王兴亮数字通信原理.ppt
《王兴亮数字通信原理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《王兴亮数字通信原理.ppt(92页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 第第1章章 绪绪 论论 1.1通信的发展通信的发展 1.2通信的概念通信的概念 1.3通信系统通信系统 1.4信息论基础信息论基础 1.5通信系统的性能指标通信系统的性能指标 1.6通信信道的基本特性通信信道的基本特性 第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.1通信的发展通信的发展1.1.1通信发展简史通信发展简史表情和动作表情和动作语言和文字语言和文字古代的烽火台、金鼓、锦旗和航行用的信号灯古代的烽火台、金鼓、锦旗和航行用的信号灯19世纪后,人们开始试图用电信号进行通信世纪后,人们开始试图用电信号进行通信最原始的数字通信最原始的通信方式第 1 章
2、绪 论 第 1 章 绪 论 通信发展的三个阶段:通信发展的三个阶段:借助电信号实现从一地向另一地进行消息传递的通信的历史可追溯到19世纪初期,从16001750年研究电磁现象开始到19世纪40年代,为通信理论基础准备阶段。从19世纪40年代开始通信才进入实用阶段。大致可划分为三个阶段:1、通信的初期阶段、通信的初期阶段1838年摩尔斯发明电报到1948年香农提出信息论功10年,主要是有线通信、无线通信、广播电视、雷达和微波通信等方面的发展,此阶段为模拟通信为主。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2、近代通信阶段、近代通信阶段1948年到20世纪80年代光纤通信系统等投入使用共30多年,主
3、要是通信统计理论、数字传输理论及技术、彩色电视、卫星电视等方面的发展,此阶段模拟通信用于普通产品,数字通信用于高端产品。3、现代通信阶段、现代通信阶段20世纪80年代商用通信卫星、程控数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20多年,主要是卫星通信、光纤通信、移动通信、多媒体通信等多方面的发展,数字通信进入寻常百姓家。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.1.2通信技术的发展与展望通信技术的发展与展望通信技术的发展主要体现在电缆通信、微波中继通信、光纤通信、卫星通信、移动通信等几个方面。1.电缆通信电缆通信 最早发展起来的通信手段。电缆通信主要采用模拟单边带调制和频分多路复用(SSB
4、FDM)技术。由于光纤通信的发展,同轴电缆逐渐被光纤电缆所取代。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2.微波中继通信微波中继通信 始于20世纪60年代 优点:易架设,建设周期短等。它是目前通信的主要手段之一,主要用于传输长途电话和电视节目,目前模拟电话微波通信容量每频道可达6000路,其调制主要采用SSB/FM/FDM等方式。数字微波成为微波中继通信的主要发展方向。同时要不断增加系统容量,增加容量的途径是向多电平调制技术发展。采用多电平调制,在40MHz的标准频道间隔内可传送19207680路脉冲编码调制数字电话,赶上并超过模拟微波通信容量。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 3.光纤
5、通信光纤通信 光纤通信是以光导纤维(简称光纤)为传输媒质、以光波为载波的通信方式。优点:容量大、频带宽、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、通信质量高等,且成本低,与同轴电缆相比可以节约大量有色金属和能源。光纤通信已成为各种通信干线的主要传输手段。光纤通信的主要发展方向是单模长波长光纤通信、大容量数字传输技术和相干光通信。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 4.卫星通信卫星通信 卫星通信的特点是通信距离远,覆盖面积大,不受地形条件限制,传输容量大,建设周期短,可靠性高。目前,卫星通信的使用范围已遍及全球,仅国际卫星通信组织就拥有数十万条话,卫星通信已成为国际通信的主要手段。卫星通信的广泛使用,是
6、国际间重大活动能及时得以实况转播,它使全世界人与人之间的“距离”缩短。我国自20世纪70年代起,开始将卫星通信用于国际通信,从1985年起开始发展国内卫星通信。至今,我国已发射5颗同步通信卫星,。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 卫星通信中目前大量使用的是模拟调制及频分多路和频分多址技术。如同其他通信方式一样,其发展方向也是数字调制、时分多路和时分多址。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 5.移动通信移动通信 移动通信是现代通信中发展最为迅速的一种通信手段,它是随着汽车、飞机、轮船、火车等交通工具的发展而同步发展起来的。近年来,在微电子技术和计算机技术的推动下,移动通信从过去简单的无
