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第一章 引言与绪论-2009.ppt

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资源描述

1、第一章 绪论,南京航空航天大学信息科学与技术学院通信原理教研组,授课老师:,张小飞博士、 副教授、硕士生导师,联系方式: 13951008301 ,课程介绍,1,通信系统的组成,2,通信系统的分类及通信方式,3,信息及其度量,4,主要性能指标,5,本章内容,进度安排,教材与参考书目,教材:樊昌信等,通信原理,国防工业出版社 参考数目:(1)欧阳长月等,信息传输基础,北京航空航天大学出版社(2)John G.Proakis,通信系统原理,电子工业出版社(3)周炯槃等,通信原理,北京邮电大学出版社(4)John G.Proakis, 数字通信(第四版),电子工业出版社,成绩分布,本课程是一门呈上启

2、下的专业基础课,要求有一定的知识面。通信原理、通信技术、通信系统构成了通信,需要进行一定的实验和实践等,以了解现代通信技术和通信系统。,先修和后续课程,概率论与随机过程 信号与系统,电子线路 随机信号分析,后续课程:,移动通信 光纤通信 卫星通信 数字通信 扩频通信信息论 纠错编码 软件无线电,先修课程:,课程任务,通信网的构成: 1)终端设备:电话、电报、监视器等 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:TCP/IP等本课程主要介绍信息端到端的传输系统,重点讨论系统的组成原理、实现方法和性能指标!,课程内容:,模拟系统,模拟调制

3、AM,DSB,SSB,VSB,PM,FM,复合和多级调制,数字系统,基带系统,频带系统,工具:信号、噪声和信道的分析 信息论知识,模/数变换:脉冲调制 PAM,PCM,DPCM,多路传输、同步技术、 最佳接收、纠错编码,改善性能,ASK,FSK,PSK,DPSK,基本原理、实现方法、性能分析!,学习方法,在“信号分析”和“随机过程”的基础上研究通信系统的一般原理和性能。 不从具体电路出发,而从系统的物理模型或数学模型着手进行分析,强调基本原理和概念。 本课程是一门概念性和理论性较强的课程,要适当地多做习题,加深对基本概念的理解。,1.1 引言,消息:信息的载体。如包含有信息的语言、文字和图像等

4、。 信号:是表示消息的物理量。如电信号,光信号。 数据:载有信息的可观测、可传输、可存储及可处理的信号。,信息: 各个事物运动的状态及状态变化的方式,本质是不确定性。 特征: 接收者在收到信息之前,对它的内容是不知道的,所以信息是新知识、新内容; 信息可以产生,也可以消失,可以被携带、贮存及处理; 信息是可以量度的。,通信(或信息传输):指将信息从一地传输 至另一地的过程,根本目的在于传输含有 信息的消息,否则就失去了消息传输的意 义。,信息信号:大多数的消息都是非电量,不 宜于在信道中进行远距离传输,需要将它 们变换成电信号。,信息信号分类,从频域分:基带信号(低通型信号),频带信号电话30

5、03400Hz 电视 06MHz,从时域分:模拟信号,数字信号模拟基带信号:信号的某一个参量可以取无限多个值,且与消息直接对应。数字基带信号:信号的某一个参量只能取有限多个值,且常不直接与消息一一对应。,1.2 通信系统的组成,通信系统:完成信息传输功能的所有技术设备的总和。,通信系统简化模型,消息传输的对象,产生需传输的消息,存在于发信机、信道、收信机通常用等效噪声源来表示,发信机:将消息转换为合适在信道传输的信号,收信机:把信号转换为消息,信道:传输媒介(有线信道&无线信道),1.2.1 通信系统模型,AM DSB SSB VSB FM PM,解调:从已调信号中还原出被传输的低频信息信号。

