1、交通通信網(wǎng)總結(jié)課程主要內(nèi)容 1. 信號(hào)與系統(tǒng) 2. 通信原理 3. 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 4. 各種通信網(wǎng)1. 信號(hào)與系統(tǒng)交通運(yùn)輸信息化停留在信息處理方式的轉(zhuǎn)變交通運(yùn)輸信息化停留在信息處理方式的轉(zhuǎn)變各種運(yùn)輸方式內(nèi)部信息化建設(shè)相對(duì)獨(dú)立各種運(yùn)輸方式內(nèi)部信息化建設(shè)相對(duì)獨(dú)立各種運(yùn)輸方式之間的信息化缺乏統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)各種運(yùn)輸方式之間的信息化缺乏統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)交通信息網(wǎng)現(xiàn)狀1. 信號(hào)與系統(tǒng) 信號(hào)是消息的表現(xiàn)形式，消息是信號(hào)的具體內(nèi)容。 消息可以有信息，也可以無(wú)信息。 系統(tǒng)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(tǒng)的輸入稱為激勵(lì)，輸出稱為響應(yīng)。1. 信號(hào)與系統(tǒng) 信號(hào)的分類： 確定信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)

2、周期、非周期信號(hào) 連續(xù)信號(hào)（模擬信號(hào)、脈沖信號(hào)）、離散信號(hào)（抽樣信號(hào)、數(shù)字信號(hào)）（重點(diǎn)） 能量信號(hào)（能量有限，功率為零）、功率信號(hào)（功率有限、能量無(wú)窮）（重點(diǎn)）1. 信號(hào)與系統(tǒng) 系統(tǒng)的分類： 線性系統(tǒng)（齊次性、疊加性）、非線性系統(tǒng) 時(shí)變系統(tǒng)、非時(shí)變系統(tǒng)（線性時(shí)不變系統(tǒng)） 因果系統(tǒng)、非因果系統(tǒng) 連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)、混合系統(tǒng)1. 信號(hào)與系統(tǒng) 典型信號(hào)： 指數(shù)信號(hào)、正弦信號(hào)、復(fù)指數(shù)信號(hào)、抽樣信號(hào)、高斯函數(shù) 奇異信號(hào)：?jiǎn)挝浑A躍信號(hào)、單位沖激信號(hào)、單位斜變信號(hào)、門函數(shù)、正負(fù)號(hào)函數(shù)2. 通信原理 通信：異地之間人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器進(jìn)行信息傳遞和交換。 通信系統(tǒng)的一般模型：8模擬通信模擬通信

3、系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型 9數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)模型模型 10 信息量：（重點(diǎn)） 信息量是信息的度量。信息量與消息的種類、特定內(nèi)容及重要程度無(wú)關(guān)，它僅與消息中包含的不確定度有關(guān)。也就是說(shuō)消息中所含信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。 在信息論中，消息所含的信息量I與消息x出現(xiàn)的概率P(x)的關(guān)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(xiàn)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(shè)離散信源是一個(gè)由

4、n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集， 其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1, 2, 3, , n)出現(xiàn)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(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量（熵）為：nii=1P(x )=113例：某信息源的符號(hào)集由A，B，C，D和E組成，設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。試求該信息源符號(hào)的平均信息量。解：該信息源符號(hào)的平均信息量為212222( )( )log( )11113355log2logloglog2.23/448

5、816161616niiiH xp xp xbit 符號(hào)14 通信系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：有效性和可靠性 有效性：是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴?wèn)題 可靠性：是指消息傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題 模擬系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：（重點(diǎn)） 有效性：有效傳輸帶寬 可靠性：輸出信噪比15 數(shù)字系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)：（重點(diǎn)） 有效性1：傳輸速率：傳碼率RBN和傳信率Rb （注意其區(qū)別注意其區(qū)別） 式中， 為信源中每個(gè)符號(hào)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(cuò)率：誤碼率和誤比特率（誤信率）( )(/ )bBNRRH xbit s( )Hx16例：設(shè)一信息源的輸出由128個(gè)不同符號(hào)組成。其中16個(gè)