7、线对讲或广播方式发展成为一个把有线、无线融为一体,固定、移动相互连通的全球范围的通信系统。目前广泛应用的是第二代移动通信系统,采用窄带时分多址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA)数字接入技术,已形成的国家和地区标准有欧洲的GSM系统、美国的IS95系统、日本的PDC系统。我国主要采用欧洲的GSM系统。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 第三代移动通信系统工作在2000MHz频段,国际电信联盟正式将其命名为IMT2000。IMT2000的目标和要求是:统一频段,统一标准,达到全球无缝隙覆盖,提供多媒体业务,传输速率最高应达到2Mbs,其中,车载为144kbs、步行为384kbs、室内为2M
8、bs,频谱利用率高,服务质量高,保密性能好;易于向第二代系统过渡和演进;终端价格低。第三代移动通信系统(简称3G)目前有三种方案比较成熟,即日本提出的WCDMA系统、美国提出的CDMA2000系统和中国提出的TDSCDMA系统。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.2通信的概念通信的概念1.2.1通信的定义通信的定义 把利用电子等技术手段,借助电信号(含光信号)实现从一地向另一地进行消息的有效传递和交换称为通信。举例举例 打电话,它是利用电话(系统)来传递消息;两个人之间的对话,亦是利用声音来传递消息,不过只是通信距离非常短而已。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 通信从本质上讲就是
9、实现信息传递功能的一门科学技术,它要将大量有用的信息无失真、高效率地进行传输,同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息,而且还有存储、处理、采集及显示等功能,通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.2.2通信的分类通信的分类常用的通信分类方法有以下几种。1.按传输媒质分按传输媒质分有线通信:传输媒质为导线、电缆、光缆、波导等形式的通信,其特点是媒质能看得见,摸得着。导线可以是架空明线、电缆、光缆及波导等。无线通信:传输消息的媒质为看不见、摸不着的媒质(如电磁波)的一种通信形式。通常,有线通信亦可进一步再分类,如
10、明线通信、电缆通信、光缆通信等。无线通信常见的形式有微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信等。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2.按信道中所传信号的不同分按信道中所传信号的不同分信道是传输信号的通路。模拟通信:信道中传送的信号为模拟信号;数字通信:信道中传送的信号为数字信号。凡信号的某一参量可以取无限多个数值,且直接与消息相对应的,称为模拟信号。模拟信号有时也称连续信号凡信号的某一参量只能取有限个数值,并且常常不直接与消息相对应的,称为数字信号。数字信号有时也称离散信号第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 3.按工作频段分按工作频段分长波通信:如用于导航的VLF通信 中波通
11、信:如民用调频广播、业余无线电 短波通信:如短波广播通信、军用通信 微波通信:如移动通信、雷达、空间通信通信中工作频率和工作波长可互换,公式为 式中,为工作波长;f为工作频率;C为电波在自由空间中的传播速度,通常认为C=3108 m/s。(1-1)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 表表 1-2 通信使用的频段及主要用途通信使用的频段及主要用途 第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 4.按调制方式分按调制方式分 根据消息在送到信道之前是否采用调制,通信可分为基带传输和频带传输。基带传输:是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的一种方式;频带传输:是指信号经过调制后再送到信道中传输,收
12、端有相应解调措施的通信系统。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.2.3通信方式通信方式1.按消息传送的方向与时间分按消息传送的方向与时间分通信的工作方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信。消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2.按数字信号排序分按数字信号排序分通信方式分为串序传输和并序传输。所谓串序传输,即是将代表信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输的方式,如图12(a)所示;如果将代表信息的数字信号序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输,则称为并序传输通信方式,如图12(b)所示。第 1 章 绪 论 第
13、1 章 绪 论 3.按通信网络形式分按通信网络形式分第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.3通信系统通信系统1.3.1通信系统的模型通信系统的模型通信的任务是完成消息的传递和交换。以点对点通信为例,可以看出要实现消息从一地向另一地的传递,必须有三个部分:发送端,接收端,信道,如图所示。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 信息源信息源(简称信源简称信源)的作用是把待传输的消息转换成原始电信号,如电话系统中电话机可看成是信源,信源输出的信号称为基带信号。发送设备发送设备对基带信号进行某种变换或处理,使之适应信道的传输特性要求。信道信道是信号传输的通路。接收设备接收设备将从收到的信号中恢复
