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通信技术

通信技术. Communications Technology. 福建信息学院 电子工程系 杨元挺. Video Capture Device. Decoder & Synthesizer. Network. Processing & Encoding. Display Device. Efficiency – Multiview Video Coding. Channel Coding. JPEG performance at 0.5 bpp. Left : without error; Right : with 1 bit error.

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Presentation Transcript

  1. 通信技术 Communications Technology 福建信息学院 电子工程系 杨元挺

  2. Video Capture Device Decoder & Synthesizer Network Processing & Encoding Display Device Efficiency – Multiview Video Coding

  3. Channel Coding JPEG performance at 0.5 bpp. Left : without error; Right : with 1 bit error.

  4. Semantics – Visual Attention

  5. Overview – JPEG-2000 (a) (b) at 0.125 bpp by means of (a) JPEG and (b) JPEG2000

  6. Encoder Structure Decoder Structure Overview – MPEG-4

  7. 理解的内容： 信号--波形与频谱 信道--信道的基本特性 通信系统--通信系统的基本组成 了解的内容： 信道有哪些类型，各自的特点是什么？ 信号有哪几类，各自的特点是什么？ 通信网络有哪几种基本结构？各自有什么 特点？ §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  8. 1．信息(Information) 2. 信号 (Signal) 3．信道 (Channel) 4．传输系统 (Transmission System) 5．通信网络 (Communications Network) 6．终端 (Terminal) §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  9. 信息（Information or message) 是信号中包含的，对通信双方有意义的内容; 信息的多少用信息量表示; 信息的物理表现形式是信号。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  10. 信号是信息的表现形式或载体。 可以是声音、图像、电压、电流或光等。 电信号是以电量形式表现的信号。 常见的有话音信号和图像信号等。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  11. 有形或无形的、用于传递信息的通道称为信道(channel)。例如：有形或无形的、用于传递信息的通道称为信道(channel)。例如： 1.双绞线电话信道 2.同轴电缆信道 3.光导纤维信道 4.中波地表面波传播信道 5.直射波信道 6.短波电离层反射信道 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  12. 一个包括发送设备、信道和接收设备的信号传输系统能够完成从一地到另一地之间的信息传递。一个包括发送设备、信道和接收设备的信号传输系统能够完成从一地到另一地之间的信息传递。 双向的传输系统可以实现信号在两个终端设备之间的互连，因此也被称为通信链路 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  13. 多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网(communications network)。 它以转接交换设备为核心，由通信链路将多个用户终端连接起来，在管理机构（包含各种通信与网络协议）的控制下实现网上各个用户之间的相互通信。 通信网络的构成：通信链路、终端信号处理设备、转接交换设备和管理机构， 它们所要传输、处理和转接的对象是信号。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  14. 终端 terminals §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  15. 信号的类型与特性 1.基带信号(Base band signal) 2.频带信号(Broad band signal) 3.数字信号(Digital signal) 4.模拟信号(Analog signal) 5.语音信号(Voice signal) 6.图像信号(Graphic signal) 7.视频信号(Video signal) §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  16. 1.基带信号(Base band signal) 含有低频成分甚至直流成分 频带宽度相对于它的中心频率而言很宽 不适合于较长距离和无线电发送 话音、视频信号与计算机数据都是基带信号。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  17. 2.频带信号(Broad band signal) 频带信号的中心频率相对较高，带宽窄 适合于在各种信道中传输 基带信号经过各种正弦调制可以转换成频带信号 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 无线电频谱

  18. 3.数字信号(Digital signal) 数字信号具有离散且有限的状态; 数字信号在时间上也是离散的。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 0 第一章 通信技术概论

  19. 4.模拟信号(Analog signal) 自然界存在的信号大多是模拟信号； 其主要的特征是：时间上连续、状态连续； 常见的模拟信号有：话音信号、电视图像信号等。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 Distortion