6、出現(xiàn)的概率為1/32，其余112個(gè)出現(xiàn)概率為1/224。信息源每秒發(fā)出1000個(gè)符號(hào)，且每個(gè)符號(hào)彼此獨(dú)立。試計(jì)算該信息源的平均信息速率。 解：每個(gè)符號(hào)的平均信息量為解：每個(gè)符號(hào)的平均信息量為 符號(hào)/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(tǒng)系統(tǒng)的誤碼率的誤碼率 51036010100018eP 例：已知例：已知某八進(jìn)制數(shù)字通信系

7、統(tǒng)的信息速率某八進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為為 3000bit/s 3000bit/s ，在收端，在收端1010分鐘內(nèi)共測(cè)得出現(xiàn)分鐘內(nèi)共測(cè)得出現(xiàn)1818個(gè)錯(cuò)誤碼元，試求該系統(tǒng)的誤碼率。個(gè)錯(cuò)誤碼元，試求該系統(tǒng)的誤碼率。 18 信道及其容量： 狹義信道是傳輸介質(zhì)。廣義信道包含發(fā)送端和接收端之間的所有環(huán)節(jié)。 廣義信道分調(diào)制信道和編碼信道。調(diào)制解調(diào)之間的是調(diào)制信道，編碼解碼之間的是編碼信道。19 信道容量、香農(nóng)公式：（重點(diǎn)） 式中，C為信道容量，是指信道可能傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾?，它是信道能夠達(dá)到的最大傳輸能力；B為信道帶寬；S為信號(hào)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(nóng)公式可知： （1）當(dāng)給定B、S/N時(shí)，信道的極限傳輸能力C（信道容量）即確定。如果信道實(shí)際的傳輸信息速率R小于或等于C時(shí)，此時(shí)能做到無(wú)差錯(cuò)傳輸（差錯(cuò)率可任意?。?。如果R大于C，那么無(wú)差錯(cuò)傳輸在理論上是不可能的。21（2） 提高信噪比S/N（通過(guò)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(wú)干擾信道容量為無(wú)窮大；（3） 當(dāng)信道容量C一定時(shí)，帶寬B和信噪比S/N之間可以互換。換句話說(shuō)，要使信道保持一定的容量，可以通過(guò)調(diào)整帶寬B和信噪比S/N之間的關(guān)系來(lái)達(dá)到。（4） 增加信道帶寬B并不能無(wú)限制地增大信道容量。當(dāng)信道噪聲為高斯白噪聲時(shí)，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(diào)制 基本概念 調(diào)制 把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。 廣義調(diào)制 分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。 狹義調(diào)制 僅指帶通調(diào)制。在無(wú)線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。 調(diào)制信號(hào) 指來(lái)自信源的基帶信號(hào) 載波調(diào)制 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程。 載波 未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。 已調(diào)信號(hào) 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。 解調(diào)（檢波） 調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。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?dāng)?shù)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(hào)差分碼傳號(hào)差分碼空號(hào)差分碼空號(hào)差分碼NRZ1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 01kkkdad 1kkkdad 傳號(hào)差分：傳號(hào)差分：空號(hào)差分：空號(hào)差分：26

