1、交通通信網總結課程主要內容 1. 信號與系統 2. 通信原理 3. 通信網基礎 4. 各種通信網1. 信號與系統交通運輸信息化停留在信息處理方式的轉變交通運輸信息化停留在信息處理方式的轉變各種運輸方式內部信息化建設相對獨立各種運輸方式內部信息化建設相對獨立各種運輸方式之間的信息化缺乏統一規劃建設各種運輸方式之間的信息化缺乏統一規劃建設交通信息網現狀1. 信號與系統 信號是消息的表現形式，消息是信號的具體內容。 消息可以有信息，也可以無信息。 系統是由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的具有特定功能的整體。 系統的輸入稱為激勵，輸出稱為響應。1. 信號與系統 信號的分類： 確定信號、隨機信號

2、周期、非周期信號 連續信號（模擬信號、脈沖信號）、離散信號（抽樣信號、數字信號）（重點） 能量信號（能量有限，功率為零）、功率信號（功率有限、能量無窮）（重點）1. 信號與系統 系統的分類： 線性系統（齊次性、疊加性）、非線性系統 時變系統、非時變系統（線性時不變系統） 因果系統、非因果系統 連續時間系統、離散時間系統、混合系統1. 信號與系統 典型信號： 指數信號、正弦信號、復指數信號、抽樣信號、高斯函數 奇異信號：單位階躍信號、單位沖激信號、單位斜變信號、門函數、正負號函數2. 通信原理 通信：異地之間人與人、人與機器、機器與機器進行信息傳遞和交換。 通信系統的一般模型：8模擬通信模擬通信

3、系統模型系統模型 9數字通信系統數字通信系統模型模型 10 信息量：（重點） 信息量是信息的度量。信息量與消息的種類、特定內容及重要程度無關，它僅與消息中包含的不確定度有關。也就是說消息中所含信息量與消息發生的概率密切相關。 在信息論中，消息所含的信息量I與消息x出現的概率P(x)的關系式為)(log)(1logxpxpIaa112( )log (0.002)8.97I xbit 2( )log (0.105)3.25I ebit 例： 已知英文字母e和x出現的概率分別為0.105和0.002，求英文字母e和x的信息量。 解： e的信息量 x的信息量:12 如果是非等概情況，設離散信源是一個由

4、n個符號組成的符號集， 其中每個符號xi(i=1, 2, 3, , n)出現的概率為P(xi)， 且有 ，則x1, x2, , xn 所包含的信息量分別為-log2 P(x1), -log2 P(x2)， ，-log2 P(xn)。于是，每個符號所含信息量的統計平均值，即平均信息量（熵）為：nii=1P(x )=113例：某信息源的符號集由A，B，C，D和E組成，設每一符號獨立出現，其出現概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。試求該信息源符號的平均信息量。解：該信息源符號的平均信息量為212222( )( )log( )11113355log2logloglog2.23/448

5、816161616niiiH xp xp xbit 符號14 通信系統的評價指標：有效性和可靠性 有效性：是指消息傳輸的“速度”問題 可靠性：是指消息傳輸的“質量”問題 模擬系統的評價指標：（重點） 有效性：有效傳輸帶寬 可靠性：輸出信噪比15 數字系統的評價指標：（重點） 有效性1：傳輸速率：傳碼率RBN和傳信率Rb （注意其區別注意其區別） 式中， 為信源中每個符號所含的平均信息量（熵） 有效性2：頻帶利用率：碼元頻帶利用率和信息頻帶利用率 可靠性：差錯率：誤碼率和誤比特率（誤信率）( )(/ )bBNRRH xbit s( )Hx16例：設一信息源的輸出由128個不同符號組成。其中16個

