西安邮电大学通信系统概论复习

21世纪，计算机和通信技术在飞速发展，它们的结合具有划时代的意义。以计算机为代表的IT产业和以语音、数据通信为代表的CT产业，融合为了ICT（InformationandCommunicationTechnology）产业。通信：将内容转换成文字、声音、标识，通过某种装置变成电磁信号，通过光纤、铜线、无线等传送方式（信道），从地球的某个角落传送到另一角落。第一章基本概念1.1通信系统与通信网图1-1-1基本的点对点通信的一般模型点到点通信系统信源信宿发送设备接收设备信道噪声和干扰（发送端）（接收端）•信源：负责产生信息，信源可以是人或机器；•发送设备：把信源发出的信息变换成适合信道中传输的信号。•信道：信号传输媒介的总称，分有线信道、无线信道。•接收设备：将经过信道传输的信号（混杂噪声和干扰）还原为接收者可以接收的信息；•信宿：信息的最终接收者。噪声源：是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处噪声的集中表示，分加性噪声、乘性噪声。通信的传输方式按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。单工通信是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式。单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等。这里，信号（消息）只从广播发射台、遥控器和无线寻呼中心分别传到收音机、遥控对象和BP机上。发端信道收端单工方式传输是只能单方向传输的通信方式通信的传输方式半双工通信方式，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。半双工方式是通信双方可以收发消息，但不能同时收和发的工作方式终端A终端B信道发收发收终端A终端B信道发收发收通信的传输方式所谓全双工通信，是指通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式。在这种方式下，双方都可同时进行收发消息。很明显，全双工通信的信道必须是双向信道。生活中全双工通信的例子非常多，如普通电话、手机等。终端A终端B发收发收信道1信道2全双工是通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式通信的传输方式模拟信号与数字信号•信号：信号是信息的表达形式，在现代通信系统中，信号大部分是电信号或光信号.•模拟信号:承载信息的参量在时间上连续，在取值上也连续。•数字信号:承载信息的参量在时间上离散，且取值为有限多个。按照传输方式介质分为有线介质（双绞线、同轴电缆、光纤）和无线介质（无线电、微波、红外线）传输介质纤芯包层保护套西安邮电学院通信工程系通信网的定义和构成定义：通信网是由一定数量的节点和连接这些节点的传输系统有机地结合在一起，按约定信令和协议完成任意用户间信息交换的通信体系。构成要素软件设施：信令、协议、控制、管理、计费硬件设施：终端节点交换节点业务节点传输系统西安邮电学院通信工程系通信网的功能结构电话网Internet移动网ATM网FR网业务网信令网管理网同步网SDH/SONET光传送网传送网支撑网图1.4现代通信网的功能结构从功能的角度看，一个完整的现代通信网可分为相互依存的三部分：业务网、传送网、支撑网西安邮电学院通信工程系负责向用户提供各种通信业务，采用不同交换技术的交换节点、业务节点等设备通过传送网互连在一起就形成了不同类型的业务网。如基本话音、数据、多媒体、租用线、VPN等。业务网西安邮电学院通信工程系负责按需为交换节点/业务节点之间的互连分配电路，在这些节点之间提供信息的透明传输通道。构成传送网的主要技术要素有：传输介质、复用体制、传送网节点技术等。主要的传送网有PDH、SDH/SONET和光传送网(OTN)传送网西安邮电学院通信工程系负责提供业务网正常运行所必须的信令、同步、网络管理、业务管理、运行管理等功能。包括:信令网实现节点间的信令的的传输和转接同步网实现设备间的信号时钟同步管理网提高全网服务质量、充分利用全网资源支撑网不难看出，I与之间遵从如下关系：如果取对数的底为2，则信息量的单位为比特(bit)。二进制等概率数字信号中，每个码元所含信息量为()Px1loglog()()aaIPxPx22121=loglog21bitI用二进制代码，即一个“0”或“1，传送两个等概率消息中的任何一个，最少需要1个二进制代码，每一个二进制代码所包含的信息量定义为1比特。1.2信息和信息量码元：携带信息的数字单元称作码元。它是指在数字信道中传送数字信号的一个波形符号，它可能是二进制的，也可能是多进制的。比特：是信息的度量单位。一位二进制数所携带的信息量即为一比特（bit,缩写为b）。例如，10010110，八位二进制数字，所携带的信息量为8比特。1.2信息和信息量1.2.2二进制与多进制例求下图1-2-1所示分别为二进制和四进制码元序列的信息量1.2信息和信息量图1-2-1二进制和四进制码元序列对于图1-2-1（a）所示的二进制码元序列，只有两个计数符号，0和1出现的概率相等：P(0)=P(1)=1/2，则任何一个0或1码元的信息量为：I=log21/P(0)=log21/P(1）=log22=1(bit)1.2信息和信息量对于图1-2-1(b)所示的四进制码元序列，其有四个计数符号0、1、2、3，且出现概率均为1/4，P(0)=P(1)=P(2)=P(3)=1/4，则四进制一个码元的信息量为：1.2信息和信息量I=log21/P=log24=2(bit)1.2.3信道容量模拟信道的信道容量可以根据香农公式计算。香农(Shannon)公式指出：在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，信道的极限信息传输速率(信道容量)C为S/N为平均信号/噪声功率比，噪声为正态分布的加性白噪声；B为信道带宽；C为信道容量。2log1/SCBbitsN1.2信息和信息量通信系统的主要性能指标包括有效性、可靠性、适应性、经济性、保密性、标准性、维护性等，其中最主要的性能指标是有效性与可靠性。