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  • 通信系统概述

  • 发布时间:2020-01-22 20:30
  •   通信系统概述_信息与通信_工程科技_专业资料。1.1 通信系统模型 一、通信的定义 第一章 通信系统概述 1.信息:对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容 ﹙包括语音、图象、文字等﹚ 人与人之间要互通情报,交换消息,这就需要消

      1.1 通信系统模型 一、通信的定义 第一章 通信系统概述 1.信息:对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容 ﹙包括语音、图象、文字等﹚ 人与人之间要互通情报,交换消息,这就需要消息的传递。古代的烽火台、金 鼓、旌旗,现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等,都是人们用 来传递信息的方式。 2.信号:与消息一一对应的电量。它是消息的物质载体,即消息是寄托在电信 号的某一参量上。 3.通信就是由一地向另一地传递消息。 二、电通信 1.定义 利用“电”来传递信息,是一种最有效的传输方式,这种通信方式称为电通信。 2.特点 电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效,而又准确、 可靠的传递。 电通信一般指电信,即指利用电、无线电、光和其它电磁系统,对于消息、 情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。 (1)模拟信号与数字信号:按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信 号。 模拟信号:信号的取值是连续的。 数字信号:信号的取值是离散的。 (2)基带信号与频带信号:按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信 号。 基带信号:发信源发出的信号。 频带信号:通过调制将基带信号变换为频带信号。 基带传输:在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和等)。 频带传输: 通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。(FM、AM、 MODEM) 三、通信系统的模型 1.通信系统的一般模型 (1)通信系统:通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。 (2)通信系统的基本模型 发信源 发送设备 信道 噪声源 接收设备 收信者 ? 发信源:是消息的产生来源,其作用是将消息变换成原始电信号。变换:将 非电物理量转换为掂量。 信源可分为模拟信源和离散信源。模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度 连续的信号;离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。 ? 发送设备:作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信 号。它要完成调制、放大、滤波、发射等。在数字通信系统中还要包括编码 和加密。 ? 信道:是传输的媒介。信道的传输性能直接影响到通信质量。 ? 噪声源:将各种噪声干扰集中在一起并归结为由信道引入,这样处理是为了 分析问题的方便。 ? 接收设备:完成发送设备的反变换,即进行解调、译码、解密等,将接收到 的信号转换成信息信号。 ? 收信者:把信息信号还原为相应的消息。 2.模拟通信系统模型。 发信源 调制器 信道 解调器 收信者 噪声源 将一般模型中的发送设备和接收设备变为调制器和解调器。 调制的目的:a.提高频率、便于辐射 b.便于信道复用 c.提高系统的抗干扰能力 模拟通信系统信道传输的是模拟信号,其占有频带一般都比较窄,因此其频带 利用率较高。缺点是抗干扰能力差,不易保密,设备不易大规模集成,不能适应飞 速发展的计算机通信的要求。 3.数字通信系统模型 数字通信传输的是数字信号。其特点是在调制之前先要进行两次编码,即信源 编码和信道编码。相应地接收端在解调之后要进行信道译码和信源译码。 发信源 信源编码 码 信道编码 调制器 信道 解调器 噪声源 信道译码 信源译码 收信者 ? 信源编码的主要任务是提高数字信号传输的有效性。具体地说,就是用适当 的方法降低数字信号的码元速率以压缩频带。另外,如果信息源是数据处理设备, 还要进行并/串变换以便进行数据传输;如果待传的信息是模拟信号,则先要进行模 数(A/D)转换、信源编码的输出就是信息码。此外,数据、数话加密、语音和图 象压缩编码等都是在信源编码器内完成。接收端信源译码则是信源编码的逆过程。 ? 信道编码的任务是提高数字信号传输的可靠性。其基本作法是在信息码组中 按一定的规则附加一些码,以使接收端根据相应的规则进行检错和纠错,信道编码 也称纠错编码。接收端信道译码是其相反的过程。 