通信原理第1章

狭义信道——各种物理传输介质 广义信道——传输介质（狭义信道）和信号必须经过的各种通信设 备

传输介质——可传输电信号（或光信号）的 物质，分为有线介质和无线介质
无线信道



在无线信道中，信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的 无线介质指可以传播电磁波（包括光波）的空间或大气，主要由无线 电波和光波作为传输载体 无线传输信道分为长波信道、中波信道、短波信道、超短波信道和微 波信道
7、通信网的组网结构

பைடு நூலகம்
通信网的网络拓扑结构是指终端、节点或两者之 间的连接与分布形式 网络拓扑结构的基本形式主要有网状网、网孔型 网、星型网、复合型网、环型网、总线型网、树 型网等 通信网的实际拓扑结构通常由基本结构形式复合 组成
通信网的组网结构
通信网基本拓扑结构示意图
8、通信信道

信道——信号发送设备与接收设备之间传送 信号的通道。信道作为链路，可连接网络节 点的交换设备，构成多个用户连接的网络
2) 光纤 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。 纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要 在纤芯里传输。为了使光波在光纤中传输时的衰减最小， 一般将光波的波长选择在光纤传输损耗最小的波长上。 光纤分为突变型多模光纤、渐变型多模光纤和单模光纤。 我国现有的基础传输网主要构建在光通信网上，光纤已经 成为基础传输网的干线和本地信道。
【解】（1）信息/象素＝log2(64×16）＝10bit 信息/每幅图＝10×5×105＝5×106bit 信息速率R＝100×5×106＝5×108b/s 因为R必须小于或等于C，所以信道容量 C ≥ R＝ 5×108b/s （2） S/N＝1000， W＝C/(log2(1+S/N))=50MHz
【例】某离散信源由0，1，2，3四种符号组成，其概率分别为 3/8,1/4,1/4,1/8。求信息源的平均信息量。
【解】H ＝ －(3/8)log2(3/8)－(1/4)log2(1/4)－(1/4)log2(1/4)－ (1/8)log2(1/8) = 1.9056(比特/符号）
4、 信道容量
通信系统的质量评价
传输容量的表示方法

信息传输速率（比特速率）——系统每秒钟传送的比特数，单位为比 特／秒（bit/s） 【例】某数字通信系统每秒钟传送19200个二进制码元（一个二进制码 元是一个“1”或一个“0”），则该系统的信息传输速率为19200 bit/s

符号传输速率（信号速率或码元速率）——单位时间内所传送的码元 数；单位为波特（baud，简记为Bd），每秒钟传送一个符号的传输速 率为1波特
通信系统模型
现代通信系统的功能 模型
2、 通信系统的质量评价
a. 有效性指标 有效性是指信道资源的利用效率（即系统中单 位频带传输信息的速率问题）

模拟通信系统有效性指标——系统有效带宽 数字通信系统有效性指标——传输容量，即信道 的传输速率（单位时间内通过信道的平均信息 量），信息量的单位为比特（bit）
通信系统的质量评价
b. 可靠性指标 可靠性是指通信系统传输消息的质量（即传输 的准确程度问题） 模拟通信的可靠性——用输出信噪比来衡量 数字通信系统的可靠性——用传输差错率来衡量
传输差错率的表示方法：


误码率（码元差错率）——在传输过程中发生误码的码元个数与传输的 总码元数之比，也指平均误码率 误比特率（比特差错率）——在传输过程中产生差错的比特数与传输的 总比特数之比，也指平均误比特率 当采用二进制码时，误码率与误比特率相等
信道容量
•对于非理想信道 实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。损耗引起信号强度减弱，导 致信噪比降低。延迟会使接收端的信号产生畸变。噪声会破坏信号， 产生误码。此时的信道容量可以用香农公式表示： C = W log2 (1+S/N) （b/s）
S/N: 信噪比
【例】已知彩色电视图像由5×105个象素组成。设每个象素有64种彩 色度，每种彩色度有16个亮度等级。设所有彩色度和亮度等级的组合 机会均等，并统计独立。（1）试计算每秒传送100个画面所需的信道 容量；（2）如果接收机信噪比为30dB，为了传送彩色图像所需信道 带宽为多少？（注：log2X=3.32lgX)
5、 通信网基本要素