11、通信原理之模擬信號(hào)數(shù)字傳輸 三大步驟：抽樣、量化、編碼（重點(diǎn)） 抽樣：對(duì)信號(hào)在時(shí)間上離散化 量化：把抽樣值在幅度上離散化 編碼：用M進(jìn)制代碼表示量化后的抽樣值。27 抽樣定理 設(shè)一個(gè)帶寬有限模擬信號(hào) 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(hào)序列 sk (t) 無(wú)失真地恢復(fù)原始信號(hào) 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(diǎn) 非均勻量化：對(duì)幅度比較小的信號(hào)，采用較小的量化間隔；對(duì)幅度較大的信號(hào)，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(hào)電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過(guò)程叫做編碼，其逆過(guò)程則為譯碼。lPCM編碼常用的二進(jìn)制碼組有自然二進(jìn)制碼組、折疊二進(jìn)制碼組和格雷二進(jìn)制碼組。3132 C1：極性碼 C2C3C4：段落碼 C5-C8：段內(nèi)碼c1c2c3c4c5c6c7c833例：設(shè) 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(nèi)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(wǎng)基礎(chǔ) 通信網(wǎng)是一種使用交換設(shè)備，傳輸設(shè)備，將地理上分散用戶終端設(shè)備互連起來(lái)實(shí)現(xiàn)通信和信息交換的系統(tǒng)。 通信網(wǎng)由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)（包括終端節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn)）和連接這些節(jié)點(diǎn)的傳輸系統(tǒng)有機(jī)地組織在一起，按約定的信令或協(xié)議完成任意用戶間信息交換的通信體系。 通信網(wǎng)由用戶終端設(shè)備，交換設(shè)備和傳輸設(shè)備組成。交換設(shè)備間的傳輸設(shè)備稱為中繼線路（簡(jiǎn)稱中繼線），用戶終端設(shè)備至交換設(shè)備的傳輸設(shè)備稱為用戶路線（簡(jiǎn)稱用戶線）。 交換設(shè)備：是通信網(wǎng)的核心要素。負(fù)責(zé)集中、轉(zhuǎn)發(fā)終端節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的用戶信息，實(shí)現(xiàn)一個(gè)呼叫終端和它所要求的另一個(gè)或多個(gè)用戶終端之間的路由

14、選擇連接。 按業(yè)務(wù)內(nèi)容分類：電話網(wǎng)（語(yǔ)音業(yè)務(wù)）、電報(bào)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)（數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）、圖像網(wǎng)（圖像業(yè)務(wù)）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（視頻和多媒體業(yè)務(wù)） 按地區(qū)規(guī)模分為：農(nóng)村網(wǎng)、城市網(wǎng)、長(zhǎng)途網(wǎng)、國(guó)際網(wǎng) 按信號(hào)形式分模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng) 按服務(wù)對(duì)象分為農(nóng)用網(wǎng)、軍用網(wǎng)、專用網(wǎng) 光纖通信、衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信是通信網(wǎng)的三種主要傳輸方式。 信道是傳輸?shù)拿浇?，分為有線傳輸和無(wú)線傳輸。無(wú)線傳輸中，第三代移動(dòng)通信正在使用1.82.5GHz的微波頻段。 信道復(fù)用技術(shù)：多個(gè)信號(hào)彼此正交，即可共享傳輸信道，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。信號(hào)可表現(xiàn)為時(shí)間、頻率和碼型函數(shù)，相應(yīng)地有時(shí)分復(fù)用TDM、頻分復(fù)用FDM和碼分復(fù)用技術(shù)CDM。 按交換的信號(hào)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(bào)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(fù)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(xiàn)的交換方式，主要應(yīng)用于電話網(wǎng)中。 在兩個(gè)用戶之間建立一條臨時(shí)的專用電路，作為用戶間的通信線路。 電路建立：準(zhǔn)備通信的兩個(gè)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(jié)束，該通路被釋放。40分組交換 電路交換時(shí)延小但線路利用率低；報(bào)文交換線路利用率高但時(shí)延大。 分組交換綜合了電路交換和報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)。 其原理：將較長(zhǎng)的報(bào)文分成若干較短的按一定格式組成的等長(zhǎng)度數(shù)據(jù)段，再加上包含目的地址、分組編號(hào)、控制比特等分組頭，形成統(tǒng)一格式的交換單元。這些分組獨(dú)立在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，在終端按分組編號(hào)重新組合。41分組交換的過(guò)程 分包：數(shù)據(jù)分組為格式統(tǒng)一的小數(shù)據(jù)組。 分組的存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)：中間節(jié)點(diǎn)交換機(jī)接收到分組后先進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù)其攜帶的地址信息在