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通信原理的基本概念 PPT课件

发布日期:2020-05-28 17:27 来源:未知 点击:

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  通信原理 之 基本概念 山西华瑞电子工程有限公司 2013.4 1 人的能力从哪里来 70% 工作实践、生活积累、 20% 学习经历、培训、参观 10% 自学 国际HR界721定律 2 学习要求 掌握通信的基本概念 ? 通信的定义 ? 通信重大事件 ? 通信的方式 ? 通信的分类 ? 通信的工作方式 ? 通信系统的组成 ? 衡量通信系统的主要质量指标 3 一、通信的定义 ? 通信的定义:通信是指一地向另一地进行 消息的有效传递。 ? 通信的目的:传递消息中所包含的信息。 ? 消息:是物质或状态的一种反映,例如语 音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。 ? 信息:是消息中包含的有效内容。 ? 实现通信的方式和手段: ? 非电的:如旌旗、消息树、烽火台… ? 电的:如电报、电话、、电视、遥控、遥测、 因特网和计算机通信等。 4 二、通信的定义 ? 对于华瑞公司而言:“通信”这一术语是指“电 通信”,包括光通信,因为光也是一种电磁波。 ? 在电通信系统中,消息的传递是通过电信号来实 现的,简称“电信”。 ? 通信的本质:实现信息传递功能的一门科学技术, 它即要把大量有用信息无失真、高效率的传输, 也要在传输过程中将无用信息和有害信息。 ? 当今的通信不仅要有效传递信息,还要有存储、 处理、采集及显示等功能。比如“云” 5 二、通信重大事件表 ? 1837年:莫尔斯发明年:麦克斯韦发明电磁辐射理论 ? 1876年:贝尔发明年:马可尼发明无线年:调幅无线电、超外差接收机问世 ? 1936年:商业电视 ,1946年计算机诞生 ? 60后:卫星通信,计算机网络和数字技术 ? 70后:数字通信、光纤通信,苹果、微软诞生 ? 80后:综合业务数字网络、后:卫星通信、移动通信、互联网飞速发展 ? 00后:高清数字电视、智能手机、移动互联网、 IPAD、云 … … … … 6 高琨 1933年生于上海,英藉、 华裔学者 1966-七月,高锟博士在PIEE 上发表 论文《光频率的介质纤维表面波导》,从 理论上分析证明了实现光纤通信的可能性, 并预言了超低耗光纤的可能性 1970-美国康宁公司成功研制成世界上第一根低损耗 石英光纤,光纤为信息时代的到来奠下基石 全球“光纤之父”,邮电大学名 誉教授、2009年诺贝尔物理学得主 7 三、通信方式 按消息传送的方向与时间分 A 信道 B (a) A 信道 B (b) A 信道 B (c) 图 1-1 按消息传送的方向和时间划分的通信方式 (a) 单工方式; (b) 半双工方式; (c) 全双工方式 电视 对讲机 电线 三、通信方式 按数字信号排序分 串序传输 并序传输 … 101 发 送 设 备 接 收 设 备 发 送 设 备 (a) (b) 图 1-2 按数字信号排序划分的通信方式 (a) 串序传输方式 ; (b) 并序传输方式 接 收 设 备 9 三、通信方式 按通信网络形式分 两点间直通方式 分支方式 交换方式 终端 终端A 终端B A (a) 终端 B 转接 站 终端 C 终端 终端 终端 … 终端 ABC N 交换设 备 终端 N (b) (c) 图 1-3 按网络形式划分的通信方式 (a) 两点间直通方式; (b) 分支方式; (c) 交换方式 10 四、通信的分类 按传输媒质分 通信:导线、电缆、光缆等 无线通信:无线电波、红外线等 按工作频率分 长波通信、中波通信 短波通信、微波通信 按传输信号类型分 模拟通信系统—传输模拟信号的通信系统 数字通信系统—传输数字信号的通信系统 11 四、通信的分类 ? 模拟信号和数字信号 ? 模拟信号:代表消息的信号参量取值连续,例如麦克 风输出电压: 0 t (a) 线 t (b) 抽样信号 图1-2 模拟信号 12 四、通信的分类 ? 数字信号:代表消息的信号参量取值为有限个,例如电 报信号、计算机输入输出信号: 码元 t 0 t (a) 二进制信号 (b) 2PSK信号 图1-3 数字信号 ? 通常,按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号, 相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 13 四、通信的分类 ? 按信号复用方式分类:频分复用、时分复 用、码分复用 ? 按通信业务分类:电报通信系统、电话通 信系统、数据通信系统、图像通信系 统…… ? 按调制方式分类:基带传输系统和带通 (调制)传输系统 ? 按收信者运动分:固定通信和移动通信 14 四、通信的分类 1.基带信号—由信源输出的电信号 特点:具有频率较低的频率分量 一般不适合 直接作为传输信号 举例 X(?) x(t) O t -?m O ?m ? 2.已调信号—经过调制后的信号 特点:携带信息 适合在信道中传输 具有较高频率成分 且中心频率远离零频 15 四、通信的分类 SM(?) -?c O 调制的过程 ?c ? x(t) ? cos ?ct 16 四、通信的分类 ? 频分复用、时分复用和码分复用 17 五、通用频段 所有的通信频段的使用要经过国家无线电管 理委员会批准才能使用,当然也有的 频段。 18 频率范围(?) 