西南交大通信考研辅导班课件

1、近代信息论和编码理论奠基人近代信息论和编码理论奠基人 Claude Elwood Shannonl Shannon(19162001)美国人 1916年4月30日生于Michigan州Gaylord 。 1936年于密歇根大学(University of Michigan)获数学和电气工程学位。 1940年于MIT获数学博士学位。 1941-1972，AT&T Bell Lab in New Jersey。 1956年，MIT，并于1958年被聘为Donner Professor of Science。l 1948年，C.E.Shannon在Bell System Technical

2、Journal(vol.27, pp. 379-423)上发表了“通信的数学理论”(A mathematical theory of communication)，为通信系统与编码技术奠定了理论基础。光纤之父光纤之父 高锟高锟 Charles K. Kao 1933 年11月4日生于上海 1948年，举家迁往香港 1957年英国伦敦大学理学士 1965年英国伦敦大学哲学博士 1957年工作于英国国际电话电报公司 1966年，高锟提出了用玻璃代替铜线的大胆设想,发明了石英玻璃，制造出世界上第一根光导纤维 1987年担任香港中文大学校长，1996年退休 2009年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理

3、学奖美国耶鲁(Yale)大学校长在授予他“荣誉科学博士学位”的仪式上说：“你的发明改变了世界通讯模式，为信息高速公路奠下基石。把光与玻璃结合后，影像传送、电话和电脑有了极大的发展”20世纪80年代移动通信系统迅速发展1G模拟移动系统: AMPS(1982,USA) TACS(Europe,1980）2G数字移动系统: GSM(Europe,1992) IS-95 CDMA(South Korea,1993;USA,1996) D-AMPS(IS-136)(USA,1996)3G数字移动系统(3G): GSMWCDMA(Europe, Japan) IS-95CDMAcdma2000(USA e

4、t al.) TD-SCDMA(China)B3G和4G移动通信系统 LTE, WiMAX 4G: LTE-Advanced (研究中)通信技术的发展历史通信技术的发展历史(3)q通信系统：通信系统：完成通信任务的各种设备和传输介质构成的总体完成通信任务的各种设备和传输介质构成的总体q通信系统的一般模型通信系统的一般模型信源信源(含含输入变输入变换器换器)发送发送设备设备信信道道接收接收设备设备信宿信宿(输出变输出变换器换器)噪声与干扰噪声与干扰发送端发送端接收端接收端消息消息原始电原始电信号信号变换变换信号信号接收接收信号信号原始电原始电信号信号消息消息噪声电信号噪声电信号1.2 通信系统的

5、组成通信系统的组成信息源（简称信源）信息源（简称信源）把消息转换成原始电信号，即完成把消息转换成原始电信号，即完成“非电量非电量”到到“电量电量”的变换。的变换。模拟信源和离散信源之分模拟信源和离散信源之分模拟信源模拟信源模拟信号（话筒：声音模拟信号（话筒：声音音频电信号）音频电信号）离散信源离散信源数字信号（电传机：键盘字符数字信号（电传机：键盘字符数字信号）数字信号）信源输出信号为信源输出信号为基带信号基带信号基带信号：基带信号：信号的频谱从零频附近开始信号的频谱从零频附近开始发送设备发送设备：将信源输出信号变成适合在信道传输的信：将信源输出信号变成适合在信道传输的信号形式号形式,有时也可

6、以由输入变换器把信号直接送入信道有时也可以由输入变换器把信号直接送入信道传输传输变换方式：根据信号类型、传输媒质和质量要求等决定变换方式：根据信号类型、传输媒质和质量要求等决定可能的变换处理：放大器、滤波器、编码、调制器等可能的变换处理：放大器、滤波器、编码、调制器等信道信道：信号传输的物理媒质：信号传输的物理媒质包括有线信道和无线信道包括有线信道和无线信道信号在信道中传输时会受到衰减和畸变信号在信道中传输时会受到衰减和畸变 接收设备接收设备 将信道中送来的将信道中送来的带有噪声和干扰的接带有噪声和干扰的接收信号变换成与发送收信号变换成与发送端信源发出的原始电信号完全一样的或基本一样的电信号端

7、信源发出的原始电信号完全一样的或基本一样的电信号 接收设备是发送设备的反变换接收设备是发送设备的反变换 受信者（也称信宿）受信者（也称信宿）：信息的终点：信息的终点 将原始电信号还原成消息将原始电信号还原成消息 对于收、发信者，不管中间经过什么样的变换和传输，都对于收、发信者，不管中间经过什么样的变换和传输，都不应该将二者所传递的消息改变不应该将二者所传递的消息改变 收、发消息相同程度越高，通信系统性能越好收、发消息相同程度越高，通信系统性能越好 噪声源噪声源：信道中或通信系统众干扰的集中表示，：信道中或通信系统众干扰的集中表示， 为了分析方便，我们把噪声和干扰理想化，并认为是从信为了分析方便

