現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理

現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理編著張會(huì)生陳樹新普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材高等教育出版社（高職高專教育）5/17/20231第一頁(yè)，共二十九頁(yè)。第1章緒論

1.1通信的定義1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)分類及通信方式1.4通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)5/17/20232第二頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.1通信的定義

通信的定義：是指由一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞。通信的目的：就是傳遞消息。

本書對(duì)通信的定義：利用電子等技術(shù)手段，借助電信號(hào)（含光信號(hào)）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞稱為通信。5/17/20233第三頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.2通信系統(tǒng)的組成圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型

信源（信息源，也稱發(fā)終端）：把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源。

1.2.1

通信系統(tǒng)的一般模型5/17/20234第四頁(yè)，共二十九頁(yè)。

發(fā)送設(shè)備：將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。

信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無(wú)線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。

接收設(shè)備：任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來。

信宿：將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。5/17/20235第五頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)中兩種重要變換：

（1）連續(xù)消息到電信號(hào)相互變換；（2）基帶信號(hào)到調(diào)制信號(hào)的變換；圖1-2模擬通信系統(tǒng)的模型

5/17/20236第六頁(yè)，共二十九頁(yè)。已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特性：

（1）攜帶有消息；（2）適合在信道中傳輸（3）頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。5/17/20237第七頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)，稱為數(shù)字通信系統(tǒng)，它包括以下三種：

1.數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)基本特征：消息或信號(hào)具有“離散”或“數(shù)字”的特性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。5/17/20238第八頁(yè)，共二十九頁(yè)。

數(shù)字通信的優(yōu)勢(shì)和存在的問題：（1）可實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制編碼即信道編碼；（2）容易實(shí)現(xiàn)保密通信；

（3）數(shù)字通信中必須有“同步”。圖1-3數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)的模型5/17/20239第九頁(yè)，共二十九頁(yè)。2.數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)

基帶信號(hào)形成器：可能包括編碼器、加密器以及波形變換等；接收濾波器：可能包括譯碼器、解密器等。圖1-4數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型5/17/202310第十頁(yè)，共二十九頁(yè)。3.模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)

發(fā)端將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即D/A轉(zhuǎn)換。圖1-5模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸系統(tǒng)模型5/17/202311第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.2.4數(shù)字通信的主要特點(diǎn)1.數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)

（1）抗干擾能力強(qiáng)；（2）差錯(cuò)可控；（3）易加密；（4）易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。2.亟待解決的問題

（1）提高頻帶利用；（2）簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)。5/17/202312第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.3通信系統(tǒng)分類及通信方式1.3.1通信的分類

1.按傳輸媒質(zhì)分：有線通信和無(wú)線通信；

2.按信道中所傳信號(hào)的特征分：模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)；3.按工作頻段分：長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。具體情況見表1-1；

5/17/202313第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)。4.按調(diào)制方式分：基帶傳輸和頻帶傳輸；5.按業(yè)務(wù)的不同分：6.按收信者是否運(yùn)動(dòng)分：移動(dòng)通信和固定通信。

另外，通信還有其它一些分類方法，如按多地址方式可分為頻分多址通信、時(shí)分多址通信、碼分多址通信等；按用戶類型可分為公用通信和專用通信等。

5/17/202314第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.3.2通信方式1.按消息傳送的方向與時(shí)間分通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。5/17/202315第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)。2.按數(shù)字信號(hào)排序分可將通信方式分為串序傳輸和并序傳輸。

5/17/202316第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)。3.按通信網(wǎng)絡(luò)形式分通信的網(wǎng)絡(luò)形式通?？煞譃槿N：兩點(diǎn)間直通方式、分支方式和交換方式，

圖1-8按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式（a）兩點(diǎn)間直通方式；（b）分支方式；（c）交換方式5/17/202317第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.4通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.4.1一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)歸納起來有以下幾個(gè)方面:有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、保密性標(biāo)準(zhǔn)性、維修性、工藝性等。而本書只研究通信系統(tǒng)的有效性和可靠性。5/17/202318第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)。對(duì)于模擬通信來說，系統(tǒng)的有效性和可靠性具體可用系統(tǒng)頻帶利用率和輸出信噪比（或均方誤差）來衡量。對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的可靠性和有效性具體可用誤碼率和傳輸速率來衡量。

5/17/202319第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.4.2信息及其度量信息定義：消息中包含的有意義的內(nèi)容。

信息量與消息出現(xiàn)的概率有關(guān)，具體可以描述為如下規(guī)律：

（1）消息中所含信息量是消息出現(xiàn)概率的函數(shù)；

（2）消息出現(xiàn)的概率愈小，它所含信息量愈大；反之信息量愈小；5/17/202320第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)。（3）若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量的和。

信息量I和消息出現(xiàn)概率P(x)的關(guān)系為：信息量的單位取決于對(duì)數(shù)底數(shù)a的取值：

a=2單位為比特（bit，簡(jiǎn)寫為b）；

a=e單位為奈特（nat，簡(jiǎn)寫為n）；

a=10單位為哈特萊。5/17/202321第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)。例1.1設(shè)二進(jìn)制離散信源，數(shù)字0或1以相等的概率出現(xiàn)，試計(jì)算每個(gè)符號(hào)的信息量。

解:二進(jìn)制等概率時(shí)有即二進(jìn)制等概時(shí)，每個(gè)符號(hào)的信息量相等，為1bit。5/17/202322第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)。當(dāng)各個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率不相等時(shí)，計(jì)算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。

平均信息量定義：每個(gè)符號(hào)所含信息的平均值。用符號(hào)表示。多進(jìn)制時(shí)，設(shè)各符號(hào)出現(xiàn)的概率為：且5/17/202323第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)。則平均信息量（信息源的熵）為：1.4.3有效性指標(biāo)的具體表述

1.碼元傳輸速率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目；

單位：波特（Baud），用符號(hào)“B”表示；

符號(hào)：Tb為碼元寬度。5/17/202324第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)。

2.信息傳輸速率定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚?/p>

單位：比特/秒(bit/s)，簡(jiǎn)記為b/s或bps；

符號(hào)：,它與N有關(guān)。3.與之間的互換它們之間在數(shù)值上有如下關(guān)系：

5/17/202325第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)。

4.多進(jìn)制與二進(jìn)制傳輸速率之間的關(guān)系碼元速率不變，二進(jìn)制信息速率與多進(jìn)制信息速率之間的關(guān)系：系統(tǒng)信息速率不變，多進(jìn)制碼元速率與二進(jìn)制碼元速率之間的關(guān)系：

5/17/202326第二十六頁(yè)，共二十九頁(yè)。1.4.4可靠性指標(biāo)的具體表述數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是利用差錯(cuò)率來衡量。差錯(cuò)率通常有兩種表示方法。1.碼元差錯(cuò)率（誤碼率）發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，也就是說，誤碼率就是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率。5/17/202327第二十七頁(yè)，共二十九頁(yè)。

2.信息差錯(cuò)率（誤信率）發(fā)生差錯(cuò)的信息量在信息傳輸總量中所占的比例，或者說，它是碼元的信息量在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率。

5/17/202328第二十八頁(yè)，共二十九頁(yè)。內(nèi)容總結(jié)現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理。4/15/2023。（2）基帶信號(hào)到調(diào)制信號(hào)的變換。接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即D/A轉(zhuǎn)換。2.按信道中所傳信號(hào)的特征分：模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)。具體情