14、出相应的原始信号。受信者受信者(也称信宿或收终端)是将复原的原始信号转换成相应的消息,如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。噪声源噪声源是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其他各处噪声的集合。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.3.2模拟通信系统模拟通信系统两种重要变换。一是连续消息 电信号 二是基带信号 已调信号。已调信号有三个基本特性:一是携带有消息,二是适合在信道中传输,三是具有较高频率成分。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.3.3数字通信系统数字通信系统1.数字频带传输通信系统数字频带传输通信系统把有调制器/解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。第 1 章
15、 绪 论 第 1 章 绪 论 编码器:信道噪声或干扰所造成的差错,可以通过所谓的差错控制编码来控制。需要在发送端增加一个编码器,而在接收端相应需要一个解码器。加密器:当需要实现保密通信时,可对数字基带信号进行“扰乱”(加密),此时在接收端就必须进行解密。同步:由于数字通信传输是一个接一个按一定节拍传送的数字信号,因而接收端必须有一个与发送端相同的节拍,否则,就会因收发步调不一致而造成混乱。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2.数字基带传输通信系统数字基带传输通信系统第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 3.模拟信号数字化传输通信系统模拟信号数字化传输通信系统在日常生活中大部分信号(如语
16、音信号)为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输,则必须在发送端进行A/D转换;在接收端需进行D/A转换。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.3.4数字通信的主要优缺点数字通信的主要优缺点 1.数字通信的主要优点数字通信的主要优点(1)抗干扰、抗噪声性能好。信号的取值只有两个,容易判别和处理。(2)(2)差错可控。差错控制编码技术(3)(3)易加密。(4)(4)易于与现代技术相结合。终端接口均是数字信号 第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2.数字通信的缺点数字通信的缺点 (1)频带利用率不高。数字通信中,数字信号占用的频带宽,以电话为例,一路数字电话一般要占据约
17、2060kHz的带宽,而一路模拟电话仅占用约4 kHz带宽。如果系统传输带宽一定的话,模拟电话的频带利用率要高出数字电话的515倍。(2)需要严格的同步系统。数字通信中,要准确地恢复信号,必须要求收端和发端保持严格同步。因此,数字通信系统及设备一般都比较复杂,体积较大。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.4信息论基础信息论基础1.4.1信息信息(information)及其量度及其量度信息可被理解为消息中包含的有意义的内容;消息可以有各种各样的形式,但消息的内容可统一用信息来表述。传输信息的多少可直观地使用“信息量”进行衡量。消息中所含信息量与消息出现的概率之间的关系应反映如下规律:(
18、1)消息中所含信息量I是消息出现的概率P(x)的函数,即(1-2)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 (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。且 (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的和,即 可以看出I与P(x)间应满足以上三点,则它们有如下关系式:(1-3)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 信息量I的单位与对数的底数a有关:a=2 单位为比特(bit,简写为b);a=e单位为奈特(nat,简写为n);a=10单位为笛特(Det)或称为十进制单位;a=r单位称为r进制单位。通常使用的单位为比特。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论
19、例例 1-1 试计算二进制符号等概率和多进制(M进制)等概率时每个符号的信息量。解解 二进制等概率时,即 第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 M进制等概率时,有 第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 例例 1-2 试计算二进制符号不等概率时的信息量(设P(1)=P)。解解 P(1)=P P(0)=1-PI(1)=-lb P(1)=-lb P(bit)I(0)=-lb P(0)=-lb(1-P)(bit)可见,不等概率时,每个符号的信息量不同。这里我们引入平均信息量的概念。平均信息量I 等于各个符号的信息量乘以各自出现的概率之和。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 把P(1)=P代入,
