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1第一章绪论2第一章绪论1.1引言1.2通信系统模型1.3通信系统的分类及通信方式1.4信息及其度量1.5通信系统的性能指标2020/4/193１.1引言1、通信概念：信息的传递过程称为通信.2、通信网概念：为了完成多用户中任意两个用户之间信源与信宿之间的通信过程,一般需要建立一个网络，这个多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网。4１.1引言（续）3、通信网的构成1）终端设备：电话、电报、监视器（摄像头）等2）传输设备：电缆、光缆、微波、卫星等3）交换设备：程控交换、ATM交换、光交换等4）协议和准则2020/4/1951.2通信系统模型1．2．1通信系统模型基于点与点之间的通信系统的模型可用图1.2-1来描述。信息源发送设备信息接收设备受信者噪声源发送端接收端图1.2-1通信系统的一般模型61.2.1通信系统模型-信源信源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号(基带信号)。发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号(如已调信号）。信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆、波导或光纤。2020/4/1971.2.1通信系统模型-发送设备噪声源接收设备信宿图1.2-1概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性，因此称之为通信系统的一般模型。81.2.2模拟通信模型和数字通信模型信源发出的消息可分为连续消息和离散消息两大类：连续消息离散消息消息的传递是通过它的物质载体——电信号来实现的，即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。2020/4/1991.2.2模拟通信模型和字通信模型按信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号和数字信号：模拟信号图1.2-2(a)所示的信号。数字信号图1.2-3(a)所示的信号。101.2.2模拟通信模型和数字通信模型Of(t)t(a)f(nT)tPAM信号(b)O图1.2–2模拟信号波形(a)连续信号；(b)抽样信号2020/4/19111.2.2模拟通信模型和数字通信模型100110111001Of(nT)t00111001数字信息PSK波形(a)(b)图1.2-3(a)二进制波形；(b)2PSK波形2020/4/19121.2.2模拟通信模型和数字通信模型按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。1.模拟通信系统模型模拟通信系统模型可由图1.2-1略加演变而成，如图1.2-4所示。图中的调制器和解调器就代表图1.2-1中的发送设备和接收设备。2020/4/19131.模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源图1.2-4模拟通信系统模型2020/4/19141.模拟通信系统模型模拟通信的主要特点1）抗干扰能力差2）不易于保密通信3）设备不易于大规模集成4）不适应飞速发展的计算机通信的要求5）简单、易于实现。2020/4/19152．数字通信系统模型信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1.2-5所示。图1.2–5数字通信系统模型2020/4/19162．数字通信系统模型数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。1)信源编码与译码2）信道编码与译码3）加密与解密4）数字调制与解调5）同步与数字复接2020/4/19173.数字通信的主要特点其优点：（1）（2）差错可控，；（3）易于与各种数字终端接口；（4）易于集成化；（5）易于加密处理。不足：（1）占用带宽大；（2）需要同步。2020/4/19181.3通信系统分类与通信方式按通信业务分:话务通信和非话务通信。按调制方式分类:基带传输和频带（调制）传输。按信号特征分类:模拟信号还是数字信号按传输媒质分类:有线通信系统和无线通信系统按工作波段分类按信号复用方式分类:频分复用、时分复用和码分复用。2020/4/1919表1-1常见的调制方式调制方式用途连续波调制线性调制常规双边带调制广播抑制载波双边带调幅立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边带调幅VSB电视广播、数传、传真非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式数字调制幅度键控ASK数据传输相位键控数据传输2020/4/1920调制方式用途脉冲数字调制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式脉位调制PPM遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM市话、卫星、空间通信增量调制DM军用、民用电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC中低速数字电话续表（2）2020/4/1921表1–2频率范围波长符号传输媒质用途3Hz~30kHz104~108m甚低频VLF有线线对长波无线电音频、电话、数据终端长距离导航、时标30~300kHz103~104m低频LF有线线对长波无线电导航、信标、电力线通信300kHz~3MHz102~103m中频MF同轴电缆短波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3~30MHz10~102m高频HF同轴电缆短波无线电移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电30~300MHz1~10m甚高频VHF同轴电缆米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航2020/4/1922续表（2）频率范围波长符号传输媒质用途300MHz~3GHz10~100cmUHF无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达3~30GHz1~10cmSHF无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达30~300GHz1~10mmEHF无线电雷达、微波接力、射电天文学107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可见光间传播光通信2020/4/19231.3.2通信方式通信过程中涉及通信方式与信道共享问题。下面只对通信方式作一简单介绍。1．对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。2．按数字信号排列顺序分在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。2020/4/19241.4信息及其度量信号是消息的载体，而信息是其内涵。任何信源产生的输出都是随机的。信息含量就是对消息中这种不确定性的度量.事件的不确定性可用事件出现的概率来描述。消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。2020/4/1925假设P(x)是一个消息发生的概率，I是从该消息获悉的信息。（1）信息量是概率的函数，即I=f［P(x)］（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小，且P(x)→1时，I→0；P(x)→0时，I→∞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之和，也就是说，信息具有相加性，即I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…1loglog()()aaIpxpx==-2020/4/1926信息量的单位与对数底数a有关。a=2时，信息量的单位为比特(bit)；a=e时，信息量的单位为奈特(nit)；a=10时，信息量的单位为哈特莱。目前广泛使用的单位为比特。2020/4/19271.4信息及其度量例1–1设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为P=1/4的信息量为2比特P=1/8的信息量为3比特P=1/M的信息量为log2M(bit)若M是2的整幂次，则22211(0)(1)logloglog211()2IIpx=====2KM=221loglog2()1KIKbitM===2020/4/19281.4信息及其度量非等概设离散信源是一个由n个符号组成的符号集，其中每个符号xi(i=1,2,3,…,n)出现的概率为P(xi)，P(xi)=1,则x1,x2,…,xn所包含的信息量分别为-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)。于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为H(x)=P(x1)［-log2P(x1)］+P(x2)［-log2P(x2)］+…+P(xn)［-log2P(xn)］=符号）/)((log)(21bitxpxpinii由于H同热力学中的熵形式一样，故通常又称它为信息源的熵，其单位为bit/符号。2020/4/19291.5主要性能指标有效性和可靠性。有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题；而可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常还可以进行互换。2020/4/1930模拟通信系统主要性能指标有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。2020/4/1931数字通信系统主要性能指标有效性可用传输速率来衡量。可靠性可用差错率来衡量。2020/4/19321.传输速率码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关:1()BRBT=2020/4/1933在保证信息速率不变的情况下，M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之间有以下转换关系：信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数。单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps。22logBBMRRM()B2020/4/1934码元速率和信息速率有确定的关系，即式中，H为信源中每个符号所含的平均信息量（熵）。等概传输时，熵有最大值，信息速率也达到最大，即二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为数码率。2log()bBRRMbs2logM.()bBRRHbs2020/4/1935频带利用率(/)BRBHzBh=[]/()bRbsHzBh=?2020/4/19362.差错率衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误码率和误信率表示。误码率（码元差错率）Pe误信率（信息差错率）Pb在二进制中有Pb=Peep=错误码元数传输总码元数bp=错误比特数数传输总比特数