同步在数字通信中是不可缺少的部分。同步就是建立系统收、发两端相对一致 的时间关系,只有这样,接收端才能确定每一位码元的起止时刻,并确定接收码组 与发送码组的正确对应关系。否则,接收端无法恢复发送的信息信号。 在数字通信系统中,调制信号是数字基带信号,调制后的信号称为数字制信号。 有时也可不经过调制而直接传输数字基带信号,这种传输方式称作数字信号的基带 传输。 4.数字通信的特点 (1) 抗干扰能力强,可消除噪声积累。 (2) 可采用再生中继,实现高质量的远距离通信。 (3) 灵活性高,能适应各种通信业务的要求。 (4) 可以很方便地与现代数字计算机相连接。 (5) 数字信号易于加密。 (6) 便于集成化。 数字通信的最大缺点就是占用频带较宽。然而,随着卫星通信,光纤通信等宽频 带通信系统的日益发展和成熟,应用越来越广泛,已成为现代通信的主要传输方式, 有逐渐取代模拟通信之趋势。 1.2 通信系统的分类 一、通信的发展历史 原始的通信方式有烽火、书信和旗语等,它们最主要的缺点是消息传送距离短, 速度慢。 电通信起源于 19 世纪 30 年代。 1835 年,莫尔斯电码出现; 1837 年,莫尔斯电磁式电报机出现; 1866 年,利用大西洋海底电缆实现了越洋电报通信; 1876 年,贝尔发明了电话机,开始了电报、电话通信,使消息传递既迅速、 又准确。 19 世纪末,出现了无线 世纪初电子管的出现使无线 年代以来,随着晶体管、集成电的出现和应用,无线电通信迅 速发展,无线电话、、电视和传真通信相继出现并发展起来。 进入 20 世纪 80 年代以来,随着人造卫星的发射,电子计算机、大规模集成电 和光导纤维等现代化科学技术的问世和应用,促进了微波通信、卫星通信、 光纤通信、移动通信和计算机通信等各种现代通信系统的竞相发展。 二、通信发展现状和趋势 1、 通信发展的现状 (1)电话网的规模和技术层次,均有质的变化 目前我国所有的县都开通了程控交换机,其电话网规模已超过美国成为世界第 一电话大国。光缆干线形成八纵八横网状格局,覆盖全国省会以上城市和几百个地 市,新的长途传输网全部采用 SDH 技术,这是世界通信领域中,实现了全世界第一个 线)移动通信 移动通信发展于 80 年代。第一代移动通信是模拟移动通信系统,其最重要的技 术特征是采用模拟技术,系统实现的频率可重复使用的蜂窝结构,不间断通话的越区 切换,全区漫游的接入等特点和功能,是对移动通信发展的重大贡献。第一代系 统主要有:AMPS、TACS、NMT 等。 第二代移动通信是数字移动通信系统,其最重要的技术特征是数字技术。第二 代移动通信系统采用的用户鉴权识别技术,推出的个人便携式手机,使用大容量移 动网络,是对移动通信飞速发展和普及起了决定性作用。主要标准体制有三种 TDMA 方式:泛欧 GSM、 D-AMPS(IS-54)、日本 PDC 和 CDMA 方式的 IS-95 标准。 我国经营第二代移动通信的运营商有中国移动和中国联通,中国第二代移动通信采 用的标准为 GSM。作为第二代向第三代的过渡产物,中国移动推出了 GPRS 标准,中 国联通推出了 CDMA 标准。 国际电信联盟(ITU)提出 IMT-2000 作为第三代移动通信(3G)的发展目标。 ITU 早在 1985 年即提出了第三代移动通信系统的概念,当时称之为未来陆 地 移 动 通 信 系 统 ( FPLMTS ) , 后 来 在 1996 年 更 名 为 国 际 移 动 通 信 系 统 , 即 IMT-2000(INTERNATIONAL MOBILE TELECOMMUNICATION),其中 2000 的含义为“工作 在 2000MHZ 频段、即在 2000 年左右投入商用,初期最高传输速率为 2000Kb/s”。 IMT-2000 对无线传输技术(RTT)提出了如下要求: ? 高速传输以支持多业务。 室内至少 2Mbps; 室内外步行至少 384Kbps; 室外车辆运动中至少 144Kbps; 卫星移动至少 9.6Kbps; ? 传输速率能按需分配。 ? 上、下行链能适应不对称需求。 IMT-2000 对无线传输技术(RTT)评估准则: 频谱效率、覆盖效率、低成本、高性能、易于过渡、知识产权(IPR)最少。 2009 年,中国移动通信集团公司被批准增加基于 TD-SCDMA 技术制式的第三代移 动通信(3G)业务经营许可,中国电信集团公司被批准增加基于 CDMA2000 技术制式 的 3G 业务经营许可,中国联合网络通信集团公司被批准增加基于 WCDMA 技术制式的 3G 业务经营许可。 (3)计算机互联网(Inter) Inter 即我们所说的“因特网”,是计算机网络及通信领域中的一个热门技术。 Inter 是由无数个信息节点构成的一个覆盖全球的网,它连接着一个个不断产生 新信息的节点,创造着大量的信息资源以服务于社会。Inter 可以看成是把各种 各样的计算机与通信网动态的连接在一起,产生、、应用信息。 ? 网络宽带化 ? 协议不断改进 ? 应用走与电信业务结合发展道。 (4)三网融合的网络发展动向 电信技术发展经历了漫长的模拟网年代(1876-1972),将向高速发展的数字 (1973-1980)和业务综合年代(1981-1996),即 ISDN 和 B-ISDN 时代发展。 