有效性指标用于衡量系统的传输效率。可靠性指标用于衡量系统的传输质量。有效性与可靠性的关系：一对矛盾。有效性越高，可靠性越差；可靠性越高，有效性越差。数字系统的主要的性能指标有：传输速率、频带利用率、差错率等。1.3通信系统的主要性能指标1．传输速率----数字系统的有效性指标传输速率是指在单位时间内通过信道的平均信息量，一般有：码元传输速率信息传输速率1.3通信系统的主要性能指标（1）码元传输速率码元传输速率指数字通信系统单位时间（每秒）内传输的码元（符号）个数。其单位为波特(Baud)，常用符号“B”表示。码元传输速率仅仅表征单位时间内传输的码元数目，而没有限定码元是何种进制，即码元可以是多进制的，也可以是二进制的。码元传输速率为是码元宽度，单位为波特。bTBR1BbRTBR1.3通信系统的主要性能指标【例1】系统2s内共传送4800个码元，则系统码元传输速率为多少?码元传输速率是二进制传码率；是N进制传码率。148002400B2sBbRT个码元2BRBNR1.3通信系统的主要性能指标（2）信息传输速率信息传输速率简称传信率，又称信息速率或比特率。它表示单位时间（每秒）内传送信息的数量，单位为bit/s，可记为“b/s”或“bps。其中，N为符号的进制数。传输二进制信息时，信息传输速率和码元传输速率是一致的，记为N2logbBRRNbR22bBRR【例2】某信源1s内传递1200个符号，且每个符号的信息量为1bit，则该信源的传信率？21200bit/sbBRR1.3通信系统的主要性能指标【例3】已知二进制系统在2min内共传递了7200个码元，求：①码元速率和信息速率各为多少？②如果码元宽度不变(即码元速率不变)，但改为八进制数字信号，则码元速率为多少？信息速率为多少？解：①②若改为八进制系统，则此例说明：系统不变，对不同进制信号传输的信息量不一样。2BRb2R21720060B260BbRT2260bit/sbBRR8BRb8R8720060B260BR888603180bBRR2logbit/sBR1.3通信系统的主要性能指标2.频带利用率在比较不同通信系统的效率时，单看它们的传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的频带宽度。通信系统占用的频带越宽，传输信息的能力越大。所以，真正用来衡量数字通信系统传输效率（有效性）的指标应当是单位频带内的传输速率，即：/BRBHzB或其中，是码元传输速率，是信息传输速率。bit/s/bRHzBBRbR1.3通信系统的主要性能指标3.误码率与误比特率数字传输系统的可靠性指标是平均误码率，它是衡量数字通信系统在正常工作情况下可靠性的主要指标。误码率定义为：接收端收到的码元中发生错误的码元个数(ne)与发送端已发送的总码元个数(n)之比。误码率一般记为Pe，即eenPn错误接收的码元数传输的总码元数1.3通信系统的主要性能指标【例4】已知八进制数字通信系统的信息速率为12kbit/s，在接收端30min内共测得出现216个错误码元，试求系统的误码率。解：eP812kbit/sbR882120004000log83bBRRB521631040003060ePeenPn错误接收的码元数传输的总码元数根据公式1.3通信系统的主要性能指标误比特率：用Pb表示，即：bP错误接收的比特数传输的总比特数1.3通信系统的主要性能指标例5：误比特率的计算设一个四进制系统传输了1000个码元，其中一个码元传输错误，由“01”错为“00”，计算误码率及误比特率。29数字通信系统模型如图2-1图2-1数字通信系统模型2.1数字通信系统概述2.1数字通信系统概述信源：完成非电信号/电信号的变换，这里产生的电信号是模拟信号。信源编码器：一是将信源发出的模拟信号变换为数字信号，称为数字信源码（模数变换）；二是实现压缩编码，使数字信源码占用的信道带宽尽量小。信道编码器：主要完成两个功能：一是码型变换，把数字信源码变换为数字信道码；二是差错控制。调制器：其作用是频谱搬移，将信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输的已调信号。信道：信号的传输媒质。一般可分为：有线信道和无线信道恒参信道和随参信道2.1数字通信系统概述解调器、信道译码器和信源译码器：基本功能是完成发端的反变换，它们的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始信息。2.1数字通信系统概述2.2模拟信号数字化图2-2模拟信号的数字传输系统模型模拟信息源信宿数字通信系统m(t)模拟随机信号{sk}数字随机序列{}A/DD/Aks()kmtA/D：D/A：抽样量化编码m(t){sk}译码低通滤波mk(t){sk}2.2模拟信号数字化图2-3A/D和D/A变换2.2.1A/D实现A/D变换的方法很多，这里主要介绍应用最普遍的脉冲编码调制（PCM）。抽样-----时间域数字化量化-----幅度域数字化编码-----将量化后的信号电平转换成二进制码组2.2模拟信号数字化1语音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间轴上也是连续的，要使语音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对语音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。2.2模拟信号数字化1抽样实现：每隔一定的时间间隔Ts，抽取语音信号的一个瞬时幅度值（抽样值）来代替原来的连续信号进行传输。抽样后所得的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。2.2模拟信号数字化图2-4抽样后的波形时间离散化；Ts如何选取，保证信号的不失真？抽样定理：对于低通型（0,fm）信号，只要抽样频率fs（fs=1/Ts）满足2smff则可以从样值序列不失真地恢复出原来的模拟信号。其中fm为信号的最高频率。2.2模拟信号数字化2样值序列在时间上是离散的，但它的幅度取值在信号幅度的变化范围内（通常称动态范围）可以取任意值。因此，幅度的取值仍是连续的（有无限多个取值）。所谓量化：就是将幅度取值为无穷多个