1、通 信 原 理,第一章 绪论 1.1 通信系统模型,通信就是由一地向另一地传递消息。 通信系统是指完成通信过程的全部设备和传输介质。一般模型,信源：产生消息。 消息: 有次序的符号序列(离散) 或连续的时间函数(连续)消息形式：符号、文字、语音、音乐、数据、图片、活动图象等。消息分类：离散和连续消息,发信机：将消息转换为适合信道中传输的信号。信号分类：模拟和数字信号 信道：将信号由发信机传输到收信机的媒介或通道。信道种类：有线和无线信道。 噪声源：噪声来源。噪声散布在系统各点，通常将其集中表示。 收信机：完成解调、解码等任务，将信号转换为消息。 收信者：消息传输的对象。,信源和收信者可以是人，
2、也可以是设备。统称为发终端和收终端。,发信机简化为调制器，收信机简化为解调器。变换信号 从消息变换过来的原始信号称为基带信号（或低通信号）.特点：其频谱为零频附近几兆赫 的有限值。基带信号直接传输，称为基带传输。 调制和解调对信号变换起着决定性的作用，它们是保证通信质量的关键。其它处理都可看作是理想的，将其合并到信道中。,模拟通信系统,编码：为了某种目的而对数字信号进行的变换。信源编码：提高传输有效性而对信号采取的处理（含加密）信道编码：提高传输可靠性的纠错编码 编码器：进行编码的设备。 同步控制： 必不可少。它的位置往往不固定，图中没画出。,数字通信系统,1.2 信息及其度量,信息和消息有重
3、要区别。 信息：对消息统计特性的描述。当人们得到消息之前，对它的内容有一种“不确定性”，信息就是对这种不确定性的定量描述。 信息量：度量信息大小的物理量。信息量的值与消息所代表事件发生的概率有关。 设消息所代表的事件出现的概率为P ( x )，则所含有的信息量 I 若 a = 2，其单位为比特 ( bit）例：当消息为二进制信号且等概率时， P0= P1 = 1/2 则 P0= P1 = 1 比特,1.3 信道与信道容量,信道分类：广义信道和狭义信道。 通信系统中，除传输媒介（狭义信道）外，还包括有关电路，如调制器与解调器等。这种范围扩大了的信道称为广义信道。,调制信道：从调制器的输出端至解调
4、器的输入端。 编码信道：从编码器输出端至解码器输入端。,连续信道：容量 (b/s),1）任何信道，都有信道容量C。当信息速率RC，理论上能以任 意小的差错概率通过信道传输；反之不可能。 2 ) 对于给定C，可以用不同的带宽和信噪比组合来传输信息 3 ) 信息速率C = I / T，T为传输时间，有(b/s)当S / N一定时，给定的信息量可以用不同的带宽和时间T 的组合来传输。,信道容量：信道可能传输的最大信息速率。,B: 信道带宽， N: 噪声平均功率， S: 信号平均功率,结论：,输入阻抗： 100、150,传输介质：连接收发双方的物理通路，消息的载体。,分类：硬传输介质和软传输介质。,硬
5、传输介质：双绞线、同轴电缆、光缆等。 软传输介质：无线电波、地面微波、卫星链路、激光、 红外线等。,硬介质：(1) 双绞线屏蔽型(STP) 和非屏蔽型(UTP),UTP 结构,传输模拟信号：每 56 Km需一级放大 传输数字信号：每 23 Km用转发器转发一次 远程中继线： 最大传输距离为15 Km。 局域网： 与集线器间的最大距离为100m,UTP 分为五类,特性阻抗: 50和75 。 屏蔽性：优于双绞线。,(2) 同轴电缆,结构：,分类：视频（基带）电缆和射频（宽带）电缆。,基带：直接传输数字信号，传输距离几 Km 宽带：传输高频信号，传输距离几十 Km,结构：,分类：多模与单模,多模：允
