《通信原理》第1章 概論(1.3-5)

1、通信原理第1章 緒緒 論（論（1.3-51.3-5）主主 講：江金龍講：江金龍E-mail：九江學(xué)院電子工程學(xué)院九江學(xué)院電子工程學(xué)院第1章 緒 論 2022-5-62概要：概要：1.3 通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)分類與通信方式 1.3.1 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 1.3.2 通信方式通信方式1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)第1章 緒 論 2022-5-631.3 通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.1 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類按按通信業(yè)務(wù)通信業(yè)務(wù)分類分類: 話務(wù)通信和非話務(wù)通信。話務(wù)通信和非話務(wù)通信。按按調(diào)制方式調(diào)制方式分類分類: 基帶傳輸

2、和頻帶（調(diào)制）傳輸?；鶐鬏敽皖l帶（調(diào)制）傳輸。按按信號(hào)特征信號(hào)特征分類分類:模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按按傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)分類分類: 有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按按工作波段工作波段分類：分類： 長(zhǎng)波，中波，短波，遠(yuǎn)紅外長(zhǎng)波，中波，短波，遠(yuǎn)紅外按按信號(hào)復(fù)用方式信號(hào)復(fù)用方式分類分類: 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。第1章 緒 論 2022-5-641、通信業(yè)務(wù)通信業(yè)務(wù)分類分類: 話務(wù)通信和非話務(wù)通信話務(wù)通信和非話務(wù)通信 電話通信系統(tǒng)：電話通信系統(tǒng)：電話網(wǎng)最早、最發(fā)達(dá)電話網(wǎng)最早、最發(fā)達(dá) 電報(bào)通信系統(tǒng)：電報(bào)通信系統(tǒng)：通

3、過電話網(wǎng)或數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送通過電話網(wǎng)或數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：（分組網(wǎng)）（分組網(wǎng)） 圖像通信系統(tǒng)：圖像通信系統(tǒng)： 綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)（綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)（ISDN）：）：將各類業(yè)務(wù)將各類業(yè)務(wù)（ ）化）化、分組化，統(tǒng)一傳輸，這要求網(wǎng)絡(luò)必須（分組化，統(tǒng)一傳輸，這要求網(wǎng)絡(luò)必須（ ）化。）化。第1章 緒 論 2022-5-652、調(diào)制方式調(diào)制方式分類分類: 基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。第1章 緒 論 2022-5-66常見調(diào)制方式及用途常見調(diào)制方式及用途：連續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制模擬調(diào)制模擬調(diào)制線性調(diào)制線性調(diào)制非線性調(diào)制非線性調(diào)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈

4、沖模擬調(diào)制脈沖數(shù)字調(diào)制脈沖數(shù)字調(diào)制第1章 緒 論 2022-5-67調(diào)制方式用途舉例連續(xù)波調(diào)制模擬調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM廣播雙邊帶調(diào)幅DSM立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSM載波通信、無線電臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制振幅鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相移鍵控PSK、DPSK、QPSK數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效調(diào)制QAM、MSK數(shù)字微波、空間通信第1章 緒 論 2022-5-68脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測(cè)脈寬調(diào)制PDM（PWM） 中間調(diào)制方式脈位

5、調(diào)制PPM遙測(cè)、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用數(shù)字電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他話音編碼方式ADPCM中速數(shù)字電話第1章 緒 論 2022-5-693、信號(hào)特征信號(hào)特征分類分類: 模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng) 討論：討論： 模擬通信系統(tǒng)能否傳輸數(shù)字信號(hào)？模擬通信系統(tǒng)能否傳輸數(shù)字信號(hào)？數(shù)字通信系統(tǒng)能否傳輸模擬信號(hào)？數(shù)字通信系統(tǒng)能否傳輸模擬信號(hào)？第1章 緒 論 2022-5-6104、傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì)分類分類: 有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng) 有線：架空明線、同軸電纜、光纖、波導(dǎo)等有線：架空

