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：九江學院電子工程學院九江學院電子工程學院第1章 緒 論 2022-5-62概要：概要：1.3 通信系統分類與通信方式通信系統分類與通信方式 1.3.1 通信系統分類通信系統分類 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 主要性能指標主要性能指標第1章 緒 論 2022-5-631.3 通信系統分類與通信方式通信系統分類與通信方式1.3.1 通信系統分類通信系統分類按按通信業務通信業務分類分類: 話務通信和非話務通信。話務通信和非話務通信。按按調制方式調制方式分類分類: 基帶傳輸

2、和頻帶（調制）傳輸。基帶傳輸和頻帶（調制）傳輸。按按信號特征信號特征分類分類:模擬通信系統和數字通信系統模擬通信系統和數字通信系統按按傳輸媒質傳輸媒質分類分類: 有線通信系統和無線通信系統有線通信系統和無線通信系統按按工作波段工作波段分類：分類： 長波，中波，短波，遠紅外長波，中波，短波，遠紅外按按信號復用方式信號復用方式分類分類: 頻分復用、時分復用和碼分復用。頻分復用、時分復用和碼分復用。第1章 緒 論 2022-5-641、通信業務通信業務分類分類: 話務通信和非話務通信話務通信和非話務通信 電話通信系統：電話通信系統：電話網最早、最發達電話網最早、最發達 電報通信系統：電報通信系統：通

3、過電話網或數據網傳送通過電話網或數據網傳送 數據通信系統：數據通信系統：（分組網）（分組網） 圖像通信系統：圖像通信系統： 綜合業務通信網（綜合業務通信網（ISDN）：）：將各類業務將各類業務（ ）化）化、分組化，統一傳輸，這要求網絡必須（分組化，統一傳輸，這要求網絡必須（ ）化。）化。第1章 緒 論 2022-5-652、調制方式調制方式分類分類: 基帶傳輸和頻帶（調制）傳輸?；鶐鬏敽皖l帶（調制）傳輸。第1章 緒 論 2022-5-66常見調制方式及用途常見調制方式及用途：連續波調制連續波調制模擬調制模擬調制線性調制線性調制非線性調制非線性調制數字調制數字調制脈沖調制脈沖調制脈沖模擬調制脈

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

5、調制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數字調制脈碼調制PCM市話、衛星、空間通信增量調制DM軍用、民用數字電話差分脈碼調制DPCM電視電話、圖像編碼其他話音編碼方式ADPCM中速數字電話第1章 緒 論 2022-5-693、信號特征信號特征分類分類: 模擬通信系統、數字通信系統模擬通信系統、數字通信系統 討論：討論： 模擬通信系統能否傳輸數字信號？模擬通信系統能否傳輸數字信號？數字通信系統能否傳輸模擬信號？數字通信系統能否傳輸模擬信號？第1章 緒 論 2022-5-6104、傳輸媒質傳輸媒質分類分類: 有線通信系統和無線通信系統有線通信系統和無線通信系統 有線：架空明線、同軸電纜、光纖、波導等有線：架空

6、明線、同軸電纜、光纖、波導等第1章 緒 論 2022-5-6115、工作波段工作波段分類：分類： 長波，中波，短波，遠紅外長波，中波，短波，遠紅外頻率范圍/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、信號復用方式信號復用方式分類分類: 頻分復用、時分復用和碼分復用。頻分復用、時分復用和碼分復用。 （1） 頻分復用頻分復用第1章 緒 論 2022-5-614（2） 時分復用時分復用第1章 緒 論 2022-5-615（3） 碼分復用碼分復用第1章 緒 論 2022-5-6161.3.2 通信方式通信方式1、按傳遞方向與時間關系按傳遞方向與時間關系分類分類 單工、半雙工、雙工單工、半雙工、雙工2、按數據排列方式按數據排列方式分類分類 并行傳輸、串行傳輸并行傳輸、串行傳輸 第1章 緒 論 2022-5-6171、按傳遞的方向與時間

8、的關系按傳遞的方向與時間的關系分分 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的工作方式的工作方式 （ ）個信道）個信道第1章 緒 論 2022-5-618b) 半雙工半雙工方式：通信雙方都能收發消息，但不能同時進行收方式：通信雙方都能收發消息，但不能同時進行收和發的工作方式和發的工作方式 （ ）個信道）個信道第1章 緒 論 2022-5-619c) 全雙工全雙工方式：通信雙方可同時進行收發消息的工作方式方式：通信雙方可同時進行收發消息的工作方式（ ）個信道）個信道第1章 緒 論 2022-5-6202、按數字信號排列順序分為并行傳輸和串行傳輸、按數字信號排列順序分為并行傳輸和

9、串行傳輸 （a）并行傳輸（b）串行傳輸第1章 緒 論 2022-5-621并行傳輸并行傳輸 節省傳輸時間，但所需信道多，設備復雜，成本高，故較節省傳輸時間，但所需信道多，設備復雜，成本高，故較少采用，一般適用于計算機和其它高速數字系統，特別適少采用，一般適用于計算機和其它高速數字系統，特別適用于設備間的近距離通信。用于設備間的近距離通信。串行傳輸串行傳輸 一般適用于遠距離通信。一般適用于遠距離通信。討論：討論：設計一個通信系統設計一個通信系統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