2、 通信的发展趋势 在未来几年里,通信发展的总趋势是数字化、综合化、智能化、宽带化、个人 化和标准化。 (1)数字化 在通讯网上全面使用数字技术,包括数字传输、数字交换和数字终端等,形成 数字往。 (2)综合化 即将来自各种信息源的业务综合在一个数字通信网中,为用户提供综合性服务。 (3)智能化 在通信网中引进更多的智能部件,形成智能网,从而提高网络和业务的应变能 力,它可以对网络资源进行动态分配,随时提供满足各类用户需要的业务。 (4)宽带化 即高速化,指的是以每秒几百兆比特以上的高速传输和交换各种形式的信息。 宽带化是为适应人们对视觉信息和高速数据信息的需求而出现的,只有通过宽带化 构成的高速信道,才能传送质量达到演播水平的话音信号、高清晰度电视与高速数 据等宽带信号。 (5)个人化 个人化也叫个人通信,它把“服务到家”的通信方式变为“服务到人”,使任何人在 任何时间和任何地方的任何人进行通信。 (6)标准化 指随着通信网的演变不断制定或修订统一网络标准以及有关国际标准的过程。 三、通信系统的分类 1、按电信业务分 电报、电话、数据传输、传真、可视电话等。从广义上讲,、电视、雷达、 、遥控遥侧、计算机通信等都应属于电通信的范畴。 2、按通信技术分 移动通信、数据通信、卫星通信、光纤通信、为播中继通信。 3、按传输媒介分 通信系统的性能指标 一、衡量通信系统的一般性能指标 有效性和可靠性,其次还应考虑通信系统的安全性和保密性等指标。 1.有效性:是指要求系统高效率地传输信息,即在给定的信道内“多”、“快”的传送信 息。 2.可靠性:是指要求系统可靠性地传输消息,即指在给定的信道内接收到的信息 要“准”要“好”。 二、衡量模拟通信系统的性能指标 1.有效性:用所传信号的有效传输带宽来表征。信道复用的程度越高,信号传 输的有效性就越好。信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。同样的信号 用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一样的。 2.可靠性:用整个通信系统的输出信噪比来衡量。信噪比是信号的平均功率 S 与噪声的平均功率 N 之比。信噪比越高,说明噪声对信号的影响越小。显然,信噪 比越高,通信质量就越好,如电线dB 以上。输出信噪比一方面与信道内噪声的大小和信号的功率有关,同时又和调制方 式有很大关系。 三、衡量数字通信系统的性能指标 1.有效性:用传输速率来表征。传输速率有两种,一种是码元传输速率,另一 种是信息传输速率。 (1)传码率:码元传输速率又称码元速率,简称传码率,用 RBN 表示,它是指 系统每秒钟传送码元的数目,单位是波特,常用符号“B”表示。 (2)传信率:信息传输速率又称为信息速率,简称传信率。每秒钟所传送的二 进制码元数,用 Rb 表示,单位是比特/秒,常用符号“bit/s”表示。 (3)传码率和传信率的关系 都是用来衡量数字通信系统有效性指标的,但是二者既有联系又有区别,在二 进制的情况下,传码率与传信率在数值上相等,只是单位不同。但是对于多进制时 情况是不一样的,传码率 RBN 和传信率 Rb 可以互相换算。设 N 进制的码元速率为 RBN,则 Rb ? RBN log2 N 比特/秒 RBN ? Rb log2 N 波特 {例}已知某信号的传信率为 4800bit/s,采用四进制传输时,其传码率为 RBN ? 4800 log2 4 ? 2400 波特 2.可靠性:用差错率来衡量。差错率越小,可靠性越高,差错率也有两种表示 方法,一为误码率,另一个为误信率。 (1)误码率:是指接收到的错误码元数和总的传输码元个数之比,记为 接收的错误码元 PC = 数传 输 总 码 元 (2)误信率:也叫误比特率,是指接收到的错误比特数与总的传输比特数之比, 数 记为 Pb = 接收的错误码元比特 数 传输总比特数 1.4 信息及其度量 通信的目的在于传递信息。每一消息信号必定包含有接收者所需要知道的消息, 消息以具体信号形式表现出来,即信号(在这里是指电信号)是消息的载荷者。因为 消息不能远距离传送,因此需要将消息变换为适合在信道中传输的电信号(电压或者 电流)。只有小溪中不确定的内容才构成信息。 如同运输货物的多少可用“货运量”来统一衡量一样,传输信息的多少可以用“信 息量”来衡量。 消息中所含“信息量”的多少,与该消息发生的概率密切相关。一个消息愈不可预 测,或者说出现的不确定性愈大,它所含的信息量就愈大,而概率描述的正是这种 不确定性。 在信息论中,把消息 x 所含的信息量 I 用其出现的概率 P(x)表示,即定义为 I ? loga 1 P(x) ? ? loga P(x) 信息量的单位由对数底的取值决定。若对数以 2 为底,信息量的单位被称为 比特(bit);若以 e 为底,称为“奈特”(nit);若以 10 为底,则称为“哈特莱”(hartley)。 通常采用“比特”作为信息量的实用单位。 [例]设英文字母 C 出现的概率为 0.023,试求 C 的信息量。 解: I C? log 2 1 p(X ) ? log 2 1 0.023 ? 5.44bit

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