第一章：通信原理绪论

第一章：绪论主要内容：1.通信的概念2.通信的分类3.通信方式4.通信系统的组成:模型5.通信系统的性能指标模拟数字1.1通信的概念指一地向另一地进行消息的有效传递（1）发送，接收过程 （2）消息：符号，文字，语声，音乐，数据，图片，活动画片等（3）途径：信道1.1通信的概念通信:指一地向另一地进行消息的有效传递通信网:为了完成多用户中任意两个用户之间信源与信宿之间的通信过程,一般需要建立一个网络，这个多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网本课程主要介绍信息端到端的传输系统，主要讨论系统的组成和性能指标。第一阶段：人力，马力，烽火台烽火台第二阶段：邮政通信，依靠人力魏晋信使第三阶段：以发明印刷术为标志我国古代雕版印刷作坊第四阶段：从电报，电话和广播的发明开始第五阶段：进入信息时代电信：利用电，依靠电子手段，借助电信号在过去三四十年间，对数据传输需求的增长以及大规模集成电路的发展，促进了数字通信的发展。目前数字通信在下列领域有了新的进展。卫星通信光纤通信移动通信微波通信1．卫星通信系统卫星通信系统是将通信卫星作为空中中继站，它能够将地球上某一地面站发射来的无线电信号转发到另一个地面站，从而实现两个或多个地域之间的通信。根据通信卫星与地面之间的位置关系，可以分为静止通信卫星(或同步通信卫星)和移动通信卫星。静止通信卫星是轨道在赤道平面上的卫星，它离地面高度为35780km，采用三个相差120°的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区除外)。预计到2010年前，星间激光通信的传输速率将达到40Gb/s，地面终端设备将日益小型化，2．光纤通信系统光纤通信是以光导纤维(简称光纤)作为传输媒质、以光波为运载工具（载波）的通信方式。光纤通信具有容量大、频带宽、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、通信质量高等优点，且成本低，与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源。目前，单波长光通信系统速率已达10Gb/s，其潜力已不大，采用密集波分复用（DWDM）技术来扩容是当前实现超大容量光传输的重要技术。光传送网是通信网未来的发展方向，它可以处理高速率的光信号，摆脱电子瓶颈，实现灵活、动态的光层联网，透明地支持各种格式的信号以及实现快速网络恢复。因此，世界上许多国家纷纷进行研究、试验，验证由波分复用、光交叉连接设备及色散位移光纤组成的高容量通信网今后的可行性。3．数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统是将通信范围分为若干相距一定距离的小区，移动用户可以从一个小区运动到另一个小区，依靠终端对基站的跟踪，使通信不中断。移动用户还可以从一个城市漫游到另一个城市，甚至到另一个国家与原注册地的用户终端通话。数字蜂窝移动通信系统主要由三部分组成：控制交换中心、若干基地台、诸多移动终端。通过控制交换中心进入公用有线电话网，从而实现移动电话与固定电话、移动电话与移动电话之间的通信。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。我国主要采用欧洲的GSM系统。4.第三代移动通信系统为此，从20世纪90年代中期开始，各国和世界组织又开展了对第三代移动通信系统的研究，它包括地面系统和卫星系统，移动终端既可以连接到地面的网络，也可以连接到卫星的网络。第三代移动通信系统工作在2000MHz频段，为此国际电信联盟正式将其命名为IMT-2000。IMT-2000的目标和要求是：统一频段，统一标准，达到全球无缝隙覆盖，提供多媒体业务，传输速率最高应达到2Mb/s，其中车载为144kb/s、步行为384kb/s、室内为2Mb/s；频谱利用率高，服务质量高，保密性能好；易于向第二代系统过渡和演进；终端价格低。目前第三代移动通信系统有多个标准，我国所提出的TD-SCDMA标准也是其中之一。这充分体现了我国在移动通信领域的研究已达到国际领先水平。1.2通信的分类1.按传输媒质分有线通信：导线，电缆，光缆无线通信：空间电磁波2.按信道中所传信号的不同分数字通信：模拟通信：3.按调制方式分基带传输：无调制频带传输：调制后送入信道，出信道后解调4.按传输信号的复用方式分根据消息在送到信道之前是否采用调制频分复用：用频带搬移的方法使不同信号占据不同的频带范围时分复用：用脉冲调制方法使不同信号占据不同的时间区间码分复用：用一组正交的脉冲序列分别携带不同信号1.3通信方式1.按消息传输的方向与时间分单工：收音机，电视机，BB机半双工：对讲机，电报机全双工：电话，手机，电脑上网A信道B(a)单工A信道B(b)半双工A信道B(c)全双工2.按数字信号排序分串行传输：并行传输：发送设备接受设备1010000(a)串行传输方式发送设备接受设备1010000(b)并行传输方式3.按通信网络形式分两点间直通方式分支方式交换方式终端A终端B(a)两点间直通方式终端A终端B终端C终端N转接站(b)分支方式终端A终端B终端C交换设备