10、通信系統的主要性能做定量的分析便于今后對通信系統的主要性能做定量的分析對信息量的直觀感受：對信息量的直觀感受： 對于可能性不同的事件會有不同的感受對于可能性不同的事件會有不同的感受 消息出現的概率越小，消息中包含的信息量就越大，因此。消息出現的概率越小，消息中包含的信息量就越大，因此。信息量是消息發生概率的函數。信息量是消息發生概率的函數。設信息量用設信息量用I 表示，消息發生的概率用表示，消息發生的概率用 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： 設計一個度量函數，滿足下列要求：設計一個度量函數，滿足下列要求： （1）P(x)=1 （ ）發生事件，）發

11、生事件，I=( )。 P(x)=0 （ ）發生事件，）發生事件，I=( )。 （2）若干獨立事件構成的消息，所含的信息量等于各獨立）若干獨立事件構成的消息，所含的信息量等于各獨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。 哪個函數（組合）哪個函數（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信息量的單位與對數信息量的單位與對數底數底數a有關有關 a=2時，時， 信息量的單位為信息量的單位為比特比特(bit) a=e時，時， 信息量的單位為信息量的單位為奈特奈特(nit) a=10時，信息

12、量的單位為時，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、等概率出現的離散消息的度量、等概率出現的離散消息的度量例：設二進制離散信源，等概率發送數字例：設二進制離散信源，等概率發送數字0或或1，則信源每個，則信源每個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：等概二進制信源，發送等概二進制信源，發送0和發送和發送1的信息量是一樣的。的信息量是一樣的。每發送一位數據，就發送了每發送一位數據，就發送了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進制離散信源，則每個輸出字

13、符信息量為進制離散信源，則每個輸出字符信息量為若若M是是2的的整數冪次，整數冪次，則則例：例：M=4： ？第1章 緒 論 2022-5-6282、非等概率非等概率出現的離散消息的度量出現的離散消息的度量 設離散信源是一個由設離散信源是一個由n個符號組成的符號集，其中每個符號個符號組成的符號集，其中每個符號xi(i=1, 2, 3, , n)出現的概率為出現的概率為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：各個符號的信息量可見：各個符號的信息量（ ）

14、相等。）相等。第1章 緒 論 2022-5-629 如何衡量信源發送信息量的整體如何衡量信源發送信息量的整體情況？情況？對每個符號所含信息量作統計平均，即對每個符號所含信息量作統計平均，即平均信息量平均信息量為為 b/（符號）（符號）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個符號個符號0，1，2，3組成，它們組成，它們出現的概率出現的概率分別為分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個符號的出現都

15、是獨，且每個符號的出現都是獨立的。試求某個消息立的。試求某個消息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 主要性能指標主要性能指標 通信的任務是通信的任務是快速快速、準確準確地傳遞信息地傳遞信息快速體現了（快速體現了（ ）性；準確體現了（）性；準確體現了（ ）性）性 。 有效性有效性是指在給定信道內所傳輸的信息內容的多少，或是指在給定信道內所傳輸的信息內容的多少，或者說是傳輸的者說是傳輸的“速度速度”問題。問題。 可靠性可靠

16、性是指接收信息的準確程度，也就是傳輸的是指接收信息的準確程度，也就是傳輸的“質量質量”問題這兩個問題相互問題這兩個問題相互矛盾矛盾而又相對而又相對統一統一，通常還可以進行，通常還可以進行互換互換。第1章 緒 論 2022-5-633一、一、模擬通信系統主要性能指標模擬通信系統主要性能指標 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制方式，所調制方式，所需要的頻帶寬度需要的頻帶寬度不同。不同。單邊帶幅度調制：帶寬與信號帶寬相同。單邊帶幅度調制：帶寬與信號帶寬相同

17、。雙邊帶幅度調制：帶寬與信號帶寬的雙邊帶幅度調制：帶寬與信號帶寬的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。不同調制方來度量。不同調制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調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后的信噪比是不同的同的r0 = 解調器輸出有用信號功率解調器輸出有用信號功率解調器輸出噪聲平均功率解調器輸出噪聲平均功率r r0 0，系統性能越好！，系統性能越好！兩者指標可以相互轉換兩者指標可以相互轉換。 話音的話音的SSB帶寬為帶寬為4kHz，但音質差，而話音的寬，但音質差，而話音的寬帶調頻帶寬為帶調頻

18、帶寬為48kHz，但音質好。，但音質好。第1章 緒 論 2022-5-635 二、數字通信系統主要性能指標二、數字通信系統主要性能指標 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 ，簡稱傳碼率簡稱傳碼率 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：差錯率差錯率 1、誤碼率（碼元差錯率）Pe 2、誤信率（信息差錯率）、誤比特率Pb碼元（碼元（symbol）：基本信息傳輸單位。如電話網，一個碼元為）：基本信息傳輸單位。如電話網，一個碼元為8位。位。第1章 緒 論 2022-5-6361、碼元傳輸速率、碼元傳輸速率RB簡稱傳碼率簡稱傳碼率 它表示它表示單位時間內單位時間內傳輸碼元的傳輸碼元的數目數目，單位是波特，單位是波特（Baud），記為），記為B。 例如，若例如，若1秒內傳秒內傳2400個碼元，則傳碼個碼元，則傳碼2400B 數字信號有多進制和二進制之分，但數字信號有多進制和二進制之分，但碼元速率碼元速率與進制與進制數數無關無關，只與傳輸的碼元長度只與傳輸的碼元長度T（碼元時間）有關，如下（碼元時間）有關，如下圖所示：圖所示：第1章 緒 論 2022-5-637四進制傳輸四進制傳輸二進制傳輸二進制傳輸單極性情況：映射關系單極性情況：映射關系0 - 00; 1-012-10; 3-11第1章 緒 論 2022-5-638四進制傳