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1、2024/3/17,CP 第一章 緒論,1,通信原理與技術(shù),第一章 緒論 劉柏森,0電磁波 通信技術(shù)發(fā)展概況,2024/3/17,CP 第一章 緒論,3,第一章 緒論,1.1 引言 1.2 通信系統(tǒng)模型 1.3 通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.4 信息及其度量 1.5 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 1.6 通信技術(shù)的發(fā)展概況,2024/3/17,CP 第一章 緒論,4,1.1 引言,1、通信概念:信息的傳遞過程稱
2、為通信.2、通信網(wǎng)概念:為了完成多用戶中任意兩個(gè)用戶之間信源與信宿之間的通信過程, 一般需要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò),這個(gè)多用戶通信系統(tǒng)互連的通信體系稱之為通信網(wǎng)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,5,1.1 引言 (續(xù)),3、通信網(wǎng)的構(gòu)成1)終端設(shè)備:電話、電報(bào)、監(jiān)視器(攝像頭)等2)傳輸設(shè)備:電纜、光纜、微波、衛(wèi)星等3)交換設(shè)備:程控交換、ATM交換、光交換等4)協(xié)議和準(zhǔn)則,2024/3/17,CP 第一章 緒論,6,1.
3、1 引言 (續(xù)),4、本課程的主要任務(wù)本課程主要介紹信息端到端的傳輸系統(tǒng),主要討論系統(tǒng)的組成和性能指標(biāo)。,返回主目錄,2024/3/17,CP 第一章 緒論,7,1.2 通信系統(tǒng)模型,1.2.1 通信系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,8,1.2.1 通信系統(tǒng)模型-信源,信源是消息的產(chǎn)生地, 其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào),稱之為消息信號(hào)或基帶信
4、號(hào)。電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。模擬信源,輸出的是模擬信號(hào);數(shù)字信源,輸出離散的數(shù)字信號(hào)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,9,1.2.1 通信系統(tǒng)模型-發(fā)送設(shè)備,發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來,即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的,在需要頻譜搬移的場(chǎng)合,調(diào)制是最常見的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來說, 發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編
5、碼。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,10,1.2.1 通信系統(tǒng)模型-信道,信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無線信道中,信道可以是大氣(自由空間), 在有線信道中,信道可以是明線、 電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同, 需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型, 以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,11,1.
6、2.1 通信系統(tǒng)模型,噪聲源不是人為加入的設(shè)備,而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的,并且是人們所不希望的。噪聲的來源是多樣的,它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲,而且外部噪聲往往是從信道引入的,因此,為了分析方便,把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,12,1.2.1 通信系統(tǒng)模型-接收設(shè)備,接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換, 即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。其任務(wù)是從帶有干
7、擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來,對(duì)于多路復(fù)用信號(hào),還包括解除多路復(fù)用,實(shí)現(xiàn)正確分路。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,13,1.2.1 通信系統(tǒng)模型-信宿,信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)。其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,14,1.2.2 模擬通信模型和數(shù)字通信模型,連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的,如語音、活動(dòng)圖片等。離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的
8、或離散的, 如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體——電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的, 即把消息寄托在電信號(hào)的某一參量上(如連續(xù)波的幅度、頻率或相位; 脈沖波的幅度、寬度或位置)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,15,1.2.2 模擬通信模型和字通信模型,按信號(hào)參量的取值方式不同可把信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個(gè)值的,且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào),均稱為模擬信號(hào),如電話機(jī)送出的語音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸
9、出的圖像信號(hào)等。模擬信號(hào)有時(shí)也稱連續(xù)信號(hào),這個(gè)連續(xù)是指信號(hào)的某一參量可以連續(xù)變化,或者說在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個(gè)值,而不一定在時(shí)間上也連續(xù),凡信號(hào)參量只能取有限個(gè)值,并且常常不直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào),均稱為數(shù)字信號(hào),如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)、PCM信號(hào)等。數(shù)字信號(hào)有時(shí)也稱離散信號(hào),這個(gè)離散是指信號(hào)的某一參量是離散變化的,而不一定在時(shí)間上也離散,,2024/3/17,CP 第一章 緒論,16,1.2.2 模擬通信模型