通信网——由一定数量的节点以及连接节点的传 输链路的组合，以实现规定点间信息传输的通信 体系。 通信网的功能：适应用户呼叫的需要，以用户满 意的程度，传输网内任意两个或多个用户之间的 信息 。 现代通信网一般是由交换设备、用户终端设备、 传输系统并按某一结构组成。用户终端之间通过 一个或多个节点链接，在节点处提供交换、处理 网络管理等功能。传输系统包括用户终端之间、 用户终端与节点以及节点之间的各种传输介质 （有线或无线）和设备。
第一章 概论
1、 通信系统模型
通信系统的基本模型（点对点通信）
通信系统模型


信息源（信源）——把待传输的消息转换成原始 电信号 发送设备（变换器）——将信源发出的信息变换 成适合在信道中传输的信号，使原始信号（基带 信号）适应信道传输特性的要求 信道——传递信息的通道及传递信号的设施。按 传输介质（又称传输媒质）的不同，分为有线信 道和无线信道（如微波通信、卫星通信、无线接 入等）
3、 信息及其度量
消息——在通信中，通常把文字、语言、数据、图像等等看成是 “消 息”的“集合”。 信息量——在得到消息之前，若认为消息中所描述事件发生的可能 性越小，就认为这个消息带来的信息量越大。 设消息所代表的时间出现的概率为 P（x)，则该消息所含有 的信息量： I＝loga(1/P(x))=- logaP(x) 平均信息量——当消息很长时，用符号出现概率来计算消息的信息 量是比较麻烦的，此时可以用平均信息量的概念来计算。 所谓平均信息量是指每个符号所含信息量的统计平均值。
通信网的基本要素



终端 ——主要功能是将输入信息变换为易于在信 道中传送的信号；其用于发送和接收用户信息， 与网络交换控制信息，通过网络实现呼叫和接入 服务。 交换设备——以节点形式与邻接传输链路一起， 构成各种结构的通信网；根据寻址信息和网络控 制指令，进行链路连接或信号导向，使通信网中 的多对用户建立信号通路。 传输系统——完成信号传输的介质和设备的总称。 其在终端设备与交换设备之间、以及交换系统相 互之间链接起来而形成网络。
• 对于理想低通信道 奈奎斯特定理：说明必须以高于受测信号的最高频率两倍以 上的速度进行取样，才能正确地重建波型。取样速率 > 2 * 受测信号的最高频率部份。 信道容量为： C = 2W×log2 M C = 数据传输率，单位bit/s W = 带宽，单位Hz M = 信号编码级数 奈奎斯公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了 依据。
通信系统模型


接收设备——功能与发送设备相反，把从信道上 接收的信号变换成信息接收者可以接收的信息， 起着还原的作用 受信者（收终端，又称为信宿）——信息的接收 者，将复原的原始信号转换成相应的消息 噪声源——指系统内各种干扰影响的等效结果。 为便于分析，一般将系统内所存在的干扰（环境 噪声、电子器件噪声、外部电磁场干扰等）折合 于信道中
6、电信网的组成
现代电信网可归纳为业务网和支撑网 1. 业务网（用户信息网） 用于向公众提供诸如话音、视频、数据、多 媒体等业务的通信网络，包括电话通信网、移动通 信网、数据通信网、综合业务数字网、智能网、IP 网络等。按其功能可分为传送网和交换网。 2. 支撑网 支撑网包括信令网、数字同步网和电信管理 网，支持电信网的应用层、业务层和传送层的工作， 提供保证网络正常运行的控制和管理功能。
有线传输信道


在有线传输信道中，电磁波沿有线介质传播并构成直接信息流通的通 路 有线介质包括平衡电缆（双绞线）、同轴电缆、多芯电缆、和光缆等
1) 通信电缆 ① 双绞线 双绞线在通信网中广泛应用，通常连接用户终端和复 接设备或交换机，其带宽有限，传输距离比较短。通过 数字信号处理技术和各种调制技术，能够提高铜线的传 输速率和距离，从而在宽带网络中可以继续使用现有的 双绞线。 ② 同轴电缆 同轴电缆分为粗缆、中同轴和细缆，传输带宽较大， 受外界干扰少，可靠性和传输质量都很好。但是造价高， 施工复杂。在有线网络中，大量采用了同轴电缆，计算 机局域网中也少量采用了同轴电缆。其传输能力优于双 绞线，但是不及光纤。