通讯原理绪论

介绍了信息及其度量、通讯系统主要性能指标、通信的基本概念、通信系统模型、数字通信系统模型、通信系统的分类与通信方式。

绪论

• 信息及其度量
  • 信息
    • 信息是消息的内涵
    • 通信的目的在于传输消息中所包含的信息
    • 消息中不确定的内容才构成信息
    • 信息量就是对这种不确定性的定量描述
  • 度量
    • 原则
      • 度量方法与消息的种类无关
      • 与消息的重要程度无关
    • 信息量I可用概率P来度量：I = f [P(x)]
    • 离散消息x的信息量
    • 统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为
    • 一条由m 个符号构成的消息，其总信息量为∶I总=m×H
• 通信系统主要性能指标
  • 有效性
    • 码元传输速率RB
      • 单位时间传输码元的数目
      • 单位：Baud
      • RB=1/TB
    • 信息传输速率Rb
      • 每秒传递的比特数
      • 单位：比特/秒（b/s）
      • Rb=RB·H（Rb=RB·log2M）
    • 频带利用率
      • 单位带宽内的传输速率
  • 可靠性
    • 误码率Pe
    • 误信率Pb
• 通信的基本概念
  • 消息
    • 是信息的载体
    • 分类
      • 连续消息：是指消息的状态连续变化或不可数的
      • 离散消息：是指消息具有可数的有限个状态
  • 信息
    • 是消息中所包含的有效内容
  • 信号
    • 是消息的传输载体
    • 分类
      • 模拟信号：载荷消息的信号参量取值是连续的
      • 数字信号：载荷消息的信号参量只有有限个取值
  • 三者关系
    • 消息是信息的物理表现形式，而信息是消息的内涵，信号是消息的传输载体
• 通信系统模型
  • 一般模型
    • 1.信息源：信息源(简称信源)的作用是把各种消息转换成原始电信号。根据消息的种类不同信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源输出连续的模拟信号，如话筒(声音→音频信号)、摄像机(图像一视信号)；数字信源则输出离散的数字信号，如电传机(键盘字符一数字信号)、计算机等各种数字终端。并且，模拟信源送出的信号经数字化处理后也可送出数字信号 2.发送设备：发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号，使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗信道干扰的能力，并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。因此发送设备涵盖的内容很多，可能包含变换、放大、滤波、编码、调制等过程。对于多路传输系统，发送设备中还包括多路复用器。 3.信道：信道是一种物理媒质，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。在无线信道中，信道可以是自由空间；在有线信道中，可以是明线、电缆和光纤。有线信道和无线信道均有多种物理媒质。信道既给信号以通路，也会对信号产生各种干扰和噪声。信道的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。 4.接收设备：接收设备的功能是将信号放大和反变换(如译码、解调等)，其目的是从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。对于多路复用信号，接收设备中还包括解除多路复用，实现正确分路的功能。此外，它还要尽可能减小在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。 5.信宿：信宿是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息如扬声器等。
  • 模拟通信系统模型
    • 模拟消息 →原始电信号（基带） 基带信号 → 已 调 信号（带通）
• 数字通信系统模型
  • 1.信源编码与译码：信源编码( Source Coding)有两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，即通过某种压缩编码技术设法减少码元数目以降低码元速率。二是完成模/数(A/D)转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字传输。信源译码是信源编码的逆过程。 2.信道编码与译码：信道编码( Channel Coding)的作用是进行差错控制。数字信号在传输过程中会受到噪声等影响而发生差错。为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督码元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。 3.加密与解密：在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为地将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密( encryption)。在接收端利用与发送端处理过程相反的过程对收到的数字序列进行解密( decryption),恢复原来信息。 4.数字调制与解调：数字调制是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。基本的数字调制方式有振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、绝对相移键控(PSK)、相对（差分）相移键控(DPSK)。在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。调制:把信息寄托到载波上 解调:从已调信号中卸载信息 5.同步：同步( Synchronization)是使收发两端的信号在时间上保持步调一致，是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。按照同步的功用不同，分为载波同步、位同步、群(帧)同步和网同步。
  • 特点
    • 优点
      • 抗干扰能力强，且噪声不积累
      • 传输差错可控
      • 便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储
      • 易于集成，使通信设备微型化、重量减轻
      • 易于加密处理，且保密性好
    • 缺点
      • 可能需要较大的传输带宽
      • 对同步要求高
• 通信系统分类与通信方式
  • 分类方式
    • 按通信业务分类
      • 电话、数据、图像通信等
    • 按复用方式分类
      • 时分复用
      • 频分复用
      • 码分复用
    • 按信道特征分类
      • 模拟通信
      • 数字通信
    • 按传输媒介分类
      • 有线通信
      • 无线通信
    • 按传输方式分类
      • 基带传输
      • 带通传输
    • 按工作波段分类
      • 长波
      • 中波
      • 短波
      • 微波
      • 红外
      • 激光通信等
  • 通信方式
    • 按传输方向和时间划分
      • 单工
        • 消息只能单方向传输的工作方式
      • 半双工
        • 是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式
      • 双工
        • 是指通信双方可以同时收发消息的工作方式
    • 按数字码元传输时序分
      • 并行输入
        • 是将代表信息的数字码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输
        • 优点
          • 节省传输时间，速度快
        • 缺点
          • 需要n条通信线路，成本高
        • 应用
          • 一般只用于设备之间的近距离通信
      • 串行输入
        • 是将数字码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输
        • 优点
          • 只需一条通信信道，所需线路铺设费用低
        • 缺点
          • 速度慢，需要外加同步措施以解决收、发双方码组或字符的同步问题
        • 应用
          • 一般用于远距离数字传输