通信原理课件第一章.ppt

,教师: 黄 明 2010年9月,通 信 原 理,教材：通信原理，丁龙刚，西安电子科技大学出版社 通信原理与技术，张玉平，化学工业出版社 2008 参考书： 通信原理辅导，张辉，西安电子科技大学出版社 SystemView动态系统分析及通信系统仿真设计，罗卫兵等，西安电子科技大学出版社， 2002.8,通信原理教材及主要参考书,课程总体分体分析 (第一讲）,教学重点：课程教学特点和学习法 通信系统的组成及功能 难点：通信系统的组成及功能 1.课程简介 本课程是电子类专科生的一门专业必修课，也是通信专业技术人员的必修电子信息课。本课程为今后从事通信技术工作的学生提供必备的基础理论知识和基本技术技能。是工程数学、信号与系统、电路分析、概率与统计等几门课程在通信中的综合运用。 2.教学目的与要求 通过本课程的学习，使学生掌握现代通信系统的基本原理，基本性能，能够运用数学分析法对系统进行理论分析，能够进行通信系统的设计和分析。了解通信领域的最新发展，为后续课程的学习和工作打下坚实基础。,3.教学理念,注重学生对基本概念、原理和工程应用背景的主动性掌握; 结合现代通信技术的发展趋势，增强学生的专业兴趣及独立思考和探究性学习的能力； 利用科研优势和实验平台，培养提高学生的实际动手及创新能力。采用项目教学法.,通信原理知识结构,模块一：绪论 、 信息论基础 香农公式,模块二：模拟调制系统 模拟信号的编码传输,模块三：数字信号的基带传输,数字调制系统,模块四：复用技术与同步技术,学习方法：,1.注重对基本概念，原理的理解与掌握. 2.弱化数学推导，掌握结论，以便应用. 3.理论联系实际，加深对通信技术的理解和应用.,第一章 绪论,1.1 通信的发展 1.2 通信的概念 及系统组成 1.3 通信系统 的分类 1.4通信系统的主要性能指标 重点：通信系统的组成及分类， 主要性能指标 难点：通信系统的组成及分类，性能指标的计算,讲一讲您看到过或者听到过有趣的通讯故事？ 故事一、故事二 您知道有哪些通讯方式？至少说出五种。 表情、动作、语言、文字、烽火台、金鼓、锦旗、航行用的信号灯、电话、电报、鸽子、手机、书信、邮件、聊天工具,课程导入：思考 （五分钟）,1.FM、AM、SW、MW、LW是什么意思？ 调频、调幅、短波、中波、长波 2.VHF、UHF、SHF是什么意思？ 米波波段（甚高频）、分米波波段（特高频）、厘米波波段（超高频在开发中） 3.AMPS、GSM、CDMA、PHS、WCDMA、CDMA2000 、TD-SCDMA、OFDM是什么意思？ 北美蜂窝系统、移动通信全球系统、码分多址、个人手持式电话系统、宽带分码多工存取、第三代CDMA、时分同步的码分多址技术、正交多任务分频技术（4G）,公元前400多年，被人们誉为历史之父的古希腊历史学家希罗多德在著作中讲述了一个故事：一个名Histiaus 的人筹划着与他的朋友合伙发起叛乱，里应外合，以便推 翻波斯人的统治。他找来一位忠诚的奴隶，剃光其头发并 把消息纹刺在头皮上，等到头发又长起来了，再把他派出 去送“信”，最后叛乱成功了,故事一,故事二,波斯宫廷中的一个希腊人Demeratus想要告知希腊的斯巴达，有人要来侵犯他们。在那个时候，书写用的木匾通常是用两片打上蜡的书片，连起来作为一本书，字是写在 蜡上的，再用时把蜡熔化掉就可以了。而Demeratus使 用的方法是先将蜡去掉，把消息写在木片上，然后在木片上打上蜡。这样从外观上就看不出蜡下面藏着信息了,1.1.1 通信发展简史 人类自存在以来,就总是要进行思想交流和消息传递的 第一阶段（语言通信）：人力、马力和烽火等原始通信手段传递消息. 第二阶段（邮政通信）：文字的出现 第三阶段（电气通信时代）：电话、电报和广播等 第四阶段（信息时代）：计算机网络和信息高速公路等,1.1 通信的发展,表1-1 与通信相关的历史事件,进入19世纪后，人们开始试图用电信号进行通信 表11中列出一些与通信相关的历史事件：,表1-1 与通信相关的历史事件,1.1.2 通信技术的发展与展望 电缆通信是最早发展起来的通信技术，它用于长途通信已有 60多年的历史，在通信中占有突出地位 在光纤通信和移动通信发展之前，电话、传真、电报等各用 户终端与交换机的连接全靠市话电缆. 电缆还曾是长途通信和国际通信的主要手段， 大西洋、太 平洋均有大容量的越洋电缆 据1982年的统计，我国公用网长途线路总长为18万余公里， 其中90为明线。,目前， 同轴电缆所占的比例已上升到三分之一左右。电缆通 信中主要采用模拟单边带调制和频分多路复用(SSBFDM)方式 国际上同轴电缆每芯最高容量可达13 200路(或6路广播电 视)，我国沪杭、京汉广同轴电缆干线可通1800路载波电 话。