通信系统概论第一章

1.通信：将内容转换成文字、声音、标识，通过某种装置变成电磁信号，通过光纤、铜线、无线等传送方式（信道），从地球的某个角落传送到另一角落。

2.点到点通信系统模型结构

信源：负责产生信息，信源可以是人或机器；

发送设备：把信源发出的信息变换成适合信道中传输的信号。

信道：信号传输媒介的总称，分有线信道、无线信道。

接收设备：将经过信道传输的信号（混杂噪声和干扰）还原为接收者可以接收的信息； 信宿：信息的最终接收者。

噪声源：是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处噪声的集中表示，分加性噪声、乘性噪声

3.通信的传输方式

按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。 单工通信

是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式。

单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等。这里，信号（消息）只从广播发射台、遥控器和无线寻呼中心分别传到收音机、遥控对象和 BP 机上。

半双工通信方式，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。

全双工通信：是指通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式。

在这种方式下，双方都可同时进行收发消息。很明显，全双工通信的信道必须是双向信道。 生活中全双工通信的例子非常多，如普通电话、手机等。 信源

信宿发送设备接收设备信道噪声和干扰（发送端）（接收端）发端 信道 收端 终端A 终端B 信道 发 收 发 收

终端A 终端B 信道 发 收 发 收

终端A

终

端B 发 收 发

收 信道1 信道2

4.模拟信号与数字信号

信号：信号是信息的表达形式，在现代通信系统中，信号大部分是电信号或光信号. 模拟信号:承载信息的参量在时间上连续，在取值上也连续。

数字信号:承载信息的参量在时间上离散，且取值为有限多个。

模拟系统

数字系统

模拟特点：模拟通信系统传输连续的模拟信号、占用带宽少、抗干扰能力较弱、不适与远距离传输、系统和设备庞大，不利于集成化。

数字特点：传输离散的数字信号、占用带宽较大、抗干扰能力强、实现远距离高质量传输、实现综合业务数字化、易于加密，安全性强、通信设备集成化。

5.传输介质

传输方式介质分为有线介质（双绞线、同轴电缆、光纤）和无线介质（无线电、微波、红外线）

双绞线优点：便宜，易于安装

缺点：串音随频率的升高而增加，抗干扰能力差，带宽一般较低，传输距离较近。 同轴电缆

优点：抗干扰能力强于双绞线，适合于高频宽带传输

缺点：成本高，不易安装埋设。

光纤特点：(1)大容量。 (2) 体积小、重量轻。

(3) 低衰减、抗干扰能力强,本身也不向外部辐射能量。

光纤分类：多模光纤和单模光纤

6.通信网的定义及结构

定义：通信网是由一定数量的节点和连接这些节点的传输系统有机地结合在一起，按约定信令和协议完成任意用户间信息交换的通信体系。

构成要素

软件设施：信令、协议、控制、管理、计费

硬件设施：终端节点 交换节点 业务节点 传输系统

从功能的角度看，一个完整的现代通信网可分为相互依存的三部分：业务网、传送网、支撑

信息源调制器信道解调器受信者噪声源

7.信息和信息量

（1）消息：是一组有序的符号序列（包括状态、字母、数字等）或连续时间函数（如语音、图像等），前者称为离散消息，后者称为连续消息。

（2）信息：是抽象的消息，一般用数据来表示。

“信息” 可被理解为消息中包含的有意义的内容。每一个消息都传递了一些信息，但某些消息比另外一些消息传递了更多的信息。于是就有如何度量消息中包含多少信息的问题，也即信息的度量问题。

计算信息量：消息中所含的信息量 I 与消息 x 出现的概率 间的关系 如果取对数的底为2 ，则信息量的单位为比特( bit) 。

二进制等概率数字信号中，每个码元所含信息量为

用二进制代码，即一个“0”或“1"，传送两个等概率消息中的任何一个，最少需要1个二进制代码，每一个二进制代码所包含的信息量定义为1比特。

码元：携带信息的数字单元称作码元。它是指在数字信道中传送数字信号的一个波形符号，它可能是二进制的，也可能是多进制的。

比特：是信息的度量单位。一位二进制数所携带的信息量即为一比特（bit,缩写为b ）。例如，10010110，八位二进制数字，所携带的信息量为8比特。

二进制传输与多进制传输的比较：

由于多进制每个码元包含的信息量大，所以采用多进制，信息传输效率高；

采用二进制时，噪声电平大于E/2，才会引起误码；而采用四进制，只要噪声电平大于E/6，就会引起误码。所以，进制数越多，抗干扰能力越差；

信道容量是指信道在单位时间内所能传送的最大信息量。信道容量的单位是比特/秒(b/s)，即信道的最大比特率。

模拟信道的信道容量可以根据香农公式计算。香农(Shannon)公式指出：在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，信道的极限信息传输速率(信道容量)C 为

S/N 为平均信号/噪声功率比，噪声为正态分布的加性白噪声；B 为信道带宽；C 为信道容量。 ()2log 1/⎛⎫=+ ⎪⎝

⎭S C B bit s N ()P x 22121=log log 21bit I ===1log log ()()

a a I P x P x ==-

8.通信系统的主要性能指标

有效性、可靠性、适应性、经济性、保密性、标准性、维护性等

其中最主要的性能指标是有效性与可靠性。

有效性指标用于衡量系统的传输效率。

可靠性指标用于衡量系统的传输质量。

有效性与可靠性的关系：一对矛盾。有效性越高，可靠性越差；可靠性越高，有效性越差。 数字系统的主要的性能指标有：传输速率、频带利用率、差错率等。 码元传输速率计算：

单位为波特(Baud )，常用符号“B ” 是码元宽度 信息传输速率：

信息传输速率 简称传信率，又称信息速率或比特率。它表示单位时间（每秒）内传送信息的数量，单位为bit/s ，可记为“b/s ”或“bps"。

其中，N 为符号的进制数。

传输二进制信息时，信息传输速率和码元传输速率是一致的，记为 频带利用率：

或

是码元传输速率 是信息传输速率

误码率：定义为：接收端收到的码元中发生错误的码元个数( ne )与发送端已发送的总码元个数(n)之比。（它是衡量数字通信系统在正常工作情况下可靠性的主要指标）

误码率一般记为 Pe ，即

误比特率：用Pb 表示 ，即

1B b R T =b T N 2log b B R R N =⨯BN R b R 22b B R R =/B R B Hz B η=bit/s /b R Hz B η=B R b R

e e n P n ==错误接收的码元数传输的总码元数b P =错误接收的比特数传输的总比特数