通信原理 课件

2009Copyright中国矿业大学通信研究所1《通信原理》任课教师：宋金玲E-MAIL：[e-mail]办公地点：教4楼509(文昌)信电楼B511（南湖）电话：136851920162009Copyright中国矿业大学通信研究所2曹志刚、钱亚生，《现代通信原理》，北京：清华大学出版社。南利平编著，《通信原理简明教程》，清华大学出版社。主要参考书教材樊昌信《通信原理》，北京：国防工业出版社第六版西蒙.赫金著，《通信系统》（第四版），电子工业出版社。BernardSklar著，《数字通信》（基础与应用第四版），电子工业出版社。（中文版，东南大学徐平平等译）2009Copyright中国矿业大学通信研究所3教材和参考书：西蒙.赫金著《通信系统》BernardSklar著《数字通信》基础与应用曹志刚、钱亚生，《现代通信原理》2009Copyright中国矿业大学通信研究所4通信系统的组成通信方式信息及其度量通信系统的性能指标本章主要内容：2009Copyright中国矿业大学通信研究所5一、通信系统的组成1、通信系统的分类模拟通信系统:信道中传输的是模拟信号称为模拟通信。数字通信系统:信道中传输的是数字信号称为数字通信。2009Copyright中国矿业大学通信研究所62、模拟通信系统分类：点－点单路通信系统点－点多路通信系统(FDM)通信网2009Copyright中国矿业大学通信研究所7A点信息快速可靠地传输到B点（1）点—点单路通信系统2009Copyright中国矿业大学通信研究所8模拟信源调制器发滤波器信道收滤波器解调器信宿)(tn噪声发送端A接收端Bi)NS(o)NS(•收滤波器：滤除信号频带以外的噪声。•发滤波器：滤除调制器输出的无用信号。•调制器：使信号的发射频率能够改变；语音信号的频率范围为300-3400Hz，一般要求天线长度为(1/2-1/4)波长，因此必须进行调制；使信号与信道相匹配，便于频分复用。2009Copyright中国矿业大学通信研究所9*此系统为单向通信系统即单工通信系统,当AB都有调制解调器时可实现双工通信。说明：*模拟通信也可进行加密；*无调制解调器的模拟通信系统较简单,不予讨论；2009Copyright中国矿业大学通信研究所10（2）点---点多路通信系统（FDM）A点的多路信息快速可靠地传输到B点。2009Copyright中国矿业大学通信研究所11信源1调制器1带通1f(c1)f(cn)相加器信道带通n解调器n收信者n带通1解调器1收信者1f(c1)A点B点复接分接f(cn)信源n调制器n带通n2009Copyright中国矿业大学通信研究所12（3）通信网m个站点,每个站点n个用户传输、复用、交换、网络为现代通信的四大技术（本科只介绍传输、复用技术）。s1sis2sm交换将网内各站点的用户信息快速可靠的传输到网内其它各用户，每个站点A，B的各种设备。2009Copyright中国矿业大学通信研究所132．数字通信分类：点－点单路通信系统点－点多路通信系统(TDM)通信网2009Copyright中国矿业大学通信研究所14信源信源编码加密信道编码调制发滤波器信道发同步器n(t)收滤波器解调信道译码解密信源解码信宿PePe'收同步器（1）点---点单路通信系统2009Copyright中国矿业大学通信研究所15说明：信源:可以是模拟信源(连续信源)，也可以是数字信源(离散信源)。信源编码作用:对模拟信号进行A/D转换；删除原始记录中的冗余量，即对数据进行压缩。信道编码:纠错编码，通过增加数码的方式来提高数字信号的抗干扰能力，尽可能控制差错，实现可靠通信。调制器:作用同模拟信号。发、收滤波器:使系统无码间干扰，误码率最小。同步器:使收发信机步调一致地工作以正确传输信息。信源信源编码信道编码调制传输信道信源解码解调信道解码信宿噪声2009Copyright中国矿业大学通信研究所16（2）点---点多路通信（TDM）设信源为模拟的。m1(t)A/D1复接广义信道D1(t)mn(t)A/DnDn(t)分接D1(t)D/A1m1(t)Dn(t)D/Anmn(t)发同步器收同步器2009Copyright中国矿业大学通信研究所17FD11D21Dn1FD12D22Dn2一帧D(t)说明：对信号进行时域分割TDM，也可用FDM。若无帧同步码，则无法对各路信号进行正确分接。2009Copyright中国矿业大学通信研究所18（3）通信网：同模拟通信系统2009Copyright中国矿业大学通信研究所19二、通信方式单工通信：消息只能单方向传输；半双工通信：通信双方都能收发，但不能同时进行；全双工通信：通信双方同时能进行收发信息的工作方式。2009Copyright中国矿业大学通信研究所20三、信息及其度量1、消息和信息＃消息以具体信号形式表现出来，信息则是抽象的、本质的东西。