通信原理板块——基础知识(一)

news2024/11/23 18:06:30

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1、通信的基本概念——消息、信息和信号
消息是信息的物理形式载体,通信系统传输的对象,包括连续消息(状态连续变化或不可数)和离散消息(可数的有限个数)
信息是消息的有效内容,信息是消息的内涵
信号是信息的传输载体,将各种消息通过线路传输,将消息转变成电信号(把消息载荷在电信号的某个参量上,比如:正弦波的幅度、相位、频率等)包括模拟信号和数字信号
模拟信号指载荷消息的信号参量取值是连续的、不可数的、无穷多的
数字信号指载荷消息的信号参量只有有限个取值
2、通信系统的一般模型
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信息源:把各种消息转化成原始电信号。包括模拟信息源(输出连续模拟信号)和数字信息源(输出离散数字信号)。
发送设备: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,并且有足够的功率以满足远距离传输的需要。
信道:一种物理媒质,将来自发送设备的信号传送到接收设备。
接收设备:将信号放大和反变换(比如译码、解调),从受损的接收信号中正确恢复出原始电信号。
信宿:传送消息的目的地,把原始电信号还原成相应的信息。
3、模拟通信系统模型
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模拟通信系统:利用模拟信号来传递信息的通信系统
两种变换
一是:模拟信源将连续消息变换成原始电信号(基带信号,基本频带信号);信宿将原始电信号变换成连续消息。
二是:调制器将基带信号变换成适合在信道传输的信号(已调信号,一携带信息,二频谱具有带通形式,即带通信号);解调器将信道传输的信号变换成基带信号。
4、数字通信系统模型
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信源编码:两个基本功能,一是:通过某种压缩编码技术来减少码元数目以降低码元速率,提供信息传输的有效性;二是:完成模/数(A/D)转换,通过编码器将信源发送的模拟信号,转换成数字信号,实现模拟信号的数字传输
信源译码:信源编码的逆过程
信道编码:进行差错控制,对传输的信息码元按照一定的规则加入保护成分(监督码元),组成抗干扰码
信道译码:按照信道编码的逆规则进行解码,从中发现错误或纠正错误,提供通信系统的可靠性
加密:保密通信场所,人为地将被传输的数字序列扰乱,加上密码
解密:接收端采用发送端处理过程相反的操作,对接收到的数字序列进行解密,恢复原来信息
数字调制: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)。
数字解调:接收端采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号
同步:使收发两端的信号在时间上保持步调一致,包括载波同步、位同步、群(帧)同步和网同步
5、数字通信的特点
优点:(1)抗干扰能力强,且噪声不积累;(2)传输差错可控;(3)便于对数字信息进行处理、变换、存储,将来自不同信源的信号综合到一起传输;(4)易于集成,使通信设备微型化,重量减轻;(5)易于加密处理,且保密性好。
缺点:可能需要较大的传输带宽。
6、通信系统分类
按照调制方式分类为基带传输系统和带通传输系统。基带传输是将未调制的信号直接传送;带通传输是对各种信号调制后传输
按照信号特征分类为模拟通信系统和数字通信系统
按照传输媒质分类为有线通信系统和无限通信系统
按照信号复用方式分类为频分复用、时分复用、码分复用。频分复用是采用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围;时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间;码分复用是采用正交的编码分别携带不同信号。
7、通信方式
单工通信:消息只能单方向传输的工作方式
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半双工通信: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
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全双工通信:通信双方可同时收发消息
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8、离散信息量
P(x)—消息发生的概率;I—消息中的信息量
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a=e时,单位为奈特(nit)
a=10时,单位为哈特莱(Hartly)
a=2时,单位为比特(bit)
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9、离散信源的平均信息量(熵)
离散信源
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每个符合所包含信息量的统计平均值,即平均信息量熵,单位b/符号
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当P(xi)=1/M,即所有符号出现概率相等,此时的熵是最大的,熵表征了信源的不确定性
10、通信系统的性能指标——有效性
有效性——传输一定信息量所占用的频带宽度,即频带利用率
模拟通信系统,传输同样的信源信号,所需传输带宽越小,频带利用率越高,有效性越好
数字通信系统,频带利用率定义为单位带宽(每赫兹)内的传输速率
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RB——码元传输速率,即传码率(波特率),单位时间(每秒)传输码元的数目,单位为Baud,波特
TB——每个码元的长度TB(s),可以理解为每个码元的持续时间
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Rb——信息传输速率,即传信率(比特率),单位时间(每秒)传输的平均信息量,单位b/s,比特/秒
等概率,平均信息量(熵)H,M——M进制
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Rb与RB的关系
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Tb与TB的关系
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10、通信系统的性能指标——可靠性
可靠性——传输信息的准确程度
模拟通信系统的可靠性,采用接收端输出信号与噪声功率比(S/N)来衡量,反映了信号经传输后的保真程度和抗噪声能力
数字通信系统的可靠性,采用差错概率来衡量,包括误码率和误信率
误码率Pe——码元在传输过程中被传错的概率,指错误接收的码元数在传输总码元中所占的比例
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误信率Pb——误比特率,错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例
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