通信原理第1章

1、通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院通通 信信 原原 理理第第 1 1 章章 绪论绪论通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势（1）通信通信 ：信息传输或消息传输。：信息传输或消息传输。通信历史回顾通信历史回顾 ： l非电的通信系统非电的通信系统： 旌旗、烽火台、飞鸽传书等。旌旗、烽火台、飞鸽传书等。l电通信系统电通信系统 ： 电话、电视、因特网、物联网等。电话、电视、因特网、物联网等。以传输的业务为例以传输的业务为例：电话通信业务：电话通信业务l18371837年年 莫尔斯发明电报。莫尔斯发明电报。l18761876年年 贝尔为他发明的

2、电话机申请了专利。贝尔为他发明的电话机申请了专利。l19261926年年 贝尔实验室发明了横越大西洋的无线电话机，纽约和伦敦贝尔实验室发明了横越大西洋的无线电话机，纽约和伦敦 之间首次开通无线电话业务之间首次开通无线电话业务。l19621962年年 贝尔实验室研制成第一颗国际通信卫星，担负贝尔实验室研制成第一颗国际通信卫星，担负600600路电话路电话 通信并首次将电话信号从美国传到大西洋彼岸的欧洲。通信并首次将电话信号从美国传到大西洋彼岸的欧洲。l8080年代年代 数字程控电话业务的开展直到现在数字程控电话业务的开展直到现在IPIP网络电话网络电话。l l 通信原理课件孙 怡大连理工大学信息

3、与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势（2） 图像通信业务：开始普遍应用。图像通信业务：开始普遍应用。l1843年年 美国人美国人 Alexander Bain 发明了属于图像通信范围的传真机发明了属于图像通信范围的传真机。l1925年年 Bell 实验室完成了现代传真的研制工作，并于次年设了横越美实验室完成了现代传真的研制工作，并于次年设了横越美 国大陆的照片传真业务。国大陆的照片传真业务。 l1925年年 美国人美国人 J . L . Baird 发明了电视。发明了电视。l1931年年 在美国纽约、洛杉矶开始电视试播。在美国纽约、洛杉矶开始电视试播。l60年代年代 逐渐形成了目

4、前世界上逐渐形成了目前世界上 NTSC、PAL 和和 SECAM 三大模拟电视制三大模拟电视制 式标准。式标准。 l70年代年代 日本开始高清晰度电视（日本开始高清晰度电视（HDTV）的研究。）的研究。l至今至今 70年代以来，数字图像业务广泛发展起来，年代以来，数字图像业务广泛发展起来，VOD、远程医疗、教学视、远程医疗、教学视 频会议、数字视频广播频会议、数字视频广播DVB、高清晰度电视。、高清晰度电视。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势（3）数据业务数据业务7070年代末年代末8080年代初期的计算机点对点通信年代初期的计算机点对点通信-

5、 -计算机简单组网计算机简单组网InternetInternet数据业务成为主流通信媒体数据业务成为主流通信媒体通信手段而言通信手段而言l卫星通信卫星通信 地面微波中继通信的继承和发展。卫星通信承担了地面微波中继通信的继承和发展。卫星通信承担了1/3以上的远以上的远 洋通信业务，并提供了几乎世界上所有的远洋电视，体育节目洋通信业务，并提供了几乎世界上所有的远洋电视，体育节目 转播。转播。l光纤通信光纤通信 长途干线通信长途干线通信l移动通信移动通信 l数据通信网数据通信网 局域网（局域网（LAN）、城域网（）、城域网（MAN）和广域网（）和广域网（WAN）。）。通信原理课件孙 怡大连理工大学信

6、息与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势（4）通信网通信网由于历史和技术上的原因，网络有其独立性，诸如公共电话网，计算机网以及有由于历史和技术上的原因，网络有其独立性，诸如公共电话网，计算机网以及有线电视网，导致资源利用率低线电视网，导致资源利用率低网络综合化，将各类业务综合在同一数字通信网网络综合化，将各类业务综合在同一数字通信网中，中，ISDN、B-ISDN（综合业务数字网络）。三网融合（综合业务数字网络）。三网融合通信发展将要达到通信发展将要达到“4A” ： Anybody、Anyplace、Anytime、Anyservice。新技术新技术 宽带网核心技术（宽带网核心技术（