6、明線、同軸電纜、光纖、波導(dǎo)等第1章 緒 論 2022-5-6115、工作波段工作波段分類：分類： 長(zhǎng)波，中波，短波，遠(yuǎn)紅外長(zhǎng)波，中波，短波，遠(yuǎn)紅外頻率范圍/Hz名稱330極低頻（ELF）30300超低頻（SLF）3003000特低頻（ULF）3k30k甚低頻（VLF）30k300k低頻（LF）300k3000k中頻（MF）3M30M高頻（HF）第1章 緒 論 2022-5-61230M300M甚高頻（VHF）0.3G3G特高頻（UHF）3G30G超高頻（SHF）30G300G極高頻波（EHF）300G3T亞毫米波43T430T紅外光430T750T可見光750T3000T紫外線注：注：GSM、

7、3G的頻段在的頻段在UHF第1章 緒 論 2022-5-6136、信號(hào)復(fù)用方式信號(hào)復(fù)用方式分類分類: 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。 （1） 頻分復(fù)用頻分復(fù)用第1章 緒 論 2022-5-614（2） 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用第1章 緒 論 2022-5-615（3） 碼分復(fù)用碼分復(fù)用第1章 緒 論 2022-5-6161.3.2 通信方式通信方式1、按傳遞方向與時(shí)間關(guān)系按傳遞方向與時(shí)間關(guān)系分類分類 單工、半雙工、雙工單工、半雙工、雙工2、按數(shù)據(jù)排列方式按數(shù)據(jù)排列方式分類分類 并行傳輸、串行傳輸并行傳輸、串行傳輸 第1章 緒 論 2022-5-6171、按傳遞的方向與時(shí)間

8、的關(guān)系按傳遞的方向與時(shí)間的關(guān)系分分 a) 單工單工方式：消息只能方式：消息只能單向傳輸單向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞降墓ぷ鞣绞?（ ）個(gè)信道）個(gè)信道第1章 緒 論 2022-5-618b) 半雙工半雙工方式：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收方式：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式和發(fā)的工作方式 （ ）個(gè)信道）個(gè)信道第1章 緒 論 2022-5-619c) 全雙工全雙工方式：通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式方式：通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式（ ）個(gè)信道）個(gè)信道第1章 緒 論 2022-5-6202、按數(shù)字信號(hào)排列順序分為并行傳輸和串行傳輸、按數(shù)字信號(hào)排列順序分為并行傳輸和

9、串行傳輸 （a）并行傳輸（b）串行傳輸?shù)?章 緒 論 2022-5-621并行傳輸并行傳輸 節(jié)省傳輸時(shí)間，但所需信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較節(jié)省傳輸時(shí)間，但所需信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其它高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其它高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備間的近距離通信。用于設(shè)備間的近距離通信。串行傳輸串行傳輸 一般適用于遠(yuǎn)距離通信。一般適用于遠(yuǎn)距離通信。討論：討論：設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)通信系統(tǒng)至少要考慮哪些問題至少要考慮哪些問題？第1章 緒 論 2022-5-6221.4 信息及其度量信息及其度量信息量度量的意義：信息量度量的意義： 便于今后對(duì)

10、通信系統(tǒng)的主要性能做定量的分析便于今后對(duì)通信系統(tǒng)的主要性能做定量的分析對(duì)信息量的直觀感受：對(duì)信息量的直觀感受： 對(duì)于可能性不同的事件會(huì)有不同的感受對(duì)于可能性不同的事件會(huì)有不同的感受 消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大，因此。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大，因此。信息量是消息發(fā)生概率的函數(shù)。信息量是消息發(fā)生概率的函數(shù)。設(shè)信息量用設(shè)信息量用I 表示，消息發(fā)生的概率用表示，消息發(fā)生的概率用 表示表示)(xP第1章 緒 論 2022-5-623信息量的度量：信息量的度量： 設(shè)計(jì)一個(gè)度量函數(shù)，滿足下列要求：設(shè)計(jì)一個(gè)度量函數(shù)，滿足下列要求： （1）P(x)=1 （ ）發(fā)生事件，）發(fā)

