通信原理_第1章 绪论课件_国防科学技术大学_44页.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,通信原理,第,1,章,绪论,（,1.5,、,1.6,）,1,复习,-,通信系统一般模型,噪声,信道,信,源,信,宿,传输媒介,发送设备,接收设备,通信系统一般模型,2,复习,-,信息及其度量,信息量：,平均信息量：,I,为消息,x,所携带的信息量,P,(,x,),为该消息发生的概率,3,第,1,章 绪论,1.1,通信技术的发展与信息社会,1.2,通信系统的组成与分类,1.3,通信方式,1.4,信息及其度量,1.5,通信系统主要性能指标,1.6,信道,主要内容,4,1.5,通信系统主要性能指标,通信系统性能指标涉及要素,有效性：传输信息的速度，传输一定信息所占资源（带宽和时间）；,可靠性：通信传输质量；,适应性：使用的环境条件；,经济性：系统的成本；,标准性；,维修性、工艺性、保密性。,从信息传输的角度看，有效性和可靠性是矛盾的主要方面。,5,1.5,通信系统主要性能指标,模拟通信系统的性能指标,有效性度量：,系统的频带利用率,可靠性指标：,接收端最终输出信噪比,数字通信系统的性能指标,传输速率和频带利用率,传输速率可分为码元传输速率和信息传输速,率两种。,6,1.5,通信系统主要性能指标,码元传输速率,(,R,B,),又叫符号速率，它表示,单位时间,(,每秒,),内,传输的码元,(,符号,),的数目。其单位为,波特,，常,用,B,表示。简称波特率。,码元速率、数码率、传码率、波特率、波,形速率、调制速率。,例：某数字通信系统,2s,内传送,3600,个码元，,其码元速率为,1800B,。,7,1.5,通信系统主要性能指标,码元宽度或码元周期,T,B,相邻两个码元发送的时间间隔,T,B,=1/,R,B,信息传输速率,(,R,b,),又叫信息速率，它表示单位时间,(,每秒,),内传送数据信息的比特数。其单位为比特,/,秒，记为,bit/s,，或,bps,。,信息传输速率与码元速率的关系：,若采用,N,进制传输，则信息速率与码元速率之间的关系为,:,R,b,=,R,B,log,2,N,（,b/s,）,8,1.5,通信系统主要性能指标,频带利用率,单位频带的传输速率,例：某数字通信系统在,3s,内输出,3600,个码元，,采用,4,进制传输，则信息速率为,2400bps.,9,1.5,通信系统主要性能指标,误码率,在传输过程中错误接收的码元数与传输的总码元数之比。,误信率（误比特率）,在传输过程中错误接收的比特数与传输的总比特数之比。,对于二进制数字通信系统，,10,第,1,章 绪论,1.1,通信技术与信息社会,1.2,通信系统的组成与分类,1.3,通信方式,1.4,信息及其度量,1.5,通信系统主要性能指标,1.6,信道,主要内容,11,1.6,信道,信道的定义：,以传输媒介为基础的信号通道,狭义信道,的定义和分类：,仅指信号传输媒介的信道称为狭义信道；,分类：,无线信道,有线信道,广义信道,包含有关的“转换器”，如天线，调制器、解调器等。,12,1.6,信道,广义信道的分类,调制信道：从调制器的输出端到解调器的输入端,编码信道：从编码器的输出端到译码器的输入端,狭义信道,有线或无线传输媒介,调制信道,编码信道,传输媒介,发转换器,收转换器,译码器,编码器,调制器,解调器,数字化信源,译码输出,13,1.6,信道,1,、,对称电缆（双绞线）,对称电缆结构图,1.6.1,有线信道,14,2,、同轴电缆,同轴电缆结构图,1.6,信道,15,1.6,信道,3,、光纤,光纤传输原理,全反射原理,多模光纤（,MMF,）和单模光纤（,SMF,）,光源,LED,（,Light Emitted Dioxide,）,激光,光纤中的色散,限制了光纤的无中继传输距离,光信号入,光信号出,光纤外层,光纤内层,16,第三传输窗口,第二传输窗口,第一传输窗口,1300,1550,850,紫外吸收,红外吸收,瑞利散射,0.2,2.5,损 耗,(dB/km),波长,(nm),光纤损耗谱特性,OH,离子吸收峰,光纤带宽：,1300nm,窗口约,100nm,，,1550nm,窗口约,100nm,，,共,200nm,，,约,30THz,1.6,信道,17,1.6,信道,1.6.2,无线信道,电磁波传播特性,影响电磁波传播的因素,大气：电离层、雨雪、空气粒子等,地面：良导体、地面弯曲等,地波传播,电磁波波长与电离层距离地面的高度相比拟，形同波导；,ELF,、,VLF,、,LF,、,MF,主要使用的传播方式,ELF,具有一定的海水穿透能力。,18,1969,年，威斯康辛州建,WTF,台，十字型天线，各长,22.5,公里，,300A,；,1981,年，密歇根州又建,MTF,台，天线各长,45,公里，,150A,；,1986,年，,WTF/MTF,台正式投入使用，共指挥,161,艘潜艇。