10、和數(shù)字通信模型,模擬信號(hào)波形 (a) 連續(xù)信號(hào); (b) 抽樣信號(hào),2024/3/17,CP 第一章 緒論,17,1.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型,數(shù)字信號(hào)波形 (a) 二進(jìn)制波形; (b) 2PSK波形,2024/3/17,CP 第一章 緒論,18,1.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型,按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào), 可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,
11、19,1. 模擬通信系統(tǒng)模型,信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào),基帶的含義是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開始,如語音信號(hào)為300~3400Hz, 圖像信號(hào)為0~6MHz。由于這種信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量, 一般不宜直接傳輸,這就需要把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào),并可在接收端進(jìn)行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。經(jīng)過調(diào)制以后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,20,1. 模擬
12、通信系統(tǒng)模型,已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征:攜帶有信息適合在信道中傳輸信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻,因而已調(diào)信號(hào)又稱頻帶信號(hào)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,21,1. 模擬通信系統(tǒng)模型,兩種變換連續(xù)消息與基帶信號(hào)的變換基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的變換實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用,而其他過程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化,只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或
13、改善了信號(hào)特性,因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,22,1. 模擬通信系統(tǒng)模型,模擬通信系統(tǒng)模型,2024/3/17,CP 第一章 緒論,23,1. 模擬通信系統(tǒng)模型,模擬通信的主要特點(diǎn)1) 抗干擾能力差2) 不易于保密通信3) 設(shè)備不易于大規(guī)模集成4) 不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信的要求5) 簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,24,2. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型技術(shù)
14、問題主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、 同步以及加密等。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,25,2. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,在某些有線信道中,若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí), 數(shù)字基帶信號(hào)無需調(diào)制,可以直接傳送,稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸,其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié),,2024/3/17,CP 第一章 緒論,26,1) 信源編碼與譯碼,作用一:是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率,即通常所說的數(shù)據(jù)
15、壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬,而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。作用二: 是當(dāng)信息源給出的是模擬語音信號(hào)時(shí),信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源編碼方法:PCM、ADPAM、DM等 信源譯碼是信源編碼的逆過程。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,27,2) 信道編碼與譯碼,數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí),由于噪聲、衰落以及人為干擾等,將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減少差錯(cuò),信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定
16、的規(guī)則加入保護(hù)成分(監(jiān)督元),組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼,從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤,從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力,實(shí)現(xiàn)可靠通信。信道編碼:線性分組碼、卷積碼、循環(huán)碼等。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,28,3) 加密與解密,在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合,為了保證所傳信息的安全, 人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂, 即加上密碼,這種處理過程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)
17、字序列進(jìn)行解密,恢復(fù)原來信息,叫解密。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,29,4) 數(shù)字調(diào)制與解調(diào),數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處, 形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)?;镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)(差分)相移鍵控DPSK。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)高斯噪聲下的信號(hào)檢測(cè),一般用相關(guān)器接收機(jī)或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。,2024/3/17,