自从数字电话问世以来，各国大力发展脉冲编码调制时 分多路信号在同轴电缆中的基带传输技术， 数字电话容量可 达4032路.,目前广泛应用的是第二代移动通信系统， 采用窄带时分多 址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA)数字接入技术，已形成的 国家和地区标准有欧洲的GSM系统、 美国的IS-95系统、 日本的PDC系统。我国主要采用的是欧洲的GSM系统,第二代移动通信系统实现了区域内制式的统一，覆盖了大 中小城市，为人们的信息交流提供了极大的便利。随着移 动通信终端的普及，移动用户数量成倍地增长，第二代移 动通信系统的缺陷也逐渐显现，如全球漫游问题、系统容 量问题、频谱资源问题、支持宽带业务问题等,第三代移动通信系统是向未来个人通信发展的一个重要阶 段，具有里程碑和划时代的意义，让我们关注其发展态势， 迎接它的到来 目前，我国电话网的规模和技术层次均有质的变化，已初步 建成了以光缆为主，微波、卫星综合利用，固定电话、移动 通信、多媒体通信多网并存，覆盖全国城乡，通达世界各 地，大容量、 高速度、 安全可靠的电信网,1.2 通 信 的 概 念,1.2.1 通信的定义 通信(Communication)：克服距离上的障碍，交换和传递消息 。其目的是传输消息。 消息：有待于传输的文字、符号、数字 （离散消息） 和语音、活动图片等。 （连续消息） 信号：模拟信号 数字信号 通信系统：传递或交换信息所需的一切技术设备的总和。,1.2.2 通信系统的组成,1.通信系统的一般模型 A.模拟通信系统,各部分功能： 信源和收信者： a.信源 定义：发送信息的源 作用：把消息转换成原始电信号。 分类：模拟信源和离散信源 b.信宿 定义： 作用: 2.发送设备和接收设备： a.发送设备(调制器）结构上：将信源和信道匹配连接起来. 功能：将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号. b.接收设备：完成发送设备的反变换. 任务是： 3.信道： 定义： 功能： 分类：有线信道和无线信道,2.数字通信系统的模型：,1.模型图： 2.各部分功能： 信源编码和译码： 信源编码作用：A/D转换 ； 降低数码率（数据压缩） 译码作用： D/A变换 ； 数据解压缩 b)信道编码和译码： 定义：数字信号在信道传输时，由于噪声 衰落以及干扰等因素，将会引起差错。 目的：提高通信系统的抗干扰能力，尽可能的控制差错，实现可靠通信。,c) 加密与解密： 加密：为了保证数字信号与所传输信息的安全，将输入的明文信号人为扰乱，即加密。 解密：恢复明文。 d)调制与调解： 调制的任务：把各种数字信息(基带信号）转换成适合于信道传输的数字调制信号。 数字解调是数字调制的逆过程 e)同步于数字复接： 同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致。按同步的作用的不同，分为载波同步，位同步，群同步，网同步。同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。 数字复接：依据时分复用原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输效率。,1.2.3 数字通信相比于模拟通信具有以下优点： 1.抗干扰能力强，无噪声积累； 2.易于加密，且保密性强； 3.通过差错控制编码技术，提高通信的可靠性. 4.便于直接与计算机接口，形成智能网； 5.具有高度的灵活性与通用性； 6.通信设备体积小、重量轻、可靠性好，便于集成化，微型化。 说明：数字通信的许多优点都是比模拟通信占据更宽的频带为代价的.,按通信的业务和用途分类： 常规通信：话务通信和非话务通信 话务通信主要指电话信息服务业务，语音信箱业务和电话智能网业务. 非话务业务只要指分组数据业务，计算机通信，数据库检索，电子数据交换等 控制通信：主要包括遥测，遥控，遥信和遥调通信等.,1.3 通信系统的分类,2. 按调制方式分类 基带传输：是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的通信方式 频带传输：是指信号经过调制后再送到信道中传输，接收端有相应解调措施的通信方式 调制的目的： 1.便于信息的传输. 2.实现信道复用. 3.改善系统性能.,表 1-3 常用的调制方式,3.按信号特征分： 模拟通信系统和数字通信系统 4.