,美国超长波对潜通信系统,威斯康辛州,密歇根州,19,1.6,信道,天波传播,HF,使用的主要传播方式；,主要特点：电离层随机扰动、多径效应。,Multi hop,single hop,电离层,Earth,Transmitter,Receiver,20,1.6,信道,视距传播,天线高度与传输距离之间的关系,平坦地面条件下，收发天线高度分别为,50m,，则视线距离为,50km,。,21,通信速率与距离,：,从木星：,115kbps,从土星：,30kbps,从天王星：,20kbps,，,29,亿公里,从海王星：,15kbps,，,45,亿公里,1977,年发射,“,旅行者,1,”,、,“,旅行者,2,”,，探测大行星。,“,旅行者,2,”,，是人类最成功的宇宙探测器，成果辉煌。,视,距,传,播,22,1.6,信道,对流层散射,对流层散射区,Earth,Transmitter,Receiver,无线光传输,红外光、,紫外光、激光,23,1.6,信道,微波中继信道,24,1.6,信道,卫星中继信道,25,1.6,信道,陆地移动信道,1,）传播衰减：移动信道中自由空间传播损耗,26,1.6,信道,2,）反射波与散射波,移动信道的传播路径和平滑表面反射,27,1.6,信道,短波电离层反射信道,短波电离层反射信道是利用地面发射的无线电波在电离层，或电离层与地面之间的一次反射或多次反射所形成的信道。,电离层离地面,60,600km,。当频率范围为,3,30MHz,（波长为,10,100m,）的短波（或称为高频）无线电波射入电离层时，由于折射现象会使电波发生反射，返回地面。,28,1.6,信道,电离层反射示意图,29,1.6,信道,多径形式示意图,30,1.6,信道,调制信道的主要特性,有一对或多对输入端，必然有一对或多对输出端；,绝大部分信道是线性的，即满足叠加原理；,信号通过信道需要经过一定的延时；,信道对信号有损耗（固定或时变损耗）；,即使没有信号输入，接收端仍有信号输出（噪声），通常称为,加性噪声,或,加性干扰,。,31,1.6,信道,信道对信号的影响：,1,、乘性干扰,k,(,t,),的影响,2,、加性干扰,n,(,t,),的影响,二对端的调制信道模型：,把,f,(,),设想成一个信号与干扰相乘的形式,32,1.6,信道,乘性干扰,k,(,t,),包含的因素：线性失真、非线性失真、时间延迟以及衰减等；,随时间变化的特性；,调制信道的分类,恒参信道：,k,(t,),不随时间变化或变化极为缓慢；有线信道通常可以看成恒参信道。,随参信道：,k,(t,),随时间,t,随机变化；移动无线信道为随参信道。,33,1.6,信道,信道模型,（,1,）加性噪声恒参信道,34,1.6,信道,（,2,）具有加性噪声的线性滤波信道,+,信道,s,(,t,),n,(,t,),h,(,t,),线性时不变滤波器,35,1.6,信道,（,3,）加性噪声线性时变滤波信道模型,36,1.6,信道,编码信道,包括调制器、解调器和传输媒介,调制信道使调制信号发生波形变化,编码信道对信号的影响是数字序列的变换,与调制信道的关系,解调发生的差错,编码信道模型,采用数字信号的转移概率来描述,37,1.6,信道,38,1.6,信道,信道容量,：是指信道中信息能够无差错传输的最大速率。,说明,：本节讨论的是,调制信道,（或称波形信道，它是指从发射机调制器输出端到接收机解调器输入端之间的信道）的信道容量。,39,1.6,信道,香农公式,对于带宽有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道，设信道带宽为,B,(Hz),，信道输出信号功率为,S,(W),，输出加性高斯噪声功率为,N,(W),，则可以证明该信道的信道容量为,令加性高斯噪声的单边功率谱密度为 ，则,40,1.6,信道,例：已知黑白电视图像信号每帧有,30,万个像素，每个像素有,8,个亮度电平，各电平独立等概出现，图像每秒发送,25,帧，若要求接收图像信噪比达到,30dB,，求所需最小带宽。,解：首先计算每个像素的信息量：,每帧图像的信息量为,每秒传输,25,帧所,需传输速率,41,1.6,信道,信道容量必须不小于所要求的信息传输速率。代入信道容量公式得到,得到所需最小带宽,42,第一章学习建议,1,、,明确,：学习通信原理的目的是要在尽量节省资源和尽量低的设备成本条件下，在模块级、系统级层次上寻求提高通信系统性能的方法和手段。,2,、,领悟,：领悟学习和研究通信原理（理论和技术）的方法。,3,、,重点,：了解通信系统的组成、评价通信系统性能的指标，掌握信息量、信息速率、码元速率的计算方法。,43,思考题：,为什么要在标准调幅（,AM,）的基础上引入抑制载波双边带调制（,DSB-SC,）、单边带调制（,SSB,）和残留边带调制（,VSB,）？,44,