調(diào)制器信道解調(diào)器譯碼器解密器受信者噪聲源信源編碼信道編碼當(dāng)需要通信保密時(shí),可有效地對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行人為地“攪亂”.作用:進(jìn)行降低信號(hào)多余度的編碼,其目的是減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，以提高信息傳輸?shù)挠行?如：PCM，ADPCM，△M。數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí),信道噪聲或干擾造成的數(shù)字信號(hào)出現(xiàn)差錯(cuò),通過差錯(cuò)控制編碼來實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)，提高信息傳輸?shù)目煽啃?如：線形分組碼，循環(huán)碼，卷積碼。第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

2、數(shù)字基帶通信系統(tǒng)模型

(TheModelforDigitalBasebandCommunicationSystem)3、數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)研究的幾個(gè)特殊問題

(Severalspecialquestionindigitalinformationtransmissionsystem)

①差錯(cuò)控制編碼(Mishapcontrolcoding)②信息傳輸?shù)谋Ｃ?Securityofinformationtransmission)③收、發(fā)系統(tǒng)的同步(Syncinreceiveandsendsystem)

SourceofinformationChannel

UserofinformationNoisesourceReceivefilterTransmitfilter

UP第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

UP與模擬通信相比，數(shù)字通信優(yōu)缺點(diǎn)

4、數(shù)字通信特點(diǎn)

(ThePeculiarityofDigitalCommunication)優(yōu)點(diǎn)(Merit)抗干擾能力強(qiáng)（中繼、再生）差錯(cuò)可控制（采用糾錯(cuò)編碼…）數(shù)字信號(hào)易存儲(chǔ)及加工處理（用計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備進(jìn)行）易加密（保密通信）可綜合傳遞各種消息（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）缺點(diǎn)和問題(Defect&Problem)

設(shè)備復(fù)雜（差錯(cuò)控制要編/解碼器，加密要加/解密器）信號(hào)帶寬不同(數(shù)字信號(hào)頻帶更寬)

比如:一路模擬電話帶寬4KHz,一路數(shù)字電話帶寬約20~60KHz第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式

(ClassifyandStyleofCommunicationSystem)HOME通信系統(tǒng)單、半雙、全雙工通信方式演示圖：1、按信號(hào)特征數(shù)字通信模擬通信有線通信無線通信基帶調(diào)制頻帶調(diào)制單工半雙工全雙工2、按傳輸媒質(zhì)3、按調(diào)制方式4、按通信方式第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日單工、半雙工、全雙工示意圖第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日4、按復(fù)用方式FDMTDMCDM長(zhǎng)波通信中波通信短波通信微波通信光波通信已派生出來電報(bào)電話：可視電話TV雷達(dá)5、按工作頻率6、按通信業(yè)務(wù)第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

1.4信息及其量度

InformationandInformationContent一、信息與消息(informationandmessage)信息（information）：消息中包含的有意義的內(nèi)容用“信息量”衡量消息（message）：包含信息的實(shí)體(聲音、圖象等)信息含義舉例：

“今年冬天比去年冷”

“今年冬天和去年夏天一樣熱”后句話的信息量＞前句話的∵可能性越小，信息量越大！∴用概率描述（相互關(guān)系為：概率↓信息量↑，P=0時(shí)信息量為∞）….第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日二、信息量(InformationContent)

1概念傳遞的消息都有其量值的概念2信息量與概率的關(guān)系（1）定義：I=I[P(X)]=loga1/P(X)（2）關(guān)系：當(dāng)P(x)=1時(shí),I=0;P(x)越小,I愈大（3）I[P(x1)P(x2)…]=I[P(x1)]+I[P(x2)]+…上一頁第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

3信息量單位(Unit---InformationContent)

a=2,信息量的單位為比特(bit)最常用！

a=e,信息量的單位為奈特(nit)a=10,信息量的單位為哈特萊上一頁I=loga1/P(X)=-logaP(X)第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日等概率離散消息的量度

TheContentof

EquiprobableDiscreteInformation

(1)二進(jìn)制波形信息量

Informationcapacityofbinarywaveform

P=?=0.5I=log21/0.5=log22=1(bit)

(2)M進(jìn)制信息量

InformationcapacityofM-nary

I=log21/1/M=log2M(bit)若M=2k

,則

I=log22k

=k(bit)上一頁第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日5非等概率離散消息的度量TheContentofUnequiprobableDiscreteInformation

x1,x2,...,xn

p(x1),p(x2),…,p(xn)且∑p(xi)=1ni=1H(x)=-∑p(xi)log2p(x2)bit/符號(hào)(symbol)ni=1H(x)-----信息源的熵.

上一頁注意單位!第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

因?yàn)?≤p(x)≤1log2p(x)是負(fù)值所以H(x)是非負(fù)值(1)H(x)是非負(fù)的(2)信息源最大熵發(fā)生在每一符號(hào)等概出現(xiàn)時(shí),即

p(xi)=1/n.i=1,2,…..n個(gè)符號(hào).

則H(x)=log2n上一頁討論：H(x)的性質(zhì):

若傳送一個(gè)消息的符號(hào)的總數(shù)為m,則該消息所含的總的信息量為

I=mH(x)例題，見書第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1.5主要性能指標(biāo)一.主要指標(biāo)（Major

Standards）1有效性(validity):消息傳輸?shù)乃俣?即傳輸速度2可靠性(Reliability):消息傳輸?shù)馁|(zhì)量.即對(duì)干擾抑制力二.模擬通信主要指標(biāo)(MajorStandardsofAnalogCommunication)（1）乘性干擾：信道傳輸特性不理想產(chǎn)生的誤差（2）信號(hào)傳輸時(shí)疊加的噪聲（自然噪聲.內(nèi)部噪聲.人為噪聲）上一頁1、可靠性(Reliability)：用信噪比(SNR)表示第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日三.數(shù)字通信的主要指標(biāo)(MajorStandardsofDigitalCommunication)

1.有效性(validity)

（1）傳碼率（碼元速率）RB

RB2

=RBNlog2N單位：Baud(波特率)

2.有效性(validity)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘看笮?/p>

（2）傳信率（信息速率）Rb

Rb:表示每秒鐘傳遞的信息量。單位：bit/s二進(jìn)制:Rb2=RB2N進(jìn)制:RbN=RBNlog2N

上一頁第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日2、可靠性(Reliability)（1）誤碼率（誤符號(hào)率）

Pe（2）誤信率（誤比特率）Pb上一頁注：傳輸、調(diào)制、接收方式若不同，則有不同的誤碼率和誤信率。第20頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1.6信道容量(CapacityofChannel)

含義:信道容量---G.W背景下,且信道帶寬與有用信號(hào)功率受限下,調(diào)制信道無差錯(cuò)(差錯(cuò)率趨于0)地傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的極限速率(極限速率趨于∞)稱~定義:設(shè)①雙邊加性噪聲為Pi()=n0/2的G.W②信道工作頻帶為B(Hz)③有用信號(hào)功率為