  20. 5.语音信号 (Voice signal) §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 300Hz 3400Hz 第一章 通信技术概论

  21. 6.图像信号(Graphic signal) 图像是指景物在某种介质上的再现； 图像信号有电视电话、会议电视、电缆电视、传真、图文电视等。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  22. 7.视频信号(Video signal) 通常是指频率在10MHz以内的图像信号，多指基带电视图像信号。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  23. 一、信道类型与特点 1.有线信道(Wire channel) 2.无线信道(Wireless channel) 3.恒参信道(Certain parameter) 4.随参信道(Variable parameter) §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  24. 1.有线信道(Wire channel) 它由有形的介质构成，如双绞线、同轴电缆、光导纤维等。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  25. 2.无线信道(Wireless channel) 由无形的空间构成，信号以电磁波的形式在无线信道中传播。无线信道可以根据频率及传播方式划分出各种信道。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  26. 3.恒参信道(Certain parameter) 恒参信道的参数固定不变或变化很慢。 信道数学模型： eo(t)=k×e`i(t)+n(t) 通常用幅频特性和相频特性描述恒参信道； §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  27. 4.随参信道(Variable parameter) 随参信道是指信道参数随时间变化的信道； 会造成信号的随机衰落(break up)； 一致性衰落指的是在信道输出端，所传输的信号整个频谱中各个频率成分都随时间一起变大或变小； 选择性衰落是指信道对信号频谱中各个频率成分的衰落随时间作不同的变化，有的频率成份增大，有的减小，各成份之间的相互关系被破坏，类似于产生了线性失真，但是是随机变化的。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  28. 二．常见信道实例 1.双绞线电话信道 2.同轴电缆信道 3.光导纤维信道 4.中波地表面波传播信道 5.直射波信道 6.短波电离层反射信道 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  29. 双绞线是一对绞合在一起的相互绝缘的导线。 PSTN中的接入网主要由双绞线作为传输介质。 双绞线最常用于音频信号的模拟传输。 一条全双工音频通道的标准带宽是3003400Hz。 双绞线的带宽可达268kHz，具有24条音频通道的容量。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 1.双绞线电话信道

  30. 同轴电缆由芯线、内衬层、屏蔽层和外护套构成；同轴电缆由芯线、内衬层、屏蔽层和外护套构成； 同轴电缆的上限频率一般可达到几百MHz以上； 同轴电缆目前主要用于本地网（LAN）、有线电视（CATV）和海底电缆通信中； 同轴电缆信道保密性和抗干扰性很好。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 2.同轴电缆信道

  31. 光导纤维由高纯度的石英玻璃制成的； 它有两层，芯层是由较高折射率的材料制成，直径约50m（多模光纤）或10m（单模光纤），外包层材料的折射率较低，只要光的入射角足够小，光信号就能沿着芯层传播，并且在两层之间产生全反射。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 3.光导纤维信道

  32. 在中波及以下频段，电磁波的传播能够绕地球的表面进行传播；在中波及以下频段，电磁波的传播能够绕地球的表面进行传播； 地表面波必须是垂直极化的； 地表波的传播损耗随地面的导电性增加面减小；随着频率的升高而急剧增加，一般超过2MHz以上传播效果就比较差； 地表波的一大优点是性能稳定； 主要用于中波调幅广播、导航、和近距离短波通信。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 4.中波地表面波传播信道

  33. 发送端与接收端在视距范围内直线传播的方式。发送端与接收端在视距范围内直线传播的方式。 它几乎不受地面的影响， 在超短波以上波段，电磁波的传播主要以直射波为主。 受地表面曲率的影响，直射波的传播一般不超过50km， 发、收两端的天线越高，电波传播的距离就越远。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 5.直射波信道

  34. 微波中继接力线路

  35. 电离层距地面60km以上； 电离层对短波波段电磁波的反射作用比较明显； 电离层反射信道是一种随参信道， 它对信号的传播有如下的特点：  对信号的衰减与延时随时间变化；  电波传播路径随时间变化；  随机的多径传播。 接收端的信号将会出现一致性衰落和选择性衰落。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论 6.短波电离层反射信道