6、出現的概率為1/32，其余112個出現概率為1/224。信息源每秒發出1000個符號，且每個符號彼此獨立。試計算該信息源的平均信息速率。 解：每個符號的平均信息量為解：每個符號的平均信息量為 符號/404. 6224log224111232log32116)(22bitxH已知碼元速率已知碼元速率RB=1000B=1000B，故該信息源的平，故該信息源的平均信息速率為均信息速率為sbitxHRRBb/6404)(17解： 依題意 3000/bRbit s 則則 82/log 81000BbRRBaud系統系統的誤碼率的誤碼率 51036010100018eP 例：已知例：已知某八進制數字通信系

7、統的信息速率某八進制數字通信系統的信息速率為為 3000bit/s 3000bit/s ，在收端，在收端1010分鐘內共測得出現分鐘內共測得出現1818個錯誤碼元，試求該系統的誤碼率。個錯誤碼元，試求該系統的誤碼率。 18 信道及其容量： 狹義信道是傳輸介質。廣義信道包含發送端和接收端之間的所有環節。 廣義信道分調制信道和編碼信道。調制解調之間的是調制信道，編碼解碼之間的是編碼信道。19 信道容量、香農公式：（重點） 式中，C為信道容量，是指信道可能傳輸的最大信息速率，它是信道能夠達到的最大傳輸能力；B為信道帶寬；S為信號的平均功率；N為高斯白噪聲的平均功率；S/N為信噪比。2log (1)(

8、/ )SCBbit sN20 由香農公式可知： （1）當給定B、S/N時，信道的極限傳輸能力C（信道容量）即確定。如果信道實際的傳輸信息速率R小于或等于C時，此時能做到無差錯傳輸（差錯率可任意小）。如果R大于C，那么無差錯傳輸在理論上是不可能的。21（2） 提高信噪比S/N（通過減少n0或增大S），可提高信道容量C。特別是，若 ，則 ，這意味著無干擾信道容量為無窮大；（3） 當信道容量C一定時，帶寬B和信噪比S/N之間可以互換。換句話說，要使信道保持一定的容量，可以通過調整帶寬B和信噪比S/N之間的關系來達到。（4） 增加信道帶寬B并不能無限制地增大信道容量。當信道噪聲為高斯白噪聲時，隨著帶寬

9、B的增大，噪聲功率N也增大，信道容量的極限值為00nC00244. 1)1 (loglimlimnSBnSBCBB22通信原理之模擬調制 基本概念 調制 把信號轉換成適合在信道中傳輸的形式的一種過程。 廣義調制 分為基帶調制和帶通調制（也稱載波調制）。 狹義調制 僅指帶通調制。在無線通信和其他大多數場合，調制一詞均指載波調制。 調制信號 指來自信源的基帶信號 載波調制 用調制信號去控制載波的參數的過程。 載波 未受調制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。 已調信號 載波受調制后稱為已調信號。 解調（檢波） 調制的逆過程，其作用是將已調信號中的調制信號恢復出來。23n 單極性碼單

10、極性碼fP(f )單極性非歸零碼單極性非歸零碼1ST2ST3ST4STf fP(f )單極性歸零碼單極性歸零碼1 2 1ST3ST單極性歸零碼（單極性歸零碼（RZ） 單極性非歸零碼（單極性非歸零碼（NRZ）Tst1 1 0 1 0 1t1 1 0 1 0 1通信原理之數字基帶傳輸24n 雙極性非歸零碼雙極性非歸零碼1 1 0 1 0 1tTs 1 0 1 0 0 1 1 0n 雙極性歸零碼雙極性歸零碼25n 差分碼差分碼傳號差分碼傳號差分碼空號差分碼空號差分碼NRZ1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 01kkkdad 1kkkdad 傳號差分：傳號差分：空號差分：空號差分：26

11、通信原理之模擬信號數字傳輸 三大步驟：抽樣、量化、編碼（重點） 抽樣：對信號在時間上離散化 量化：把抽樣值在幅度上離散化 編碼：用M進制代碼表示量化后的抽樣值。27 抽樣定理 設一個帶寬有限模擬信號 s (t) 的最高頻率為 fH ，若抽樣頻率 fs 2 fH ，則可以由其抽樣信號序列 sk (t) 無失真地恢復原始信號 s (t) fs = 2 fH 稱為奈奎斯特頻率28 量化分均勻量化和非均勻量化 均勻量化：所有量化間隔相等，量化器輸出電平取量化間隔的中點 非均勻量化：對幅度比較小的信號，采用較小的量化間隔；對幅度較大的信號，則采用較大的量化間隔。 典型的非均勻量化：13折線量化法29Ox

