第1章绪论通信原理课件 第六版 河北工业考研

1、1 2 教材：教材： 通信原理（第6版），樊昌信 等编著， （北京）国防工业出版社 2001.5 参考文献：参考文献： 数据通信原理，R.W.勒基 等著，人民邮电 出版社 现代通信原理，曹志刚、钱亚生 编著，清 华大学出版社 通信原理，周炯槃、庞沁华 等编著，北京 邮电大学出版社 现代通信原理与技术，张辉、曹丽娜 编著， 西安电子科技大学出版社 数字通信，John G. Proakis 著，张力军、 张宗橙、郑宝玉译，电子工业出版社 通信原理，黄载禄、殷蔚华 编著，科学出 版社 3 考核 考核方式为考试。 平时成绩占总成绩30，由 考勤、作业、课堂讨论、实 验构成，其中实验占20， 其它占10

2、； 期末闭卷笔试，占总成绩 70。 4 内容 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 5 1.1通信的基本概念 消息、信息和信号 通信 通信发展概况 6 通信发展概况 1. 古代：古代： 公元前公元前800年年(周朝周朝)， 周幽王烽火戏诸侯。周幽王烽火戏诸侯。 应用光通信的见证应用光通信的见证 最简单的二进制数字通信。最简单的二进制数字通信。 7 通信发展概况 2. 近代：近代： 1837年：莫尔斯发明电报系统。年：莫尔斯发明电报系统。 1876年：贝尔发明电话。年：贝尔发明电话。 8 通信发展概况 3. 现代现代 20世纪世纪60年代后：数字通信技术进入高年代后：数字通信技术进入高 速发展

3、阶段。速发展阶段。 近近20多年：多年： 数字通信迅猛发展；数字通信迅猛发展； 光纤通信也携手同行光纤通信也携手同行; 两者都成为现代通行网的主要支柱。两者都成为现代通行网的主要支柱。 9 通信发展概况 塞缪尔塞缪尔莫尔斯莫尔斯 （Samuel Finley Breese Morse 1791-1872） 10 通信发展概况 贝尔（贝尔（1847-1922） 美国电话发明者美国电话发明者 11 通信发展概况 1876年年3月月10日，日， 美国发明家贝尔发明美国发明家贝尔发明 世界上第一部电话，世界上第一部电话， 并获美国专利局批准并获美国专利局批准 的电话专利。这是的电话专利。这是 2005

4、年年8月月11日拍摄日拍摄 的美国新泽西州默里的美国新泽西州默里 山贝尔实验室博物馆山贝尔实验室博物馆 内的世界第一部电话。内的世界第一部电话。 世界第一部电话世界第一部电话 12 通信发展概况 麦克斯韦在物理学中的麦克斯韦在物理学中的 最大贡献是建立了统一的经最大贡献是建立了统一的经 典电磁场理论和光的电磁理典电磁场理论和光的电磁理 论，预言了电磁波的存在。论，预言了电磁波的存在。 1873年，麦克斯韦完成巨著年，麦克斯韦完成巨著 电磁学通论电磁学通论，这是一部，这是一部 可以同牛顿的可以同牛顿的自然哲学的自然哲学的 数学原理数学原理相媲美的书，具相媲美的书，具 有划时代的意义，是牛顿以有划

5、时代的意义，是牛顿以 后科学史上的又一座丰碑后科学史上的又一座丰碑 。 麦克斯韦麦克斯韦(James Clerk Maxwel 18311879)英国物理学家英国物理学家 13 通信发展概况 赫兹（赫兹（1857-1894） 德国物理学家德国物理学家 赫兹对人类最伟大的贡献赫兹对人类最伟大的贡献 是用实验证实了电磁波的存在。是用实验证实了电磁波的存在。 这个证明成了近代科学史上的这个证明成了近代科学史上的 一座里程碑。赫兹的发现具有一座里程碑。赫兹的发现具有 划时代的意义，它不仅证实了划时代的意义，它不仅证实了 麦克斯韦发现的真理，更重要麦克斯韦发现的真理，更重要 的是开创了无线电电子技术的的

6、是开创了无线电电子技术的 新纪元。为了纪念他在电磁波新纪元。为了纪念他在电磁波 发现中的卓越贡献，后人将频发现中的卓越贡献，后人将频 率的单位命名为赫兹。率的单位命名为赫兹。 14 1.2 通信系统模型 通信系统一般模型 模拟通信系统模型 数字通信系统模型 15 一.通信系统一般模型 通信系统：完成通信这一过程的全部设备和传输媒介 。 消息的产生地，作用为把各种消息转消息的产生地，作用为把各种消息转 换成原始电信号，可以是模拟信号也换成原始电信号，可以是模拟信号也 可以是数字信号。如：摄象机、光驱。可以是数字信号。如：摄象机、光驱。 16 一.通信系统一般模型 通信系统：完成通信这一过程的全部