8、，我们把噪声和干扰理想化，并认为是从信道中引入的。道中引入的。q模拟通信系统组成模拟通信系统组成 信道中传输的是模拟信号的通信系统信道中传输的是模拟信号的通信系统信信息息源源调调制制器器信信道道解解调调器器受受信信者者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端连续连续消息消息电信号电信号已调已调信号信号有扰有扰信号信号电信号电信号连续连续消息消息噪声电信号噪声电信号基带信号基带信号频带信号频带信号基带信号基带信号 信息源信息源 状态连续的模拟信号状态连续的模拟信号 一般具有较低的频谱，大多集中在零频附近一般具有较低的频谱，大多集中在零频附近基带信号基带信号 一般不宜直接传输一般不宜直接传输 调制器调

9、制器 进行频谱搬移，将原始的基带信号变换成适合在不同信进行频谱搬移，将原始的基带信号变换成适合在不同信道内传输的已调信号。道内传输的已调信号。 模拟调制强调已调参量与代表消息的模拟信号之间的比模拟调制强调已调参量与代表消息的模拟信号之间的比例特性例特性 已调信号有三个基本特征：已调信号有三个基本特征： 携带有消息携带有消息 适合信道传输适合信道传输 具有较高频率成分具有较高频率成分 已调信号为已调信号为带通信号带通信号（频带信号）（频带信号） 带通信号：信号频谱具有带通形式，即中心频率远离零频带通信号：信号频谱具有带通形式，即中心频率远离零频 解调器解调器 将已调信号还原成基带信号将已调信号还

10、原成基带信号 解调是调制的反过程。解调是调制的反过程。数字通信系统组成数字通信系统组成信道中传输数字信号信道中传输数字信号数字通信系统分类数字通信系统分类 数字频带传输通信系统数字频带传输通信系统 数字基带传输通信系统数字基带传输通信系统数字通信与数据通信的区分数字通信与数据通信的区分 利用利用数字信号的形式数字信号的形式来传送消息的通信方式称为数字通来传送消息的通信方式称为数字通信信 信源本身发出的数字形式的消息，信源本身发出的数字形式的消息，不管用何种形式的信不管用何种形式的信号号来传输这类消息的通信方式，均称为数据通信来传输这类消息的通信方式，均称为数据通信信信源源信信宿宿信信源源编编码

11、码信信道道编编码码调调制制器器信信道道干扰与噪声干扰与噪声信信源源解解码码信信道道译译码码解解调调器器1 11 1 0 01 10 01 11 11 1 0 01 10 01 1同步系统同步系统基带信号基带信号频带信号频带信号基带信号基带信号压缩编码保密编码信源编码 数字频带传输通信系统数字频带传输通信系统信源编信源编/译码器译码器：信源编码器的作用包括提高消息传输的安全性、有效性，将模拟信号转换成为数字信号从而实现模拟信号的数字传输。信源译码器是信源编码器的逆处理。l信源编/译码器通过采用加密技术和数字压缩技术，提高数字信息传输的安全性，减少数字信息的冗余度，从而提高传输效率l通过采用模数(

12、A/D )变换，可以将模拟信息源输出的模拟信号转换为数字信号，从而实现模拟信号的数字传输。信道编信道编/译器译器：信道编码器的目的是提高信号传输的可靠性l按照一定的规则在数字信号中添加一些保护成分(冗余信息），从而提高数字信息对抗噪声和干扰的能力。l信道译码器按照对应的规则进行解码，从解码的过程中发现和纠正错误，从而提高数字信息的传输可靠性。调制调制：使经过编码的信号特性与信道的特性相适应，使信号经过调制后能够顺利通过信道传输。l强调已调参量与代表消息的数字信号之间一一对应 数字基带传输通信系统数字基带传输通信系统 数字频带传输系统中，去掉数字调制器和解调器数字频带传输系统中，去掉数字调制器和