12、y1111303 編碼l 把量化后的信號電平值轉換成二進制碼組的過程叫做編碼，其逆過程則為譯碼。lPCM編碼常用的二進制碼組有自然二進制碼組、折疊二進制碼組和格雷二進制碼組。3132 C1：極性碼 C2C3C4：段落碼 C5-C8：段內碼c1c2c3c4c5c6c7c833例：設 A 律 13 折線編碼器的輸入范圍為 (5 V, +5 V)，輸入抽樣脈沖幅度為 1.5 V。求編碼器的輸出碼組。 解：極性碼 c1 = 1段落碼(1.5 V/5 V)2048 = 614 c2 c3 c4 = 110段內碼614 512 = 102(1024-512)/16 = 32102/32 = 3 c5 c6

13、 c7 c8 = 0011 輸出碼組1 110 0011343. 通信網基礎 通信網是一種使用交換設備，傳輸設備，將地理上分散用戶終端設備互連起來實現通信和信息交換的系統。 通信網由一定數量的節點（包括終端節點、交換節點）和連接這些節點的傳輸系統有機地組織在一起，按約定的信令或協議完成任意用戶間信息交換的通信體系。 通信網由用戶終端設備，交換設備和傳輸設備組成。交換設備間的傳輸設備稱為中繼線路（簡稱中繼線），用戶終端設備至交換設備的傳輸設備稱為用戶路線（簡稱用戶線）。 交換設備：是通信網的核心要素。負責集中、轉發終端節點產生的用戶信息，實現一個呼叫終端和它所要求的另一個或多個用戶終端之間的路由

14、選擇連接。 按業務內容分類：電話網（語音業務）、電報網、數據網（數據業務）、圖像網（圖像業務）、綜合業務數據網（視頻和多媒體業務） 按地區規模分為：農村網、城市網、長途網、國際網 按信號形式分模擬網和數字網 按服務對象分為農用網、軍用網、專用網 光纖通信、衛星通信和移動通信是通信網的三種主要傳輸方式。 信道是傳輸的媒介，分為有線傳輸和無線傳輸。無線傳輸中，第三代移動通信正在使用1.82.5GHz的微波頻段。 信道復用技術：多個信號彼此正交，即可共享傳輸信道，實現多路復用。信號可表現為時間、頻率和碼型函數，相應地有時分復用TDM、頻分復用FDM和碼分復用技術CDM。 按交換的信號類型，可分為電子

15、交換和光交換。電子交換包括電路交換、報文交換、分組交換、幀中繼和ATM交換。 按交換的帶寬，可分為窄帶和寬帶交換。 按復用方式不同，可分同步傳送模式和異步傳送模式。電路交換 是最早出現的交換方式，主要應用于電話網中。 在兩個用戶之間建立一條臨時的專用電路，作為用戶間的通信線路。 電路建立：準備通信的兩個用戶之間建立專用的物理通信路徑。 消息傳遞：信息傳輸 電路釋放：通話結束，該通路被釋放。40分組交換 電路交換時延小但線路利用率低；報文交換線路利用率高但時延大。 分組交換綜合了電路交換和報文交換的優點。 其原理：將較長的報文分成若干較短的按一定格式組成的等長度數據段，再加上包含目的地址、分組編號、控制比特等分組頭，形成統一格式的交換單元。這些分組獨立在網絡中傳輸，在終端按分組編號重新組合。41分組交換的過程 分包：數據分組為格式統一的小數據組。 分組的存儲-轉發：中間節點交換機接收到分組后先進行存儲，根據其攜帶的地址信息在