6、,调制:将基带信号变换成频带信号,以提高系统传输信息的效率和质量。,信源,接收机,发射机,调制,信道,噪声,信宿,解调,1.2.2 模拟与数字通信系统,为了有效地辐射电磁波,增加传输距离。 通过调制可将多个信息信号(它们的频谱分量处于同一频带范围内)移到不同频率或不同时间的各个载波信号上,从而能够实现多路和多址信息传输。 提高信息传输系统的抗干扰能力和保密能力。,调制与解调的作用,调制的分类,与调制相反的变换过程称为解调,不同的调制方法通常需要不同的解调方法。正是由于存在多样的调制和解调方法,才构成了各种不同的信息传输系统。调制和解调是信息传输技术所包含的最基本的内容!,信道,信源,基带信号成

7、形,信宿,噪声,同步系统,数字基带传输系统,接收滤波器,信道,解调,信源,加密,编码,调制,译码,解密,信宿,噪声,同步系统,ASK FSK PSK DPSK,数字频带传输系统,信源编(译)码:a:将模拟信号转变为数字基带信号。b:减少信源输出的信息多余度,在保证通信质量的条件下以较低的数字信号速率传输,提高系统的传输效率。 信道编(译)码:人为按照一定的规律增加信息多余度,以便在接收端发现或纠正传输中的错误,提高系统传输信息的质量。,抗干扰能力强,特别是在中继传输时更为明显。可以进行差错控制,因而提高了信息传输的可靠性。便于使用现代计算机技术,对信号进行处理,存储和变换从而提高信息传输的灵活

8、性。便于加密,实现保密信息传输。易于和其他系统配合使用,构成一个灵活,通用,多功能的综合业务信息传输网。,数字通信系统的优缺点,主要缺点:,占用频带较宽 同步系统复杂。,如:模拟电话 4KHz传输质量相同的数字电话 2060KHz,1)按传输信号的性质分,模拟信息传输系统 数字信息传输系统,3) 按工作频率分,长波通信 中波通信 短波通信 微波通信 光波通信,2)按传输媒质分,有线通信 无线通信,1.3.1 通信系统分类,4) 按用途分,专用通信 公用通信,5) 按通信业务分,7)按信号复用类型分,频分复用 时分复用 码分复用,通信波段与常用通信媒质,通信波段与常用通信媒质,1.3.2 通信方

9、式,1. 按消息传递的方向与时间分 通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。,2. 按数字信号排序分 通信方式分为串序传输和并序传输。,3. 按通信网络形式分 通信的网络形式可分为三种:两点间直通方式、分支方式和交换方式。,(a)两点间直通方式 (b)分支方式 (c)交换方式,1.4 信息及其度量,信息: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;,实际采用统计的方法对信息进行度量!,(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

10、息量的和。,单位与对数底数a有关:a = 2 比特(bit,简写为b)a = e 奈特(nat,简写为n)a = 10 哈特莱,信息量I的定义:,例子1-1:以等概率出现的二进制码元(0,1)每个码元的自信息量是多少?如果是2m进制情况又如何?解:,1.5 主要性能指标,通信系统主要指标:有效性和可靠性。,模拟通信系统,有效性 通过有效传输带宽来衡量 可靠性 通过接收端输出信噪比来衡量,有效性:用被传输的信息信号所占用的信道有效传输带宽来衡量。同一信息信号,采用的调制方式不同,其占用的有效传输带宽也不同。调幅方式比调频方式所需要的有效传输带宽窄,因此调幅的有效性比调频高。,可靠性:信息传输的可

11、靠性,而不是指设备和元器件的可靠性。系统对噪声的抗干扰能力越强,其传输信息的可靠程度就越高。,模拟系统的抗噪声性能用接收机输出的信号与噪声的平均功率之比S0/N0来度量的。SNR越高,系统的抗噪声性能就越强。普通电话的传输要求SNR为2040dB一般电视要求传输大于40dB,数字通信系统,1、有效性 通过传输速率R来衡量, 码元速率RB :每秒钟传送的码元数目。 波特(Baud,B) 或符号速率,RB=1/Tb,,与采用的进制数无关;,Tb :码元间隔,Rb=每秒钟传输码元数每码元信息量,2、可靠性 通过差错率来衡量,二进制时,Pb=Pe,误码率Pe:,码元在传输中被错误接收的概率;,误比特率Pb:,传输每比特信息被错误接收的概率;,Thank You !,Copyright 南京航空航天大学信息科学与技术学院通信原理教研组,

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