11、生事件，I=( )。 P(x)=0 （ ）發(fā)生事件，）發(fā)生事件，I=( )。 （2）若干獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含的信息量等于各獨(dú)立）若干獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含的信息量等于各獨(dú)立事件的信息量之和，即事件的信息量之和，即信息具有相加性信息具有相加性。 哪個(gè)函數(shù)（組合）哪個(gè)函數(shù)（組合）具有上述特性？具有上述特性？第1章 緒 論 2022-5-624)(logxPIa第1章 緒 論 2022-5-625信息量的單位與對(duì)數(shù)信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)底數(shù)a有關(guān)有關(guān) a=2時(shí)，時(shí)， 信息量的單位為信息量的單位為比特比特(bit) a=e時(shí)，時(shí)， 信息量的單位為信息量的單位為奈特奈特(nit) a=10時(shí)，信息

12、量的單位為時(shí)，信息量的單位為哈特萊哈特萊n目前廣泛使用的單位為目前廣泛使用的單位為比特比特。第1章 緒 論 2022-5-6261、等概率出現(xiàn)的離散消息的度量、等概率出現(xiàn)的離散消息的度量例：設(shè)二進(jìn)制離散信源，等概率發(fā)送數(shù)字例：設(shè)二進(jìn)制離散信源，等概率發(fā)送數(shù)字0或或1，則信源每個(gè)，則信源每個(gè)輸出的字符信息量為輸出的字符信息量為也就是說：也就是說：等概二進(jìn)制信源，發(fā)送等概二進(jìn)制信源，發(fā)送0和發(fā)送和發(fā)送1的信息量是一樣的。的信息量是一樣的。每發(fā)送一位數(shù)據(jù)，就發(fā)送了每發(fā)送一位數(shù)據(jù)，就發(fā)送了1比特的信息量。比特的信息量。第1章 緒 論 2022-5-627若上題改為若上題改為M進(jìn)制離散信源，則每個(gè)輸出字

13、符信息量為進(jìn)制離散信源，則每個(gè)輸出字符信息量為若若M是是2的的整數(shù)冪次，整數(shù)冪次，則則例：例：M=4： ？第1章 緒 論 2022-5-6282、非等概率非等概率出現(xiàn)的離散消息的度量出現(xiàn)的離散消息的度量 設(shè)離散信源是一個(gè)由設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，其中每個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1, 2, 3, , n)出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為P(xi)， 且有且有P(xi)=1, 則則 x1所包含的信息量為（所包含的信息量為（ ） x2所包含的信息量為（所包含的信息量為（ ） xn所包含的信息量為（所包含的信息量為（ ） 可見：各個(gè)符號(hào)的信息量可見：各個(gè)符號(hào)的信息量（ ）

14、相等。）相等。第1章 緒 論 2022-5-629 如何衡量信源發(fā)送信息量的整體如何衡量信源發(fā)送信息量的整體情況？情況？對(duì)每個(gè)符號(hào)所含信息量作統(tǒng)計(jì)平均，即對(duì)每個(gè)符號(hào)所含信息量作統(tǒng)計(jì)平均，即平均信息量平均信息量為為 b/（符號(hào)）（符號(hào)）平均信息量也稱為平均信息量也稱為信息量的熵。信息量的熵。121222( )() log()() log()H xp xp xp xp x2.() log()nnp xp x第1章 緒 論 2022-5-630例：一信息源由例：一信息源由4個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)0，1，2，3組成，它們組成，它們出現(xiàn)的概率出現(xiàn)的概率分別為分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都

15、是獨(dú)，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某個(gè)消息立的。試求某個(gè)消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。的信息量。第1章 緒 論 2022-5-631第1章 緒 論 2022-5-6321.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 通信的任務(wù)是通信的任務(wù)是快速快速、準(zhǔn)確準(zhǔn)確地傳遞信息地傳遞信息快速體現(xiàn)了（快速體現(xiàn)了（ ）性；準(zhǔn)確體現(xiàn)了（）性；準(zhǔn)確體現(xiàn)了（ ）性）性 。 有效性有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)恼哒f是傳輸?shù)摹八俣人俣取眴栴}。問題。 可靠性可靠