18、CP 第一章 緒論,30,5) 同步與數(shù)字復(fù)接,同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。按照同步的功用不同,可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理把若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào),以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,31,2. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,如在某些有線信道中,若傳輸距離不太
19、遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí), 數(shù)字基帶信號(hào)無需調(diào)制,可以直接傳送,稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸,其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié),2024/3/17,CP 第一章 緒論,32,2. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)字電話系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過模擬電話線路傳輸,但這時(shí)必須使用調(diào)制解調(diào)器(Modem)將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行正弦調(diào)制,以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性。模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)
20、別僅在于信道中傳輸?shù)男盘?hào)種類。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,33,3. 數(shù)字通信的主要特點(diǎn),抗干擾能力強(qiáng)。差錯(cuò)可控。易于與各種數(shù)字終端接口,用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ),從而形成智能網(wǎng)。易于集成化, 從而使通信設(shè)備微型化。易于加密處理, 且保密強(qiáng)度高。數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。,返回主目錄,2024/3/17,CP 第一章 緒論,34,1.3 通信系統(tǒng)
21、分類與通信方式,按通信業(yè)務(wù)分, 話務(wù)通信和非話務(wù)通信。非話務(wù)通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫檢索、電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換、傳真存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會(huì)議電視、圖像通信等。按調(diào)制方式分類:基帶傳輸和頻帶(調(diào)制)傳輸。按信號(hào)特征分類:模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)按傳輸媒質(zhì)分類:有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按工作波段分類按信號(hào)復(fù)用方式分類:頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,35,表 1- 1常
22、見的調(diào)制方式,2024/3/17,CP 第一章 緒論,36,續(xù)表(2),2024/3/17,CP 第一章 緒論,37,表 1 –2 通信波段與常用傳輸媒質(zhì),2024/3/17,CP 第一章 緒論,38,續(xù)表(2),2024/3/17,CP 第一章 緒論,39,1.3.2通信方式,前述通信系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)但在多數(shù)場(chǎng)合下,信源兼為信宿,需要雙向通信,電話就是一個(gè)最好的例子這時(shí)通信雙方都要有發(fā)送和接收設(shè)備,并需要各自的傳
23、輸媒質(zhì),如果通信雙方共用一個(gè)信道,就必須用頻率或時(shí)間分割的方法來共享信道。因此,通信過程中涉及通信方式與信道共享問題。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,40,對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信,按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系,通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。,單工通信, 是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑?因此只占用一個(gè)信道。廣播、遙測(cè)、遙控、無線尋呼等。半雙工通信,是指通信雙方都能收發(fā)消息, 但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。
24、使用同一載頻的對(duì)講機(jī),收發(fā)報(bào)機(jī)以及問詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信。全雙工通信, 是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。普通電話、手機(jī)都是最常見的全雙工通信方式, 計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,41,單工、 半雙工和全雙工通信方式示意圖 (a) 單工; (b) 半雙工; (c) 全雙工,2024/3/17,CP 第一
25、章 緒論,42,按數(shù)字信號(hào)排列順序分,在數(shù)字通信中,按數(shù)字信號(hào)代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間,但需要傳輸信道多, 設(shè)備復(fù)雜, 成本高, 故較少采用, 一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng),特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸。通常,一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳
26、輸方式。此外,還可以按通信的網(wǎng)絡(luò)形式劃分。由于通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信,所以本課程的重點(diǎn)放在點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信上。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,43,并行和串行通信方式示意圖 (a) 并行傳輸; (b) 串行傳輸,返回主目錄,2024/3/17,CP 第一章 緒論,44,1.4 信息及其度量,信號(hào)是消息的載體,而信息是其內(nèi)涵。任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的,也就是說,信源輸出是用統(tǒng)計(jì)方
