现代通信系统原理

2019/8/171现代通信系统原理陈树新普通高等教育“十五”国家级规划教材高等教育出版社（高职高专教育）车载台第1章绪论1.1通信的定义1.2通信系统的组成1.3通信系统分类及通信方式1.4通信系统的主要性能指标第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1731.1通信的定义通信的定义：是指由一地向另一地进行消息的有效传递。通信的目的：就是传递消息。本书对通信的定义：利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1741.2通信系统的组成信源发送设备信道接收设备信宿噪声源发送端接收端图1-1通信系统的一般模型信源（信息源，也称发终端）：把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。1.2.1通信系统的一般模型第1章绪论现代通信系统原理2019/8/175发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。信宿：将复原的原始电信号转换成相应的消息。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1761.2.2模拟通信系统模拟通信系统中两种重要变换：（1）连续消息到电信号相互变换；（2）基带信号到调制信号的变换；信源调制器信道解调器信宿噪声源发送端接收端图1-2模拟通信系统模型图1-2模拟通信系统的模型第1章绪论现代通信系统原理2019/8/177已调信号有三个基本特性：（1）携带有消息；（2）适合在信道中传输（3）频谱具有带通形式，且中心频率远离零频。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1781.2.3数字通信系统信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统，它包括以下三种：1.数字频带传输通信系统基本特征：消息或信号具有“离散”或“数字”的特性，同时强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/179数字通信的优势和存在的问题：（1）可实现差错控制编码即信道编码；（2）容易实现保密通信；（3）数字通信中必须有“同步”。信源调制器信道噪声源图1-3数字频带通信系统的模型加密器编码器解调器译码器解密器信宿同步图1-3数字频带传输通信系统的模型第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17102.数字基带传输通信系统基带信号形成器：可能包括编码器、加密器以及波形变换等；接收滤波器：可能包括译码器、解密器等。信源基带信号形成器信道噪声源图1-4数字基带传输系统模型接收滤波器抽样判决信宿cp图1-4数字基带传输系统模型第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17113.模拟信号数字化传输通信系统发端将模拟信号数字化，即进行A/D转换；接收端需进行相反的转换，即D/A转换。图1-5模拟信号数字化传输系统模型模拟信息源由抽样、量化、编码组成的模数转换器数字通信系统数模转换器受信者图1-5模拟信号数字化传输系统模型第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17121.2.4数字通信的主要特点1.数字通信的主要优点（1）抗干扰能力强；（2）差错可控；（3）易加密；（4）易于与现代技术相结合。2.亟待解决的问题（1）提高频带利用；（2）简化系统设备结构。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17131.3通信系统分类及通信方式1.3.1通信的分类1.按传输媒质分：有线通信和无线通信；2.按信道中所传信号的特征分：模拟通信系统与数字通信系统；3.按工作频段分：长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。具体情况见表1-1；第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17144.按调制方式分：基带传输和频带传输；5.按业务的不同分：6.按收信者是否运动分：移动通信和固定通信。另外，通信还有其它一些分类方法，如按多地址方式可分为频分多址通信、时分多址通信、码分多址通信等；按用户类型可分为公用通信和专用通信等。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17151.3.2通信方式1.按消息传送的方向与时间分通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。发端收端信道终端A终端B信道发收收发终端A终端B信道信道发收收发(a)单工(b)半双工(c)全双工第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17162.按数字信号排序分可将通信方式分为串序传输和并序传输。发送设备图1-7串序和并序传输方式接收设备发送设备接收设备(a)串序传输(b)并序传输第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17173.按通信网络形式分通信的网络形式通常可分为三种：两点间直通方式、分支方式和交换方式，终端A转接站终端A终端A终端B终端N终端C终端B...终端B终端C终端N交换设备(a)(b)(c)图1-8按网络形式划分的通信方式（a）两点间直通方式；（b）分支方式；（c）交换方式第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17181.4通信系统的主要性能指标1.4.1一般通信系统的性能指标一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面:有效性、可靠性、适应性、经济性、保密性标准性、维修性、工艺性等。而本书只研究通信系统的有效性和可靠性。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1719对于模拟通信来说，系统的有效性和可靠性具体可用系统频带利用率和输出信噪比（或均方误差）来衡量。对于数字通信系统而言，系统的可靠性和有效性具体可用误码率和传输速率来衡量。第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17201.4.2信息及其度量信息定义：消息中包含的有意义的内容。信息量与消息出现的概率有关，具体可以描述为如下规律：（1）消息中所含信息量是消息出现概率的函数；（2）消息出现的概率愈小，它所含信息量愈大；反之信息量愈小；第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1721（3）若干个互相独立事件构成的消息所含信息量等于各独立事件信息量的和。信息量I和消息出现概率P(x)的关系为：信息量的单位取决于对数底数a的取值：a=2单位为比特（bit，简写为b）；a=e单位为奈特（nat，简写为n）；a=10单位为哈特莱。)()(1xPxPIaaloglog第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1722例1.1设二进制离散信源，数字0或1以相等的概率出现，试计算每个符号的信息量。解:二进制等概率时有即二进制等概时，每个符号的信息量相等，为1bit。5021)0()1(.PPbitII150)0()1(2.log第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1723当各个符号出现的概率不相等时，计算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。平均信息量定义：每个符号所含信息的平均值。用符号表示。多进制时，设各符号出现的概率为：且I)(,),(),(,21,2,1nnxPxPxPxxxniixP11)(第1章绪论现代通信系统原理2019/8/1724则平均信息量（信息源的熵）为：1.4.3有效性指标的具体表述1.码元传输速率定义：单位时间内传输码元的数目；单位：波特（Baud），用符号“B”表示；符号：Tb为码元宽度。符号bitxPxPxPxPxPxPxPxPIniiinn122222121)()()()()()()()(loglogloglogbBTR1第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17252.信息传输速率定义：单位时间内传输的信息量；单位：比特/秒(bit/s)，简记为b/s或bps；符号：,它与N有关。3.与之间的互换它们之间在数值上有如下关系：bRbRBRNRRBNbN2log22222BBbRRRlog第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17264.多进制与二进制传输速率之间的关系码元速率不变，二进制信息速率与多进制信息速率之间的关系：系统信息速率不变，多进制码元速率与二进制码元速率之间的关系：22222bBBNbNRNNRNRRlogloglogBNbNbBRNRRR222logNRRBBN22log第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17271.4.4可靠性指标的具体表述数字通信系统可靠性的指标是利用差错率来衡量。差错率通常有两种表示方法。1.码元差错率（误码率）发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，也就是说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率。系统传输的总码元数接收的错误码元数eP第1章绪论现代通信系统原理2019/8/17282.信息差错率（误信率）发生差错的信息量在信息传输总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。系统传输的总比特数数系统传输中出错的比特ebP