13、解调器 波形变换也可能包括编码器、加密器波形变换也可能包括编码器、加密器 接收滤波器也可能包括译码器、解密器等接收滤波器也可能包括译码器、解密器等信信源源信信宿宿波形波形变换变换接收滤波接收滤波器器基带信号基带信号基带信号基带信号信信道道干扰与噪声干扰与噪声数字通信的特点数字通信的特点数字通信系统的优点数字通信系统的优点n抗干扰能力强，且噪声不积累。抗干扰能力强，且噪声不积累。n容易实现，成本低，更具灵活性容易实现，成本低，更具灵活性n差错控制：差错控制编码来实现差错控制：差错控制编码来实现n加解密方便加解密方便n更适合数字业务，容易实现多网合一更适合数字业务，容易实现多网合一数字通信系统的缺

14、点数字通信系统的缺点n同步设备复杂同步设备复杂n占用带宽较宽占用带宽较宽发端放大收端发端再生收端q通信系统的分类通信系统的分类按通信业务分类按通信业务分类v电话通信：传送消息是语音信号电话通信：传送消息是语音信号v电报通信：传送的消息是文字、符号电报通信：传送的消息是文字、符号v图象通信：静止图象（传真）和活动图象（视频）图象通信：静止图象（传真）和活动图象（视频）v数据通信：一种总称，传送数据流（语音、图象、文字等）数据通信：一种总称，传送数据流（语音、图象、文字等）按调制方式分类按调制方式分类v基带传输：未经调制的信号直接传送基带传输：未经调制的信号直接传送v频带（调制）传输频带（调制）传

15、输 连续波调制（载波为连续信号）连续波调制（载波为连续信号） 模拟线性调制模拟线性调制(AM、DSB、SSB、VSB）、模拟非线性调）、模拟非线性调制制(FM、PM） 数字调制（数字调制（FSK、PSK、ASK） 脉冲调制（载波为矩形脉冲）脉冲调制（载波为矩形脉冲） 脉冲模拟调制（脉冲模拟调制（PAM）、脉冲数字调制（）、脉冲数字调制（PCM、DPCM）1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式数字微波、空间通信数字微波、空间通信其它如其它如QAM，MSK数据传输数据传输相位键控相位键控PSK、DPSK数据传输数据传输频移键控频移键控FSK数据传输数据传输振幅键控振幅键控ASK数字调

16、制数字调制 中间调制方式中间调制方式相位调制相位调制PM微波中继，卫星通信微波中继，卫星通信频率调制频率调制FM非线性调制非线性调制立体声广播立体声广播双边带双边带DSB 载波通信，短波无线电载波通信，短波无线电单边带单边带SSB线性调制线性调制广播广播常规双边带常规双边带AM用途用途调制方式调制方式载载波波调调制制市话中继线、卫星、空间通市话中继线、卫星、空间通信信脉码调制脉码调制PCM脉冲数脉冲数字调制字调制遥测、光纤传输遥测、光纤传输脉位调制脉位调制PPM中间调制方式中间调制方式脉宽调制脉宽调制PDM脉冲模脉冲模拟调制拟调制中间调制方式，遥测中间调制方式，遥测脉幅调制脉幅调制PAM用途用

17、途调制方式调制方式脉脉冲冲调调制制电视电话、图象编码电视电话、图象编码差分脉码调制差分脉码调制DPCM军用、民用数字电话军用、民用数字电话增量调制增量调制DM中速数字电话中速数字电话其它编码方式其它编码方式ADPCM 按信道中所传信号特征分类按信道中所传信号特征分类v模拟通信系统：传输模拟信号模拟通信系统：传输模拟信号v数字通信系统：传输数字信号数字通信系统：传输数字信号 按信号复用方式按信号复用方式v频分复用（频分复用（FDM）v时分复用（时分复用（TDM）v码分复用（码分复用（CDM） 按传输媒介分类按传输媒介分类v有线（光纤）有线（光纤）v无线无线f2f3tft1tt2t3ff1tfc1

18、c2c3FDMTDMCDM频率范围频率范围波长波长符号符号传输媒介传输媒介用途用途108104 m 甚低频甚低频VLF有线线对有线线对长波长波无线电无线电音频、电话、音频、电话、数据终端等数据终端等30kHz-300kHz104103 m低频低频LF有线线对有线线对长波长波无线电无线电导航、电力线导航、电力线通信等通信等300kHz-3MHz103102 m中频中频MF同轴电缆同轴电缆中波中波无线电无线电调幅广播、业调幅广播、业余无线电等余无线电等3MHz-30MHz10210 m高频高频HF同轴电缆同轴电缆短波短波无线电无线电短波广播等短波广播等30MHz-300MHz101 m甚高频甚高频VHF同轴电缆同轴电缆米波无线电米波无线电电视、调频广电视、调频广播等播等3Hz-30kHz 按工作频段分按工作频段分v长波、中波、短波、微波长波、中波、短波、微波频