【笔记整理】通信原理第一章复习

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【笔记整理】通信原理第一章复习

2024-07-11 05:08| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.1 通信的发展 通信的概念;信号、消息、信息的概念和之间的关系

通信:将含有信息的消息有效而可靠地由一地传输到另一地的过程。通信就是以语言、图像、数据为媒体,通过电信号将信息由一方传输到另一方。 信号:信号是消息的承载者,信号常常由消息变换而来。它是与载有消息的随参量变化而变化的物理量或者是物理过程,通常是时间的函数;通信系统中传送的是信号; 信息:是要表示和传送给的对象,信息是包含在消息中的不确定性,即有效的东西; 消息:是表示信息的媒体,如语言、文字、图像、声音等。 消息是信息的载体,信息是消息的内容。

1.2 通信系统的组成 通信系统的一般模型 信源:消息的产生地,其作用是把各种消息转换成电信号,称之为基带信号(信号的频谱从零频附近开始)。 发送设备:将信源和信道匹配起来,即将信源产生的基带信号变换成适合在信道中传输的信号(频带信号)。 信道:指传输信号的物理媒质,分为无线信道和有限信道(狭义信道)。 噪声源:不是人为加入的设备,而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的,并且是人们所不希望的。 接收设备:完成发送设备的反变换,从带有干扰的接受信号中正确恢复出相应的原始基带信号。 信宿:是传输信息的归宿点。 模拟通信 vs. 数字通信系统模型

模拟通信与数字通信

模拟信号:信号参量的取值是连续的或取无穷多个值,不一定在时间上也连续。 数字信号:信号参量的取值是离散的或正去有限个值,不一定在时间上也离散。 数字 、模拟信号根据信号在幅度上是否离散区分;离散、连续信号根据信号在时间上是否离散区分。

模拟通信系统模型(电信号——基带信号——频带信号) 模型:信息源、调制器、信道(噪声源)、解调器、受信者

基带信号: 信源发出的原始电信号是基带信号, 具有频率很低的频谱分量,一般不宜直接传输 需要把基带信号变换成其频带适合在信号中传输的频带信号,完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。 频带信号: 携带有信息; 适合在信道中传输; 信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频。

数字通信系统模型(保密通信:虚线处有加密解密过程) 模型:信息源(信源)、编码器(信源编码器|信道编码器、保密编码器)、数字信号调制器、信道(噪声源)、数字信号解调器、译码器(保密译码器、信道译码器|信源译码器)、受信者(信宿)

信源编码与译码的作用:

通过数据压缩(压缩编码),以减少数字信号的冗余度,提高数字信号的有效性。 当信息源给出的是模拟信号,信源编码通过量化将模拟消息转变成数字信号,以实现模拟信号的数字化传输。 信源译码是信源编码的逆过程。

信道编码与译码的作用:

数字信号在信道传输时,噪声、衰落、人为干扰等会引起差错。为了减小差错,在经过信源编码的信号中按一定的规则增加一些保护成分,组成所谓“抗干扰编码”; 接收端的信道译码器按一定规则进行解码,从解码过程中发现错误或纠正错误,从而提高通信系统抗干扰能力,实现可靠通信。

数字调制与解调

目的:使经过编码的信号特性与信道的特性相适应,使信号经过调制后能够顺利通过信道传输 数字调制就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频带信号(基本的数字调制方式由振幅键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK、差分相移键控DPSK。)

同步:

使收、发两端的信号在时间上保持步调一致 保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提调价 按照同步的功用不同,可分为载波同步、位同步、群同步和网同步

复用:

把多路信号复合在一起进行传输,扩大传输容量和提高传输效率 在发送端将信号综合在一起的过程叫付姐 在接收端将它们分开的过程称分接 数字通信的特点: 【优点】 抗干扰能力强,远距离传输无噪声积累; 差错可控; 易于与各种数字终端接口,便于数字信号处理对信号进行处理、加工、变换、存储,从而形成智能网; 易于集成化,使通信设备微型化; 易于加密处理,且保密强度高。 【缺点】 占用带宽大; 同步要求高,设备复杂;

随着技术的发展,数字通信的这些缺点已经弱化,随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用,数字通信在今后的通信方式中必将逐步却带模拟通信而占主导地位。

模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种类。

1.3 通信系统分类 按通信方式 按消息传送方向与时间关系: 单工——遥测、遥控、寻呼; 半双工——无线点对讲机; 全双工——电话 按数字信号排列顺序: 串行传输:远距离数字通信; 并行传输:近距离数字通信 1.4 信息及其度量

信号是消息的载体,消息是信息的载体,信息是消息的内容。 消息出现的概率越小,消息中包含的信息量越大

信息量 I I I的定义: I = log ⁡ a 1 P ( x ) I=\log_a \frac{1}{P(x)} I=loga​P(x)1​ 【结论】传送每一个 M = 2 k M=2^k M=2k进制波形的信息量就等于用二进制脉冲表示该波形所需的脉冲数目 K K K——等概率条件下 离散消息的度量(平均信息量、信息源的熵) H ( x ) = ∑ i = 1 n P ( x i ) log ⁡ 2 1 P ( x i ) = − ∑ i = 1 n P ( x i ) log ⁡ 2 P ( x i ) H(x)=\sum_{i=1}^{n}P(x_i)\log_2 \frac{1}{P(x_i)}=-\sum_{i=1}^{n}P(x_i)\log_2 P(x_i) H(x)=i=1∑n​P(xi​)log2​P(xi​)1​=−i=1∑n​P(xi​)log2​P(xi​) 【结论】当信源中每个符号等概独立出现时,此时信源的熵有最大值 1.5 主要性能指标 有效性:系统传输消息的效率,通信资源(频率、时间的充分利用); 可靠性:信息传输的准确程度,传送消息的准确还原;

通信系统的有效性和可靠性常常是一对矛盾,形成矛盾的根本原因——信道不理想:带宽、时间受限;噪声和干扰。

模拟通信的性能指标 有效性:用所传信号的有效传输带宽(effective transmission band width)来表征,越小越有效。 可靠性:输出信噪比(仅考虑加性干扰);接收端输出的信号平均功率与噪声平均功率之比(SNR: signal noise radio) 数字通信系统的性能指标 有效性 符号(码元)传输速率: R B R_B RB​简称编码率,它表示单位时间内传输码元的数目。 R B 2 = R B M l o g 2 M R_{B2}=R_{BM}log_2M RB2​


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