現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理北工大Chapter 緒論P(yáng)PT課件

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1、引 言現(xiàn)代通信與信息社會(huì) 通信的任務(wù): 克服距離上的障礙,迅速而準(zhǔn)確地傳輸信息。 第1頁/共35頁歷 史： 第一階段：語言 第二階段：文字、郵政 第三階段：印刷術(shù) 第四階段：電氣通信（技術(shù)發(fā)展迅速） 第五階段：信息時(shí)代（信源多樣化，傳輸速率，存儲(chǔ)量，信號(hào)處理復(fù)雜）例： 個(gè)人通信 第三代移動(dòng)通信第2頁/共35頁實(shí)時(shí)（固定延遲）實(shí)時(shí)（固定延遲）非實(shí)時(shí)（可變延遲）非實(shí)時(shí)（可變延遲）應(yīng)用環(huán)境應(yīng)用環(huán)境峰值比特率峰值比特率BER/最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延峰值比特率峰值比特率BER/最大傳輸時(shí)最大傳輸時(shí)延延衛(wèi)星衛(wèi)星（終端相對(duì)地面速度（終端相對(duì)地面速度可以達(dá)到可以達(dá)到1000 km/h）最少最少9.6 kbi

2、t/s（最好更高）（最好更高）最大傳輸時(shí)延小于最大傳輸時(shí)延小于400 msBER為為10-310-7最少最少9.6 kbit/s（最好更高）（最好更高）最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延1300msBER為為10-510-8農(nóng)村室外農(nóng)村室外（終端相對(duì)地面速度（終端相對(duì)地面速度可以達(dá)到可以達(dá)到500 km/h）最少最少144 kbit/s（最好（最好384 kbit/s）最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延20300 msBER為為10-310-7最少最少144 kbit/s（最好（最好384 kbit/s）最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延150 msBER為為10-510-8城市城市/郊區(qū)室外郊區(qū)室外（終端相對(duì)地面速度（終

3、端相對(duì)地面速度可以達(dá)到可以達(dá)到130 km/h）最少最少384 kbit/s（最好（最好512 kbit/s）最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延20300 msBER為為10-310-7最少最少384 kbit/s（最好（最好512kbit/s）最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延150 msBER為為10-510-8室內(nèi)室內(nèi)/小范圍室外小范圍室外（終端相對(duì)地面速度（終端相對(duì)地面速度可以達(dá)到可以達(dá)到10 km/h）最少最少2048 kbit/s最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延20300 msBER為為10-310-7最少最少2048 kbit/s最大傳輸時(shí)延最大傳輸時(shí)延150 msBER為為10-510-8表1-1 IMT

4、2000業(yè)務(wù)的最低性能要求 第3頁/共35頁1.1 通信系統(tǒng)模型 一、一般通信系統(tǒng)模型（模擬） 第4頁/共35頁二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型 第5頁/共35頁三、通信方式 第6頁/共35頁四、通信網(wǎng) 第7頁/共35頁第8頁/共35頁五、擴(kuò)展頻帶通信系統(tǒng) 第9頁/共35頁第10頁/共35頁1.2 信息及其度量 消息是以具體信號(hào)形式出現(xiàn)； 信息為消息中包含的抽象的、有效的內(nèi)容。 消息的出現(xiàn)是隨機(jī)的無法預(yù)知，且消息出現(xiàn)的可能性(概率)越小，則此消息攜帶的信息量越大。第11頁/共35頁例：人所共知，一般為早8:00上班。 則，“明早8:00上班”， p(A)1,信息量小; 而,“明早10:00上班”， p(b

5、)1,信息量大。第12頁/共35頁一、離散信源的信息量 1.單個(gè)消息的信息量 設(shè):消息x出現(xiàn)的概率為p(x),信息量 I(x)為 對(duì)數(shù)底為2,信息量I(x)單位為比特(bit); 對(duì)數(shù)底為e,信息量I(x)單位為奈特(nit); 對(duì)數(shù)底為10,信息量I(x)單位為哈特萊。 常用單位為比特(bit)。第13頁/共35頁例：二進(jìn)制中“1”，“0”兩個(gè)消息 獨(dú)立選一，出現(xiàn)的概率均為1/2。 若采用M進(jìn)制，則收到每一個(gè)消息的信息量為： 當(dāng)M為2的k次方時(shí) 第14頁/共35頁2.n個(gè)消息的信息量 設(shè)有n個(gè)消息,且非等概率出現(xiàn),其概率分別為: P1(X),P2(X),Pn(X),n個(gè)概率之和為1。 則每一

