现代通信原理课件第一章清华大学出版社钱亚生曹志刚

绪论第1章1绪论第1章1

教学内容《现代通信原理》将以通信系统为背景，主要讲述通信系统和通信技术的基本原理。内容包括：通信系统基本概念、信息论初步、模拟信号调制技术、语音编码、多路复用、数字信号的基带传输和频带传输、差错控制编码及多址传输原理。重点以数字通信为主，以上内容作为信息类学生必须掌握的知识，以作为进一步深入该领域学生的先修知识。2教学内容《现代通信原理》将以通信与前后课程的关系《信号与系统》《复变函数》《通信电路》

前期课程包括：后期课程包括：《现代通信技术》(微波、卫星、光纤通信)《计算机通信网》《现代交换技术》

3与前后课程的关系《信号与系统》前期课程包括：后期课程包教学参考书

曹志刚钱亚生，《现代通信原理》清华大学出版社参考书张辉曹丽娜，《现代通信原理与技术》西安电子科技大学出版社樊昌信《通信原理教程》国防工业出版社教材4教学参考书

曹志刚钱亚生，《现代通信原理》教材

内容1.1现代通信与通信社会1.2通信系统的组成1.3通信系统分类1.4通信技术发展概况1.5通信系统的性能度量5内容1.1现代通信与通信1.1现代通信与信息社会通信：communication，信息交流Telecommunication，电信号的处理和传输信息社会，信息网，通信网信息语言文字图像人力马力电话、广播邮政电报Email烽火台电视多媒体信息社会61.1现代通信与信息社会通信：communication，1.2通信系统的组成通信系统：通信中所需要的一切技术设备和传输媒质构成的总体。消息的产生地，作用为把各种消息转换成原始电信号，可以是模拟信号也可以是数字信号。如：摄象机、光驱、。将信源和信道匹配起来。变换方式多样，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、传输信号的物理媒质。包括无线信道：和有线信道。通信系统中各种设备以及信道中所固有的，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。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。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。通信系统的一般模型71.2通信系统的组成通信系统：通信中所需要的一切技术设备和以蜂窝移动通信系统为例8以蜂窝移动通信系统为例81.3通信系统的分类接入网核心网有线接入无线接入卫星接入高空平台蜂窝接入微波接入FWA,WLLWLANPAN通信网光纤接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纤同轴网CableModemDSL(ADSL,HDSL)91.3通信系统的分类接入网核心网有线接入无线接入卫星接入通1.3.1按调制方式分类

将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。对各种信号调制后传输的总称，常见的调制方式见表1–1。基带传输：频带传输：101.3.1按调制方式分类基带传输：频带传输：10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广播抑制载波双边带调幅立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边带调幅VSB电视广播、数传、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幅度键控ASK数据传输相位键控数据传输11表1-1常见的调制方式调制方式用途连续波调制调制方式用途脉冲数字调制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(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DM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、APC、LPC中低速数字电话续表（2）12调制方式按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。

数字通信的主要特点：

抗干扰能力强。远距离传输可消除噪声积累。采用信道编码技术可控制差错。降低误码率，提高传输的可靠性。易于用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。易于集成化，从而使通信设备微型化。易于加密处理,且保密强度高。1.3.2按信号特征分类13按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地

数字通信的缺点占据系统频带宽，因此数字通信的频带利用率不高。对同步要求高，因而系统设备比较复杂。不过，随着光纤等的采用和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。数字通信将占主导地位。14数字通信的缺点占据系统频带宽，因此数字通信的频带利1.3.3按传输媒质分类按传输媒质分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信：是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无线通信：是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。151.3.3按传输媒质分类按传输媒质分，通信系统可分为有线通信1.3.4按信号复用方式分类

传输多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用和码分复用。

频分复用:用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用:用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用:用正交的脉冲序列分别携带不同信号；

说明：传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。161.3.4按信号复用方式分类传输多路信号有1.3.5按通信方式分类

对于点到点之间的通信，按消息传送的方向与时间的关系，通信方式可分为:

单工通信:

指消息只能单方向传输的工作方式。例如遥控、遥测、广播、电视等。

半双工通信:指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式。例如使用同一载频工作的无线电对讲机。全双工通信:全双工通信是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。例如电话。FLASH演示171.3.5按通信方式分类FLASH演示171818数字通信中，按照数字信号码元排列方法不同，通信方式可分为:

串行传输:是指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。远距离数字通信大多采用串行传输方式。并行传输

:是指将数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数字信号码元序列同时在信道中传输。近距离数字通信可采用并行传输方式。

FLASH演示19数字通信中，按照数字信号码元排列方法不同，通信方式可分为:F20201.4通信技术发展概况移动通信的发展过程最近无线通信的发展方向通信的发展目标---个人通信211.4通信技术发展概况21

移动通信的发展过程22移动通信的发展过程22最近无线通信的发展方向高速步行静止室内移动性10k 100k 1M 10M 100M寻呼机蜂窝电话公用无绳电话家用无绳电话无线LAN超高速LAN高速无线接入1995年 2001年IMT2000(FPLMTS)第一阶段IMT200第二阶段传输容量(bps)23最近无线通信的发展方向高速移10k 100k 通信的发展目标---个人通信目标是实现：个人通信系统(PCN)

无论任何人

(Whoever)在任何时候

(Whenever)在任何地方

(Wherever)与另一个人

(Whomever)进行任何类型

(Whatever)24通信的发展目标---个人通信目标是实现：个人通信个人通信(PC)：任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信“任何时间”要求支持运动中通信:无线通信是前提

“任何人”要求支持巨大用户量:频谱资源有限

“任何地点”要求无缝覆盖:传输能力有限

“任何形式”要求多媒体:处理能力有限

25个人通信(PC)：任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信1.5通信系统的性能度量

通信系统的主要性能指标是有效性和可靠性。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”。261.5通信系统的性能度量通信系统的主要性能指标是有效1.5.1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。如调频信号抗干扰能力比调幅好，但调频信号所需传输频带却宽于调幅。271.5.1模拟通信系统有效性:用有效传输频带来度量。21.5.2数字通信系统有效性可用传输速率来衡量。码元传输速率信息码元传输速率可靠性可用差错率来衡量。误码率（码元差错率）误信率（信息差错率）281.5.2数字通信系统有效性可用传输速率来衡量。28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的数目

单位是波特（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.传输速率29码元传输速率RB：1.传输速率29M进制码元速率RBM与二进制码元速率RB2的关系：

RB2=RBMlog2M

(B)信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率。表示：单位时间内传递的平均信息量或比特数；单位：比特/秒，可记为bit/s、

b/s或bps。码元速率和信息速率的关系：Rb=RB·H(b/s)说明：H为信源中每个符号所含的平均信息量（熵）。等概传输时，有最大熵log2M，

Rb=RBlog2M(b/s)30M进制码元速率RBM与二进制码元速率RB2的关系：30

频带利用率η意义：比较不同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：

或31频带利用率η意义：比较不同通信系统的有2.差错率衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误码率和误信率表示。误码率（码元差错率）Pe：指码元在传输系统中被传错的概率，即

误信率（信息差错率）Pb：指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即322.差错率衡量数字通信系统可靠性的指标绪论第1章33绪论第1章1

教学内容《现代通信原理》将以通信系统为背景，主要讲述通信系统和通信技术的基本原理。内容包括：通信系统基本概念、信息论初步、模拟信号调制技术、语音编码、多路复用、数字信号的基带传输和频带传输、差错控制编码及多址传输原理。重点以数字通信为主，以上内容作为信息类学生必须掌握的知识，以作为进一步深入该领域学生的先修知识。34教学内容《现代通信原理》将以通信与前后课程的关系《信号与系统》《复变函数》《通信电路》