20、则(1-4)二进制时:1.4.2平均信息量平均信息量平均信息量 I 等于各个符号的信息量乘以各自出现的概率之和。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 对于多个信息符号的平均信息量的计算:设各符号出现的概率为 且 则每个符号所含信息的平均值(平均信息量):平均信息量 的单位为bit/符号(比特/符号)。(1-5)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.5通信系统的性能指标通信系统的性能指标 1.5.1一般通信系统的性能指标一般通信系统的性能指标通信系统的性能指标有:有效性、可靠性有效性、可靠性、适应性、保密性、标准性、维修性、工艺性等。有效性:有效性:与系统高效率地传输消息相关联。即通信系
21、与系统高效率地传输消息相关联。即通信系统怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的消息。统怎样以最合理、最经济的方法传输最大数量的消息。可靠性:可靠性:与系统可靠地传输消息相关联。可靠性是一与系统可靠地传输消息相关联。可靠性是一种量度,用来表示收到消息与发出消息的符合程度。因此,种量度,用来表示收到消息与发出消息的符合程度。因此,可靠性取决于系统抵抗干扰的性能。可靠性取决于系统抵抗干扰的性能。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.5.2通信系统的有效性指标通信系统的有效性指标1.模拟通信的有效性 每一路模拟信号都需占用一定的信道带宽,要在信道具有一定带宽时充分利用它的传输能力。提高模拟通信
22、有效性措施:1)频分复用)频分复用(FDM)以复用路数多少来体现其有效性,如同轴电缆最高可容纳10800路4kHz模拟话音信号,目前使用的无线频段为1051012Hz,通常利用频分复用方式实现各种无线通信;2)减少信号带宽)减少信号带宽 如话音信号的调幅单边带(SSB)为4kHz,就比调频信号带宽小数倍,但可靠性较差。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2、数字通信的有效性数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量,传输速率越高,则系统的有效性越好。通常可从以下三个不同的角度来定义传输速率。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1).码元传输速率码元传输速率 码元传输速率通常又可称为码元速率
23、、数码率、传码率、码率、信号速率或波形速率,用符号RB来表示。码元速率是指单位时间(每秒钟)内传输码元的数目,单位为波特(Baud),常用符号“B”表示(注意,不能用小写)。例如,某系统在2秒内共传送4 800个码元,则系统的传码率为?数字信号一般有二进制与多进制之分,但码元速率RB与信号的进制数无关,只与码元宽度Tb有关。(1-7)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 2.信息传输速率信息传输速率 信息传输速率简称信息速率,又可称为传信率、比特率等。信息传输速率用符号Rb表示。Rb是指单位时间(每秒钟)内传送的信息量。单位为比特/秒(bit/s),简记为b/s或bps。例如,若某信源在1秒
24、钟内传送1 200个符号,且每一个符号的平均信息量为1(bit),则该信源的Rb=_。因为信息量与信号进制数N有关,因此,Rb也与N有关。第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 3.Rb与与RB之间的互换之间的互换 在二进制中,码元速率RB2同信息速率Rb2的关系在数值上相等,但单位不同。在多进制中,RBN与RbN之间数值不同,单位亦不同。它们之间在数值上有如下关系式(1-9)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 在保证系统信息速率不变的情况下,在保证系统信息速率不变的情况下,转换关系式为转换关系式为 在在码码元元速速率率保保持持不不变变条条件件下下,二二进进制制信信息息速速率率Rb2与与多
25、多进进制信息速率制信息速率RbN之间的关系为之间的关系为(1-10)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 4.4.频带利用率频带利用率 频带利用率指的是传输效率问题,也就是说,我们不仅关心通信系统的传输速率,还要看在这样的传输速率下所占用的信道频带宽度是多少。如果频带利用率高,说明通信系统的传输效率高,否则相反。频带利用率的定义是单位频带内码元传输速率的大小。(1-11)第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 频带宽度B的大小取决于码元速率RB,而码元速率RB与信息速率有确定的关系。因此,频带利用率还可用信息速率Rb的形式来定义,以便比较不同系统的传输效率,即(1-12)第 1 章 绪 论
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 王兴亮 数字通信 原理
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。