27、法來定性的。對(duì)接收者來說,只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。因此,信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量.根據(jù)概率論知識(shí),事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。消息出現(xiàn)的概率越小,消息中包含的信息量就越大。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,45,,假設(shè)P(x)是一個(gè)消息發(fā)生的概率,I是從該消息獲悉的信息。(1) 信息量是概率的函數(shù), 即 I = f[P(x)](2) P(x)越小, I越大; 反之, I越小,
28、 且P(x)→1時(shí), I→0; P(x)→0時(shí), I→∞3) 若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息, 所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量之和,也就是說,信息具有相加性, 即 I[P(x1)P(x2)…]=I[P(x1)]+I[P(x2)]+…,2024/3/17,CP 第一章 緒論,46,,信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)。a=2時(shí), 信息量的單位為比特(bit);a=e時(shí), 信息量的單位為奈特(nit); a=
29、10時(shí),信息量的單位為哈特萊(Hartley) 。目前廣泛使用的單位為比特。 哈特萊首先提出采用消息出現(xiàn)概率的對(duì)數(shù)測(cè)度作為離散消息的信息度量單位。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,47,1.4 信息及其度量 等概,例 1 – 1 設(shè)二進(jìn)制離散信源, 以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或1,則信源每個(gè)輸出的信息含量為P=1/4的信息量為2比特 傳送等概率的四進(jìn)制波形之一(P=1/4)的信息量為2比特,這時(shí)每
30、一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示;P=1/8的信息量為3比特P=1/M的信息量為log2 M(bit) 若M是2的整冪次,則,2024/3/17,CP 第一章 緒論,48,1.4 信息及其度量 非等概,設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集, 其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1, 2, 3, …, n)出現(xiàn)的概率為P(xi),xi所包含的信息量平均信息量為由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣, 故通常又稱它為信息源的熵,其單
31、位為bit/符號(hào)。,返回主目錄,2024/3/17,CP 第一章 緒論,49,顯然,當(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí),信源的熵有最大值。 例 一離散信源由0, 1, 2, 3四個(gè)符號(hào)組成,它們出現(xiàn)的概率分別為3/8, 1/4, 1/4, 1/8,且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010-312032100120210的信息量。
32、 解 此消息中,0出現(xiàn)23次,1出現(xiàn)14次,2出現(xiàn)13次,3出現(xiàn)7次,共有57個(gè)符號(hào),故該消息的信息量為,2024/3/17,CP 第一章 緒論,50,每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為,若用熵的概念來計(jì)算, 由式(1.3 - 5)得,2024/3/17,CP 第一章 緒論,51,可見,兩種算法的結(jié)果有一定誤差,但當(dāng)消息很長(zhǎng)時(shí), 用熵的概念來計(jì)算比較方便。 而且隨著消息序列長(zhǎng)度的增加, 兩種計(jì)算誤差將趨于零。
33、 以上我們介紹了離散消息所含信息量的度量方法。 對(duì)于連續(xù)消息,信息論中有一個(gè)重要結(jié)論,就是任何形式的待傳信息都可以用二進(jìn)制形式表示而不失主要內(nèi)容。抽樣定理告訴我們:一個(gè)頻帶受限的連續(xù)信號(hào),可以用每秒一定數(shù)目的抽樣值代替。而每個(gè)抽樣值可以用若干個(gè)二進(jìn)制脈沖序列來表示。因此,以上信息量的定義和計(jì)算同樣適用于連續(xù)信號(hào)。 ,2024/3/17,CP 第一章 緒論,52,1.5 主要性能指標(biāo),有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸
34、的信息內(nèi)容的多少,或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴};而可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度,也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。這兩個(gè)問題相互矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一,通常還可以進(jìn)行互換。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,53,模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo),有效性可用有效傳輸頻帶來度量,同樣的消息用不同的調(diào)制方式,則需要不同的頻帶寬度??煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。 如調(diào)頻信號(hào)抗干擾
35、能力比調(diào)幅好,但調(diào)頻信號(hào)所需傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,54,數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo),有效性可用傳輸速率來衡量??煽啃钥捎貌铄e(cuò)率來衡量。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,55,1. 傳輸速率,碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率,又稱符號(hào)速率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目,單位是波特(Baud),記為B。 例如,若1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元,則傳碼率為2400B。 數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制
36、之分,但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān),只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度T有關(guān):,2024/3/17,CP 第一章 緒論,56,,由于M進(jìn)制的一個(gè)碼元可以用 log2 M個(gè)二進(jìn)制碼元去表示,因而在保證信息速率不變的情況下,M進(jìn)制的碼元速率RBM與二進(jìn)制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系: 信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率,又稱比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù),單位是比特/秒,可記為bit