前期课程包括：后期课程包括：《现代通信技术》(微波、卫星、光纤通信)《计算机通信网》《现代交换技术》

35与前后课程的关系《信号与系统》前期课程包括：后期课程包教学参考书

曹志刚钱亚生，《现代通信原理》清华大学出版社参考书张辉曹丽娜，《现代通信原理与技术》西安电子科技大学出版社樊昌信《通信原理教程》国防工业出版社教材36教学参考书

曹志刚钱亚生，《现代通信原理》教材

内容1.1现代通信与通信社会1.2通信系统的组成1.3通信系统分类1.4通信技术发展概况1.5通信系统的性能度量37内容1.1现代通信与通信1.1现代通信与信息社会通信：communication，信息交流Telecommunication，电信号的处理和传输信息社会，信息网，通信网信息语言文字图像人力马力电话、广播邮政电报Email烽火台电视多媒体信息社会381.1现代通信与信息社会通信：communication，1.2通信系统的组成通信系统：通信中所需要的一切技术设备和传输媒质构成的总体。消息的产生地，作用为把各种消息转换成原始电信号，可以是模拟信号也可以是数字信号。如：摄象机、光驱、。将信源和信道匹配起来。变换方式多样，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、传输信号的物理媒质。包括无线信道：和有线信道。通信系统中各种设备以及信道中所固有的，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。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。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。通信系统的一般模型391.2通信系统的组成通信系统：通信中所需要的一切技术设备和以蜂窝移动通信系统为例40以蜂窝移动通信系统为例81.3通信系统的分类接入网核心网有线接入无线接入卫星接入高空平台蜂窝接入微波接入FWA,WLLWLANPAN通信网光纤接入PON，APONFTTB/C/H/R混合光纤同轴网CableModemDSL(ADSL,HDSL)411.3通信系统的分类接入网核心网有线接入无线接入卫星接入通1.3.1按调制方式分类

将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。对各种信号调制后传输的总称，常见的调制方式见表1–1。基带传输：频带传输：421.3.1按调制方式分类基带传输：频带传输：10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广播抑制载波双边带调幅立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边带调幅VSB电视广播、数传、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幅度键控ASK数据传输相位键控数据传输43表1-1常见的调制方式调制方式用途连续波调制调制方式用途脉冲数字调制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(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DM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、APC、LPC中低速数字电话续表（2）44调制方式按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。

数字通信的主要特点：

抗干扰能力强。远距离传输可消除噪声积累。采用信道编码技术可控制差错。降低误码率，提高传输的可靠性。易于用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。易于集成化，从而使通信设备微型化。易于加密处理,且保密强度高。1.3.2按信号特征分类45按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地

数字通信的缺点占据系统频带宽，因此数字通信的频带利用率不高。对同步要求高，因而系统设备比较复杂。不过，随着光纤等的采用和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。数字通信将占主导地位。46数字通信的缺点占据系统频带宽，因此数字通信的频带利1.3.3按传输媒质分类按传输媒质分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信：是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无线通信：是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。471.3.3按传输媒质分类按传输媒质分，通信系统可分为有线通信1.3.4按信号复用方式分类

传输多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用和码分复用。

频分复用:用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用:用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用:用正交的脉冲序列分别携带不同信号；

说明：传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。481.3.4按信号复用方式分类传输多路信号有1.3.5按通信方式分类

对于点到点之间的通信，按消息传送的方向与时间的关系，通信方式可分为:

单工通信:

指消息只能单方向传输的工作方式。例如遥控、遥测、广播、电视等。

半双工通信:指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式。例如使用同一载频工作的无线电对讲机。全双工通信:全双工通信是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。例如电话。FLASH演示491.3.5按通信方式分类FLASH演示175018数字通信中，按照数字信号码元排列方法不同，通信方式可分为:

串行传输:是指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。远距离数字通信大多采用串行传输方式。并行传输

:是指将数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数字信号码元序列同时在信道中传输。近距离数字通信可采用并行传输方式。

FLASH演示51数字通信中，按照数字信号码元排列方法不同，通信方式可分为:F52201.4通信技术发展概况移动通信的发展过程最近无线通信的发展方向通信的发展目标---个人通信531.4通信技术发展概况21

移动通信的发展过程54移动通信的发展过程22最近无线通信的发展方向高速步行静止室内移动性10k 100k 1M 10M 100M寻呼机蜂窝电话公用无绳电话家用无绳电话无线LAN超高速LAN高速无线接入1995年 2001年IMT2000(FPLMTS)第一阶段IMT200第二阶段传输容量(bps)55最近无线通信的发展方向高速移10k 100k 通信的发展目标---个人通信目标是实现：个人通信系统(PCN)

无论任何人

(Whoever)在任何时候

(Whenever)在任何地方

(Wherever)与另一个人

(Whomever)进行任何类型

(Whatever)56通信的发展目标---个人通信目标是实现：个人通信个人通信(PC)：任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信“任何时间”要求支持运动中通信:无线通信是前提

“任何人”要求支持巨大用户量:频谱资源有限

“任何地点”要求无缝覆盖:传输能力有限

“任何形式”要求多媒体:处理能力有限

57个人通信(PC)：任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信1.5通信系统的性能度量

通信系统的主要性能指标是有效性和可靠性。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”。581.5通信系统的性能度量通信系统的主要性能指标是有效1.5.1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：不同调