  36. 1.通信系统的基本组成 2.通信系统的分类 3.通信系统的性能指标 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  37. 1.通信系统的基本组成 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  38. 2.通信系统的分类 a.有线电通信系统与无线电通信系统 有线通信系统以双绞线（电话线）、同轴电缆和光导纤维等有线信道为传输媒界，市内电话、有线电视和海底电缆通信等都属于有线通信系统； 无线电通信系统则以无线空间为传输媒介，如无线电广播、电视、卫星通信、移动通信等。 有线通信系统前期投资较大，但其具有较高的可靠性。 无线电通信具有灵活、不受地理环境限制、通信区域广等特点。但易受到外界干扰，保密性差。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  39. 2.通信系统的分类 b.模拟通信系统与数字通信系统 模拟通信系统传输模拟信号，如声音、图像等， 数字通信系统传输数字信号，如电报、传真、计算机数据等。 模拟信号经过数字编码后可以在数字系统中传输， 数字信号经过调制以后也可以在模拟系统中传输。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  40. 2.通信系统的分类 c. 数字通信的特点 数字通信的抗干扰能力强; 数字信号可以再生而消去噪声的积累; 可以抗干扰编码（检错纠错编码）; 便于使用现代技术对数字信号进行处理; 数字信号易于加密，保存密性强; 数字通信系统可以传递各种消息，使通信系统变得通用、灵活; 数字通信要比模拟通信占据更宽的系统带宽. §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  41. 3.通信系统的性能指标 a.有效性指标： 传码率（Baud Rate）定义为单位时间内系统所传送的码元数目； 传信率（Bit Rate）定义为单位时间内系统所传送的bit数； b.可靠性指标： 误码率（code error rate）用以表示系统在码元传输过程中出现错码的概率； 误信率(bit error rate)反映信息在系统中传输时丢失的概率。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  42. 第一章 通信技术概论 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 • 有效性指标 • 信息传输速率Rb： 每秒传输的信息量； • 单位bit/s。 • 码元传输速率RBN：每秒传输的码元数目； • 单位Baud。 • 两者关系：对多进制信号而言 • Rb = RBN log2N，（其中N=2K ） • 频带利用率η：单位频带内的传输速率 • η=信息传输速率/频带带宽（b/s·Hz）

  43. 第一章 通信技术概论 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 • 可靠性指标 • 误码率Pe • 误信率Pb 发生误码个数 Pe＝ 传输总码元数 发生误比特个数 Pb＝ 传输总比特数

  44. 一、通信网的基本结构 二、通信网的转接方式 三、信号交换 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  45. 1．网型（mesh）网 各个用户终端之间直接以通信链路连接； 通信建立过程中不需要任何形式的转接； 接续质量高，网络的稳定性好； 需要有很多的通信链路。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  46. 2．星型(star)网 各用户终端都通过转接中心进行连接； 与网型网相比节省许多通信链路； 需要有转接设备； 转接设备故障可能会造成全网通信瘫痪； 星型网可以是多层次的，有时也称为树型结构。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  47. 移动通信网中的星型结构 第一章 通信技术概论

  48. 3．环型(ring)网 环型网的拓扑结构为一封闭环形； 环型网的特点是传输线路短； 初始安装比较容易； 故障的诊断比较准确，适于用光纤系统； 可靠性、可扩展性和灵活性较其它网络差。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

  49. 4．总线型(bus)网 总线型网采用公共总线作为传输介质，信号沿介质进行广播式传送； 有智能入网结点； 安装容易，可靠性高，新增终端方便； 由于采用分布式控制，不易管理； 故障诊断和隔离比较困难。 §1绪言 §2信号 §3信道 §4通信系统 §5通信网 §6现状与发展 第一章 通信技术概论

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