＃消息中不确定的内容才构成信息，即信息是对这种不确定性的定量描述。＃消息出现的可能性（概率）越小，则消息中包含的信息量就越大。2009Copyright中国矿业大学通信研究所212、离散消息的信息量设某离散消息所携带的信息量为，出现的概率为，则：xIx)(xP)x(P1logIa取值的情况：a＃＝2时，信息量的单位为比特（bit）目前多用bit。＝时，信息量的单位为奈特（nit）;＝10时，信息量的单位为哈特莱（Hattle）。aaea2009Copyright中国矿业大学通信研究所22＃信息具有相加性，即若干个独立消息之和的信息量是每个消息所含信息量的线性叠加。已知二进制离散信源（0，1），每一波形等概独立发送，求传送二进制波形之一的信息量。解：0，1波形出现的概率，则发送0或1的信息量相同，即为：21)1()0(PPbitII11log21210例题：2009Copyright中国矿业大学通信研究所23若把上例中的信源改成四进制即（0、1、2、3），其他条件不变，则可以计算出：bitIIII21log4123210因此可以得出结论：2009Copyright中国矿业大学通信研究所24＃四进制每一波形所含的信息量，恰好是二进制每一波形所含信息量的2倍。结论：＃可以推广：进制每一波形所含的信息量，是二进制每一波形所含信息量的倍。)2M(MkK2009Copyright中国矿业大学通信研究所253、离散信源的平均信息量定义：平均信息量是指信源中每个符号所含信息量的统计平均值，又叫信息源的熵（沿用热力学中的熵），用符号H来表示，单位为bit/符号。)x(P1log)x(P)x(P1log)x(P)x(P1log)x(P)x(Hn2n222121其中，为信息源中的符号。n21x,,x,x2009Copyright中国矿业大学通信研究所26＃信息源的最大熵发生在信源中每个符号独立、等概出现时，此时：)/(log1log1221max符号bitnnnHnii例题：第11页例[1-2]2009Copyright中国矿业大学通信研究所27一信息源由4个符号0，1，2，3组成，它们出现的概率分别为，且每个符号的出现都是独立的。试求某个消息：201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量和平均信息量（信息源的熵）。81414183,,,2009Copyright中国矿业大学通信研究所28一个0符号的信息量bit.log)(I43110832共有23个0，信息量bit)(II330230同理：bitlogI281144121bitlogI261134122bitlogI21178123bitIIIII1083210总平均信息量符号/bit.loglogloglog)x(H906181814141414183832222当消息很长时符号符号数/bit.II891571082009Copyright中国矿业大学通信研究所29＃当消息很长时，用熵的概念来计算信息量比较方便，方法为：一条由n个符号构成的信息，其总信息量nHI2009Copyright中国矿业大学通信研究所30四、通信系统的性能指标量可靠性：传送信息的质度有效性：传送信息的速性能1、有效性给定信道内能传送的信息内容的多少，称为有效性。用有效传输频带（即频带利用率）和传输速度来度量。2009Copyright中国矿业大学通信研究所311）传输速率）信息传输速率（）码元传输速率（bBRRa.码元传输速率（传码率）单位时间（每秒）内传输码元的数目，又称为传码率，单位为Baud或B（波特），传码率与码元进制无关。BR2009Copyright中国矿业大学通信研究所32例：二进制调频波一个“1”或“0”符号的持续间为,s10833T6则调制速率即传码率Baud1200108331T1R6B2009Copyright中国矿业大学通信研究所33b.信息传输速率bR单位时间内（每秒）内传递的信息量（比特数），又称为传信率或信息速率。单位为比特/秒，bit/s或b/s或bps。2009Copyright中国矿业大学通信研究所34说明：＃在等概情况下，设M为符号（码元）的进制数，则)bps(MlogRR2Bb＃一般情况下，设信源的码元速率为，熵为H，则信源的平均信息速率为：BR)bps(HRRBb2009Copyright中国矿业大学通信研究所352）频带利用率定义：单位频带内的传输速率。设通信系统的频带为B，则：Hz/BaudBRB2009Copyright中国矿业大学通信研究所36二、可靠性定义：通信系统接收信息的准确程度。1.对于模拟通信系统用信噪比来衡量：噪声功率信号功率信噪比＝2009Copyright中国矿业大学通信研究所372.对于数字通信系统用差错率来衡量：bePP误信率（多用）误码率差错率传输总码元数错误码元数ep传输总比特数错误比特数bP＃对于二进制码元，。bePP