7、设备和传输媒介 。 将信源和信道匹配。变换方式多样，将信源和信道匹配。变换方式多样， 在需要频谱搬移的场合，调制是最在需要频谱搬移的场合，调制是最 常见的变换方式，如广播电台常见的变换方式，如广播电台. 17 一.通信系统一般模型 通信系统：完成通信这一过程的全部设备和传输媒介 。 传输信号的物理媒质。传输信号的物理媒质。 包括无线信道和有线信道。包括无线信道和有线信道。 18 一.通信系统一般模型 通信系统：完成通信这一过程的全部设备和传输媒介 。 完成发送设备的反转换，进行解调、完成发送设备的反转换，进行解调、 译码、解码等。如收音机、电视机。译码、解码等。如收音机、电视机。 19 一.通

8、信系统一般模型 通信系统：完成通信这一过程的全部设备和传输媒介 。 传输信息的归宿点，作用为将复原的原始传输信息的归宿点，作用为将复原的原始 信号转换成相应的消息。如喇叭、显示器。信号转换成相应的消息。如喇叭、显示器。 20 一.通信系统一般模型 通信系统：完成通信这一过程的全部设备和传输媒介 。 通信系统中各种设备以及信道所固有通信系统中各种设备以及信道所固有 的，分为内部噪声和外部噪声。将噪的，分为内部噪声和外部噪声。将噪 声源看成各处噪声集中加入到信道的。声源看成各处噪声集中加入到信道的。 21 信道中的信号 (a) 时间连续模拟信号 (b) 时间离散模拟信号 (a) 幅度离散数字信号

9、00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 (b) 幅度连续数字信号 模拟信号模拟信号数字信号数字信号 22 二.模拟通信系统模型 频谱搬移，将基带信号频谱搬移，将基带信号 变换成频带信号变换成频带信号 将频带信号恢复成基带信号将频带信号恢复成基带信号 23 三.数字通信系统模型 噪声源噪声源 信信 源源 信道编码信道编码 信源编码信源编码 调调 制制 器器 信信 道道 解解 调调 器器 信信 宿宿 信道译码信道译码 信源译码信源译码 提高数字信号传输的有提高数字信号传输的有 效性、模效性、模/数转换数转换 、数、数 据扰乱、数据加密据扰

10、乱、数据加密 进行差错控制进行差错控制 三种数字通信系统：三种数字通信系统：数字频带、数字基带、模拟信号数字频带、数字基带、模拟信号 数字化传输数字化传输 24 四.数字通信系统特点 优点： （1）抗干扰能力强，可靠性高 （2）体积小，功耗低，易于集成 （3）便于进行各种数字信号处理 （4）有利于实现综合业务传输 （5）便于保密 缺点： （1）占用频带宽 （2）对同步要求高、系统和设备比较复杂 25 1.3通信系统的分类及通信方式 按消息的物理特征 按调制方式 按信号特征 按传输媒介 按复用方式 26 1.按消息的物理特征 27 2.按调制方式分类 将未经调制的信号直接传送，将未经调制的信号直

11、接传送， 如音频市内电话。如音频市内电话。 基带传输：基带传输： 频带传输：频带传输：对各种信号调制后传输的总称，对各种信号调制后传输的总称， 常见的调制方式见常见的调制方式见 表表1-1。 28 表1-1常见的调制方式 调 制 方 式 用途 连 续 波 调 制 线性调制 常规双边带调制AM广播 双边带调幅 DSB立体声广播 单边带调幅 SSB 载波通信、短波无线电 残留边带调幅 VSB 电视广播、 传真 非线性 调制 频率调制FM 微波中继、卫星通信、 广播 相位调制PM 中间调制方式 数字调制 振幅键控ASK 数据传输 频移键控FSK数据传输 29 调 制 方 式 用途 数字调制 相移键控

12、PSK、DPSK数据传输 其他高效数字调制 QAM、MSK等 数字微波、空间通信 脉 冲 调 制 脉冲模拟 调制 脉幅调制PAM 中间调制方式、遥测 脉宽调制PWM中间调制方式 脉位调制PPM 遥测、光纤传输 脉冲数字 调制 脉码调制PCM 市话、卫星、空间通信 增量调制M 军用、民用电话 差分脉码调制DPCM 电视电话、图像编码 其他语言编码方式 ADPCM 中低速数字电话 续表 30 3.按信号特征分类 31 4.按传输媒质分类 32 5.按信号复用方式分类 33 二、通信方式 按消息传送的方向与时间分 单工通信单工通信 半双工通信半双工通信 全双工通信全双工通信 按数字信号码元排序方式分