按信号的复用方式来分： 频分复用：用频谱搬移的方法使不同的信号占据不同的频率范围. （传统通信- 广播通信） 时分复用：用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间区间. （广泛应用电话） 码分复用：用正交的脉冲序列分别携带不同的信号. (空间通信的扩频通信中）,5 按传输媒质分类 有线通信:是指传输媒质为导线、电缆、光缆、波导、纳米 材料等形式的通信，其特点是媒质能看得见，摸得着 (明线通信、电缆通信、光缆通信),采用架空明线来传递电信号，这 种方式易遭受自然灾害而影响通信质量,采用埋设在地下的电缆来传递电 信号，与架空明线比，电缆的优点是容纳线对的数量较多，受气候影响和外界的损害较少，埋在地下时，保密 性较好；缺点是衰耗比明线大得多，投资也比明线高,6.按消息传送的方向与时间分类 单工通信：消息只能单方向传输的工作方式. 半双工通信：通信的双方都能收发消息，但不能同时. 全双工通信：通信的双方都可同时收发信息的通信方式.,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,6.按数字信号排序分类 串序传输：将数字信号码元序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输的通信方式。 并序传输：将数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输.,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,图1-3 按通信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,1.4 通信系统的主要性能指标,1.4.1 一般通信系统的性能指标 有效性：要求通信系统高效率地传输消息，即以最合理、最 经济的方法传输最大数量的消息 可靠性：要求通信系统可靠地传输消息 适应性 经济性 标准性 维修性,1.4.2 通信系统的有效性指标,码元： 在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二 进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元， 而这个间隔被称为码元长度 一个数字脉冲称为一个码元 一个码元携带的信息量n（比特）由码元取的离散值个数 N的关系： 一个二进制码元所含的信息量是一个比特,1. 码元传输速率RB 又称码元速率、传码率，用符号RB来表示 码元速率是指单位时间(每秒钟)内传输码元的数目，单位为 波特(Baud)， 常用符号“B”表示(注意，不能用小写) 例如，某系统在2 s内共传送了4800个码元，则系统的传码率 为2400B,为了纪念电报码的发明者法国人波特,数字信号一般有二进制与多进制之分，但码元速率RB与信 号的进制数无关，只与信号码元宽度Tb有关,(1-7),发射脉冲波形，s,有的书B=1/T,2. 信息传输速率Rb 简称信息速率、传信率、比特率 指单位时间(每秒钟)内传送的信息量，单位为比特/秒 (bit/s)，简记为b/s或bps 例如，某信源在1秒钟内传送1200个符号，且每一个符号的 平均信息量为1(bit)，则该信源的 =1200b/s或1200 bps 信息量与信号进制数N有关，因此,Rb 也与N有关。,3.Rb与RB之间的互换 在二进制中，码元速率RB2同信息速率Rb2在数值上相等， 但 单位不同 在多进制中，RBN与RbN之间数值不同，单位亦不同 它们之间在数值上有如下关系式:,【例1.5】 已知二进制数字信号在2min内共传送了72 000个码元，(1) 问其码元速率和信息速率各为多少? (2) 如果码元宽度不变(即码元速率不变)，但改为八进制数字信号，则其码元速率为多少? 信息速率又为多少? 解： (1) 在260s内传送了72 000个码元,(2) 若改为八进制,4.频带利用率 指的是传输效率问题 如果频带利用率高，说明通信系统的传输效率高，否则相反 频带利用率的定义：单位频带内码元传输速率的大小,(1-11),频带宽度,频带宽度B的大小取决于码元速率RB，而码元速率RB与信息速 率有确定的关系. 因此，频带利用率还可用信息速率Rb的形式来定义，以便 比较不同系统的传输效率,(1-12),1.4.3 通信系统的可靠性指标,(1) 码元差错率Pe 简称误码率，要求小于10-6(传送1兆位出错1位) 指接收错误的码元数在传送总码元数中所占的比例，更确切 地说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率,（1-13）,2. 信息差错率Pb 简