37、/s ,或 b/s ,或bps。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,57,,每個(gè)碼元或符號(hào)通常都含有一定bit數(shù)的信息量,因此碼元速率和信息速率有確定的關(guān)系,即式中,H為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量(熵)。 等概傳輸時(shí),熵有最大值 ,信息速率也達(dá)到最大,即二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等,有時(shí)簡(jiǎn)稱它們?yōu)閿?shù)碼率。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,58,頻帶利用率,2024/3/17,
38、CP 第一章 緒論,59,2. 差錯(cuò)率,衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯(cuò)率, 常用誤碼率和誤信率表示。 誤碼率(碼元差錯(cuò)率)Pe是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例,更確切地說,誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率,即誤信率(信息差錯(cuò)率)Pb是指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例, 即在二進(jìn)制中有 Pb=Pe,返回主目錄,2024/3/17,CP 第一章 緒論,60,1.6 通信發(fā)
39、展趨勢(shì),在過去三四十年間,對(duì)數(shù)據(jù)傳輸需求的增長(zhǎng)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展,促進(jìn)了數(shù)字通信的發(fā)展。目前數(shù)字通信在下列領(lǐng)域有了新的進(jìn)展。衛(wèi)星通信光纖通信移動(dòng)通信微波通信,2024/3/17,CP 第一章 緒論,61,1. 衛(wèi)星通信系統(tǒng),衛(wèi)星通信系統(tǒng)是將通信衛(wèi)星作為空中中繼站,它能夠?qū)⒌厍蛏夏骋坏孛嬲景l(fā)射來的無線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地面站, 從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地域之間的通信。根據(jù)通信衛(wèi)星與地面之間的位置關(guān)系,可以分為靜止通信衛(wèi)星(或
40、同步通信衛(wèi)星)和移動(dòng)通信衛(wèi)星。靜止通信衛(wèi)星是軌道在赤道平面上的衛(wèi)星,它離地面高度為35 780 km,采用三個(gè)相差120°的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域(兩極盲區(qū)除外)。預(yù)計(jì)到2010年前, 星間激光通信的傳輸速率將達(dá)到40Gb/s,地面終端設(shè)備將日益小型化,,2024/3/17,CP 第一章 緒論,62,2. 光纖通信系統(tǒng),光纖通信是以光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)作為傳輸媒質(zhì)、以光波為運(yùn)載工具(載波)的通信方式。光纖
41、通信具有容量大、 頻帶寬、傳輸損耗小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),且成本低,與同軸電纜相比可以大量節(jié)約有色金屬和能源。目前,單波長(zhǎng)光通信系統(tǒng)速率已達(dá)10 Gb/s,其潛力已不大,采用密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)來擴(kuò)容是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)超大容量光傳輸?shù)闹匾夹g(shù)。光傳送網(wǎng)是通信網(wǎng)未來的發(fā)展方向,它可以處理高速率的光信號(hào),擺脫電子瓶頸,實(shí)現(xiàn)靈活、動(dòng)態(tài)的光層聯(lián)網(wǎng),透明地支持各種格式的信號(hào)以及實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。 因此,世界上許多國(guó)家紛紛進(jìn)行研
42、究、試驗(yàn),驗(yàn)證由波分復(fù)用、光交叉連接設(shè)備及色散位移光纖組成的高容量通信網(wǎng)今后的可行性。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,63,3.?dāng)?shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng),數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是將通信范圍分為若干相距一定距離的小區(qū),移動(dòng)用戶可以從一個(gè)小區(qū)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)小區(qū),依靠終端對(duì)基站的跟蹤,使通信不中斷。移動(dòng)用戶還可以從一個(gè)城市漫游到另一個(gè)城市,甚至到另一個(gè)國(guó)家與原注冊(cè)地的用戶終端通話。數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由三部分組成:控制交換中心、若干
43、基地臺(tái)、諸多移動(dòng)終端。通過控制交換中心進(jìn)入公用有線電話網(wǎng),從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話與固定電話、 移動(dòng)電話與移動(dòng)電話之間的通信。,目前廣泛應(yīng)用的是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng), 采用窄帶時(shí)分多址(TDMA)和窄帶碼分多址(CDMA)數(shù)字接入技術(shù),已形成的國(guó)家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)有歐洲的GSM系統(tǒng)、美國(guó)的IS-95系統(tǒng)、日本的PDC系統(tǒng)。我國(guó)主要采用歐洲的GSM系統(tǒng)。,2024/3/17,CP 第一章 緒論,64,4. 第三代移動(dòng)通信系統(tǒng),為此,從20世紀(jì)90年代中
44、期開始,各國(guó)和世界組織又開展了對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究,它包括地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng),移動(dòng)終端既可以連接到地面的網(wǎng)絡(luò),也可以連接到衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)工作在2000MHz頻段,為此國(guó)際電信聯(lián)盟正式將其命名為IMT-2000。IMT-2000的目標(biāo)和要求是:統(tǒng)一頻段,統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn), 達(dá)到全球無縫隙覆蓋,提供多媒體業(yè)務(wù),傳輸速率最高應(yīng)達(dá)到2 Mb/s, 其中車載為144kb/s、步行為384kb/s、室內(nèi)為2 Mb/s;頻譜利用率高,
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