16、性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)氖侵附邮招畔⒌臏?zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量質(zhì)量”問題這兩個(gè)問題相互問題這兩個(gè)問題相互矛盾矛盾而又相對(duì)而又相對(duì)統(tǒng)一統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行，通常還可以進(jìn)行互換互換。第1章 緒 論 2022-5-633一、一、模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 有效性：有效傳輸頻帶有效性：有效傳輸頻帶 可靠性：輸出信噪比可靠性：輸出信噪比 有效性有效性可用可用有效傳輸頻帶有效傳輸頻帶來度量，來度量，同樣的消息同樣的消息用不同的用不同的調(diào)制方式，所調(diào)制方式，所需要的頻帶寬度需要的頻帶寬度不同。不同。單邊帶幅度調(diào)制：帶寬與信號(hào)帶寬相同。單邊帶幅度調(diào)制：帶寬與信號(hào)帶寬相同

17、。雙邊帶幅度調(diào)制：帶寬與信號(hào)帶寬的雙邊帶幅度調(diào)制：帶寬與信號(hào)帶寬的2倍。倍。第1章 緒 論 2022-5-634 可靠性可靠性用接收端最終用接收端最終輸出信噪比輸出信噪比來度量。不同調(diào)制方來度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的同的r0 = 解調(diào)器輸出有用信號(hào)功率解調(diào)器輸出有用信號(hào)功率解調(diào)器輸出噪聲平均功率解調(diào)器輸出噪聲平均功率r r0 0，系統(tǒng)性能越好！，系統(tǒng)性能越好！兩者指標(biāo)可以相互轉(zhuǎn)換兩者指標(biāo)可以相互轉(zhuǎn)換。 話音的話音的SSB帶寬為帶寬為4kHz，但音質(zhì)差，而話音的寬，但音質(zhì)差，而話音的寬帶調(diào)頻帶寬為帶調(diào)頻

18、帶寬為48kHz，但音質(zhì)好。，但音質(zhì)好。第1章 緒 論 2022-5-635 二、數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)二、數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 有效性：傳輸速率有效性：傳輸速率 1、碼元傳輸速率碼元傳輸速率RB ，簡(jiǎn)稱傳碼率簡(jiǎn)稱傳碼率 2、信息傳輸速率信息傳輸速率Rb，又稱，又稱比特率比特率 可靠性：可靠性：差錯(cuò)率差錯(cuò)率 1、誤碼率（碼元差錯(cuò)率）Pe 2、誤信率（信息差錯(cuò)率）、誤比特率Pb碼元（碼元（symbol）：基本信息傳輸單位。如電話網(wǎng)，一個(gè)碼元為）：基本信息傳輸單位。如電話網(wǎng)，一個(gè)碼元為8位。位。第1章 緒 論 2022-5-6361、碼元傳輸速率、碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率簡(jiǎn)稱傳碼率 它表示它表示單位時(shí)間內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的傳輸碼元的數(shù)目數(shù)目，單位是波特，單位是波特（Baud），記為），記為B。 例如，若例如，若1秒內(nèi)傳秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼個(gè)碼元，則傳碼2400B 數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率碼元速率與進(jìn)制與進(jìn)制數(shù)數(shù)無關(guān)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度T（碼元時(shí)間）有關(guān)，如下（碼元時(shí)間）有關(guān)，如下圖所示：圖所示：第1章 緒 論 2022-5-637四進(jìn)制傳輸四進(jìn)制傳輸二進(jìn)制傳輸二進(jìn)制傳輸單極性情況：映射關(guān)系單極性情況：映射關(guān)系0 - 00; 1-012-10; 3-11第1章 緒 論 2022-5-638四進(jìn)制傳