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1、第一章 绪 论,主要内容：通信系统的基本概念及模型。通信网的基本概念。通信系统的技术指标。,重点：通信系统模型。通信系统的任务。信号在传输过程中的无失真分析思路。,1.1 引言,1.2 通信系统的组成,1.3 通信系统的分类及通信方式,1.4 信息及其度量,1.5 主要性能指标,信道,交 换 机,电话网结构示意图: 为用户,构成网的基本要素： 终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）,交 换 机,终端,终端,噪声,局间传输,局内传输,局内传输,1.1 引 言,2、通信系统：以电信号作为信息转换和传输系统。 它只能为两个用户之间提供单方向的信息传递。 （点对点的单向传输）,3、电信网：多用户通信系
2、统互联的通信体系。 （多点中的任意两点间的双向传输）,4、通信网：包括电信网， CATV网，计算机网，移动通信网，广播电视网等。,5、网的结构：环型，星型，总线型，复合型，网型,1.1.1 基本概念,1、通信: 完成信息的转换和传输。,6、网的组成: 以电话网为例 框图,问 题,1、什么形式的电信号适合系统传输？ 2、何种性能的系统能完成信号的传输？,通信系统总模型：,各处的噪声之和,信号源,发送设备,信 道,接收设备,受信者,噪声源,发送端,接收端,模拟系统框图：,信号源,调制器,解调器,受信者,信 道,基 带 信 号,频 带 信 号,频带信号,基带信号,数字系统框图：,编 码 器,噪 声
3、源,加 密 器,信 息 源,调 制 器,信 道,受 信 者,解 密 器,译 码 器,解 调 器,注：缺省同步系统。,1.2 通信系统的组成,1.2.1 通信系统模型（总模型）,描述点对点的通信 框图,1.2.2 模拟通信与数字通信系统模型,1、模拟系统 框图,2、数字系统 框图,传输的信号是“离散”的 强调已调参量和基带信号之间的一一对应性。,数字通信的特点 1）数字信号传输中所受的干扰可通过差错控制编码控制并消除。 增加编码器、解码器 2）需要保密时可对基带信号人为“扰乱” 加密、解密 3）传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。 收发须同步控制：包括码元同步、帧同步、群同步等。,常
4、用的方式分两大类：数字基带传输系统和数字调制系统,数字通信的优点： 1)数字传输的抗干扰能力强,尤其在中继时,数字信号可以再生而消除噪声的积累 2)传输差错可以控制,从而改善了传输质量 3)便于使用数字信号处理技术来对数字信息进行处理 4)数字信息易于作高保密性的加密处理 5)数字信息可以综合传递各种消息,使通信系统功能增强,其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的。在系统频带紧张的场合这将成为其缺点。,数字通信系统的具体模型也根据其设计方法有所不同,1.3 通信系统的分类及通信方式,1、按消息的物理特征分类（业务） 如电报、电话、数据、图像通信系统,2、按调制方式分类 针对频带传输信号而言
5、,信号数字：PCM 、 M 等 脉冲数字调制,AM、DSB、SSB、VSB,FM、PM,模拟调制,信号数字：ASK、FSK、PSK、DPSK 数字调制,信号模拟,信号模拟：PAM、PDM、PPM 脉冲模拟调制,正弦波调制,脉冲调制,两类,1.3.1 通信系统分类,3、按信号特征分类 最常用分为模拟与数字通信系统两大类,4、按传输媒介分类 最常用分为有线（包括光纤）与无线,5、按信号复用方式分类,频分复用：使不同的信号占据不同的频率范围,时分复用：不同的信号占据不同的时间区间,码分复用：用一组包含正交码字的码组携带多路信息,1.3.2 通信方式,半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时收发
6、。例如无线对讲机,单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控,全双工：通信双方（两点）能同时收发信号。例如电话,单工、半双工、全双工,串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输,它占用一条通路。适合远距离。,并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，适合近距离,数字通信,1.4 信息及其度量,1.4.1 信息的描述,传输信息的多少用信息量衡量信息：消息中有意义的内容，消息理解为信源,对由若干个相互独立事件构成消息，有： I p(x1 ) p(x2 ) = I p(x1 ) + I p(x2 ) + （2）,取 a = 2 I：bit 比特取 a = e I：net 奈特取 a =
7、10 I：哈特莱,由信息论知：消息出现的概率愈小，所包含的信息量愈大 （1）定义：信息量为 I、消息出现的概率为 p(x ),则 I = p(x ) I 是p (x )函数,),(,log,),(,log,x,p,x,p,1,I,a,a,-,=,=,I 与 P(x ) 间的关系必满足（1）、（2）,1.4.2 信息的度量,1、等概率,1）设有二进制，等概率出现的离散消息 0、1 消息 p (x1 )=p (x2 )= 1/2,定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为 1 bit,2） 对M进制，等概率出现的离散消息 0，1，2 , , M-1 消息 p( x1 )=p (x2 )= =1/
8、M,从波形上看，M进制有M种波性，每一种波形等概率出现 所以M 是波形数，p (xi ) =P 是每一波形出现的概率,2、非等概率,设消息由 n 个相互独立的符号组成，称为符号集,且每个符号包含的信息量均不相等 所以用统计平均的方法来描述一个符号所含的信息量,例子,定义信息源的熵 H(X ),1.4.3 连续消息的信息量 用概率密度来描述 f (x),解：方法一,因消息共57个符号，一个符号含有算术平均信息量为,方法二,总,总,1.5 主要性能指标,接续质量：迅速性 传输质量：清晰度 稳定质量：可靠性涉及系统的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用有效性、可靠性的具体体现是消息传输的
9、速度和质量问题,误差形式：1）加性干扰产生的误差通常由噪声引起 2）乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起。目前，我们仅研究加性干扰产生的误差，均方误差指标将转化为信噪比。,信息量：衡量单位时间内传送消息中有效内容的能力。,1.5.1 模拟系统性能指标：信息量和均方误差,均方误差：衡量发送和接收信号之间的误差程度,1.5.2 数字通信系统性能指标：传输速率和差错率,数字信号的描述：二进制：0、1 两个状态 N 进制：0、1、2 N-1 N个状态,码元的概念：在二进制中，用相同的时间间隔表示一位二进制数字，这个时间间隔称为码元长度。 在码元长度内的信号称为二进制码元。所以二进制的每个码元
10、时间上等长。 同理 N 进制的每个码元时间上也等长。,进制之间的相互转换关系： 例：N = 4 表示4 进制的每个状态可用2 位二进制状态描述； 若为小数，则取大于此值的第一个整数。,推广,1、传输速率 ：码元传输速率。又称码元速率或传码率 定义：每秒钟传送码元的数目。,不同进制的码元速率转换关系 已知 N 进制信号（ ），码元速率为 ，单位：符号/秒 若将其转化为二进制信号，码元速率为 ，单位：波特 则,2、差错率：误码率、误信率 误码率 ：码元在传输系统中被传错的概率。即接收的错误码元数在传送总码元数中所占的比例 误信率：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。即接收中丢失信息量在传送信息总量中所占的比例,推广：,八进制： 等概率时,则：,例： 二进制： 则： 等概率,