3Hz~30kHz 30kHz~300kHz 波长(λ ) 10m8~104m 10m4~103m 300kHz~3MHz 10m3~102m 3MHz~30MHz 10m2~10m 30MHz~300MHz 10m~1m 300MHz~3GHz 3GHz~30GHz 30GHz~300GHz 100cm~10cm 10cm~1cm 100mm~1mm 五、通用频段 通用的频段、常用传输媒介及主要用途 符号 常用传输媒介 用途 甚低频VLF 线对长波无线电 音频、电话、数据终端、长距离、时标 低频 LF 中频 MF 高频 HF 甚高频VHF 特高频UHF 超高频SHF 线对长波无线电 、时标、电力线通信 同轴电缆,中波无线 电 同轴电缆,短波无线 电 同轴电缆,米波无线 电 波导,分米波无线电 调幅、移动陆地通信、业余无线电 移动无线电话、短波、定点军用通信、 业余无线电 电视、调频、空中管制、车辆通信、导 航、集群通信、无线寻呼 电视、空间遥测、雷达、点对点通信、 移动通信 波导,厘米波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 极高频EHF 波导,毫米波无线电 雷达、微波接力、射电天文学 105GHz~107GHz 3×10-4cm ~ 3×10-6cm 紫色、可见光红 外线 光纤, 激光空间传 播 光通信 19 六、通信系统的组成 通信系统的一般模型 ? 信息源(简称信源):把各种消息转换成原始电信 号,如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。 ? 发送设备:产生适合于在信道中传输的信号。 ? 信道:将来自发送设备的信号传送到接收端的物理 媒质。分为信道和无线信道两大类。 ? 噪声源:集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 20 六、通信系统的组成 ? 接收设备:从受到减损的接收信号确恢复出原始电 信号。 ? 受信者(信宿):把原始电信号还原成相应的消息,如 扬声器等。 21 六、通信系统的组成 ? 模拟通信系统模型 ? 模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统: 图1-4 模拟通信系统模型 ? 两种变换: 模拟消息 ? 原始电信号(基带信号) 基带信号 ? 已调信号(带通信号) 22 六、通信系统的组成 ? 数字通信系统模型 ? 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 信 息 源 信 源 编 码 加 密 信 道 编 码 数 字 调 信道 制 数 字 解 调 信 道 译 码 解 信 源 译 密码 受 信 者 噪声源 ? 信源编码与译码目的: ? 提高信息传输的有效性 ? 完成模/数转换 ? 信道编码与译码目的:增强抗干扰能力 ? 加密与解密目的:所传信息的安全 ? 数字调制与解调目的:形成适合在信道中传输的带通信号 ? 同步目的:使收发两端的信号在时间上保持步调一致 23 六、通信系统的组成 ? 1.2.3 数字通信的特点 ? 优点 ? 抗干扰能力强,且噪声不积累 ? 传输差错可控 ? 便于处理、变换、存储 ? 便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 ? 易于集成,使通信设备微型化,重量轻 ? 易于加密处理,且保密性好 ? 缺点: ? 需要较大的传输带宽 ? 对同步要求高 24 七、通信系统主要性能指标 ? 通信系统的主要性能指标:有效性和可靠性 ? 有效性:指通信系统中传输消息的“速率”问题, 即快慢问题 ? 可靠性:指通信系统中传输消息的“质量”问题, 即好坏问题 ? 其它还有:适应性、经济性、保密性、标准性、 维修性、工艺性等。 25 七、通信系统主要性能指标 ? 通信系统的主要性能指标: 有效性---消息传输的速度问题 可靠性---消息传输的质量问题 以上二者是一对矛盾,通常根据实际 应用求得相对的统一。即在满足一定可靠性 指标下,尽量提高传输速度,在维持一定有 效性指标基础上,使消息传输质量尽量提高。 26 七、通信系统主要性能指标 模拟通信系统: ?有效性:可用有效传输频带来度量。 ?可靠性:可用接收端最终输出信噪比来度量。 数字通信系统 ?有效性:用传输速率衡量。 ?可靠性:常用误码率表示。 27 七、通信系统主要性能指标 模拟通信系统有效性:带宽 载波1 载波2 载波3 载波4 载波5 F (MHz 0 8M 8M 8M 8M 8M 频道1 频道2 频道3 频道4 频道5 在电视系统中,PAL制每套节目带宽是8MHz, NTSC制是6M,因此,在48MHz的带宽范围内,PAL制可传6 套电视节目,NTSC制可传8套,在节目传输数量上,显然后 者占优,但PAL制信号质量更好 28 七、通信系统主要性能指标 模拟通信系统可靠性:信噪比。 信号 噪声 信噪比:信号功率与噪声功率之比。 C/N=Pc/Pn Pc:信号功率 Pn:噪声功率 29 七、通信系统主要性能指标 模拟通信系统可靠性:信噪比。 信号 噪声 模拟通信系统中(模拟或电视),信 噪比下降或不足,容易产生雪花点。 30 七、通信系统主要性能指标 数字通信系统有效性:传输速率 比特率(信息传输速率Rb):定义为单 位时间内传递的平均信息量或比特数,单 位为比特/秒,简记为 b/s ,或bps 31 七、通信系统主要性能指标 ? 带宽: 原本指模拟系统中传输信息所占的带宽,如 M带宽,后来 约定俗成,把数字信号的传输速度也叫成 带宽。 模拟系统带宽单位一般是:MHz 数字系统带宽单位一般是:bps 32 七、通信系统主要性能指标 数字通信系统可靠性:误码率 ? 常用误码率和误信率表示。 ?误码率 错误码元数 Pe ? 传输总码元数 ?误信率,又称误比特率 错误比特数 Pb ? 传输总比特数 在二进制中有 Pb ? Pe 33