6、消息所包含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量(信息源的熵)為：第15頁/共35頁二、連續(xù)消息的信息量 可用概率密度表示，連續(xù)消息的平均信息量(相對(duì)熵)為：第16頁/共35頁1.3 信道與信道容量 一、信道的定義 第17頁/共35頁二、信道模型 第18頁/共35頁第19頁/共35頁1.調(diào)制信道(圖a)(1)若信道參量隨時(shí)間變化,網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為H(,t),即網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的幅頻特性和相頻特性均隨時(shí)間變化,稱為變參信道。 u0(t)=k(t)ui(t)+n(t) k(t)為乘性干擾：由各種線性和非線性失真，以及傳輸媒質(zhì)的影響。 n(t)為加性干擾源：信道各處噪聲之和，一般為加性高斯白噪聲。第20頁/共35頁

7、(2) 若信道參量不隨時(shí)間變化,網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)為H(),稱為恒參信道。 |H()|為傳遞函數(shù)的幅頻特性，與有關(guān)，可通過幅度均衡器進(jìn)行非線性補(bǔ)償。 為傳遞函數(shù)的相頻特性，與有關(guān)，可通過相位均衡器進(jìn)行非線性補(bǔ)償。)( je第21頁/共35頁 實(shí)際信道常用時(shí)延()=d/d表示 第22頁/共35頁第23頁/共35頁 2.無記憶編碼信道(圖b) 無記憶編碼信道：指錯(cuò)碼與前后碼元是否有錯(cuò)無關(guān)。即錯(cuò)碼概率相互獨(dú)立。 有記憶編碼信道：有關(guān)。不獨(dú)立。第24頁/共35頁第25頁/共35頁二、信道容量 根據(jù)信息論，對(duì)于連續(xù)信道，若信道帶寬為B，且受到加性高斯白噪聲的干擾，則信道容量C的理論公式(香農(nóng)公式)為：結(jié)論：1

8、.提高信噪比S/N。極端情況下，N0，S/N，信道容量C。2.給定信道容量C，可用不同的B和S/N 的組合來傳輸信號(hào)。3.改變信號(hào)帶寬B，信道容量C與B并非正比關(guān)系。第26頁/共35頁可見B時(shí)，C不會(huì)無限增大，而趨于常數(shù)1.44S/N。第27頁/共35頁4.信道容量C是信道能傳輸?shù)淖罡咝畔鬏斔俾?。常把能以等于C的速率傳輸信息，并能達(dá)到任意小錯(cuò)誤概率的通信系統(tǒng)稱為理想通信系統(tǒng)。第28頁/共35頁1.4 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 有效性：系統(tǒng)高效率地傳輸消息?？煽啃? 系統(tǒng)不失真地傳輸消息。有效性和可靠性是相互制約的。第29頁/共35頁一、模擬通信系統(tǒng) 1.系統(tǒng)的信息傳輸速率用給定信號(hào)的有效傳輸帶

9、寬來衡量。信號(hào)的有效傳輸帶寬與調(diào)制方式有關(guān)。第30頁/共35頁2.失真 (1)加性干擾所產(chǎn)生的失真，用信噪比S/N來衡量。即在相同情況下，信噪比越高，說明該系統(tǒng)的通信越好，或該系統(tǒng)的抗干擾能力越強(qiáng)。 而不同用途的通信系統(tǒng)，信噪比的指標(biāo)要求也不同： 電視系統(tǒng)，S/N約為60dB; 商用電話，S/N約為30dB; 一些雷達(dá)系統(tǒng)，S/N約為3dB即可工作。(2)乘性干擾所產(chǎn)生的失真，不同系統(tǒng)具體的性能指標(biāo)不同： 話路通信系統(tǒng)，用可懂度和清晰度來衡量； 廣播通信系統(tǒng)，要求保真度等。第31頁/共35頁二、數(shù)字通信系統(tǒng) 1.傳輸有效性用傳輸速率來衡量信號(hào)(碼元)傳輸速率(傳碼率)RBN 每秒傳送碼元的數(shù)目，單位為“波特”,用“B”表示。對(duì)于N進(jìn)制的一個(gè)符號(hào)可用多進(jìn)制符號(hào)來表示，或采用log2N個(gè)二進(jìn)制符號(hào)表示(例：N=16時(shí)，十六進(jìn)制的每個(gè)符號(hào)可用四位二進(jìn)制符號(hào)表示)。第32頁/共35頁 信息傳輸速率(傳信率)Rb： 每秒傳送二進(jìn)制碼元的數(shù)目，單位為“比特”, 用“b/s”表示。 Rb=RBNlog2N 例：四進(jìn)制的碼元速率為600波特， 傳信率 Rb=600log24=1200 b/s第33頁/共35頁2.差錯(cuò)率誤碼(碼元)率誤比特率(誤信率)第34頁/共35頁感謝您的觀看！第35頁/共35頁