6、许一束光沿纤芯反射传播，直径大 单模：仅允许单一波长的光沿纤芯直线传播，直径小,(3) 光纤,直径为50100m、石英玻璃或塑料,特点：频带宽，损耗小，传输速率高，误码率低，安全保密性好等。,利用光脉冲来代表数据1和0，传输系统如图。,光纤通过内部全反射来传输光信号,传播类型：大气层（分成 对流层和电离层）对流层：距地面大约30英里 电离层：对流层之上，充满电离子 传播方式：地表传播、对流层传播、电离层传播、视距传播和空间传播地表传播 沿地表大气层传播，呈曲线向各个方向传播.对流层传播 一种直线传播，另一种是对流层反射。电离层传播 无线电波经电离层反射回地面，传播距离远视距传播 电磁波从一个天
7、线传播到另一个天线，天线有方向性，二者相向。空间传播 利用卫星。卫星比作天线，覆盖范围大。,软介质：无线电波,甚低频（VLF） 3kHz 30kHz表面波传播。长距离无线导航和海底通信。 低频（LF） 30kHz300kHz表面波传播。无线电导航。 中频（MF） 300kHz3MHz对流层传播，易被电离层吸收。无线电广播。 高频（HF） 3MHz30MHz电离层传播。业余通信、国际广播、军事通信等 甚高频（VHF） 30MHz300MHz 视距传播。电视广播、调频广播、飞机通信导航等。 超高频（UHF） 300MHz3GHz 视距传播。电视广播、移动通信、微波通信等。 特高频 （SHF） 3G
8、Hz30GHz视距或空间传播。地面微波通信、雷达、卫星通信等 极高频（EHF） 30GHz300GHz空间传播。用于雷达、卫星及实验性通信等,传播频率,卫星通信：利用微波频带。费用与通信距离无关。覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信带宽宽，是国际干线通信的主要手段。 小卫星通信：中、低轨道卫星移动通信，陆地移动通信系统的补充和扩展，与地面公用通信网结合，可实现全球个人通信。,传输技术：微波、红外线和激光。,微波：240 GHz。数据传输速率高。特点：直线传播。地面远距离传输，必须通过中继。 红外和激光：直线传播。,1.4 通信传输方式,串行传输和并行传输串行：数据按位传输。收发双方要保持同步。
9、只需要一条传输通道。易实现。并行：一个字符的所有比特同时传送，需多条传输通道。常用于现场通信或计算机与外设之间的数据传输。,串行传输和并行传输；单工、半双工和全双工传输；同步传输和异步传输。,异步传输：起止式传输。每次只传送一个字符，用起始位和停止位来指示被传输字符的开始和结束。 同步传输： 以一个数据块为传输单位。,同步传输和异步传输,单工：信号只能在一个方向传输， 半双工： 信号可以在两个方向上传输，但不同时。 全双工：信号在两个方向上同时传输。使用的信道是双向信道。,单工、半双工和全双工传输,按信号传输方向和时间的关系分类,1.5 通信系统的主要性能指标,性能指标：衡量通信系统质量好坏的
10、标准。涉及系统的：有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护等。最主要：有效性和可靠性。 有效性：指 “速度”问题，要求高效率地传输消息。可靠性：指质量问题，消息收发相似程度的度量。 模拟通信系统复用技术提高有效性，输出信噪比衡量可靠性。,数字通信系统传输速率衡量有效性，差错率衡量可靠性。,传输速率码元速率和信息速率码元速率(传码率)：每秒钟传送的码元数。无论码元是何进制单位：波特 (band) 符号：B信息速率(比特率)：每秒钟传送的信息量（不包括校验位）单位：比特/秒 符号：b/s 二者关系 设信息速率为 Rb ，N 进制码元速率 RBN(b/s)或 (B),例,例：四进制码元速率 RB4=1200 B则 信息速率 Rb = 1200 *2 = 2400 b/s,二进制信号,误码率：错误接收码元数在传输码元总数中所占的比例。即码元在传输中被错误接收的概率。 误比特率：错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。即传输每比特信息被错误接收的概率。,差错率误码率和误比特率,