13、 串行传输串行传输 并行传输并行传输 34 1.4 信息的度量 信息量的概念 平均信息量的概念 如何度量信息？如何度量信息？ 首先要解决的问题首先要解决的问题。 35 一.信息量的概念 信息量与消息出现概率之间的关系信息量与消息出现概率之间的关系 信息量是消息出现概率的函数；信息量是消息出现概率的函数； 消息出现的概率越小，所包含的信息量就越消息出现的概率越小，所包含的信息量就越 大；大； 若某消息由若干个独立消息所组成，则该消若某消息由若干个独立消息所组成，则该消 息所包含的信息量是每个独立消息所含信息息所包含的信息量是每个独立消息所含信息 量之和。量之和。 1 loglog( ) ( )

14、aa IP x p x 比特 奈特 哈特莱 36 例1:信息量的概念 进行一个具有16个等可能结果的 随机试验。每一个结果具有的信 息量为多少？ 37 例2:信息量的概念 设某消息由a、b、c、d四种符号组成， 其概率分别为 求 cabacabdacbdaabcadcbabaadcbabaa cdbacaacabadbcadcbaabcacba的信息 量。 3 ( ) 8 P a 3111 ( )( )( )( ) 8448 P aP bP cP d 38 二.平均信息量的概念 平均信息量指每个符号所含信息 量的统计平均值 1 ()( )lb ( ) () n ii i H XP xP x 离

15、散 ()( )lb ( )()H Xf xf x dx 连续 39 例3:平均信息量的概念 用平均信息量的概念来计算例2中 消息所含的信息量。 40 例4:平均信息量的概念 由二进制数字1、0组成的消息 试推导以为变量的平均信息量， 并绘出从0到1取值时的曲线。 (1)(0)1PP 41 1.5 通信系统的性能指标 通信系统主要性能指标:有效性和可靠性。 有效性: 指在给定信道内所传输的信息内容的 多少，或者说是传输的“速度”。 可靠性: 指接收信息的准确程度，也就是传输 的“质量”。 42 一.模拟通信系统 有效性:用有效传输频带来度量。 可靠性:用接收端最终输出信噪比来度 量。 说明： 不

16、同调制方式在同样信道信噪比下所得到不同调制方式在同样信道信噪比下所得到 的最终解调后的信噪比是不同的。的最终解调后的信噪比是不同的。 两者是两者是互相矛盾互相矛盾的，也是的，也是可互换可互换的的。 43 二. 数字通信系统 有效性: 码元传输速率码元传输速率 信息传输速率信息传输速率 频带利用率频带利用率 可靠性: 误码率（码元差错率）误码率（码元差错率） 误信率（信息差错率）误信率（信息差错率） 44 码元传输速率RB 简称传码率，又称符号速率。 表示：单位时间内传输码元(信号)的数目 单位: 波特（Baud），记为B。 例如: 若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。 数字信号有多

17、进制和二进制之分，但码元速率与进 制数无关，只与传输的码元长度T有关: 1 ( ) S S RB T 1.传输速率 45 () (b/s) bs RRH X 2 log(b/s) bs RRM 2 log(b/s) bs RRM 46 【例如】 若码元速率为600Baud，那么等概四 进制时的信息速率为1200b/s。相反， 若信息速率为1800b/s，那么等概八进 制时的码元速率为600Baud。 47 【例如】 已知四进制离散等概信源（0、1、 2、3），求发送每一符号时所传 送的信息量。若每个符号（码元） 宽度为1ms，求相应的码元速率和 信息速率。 48 2.频带利用率 意义：比较不同

18、通信系统的有效性时，单看 它们的传输速率是不够的，还应看在 这样的传输速率下所占的信道的频带 宽度。 真正衡量数字通信系统传输效率的应 当是单位频带内的码元传输速率，即： (/) S R B Hz B ( /() b R bs Hz B 或或 49 3.差错率 误码率（码元差错率）：指错误的码元在总码元数中所 占的比例，即 误信率（信息差错率）: 指错误接收的信息量在传送信 息总量中所占的比例，即 误码率和误信率的关系: e P 错误码元数 传输总码元数 b P 错误比特数 传输总比特数 eb PP 50 【例如】 有一个有一个4PSK数字通信系统，现传输数字通信系统，现传输20个码个码 元，其中错了元，其中错了2个码元，那么误码率为个码元，那么误码率为10%； 如果每