7、IP与与ATM） 接入网技术接入网技术WIFI、WIMAX 光纤接入技术光纤接入技术 第五代移动通信技术第五代移动通信技术 超宽带等无线通信技术（超宽带等无线通信技术（UWB ） 无线传感器网络无线传感器网络zigbee 电力通信网、物联网电力通信网、物联网 光通信、量子通信光通信、量子通信通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、通信系统的组成（1）l 信息源信息源： 把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为 模拟信源和数字信源。模拟信源和数字信源。l 发送设备发送设备： 产生适合于在信道中传输的信号。产生适

8、合于在信道中传输的信号。l 信道信道： 将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为 有线信道和无线信道两大类。有线信道和无线信道两大类。l 噪声源噪声源： 集中表示分布于通信系统中各处的噪声。集中表示分布于通信系统中各处的噪声。l 接收设备接收设备： 从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。l 受信者受信者： 把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。（信源）（信源）（信宿）（信宿）通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、

9、通信系统的组成（2）图图1-2 模拟通信系统模型模拟通信系统模型图图1-3 数字通信系统模型数字通信系统模型 (a) 二进制信号二进制信号 (b) 2PSK信号信号图图1-4 数字信号数字信号通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、通信系统的组成（3）模拟通信系统调制：模拟通信系统调制： 将信号变换成适合在信道中传输的信号，如语音信号将信号变换成适合在信道中传输的信号，如语音信号 300Hz 3000Hz调制到调制到2G（900MHz) 或或 3G (1.9G- 2.2GHz)的频段上传输。的频段上传输。 信源编码：信源编码： 提高信息传输的有效性。提高信息传输的

10、有效性。S101000.6S2110100.2S31111100.2平均码长平均码长 3 1.6信道编码信道编码 ： 提高信息传输的可靠性。提高信息传输的可靠性。 如奇偶校验，和校验等初级方法。如奇偶校验，和校验等初级方法。加密：加密： 保密通信。保密通信。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、通信系统的组成（4）数字通信与模拟通信对比数字通信与模拟通信对比优点优点：l抗干扰能力强，且噪声不积累。抗干扰能力强，且噪声不积累。l传输差错可控。传输差错可控。l便于处理、变换、存储。便于处理、变换、存储。l便于将来自不同信源的信号综合到一起传输。便于将来自不同信源的信

11、号综合到一起传输。l易于集成，使通信设备微型化，重量轻。易于集成，使通信设备微型化，重量轻。l易于加密处理，且保密性好。易于加密处理，且保密性好。缺点缺点：l需要较大的传输带宽。需要较大的传输带宽。l对同步要求高。对同步要求高。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（1）l按通信业务分类：按通信业务分类： 电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信 系统系统l按调制方式分类：按调制方式分类： 基带传输系统和带通（调制）传输系统基带传输系统和带通（调制）传输系统（调制传输系统调

12、制传输系统 又分为多种调制，详见书中表又分为多种调制，详见书中表1-11-1）。）。l按信号特征分类：按信号特征分类： 模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统和数字通信系统。l按传输媒介分类：按传输媒介分类： 有线通信系统和无线通信系统。有线通信系统和无线通信系统。l按工作波段分类：按工作波段分类： 长波通信、中波通信、短波通信长波通信、中波通信、短波通信 l按复用方式分类：按复用方式分类： 频分复用、时分复用、码分复用。频分复用、时分复用、码分复用。 通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（2）调制方式调制方式用途举例用途举例连

