心智圖資源庫 通訊原理緒論
介紹了資訊及其度量、通訊系統主要性能指標、通訊的基本概念、通訊系統模型、數位通訊系統模型、通訊系統的分類與通訊方式。
編輯於2024-02-18 11:26:23緒論
資訊及其度量
資訊
訊息是訊息的內涵
通訊的目的在於傳送訊息中所包含的訊息
訊息中不確定的內容才構成訊息
資訊量就是對這種不確定性的定量描述
度量
原則
度量方法與訊息的種類無關
與消息的重要性無關
資訊量I可用機率P來度量:I = f [P(x)]
離散訊息x的資訊量
統計獨立的M個符號的離散信源的平均資訊量為
由m 個符號構成的訊息,其總資訊量為∶I總=m×H
通訊系統主要性能指標
有效性
碼元傳輸速率RB
單位時間傳輸碼元的數目
單位:Baud
RB=1/TB
訊息傳輸速率Rb
每秒傳遞的比特數
單位:比特/秒(b/s)
Rb=RB·H(Rb=RB·log2M)
頻帶利用率
單位頻寬內的傳輸速率
可靠性
誤碼率Pe
誤信率Pb
通信的基本概念
訊息
是訊息的載體
分類
連續訊息:是指訊息的狀態連續變化或不可數的
離散訊息:是指訊息具有可數的有限個狀態
資訊
是訊息中所包含的有效內容
訊號
是訊息的傳輸載體
分類
類比訊號:載重訊息的訊號參量取值是連續的
數位訊號:載重訊息的訊號參量只有有限個取值
三者關係
訊息是訊息的物理表現形式,而訊息是訊息的內涵,訊號是訊息的傳遞載體
通訊系統模型
一般模型
1.訊息源:訊息源(簡稱信源)的作用是把各種訊息轉換成原始電訊號。根據訊息的種類不同信源可分為類比信源和數位信源。類比訊號源輸出連續的類比訊號,如麥克風(聲音→音訊訊號)、攝影機(影像一視訊號);數位訊號源則輸出離散的數位訊號,如電傳機(鍵盤字元一數位訊號)、電腦等各種數位終端。並且,類比信源送出的訊號經過數位化處理後也可送出數位訊號2.發送設備:發送設備的功能是產生適合於在頻道中傳輸的訊號,使發送訊號的特性與頻道特性相匹配,具有抗通道幹擾的能力,並且具有足夠的功率以滿足遠距離傳輸的需要。因此發送設備涵蓋的內容很多,可能包含變換、放大、濾波、編碼、調變等過程。對於多路傳輸系統,發送設備中還包括多工器。 3.頻道:頻道是一種實體媒介,用來將來自發送設備的訊號傳送到接收端。在無線頻道中,頻道可以是自由空間;在有線頻道中,可以是明線、電纜和光纖。有線頻道和無線頻道均有多種實體媒介。頻道既給訊號以通路,也會對訊號產生各種幹擾和雜訊。頻道的固有特性及引入的干擾與噪音直接關係到通訊的品質。 4.接收設備:接收設備的功能是將訊號放大和反變換(如譯碼、解調等),其目的是從受到減損的接收訊號中正確恢復出原始電訊號。對於多工訊號,接收設備中還包括解除多路復用,以實現正確分路的功能。此外,它還要盡可能減少在傳輸過程中雜訊與幹擾所帶來的影響。 5.信宿:信宿是傳送訊息的目的地,其功能與信源相反,即把原始電訊號還原成對應的訊息如揚聲器等。
類比通訊系統模型
類比訊息 →原始電訊號(基帶) 基頻訊號 → 已 調 訊號(帶通)
數位通訊系統模型
1.訊號源編碼與譯碼:訊號源編碼( Source Coding)有兩個基本功能:一是提高訊息傳輸的有效性,即透過某種壓縮編碼技術設法減少碼元數目以降低碼元速率。二是完成模/數(A/D)轉換,即當訊息源給出的是類比訊號時,信源編碼器將其轉換成數位訊號,以實現類比訊號的數位傳輸。信源譯碼是信源編碼的逆過程。 2.頻道編碼與譯碼:頻道編碼( Channel Coding)的作用是進行錯誤控制。數位訊號在傳輸過程中會受到雜訊等影響而發生錯誤。為了減小差錯,通道編碼器對傳輸的訊息碼元以一定的規則加入保護成分(監督碼元),組成所謂「抗干擾編碼」。接收端的頻道譯碼器依照對應的逆規則解碼,從中發現錯誤或修正錯誤,提升通訊系統的可靠性。 3.加密與解密:在需要實現保密通訊的場合,為了確保所傳資訊的安全,人為地將被傳輸的數字序列擾亂,即加上密碼,這種處理過程叫加密( encryption)。在接收端利用與發送端處理過程相反的過程對收到的數字序列進行解密( decryption),恢復原來訊息。 4.數位調變與解調:數位調變是把數位基頻訊號的頻譜移到高頻處,形成適合在頻道中傳輸的帶通訊號。基本的數位調變方式有振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、絕對相移鍵控(PSK)、相對(差分)相移鍵控(DPSK)。在接收端可以採用相干解調或非相干解調還原數位基頻訊號。調製:把訊息寄託到載波上解調:從已調訊號中卸載訊息5.同步:同步( Synchronization)是讓收發兩端的訊號在時間上保持步調一致,是確保數位通訊系統有序、準確、可靠工作的前提條件。依同步的功用不同,分為載波同步、位元同步、群(幀)同步和網路同步。
特點
優點
抗干擾能力強,且噪音不積累
傳輸錯誤可控
便於以現代數位訊號處理技術處理數位資訊、變換、存儲
易於集成,使通訊設備微型化、重量減輕
易於加密處理,且保密性好
缺點
可能需要較大的傳輸頻寬
對同步要求高
通訊系統分類與通訊方式
分類方式
按通訊業務分類
電話、數據、影像通訊等
依複用方式分類
時分複用
頻分複用
碼分複用
按通道特徵分類
類比通信
數位通訊
按傳輸媒介分類
有線通信
無線通訊
依傳輸方式分類
基頻傳輸
帶通傳輸
按工作波段分類
長波
中波
短波
微波
紅外線
雷射通信等
通訊方式
按傳輸方向和時間劃分
單工
訊息只能單方向傳輸的工作方式
半雙工
是指通訊雙方都能收發訊息,但不能同時進行收和發的工作方式
雙工
是指通訊雙方可以同時收發訊息的工作方式
按數位碼元傳輸時序分
平行輸入
是將代表訊息的數字碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的平行頻道上同時傳輸
優點
節省傳輸時間,速度快
缺點
需要n條通訊線路,成本高
應用
一般只用於設備之間的近距離通信
序列輸入
是將數位碼元序列以串列方式一個碼元接一個碼元地在一條頻道上傳輸
優點
只需一條通訊頻道,所需線路鋪設費用低
缺點
速度慢,需要外加同步措施以解決收、發雙方碼組或字元的同步問題
應用
一般用於遠距離數位傳輸