13、续波调制连续波调制线性调制线性调制常规双边带调幅常规双边带调幅AM广播广播双边带调幅双边带调幅DSB立体声广播立体声广播单边带调幅单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数据传输载波通信、无线电台、数据传输残留边带调幅残留边带调幅VSB电视广播、数据传输、传输电视广播、数据传输、传输非线性调制非线性调制频率调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播相位调制相位调制PM中间调制方式中间调制方式数字调制数字调制振幅键控振幅键控ASK数据传输数据传输频移键控频移键控FSK数据传输数据传输相移键控相移键控PSK、DPSK、QPSK数据传输、数字微波、空间通信数据传输、数字微波、空间通

14、信其他高效数字调制其他高效数字调制QAM、MSK数字微波、空间通信数字微波、空间通信脉冲调制脉冲调制脉冲模拟调制脉冲模拟调制脉幅调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测中间调制方式、遥测脉宽调制脉宽调制PDM（PWM）中间调制方式中间调制方式脉位调制脉位调制PPM遥测、光纤传输遥测、光纤传输脉冲数字调制脉冲数字调制脉码调制脉码调制PCM市话、卫星、空间通信市话、卫星、空间通信增量调制增量调制DM（M）军用、民用数字电话军用、民用数字电话差分脉码调制差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码电视电话、图像编码其他话音编码方式其他话音编码方式ADPCM中速数字电话中速数字电话通信原理课件孙 怡大连理工大学

15、信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（3）频率范围频率范围/Hz名称名称典型应用典型应用330极低频（极低频（ELF） 远程导航、水下通信远程导航、水下通信30300超低频（超低频（SLF） 水下通信水下通信3003000特低频（特低频（ULF） 远程通信远程通信3k30k甚低频（甚低频（VLF） 远程导航、水下通信、声纳远程导航、水下通信、声纳30k300k低频（低频（LF） 导航、水下通信、无线电信标导航、水下通信、无线电信标300k3000k中频（中频（MF） 广播、海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫广播、海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫3M30M高频

16、（高频（HF） 远程广播、电报、电话、传真、搜寻救生、飞机与船只间通信、船岸通信、业余无远程广播、电报、电话、传真、搜寻救生、飞机与船只间通信、船岸通信、业余无线线 电电30M300M甚高频（甚高频（VHF） 电视、调频广播、陆地交通、空中交通管制、出租汽车、警察、导航、飞机通信电视、调频广播、陆地交通、空中交通管制、出租汽车、警察、导航、飞机通信0.3G3G特高频（特高频（UHF） 电视、蜂窝网、微波链路、无线电探空仪、导航、卫星通信、电视、蜂窝网、微波链路、无线电探空仪、导航、卫星通信、GPS、监视雷达、无线、监视雷达、无线 电高度计电高度计3G30G超高频（超高频（SHF） 卫星通信、无

17、线电高度计、微波链路、机载雷达、气象雷达、公用陆地移动通信卫星通信、无线电高度计、微波链路、机载雷达、气象雷达、公用陆地移动通信30G300G极高频（极高频（EHF） 雷达着陆系统、卫星通信、移动通信、铁路业务雷达着陆系统、卫星通信、移动通信、铁路业务300G3T亚毫米波亚毫米波（0.1mm1mm） 未划分，实验用未划分，实验用43T430T红外红外（7m0.7m） 光通信系统光通信系统430T750T可见光可见光（0.7m0.4m） 光通信系统光通信系统750T3000T紫外线紫外线（0.4m0.4m） 光通信系统光通信系统注：注：1kHz =103Hz, 1MHz =106Hz, 1GHz

18、 =109Hz, 1THz=1012Hz, 1mm =10-3m, 1m=10-6m通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式（4）单工通信：单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。消息只能单方向传输的工作方式。半双工通信：半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式。通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式。全双工通信：全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式通信双方可同时进行收发消息的工作方式 。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（5）并行传输：并行传输：串行传输串行传输 ：通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院四、信息及其度量四、信息及其度量l信息量与事件出现的概率有关，越不可能发生的事件，对人感触越深，信息量越大信息量与事件出现的概率有关，越不可能发生的事件，对人感触越深，信息量越大。 l若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量是各独立事件信息量之和。若干个互相独立事件