终端N(a)交换方式1.4通信系统的组成（理想模型）噪声源发送设备接收设备

信息源

受信者

信道(发送端)(接收端)1.通信系统的一般模型2.模拟通信系统模型噪声源调制器解调器

信息源

受信者

信道3.数字通信系统模型基带传输：无调制频带传输：调制后送入信道，出信道后解调数字频带传输通信系统模型数字基带传输通信系统模型模拟信号数字化传输通信系统模型数字通信系统的优缺点优点：1.抗干扰，抗噪声性能好2.差错可控3.易加密4.易于发展缺点：1.频带利用率低2.需要同步系统典型通信系统举例：1.电缆通信2.微波中继通信3.光纤通信4.卫星通信5.移动通信1.4数字通信系统的主要性能指标主要任务：传递消息（1）有效性：传递信息内容的多少（1）可靠性：接收信息的准确程度两者矛盾（3）~（7）：见书有效性：系统有效带宽可靠性：输出信噪比模拟通信中：有效性：传输速率可靠性：误码率数字通信中：信息及其量度信息信息量（即信息具有量值）例：明天中午12时正常开饭可能性大信息量小明天中午12时有地震可能性小信息量大概率概率小：信息量大概率为0：信息量无穷大概率为1：信息量为0消息中所含信息量与信息出现的概率之间关系具有如下规律：（1）消息中所含信息量I是消息出现的概率P(x)的函数，即

I=I[P(x)]（2）消息出现的概率越小，它所含的信息量愈大；反之信息量愈小。且P=1时，I=0P=0时，I=∞

（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和，即I[P1(x)P2(x)]=I[P1(x)]+I[P2(x)+可以看出I与P(x)间应满足以上三点，则它们有如下关系式：

I=loga1P(x)=-logaP(x)例1-1试计算二进制符号（M进制）等概率时每个符号的信息量。例1-2试计算二进制符号不等概率时的信息量（设P(1)=P)。例1-3设有5个符号组成的信息源，相应概率为试求信源的平均信息量。ABCDE111112481616例1-4一信息源由4个符号A，B，C，D组成，它们出现的概率为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号都是独立的。试求信息源输出为CABACABDACBDAABCADCBABAADCBAACDBACAACABADBCADCBAABCACBA的信息量。通信系统的性能指标有效性：传输速率可靠性：误码率数字通信中：1。码元传输速率2。信息传输速率3。消息传输速率1。码元差错率Pe2。信息差错率Peb1。码元传输速率2。信息传输速率3。消息传输速率1。码元传输速率指单位时间（每秒钟）内传输码元的数目，单位为波特（Baud)或符号（B）2。信息传输速率指单位时间（每秒钟）内传输的信息量，单位为比特/秒（bit/s)或(b/s)多进制(N)码元速率RBN

二进制码元速率RB2多进制(N)信息速率RbN

二进制码元速率Rb23。消息传输速率指单位时间（每秒钟）内传输的数，用Rm表示4。Rb与RB之间的关系在二进制中，码元速率RB2与信息速率Rb2的关系是数值上相等，但单位不同Rb2

=RB2在多进制中，码元速率RBN与信息速率RbN的关系是数值不同，单位也不同RbN

=RBN

log2N多进制码元速率RBN与二进制码元速率RB2之间，在系统信息速率不变情况下RB2

=RBN

log2N多进制信息速率RbN与二进制信息速率Rb2之间，在系统码元速率不变情况下Rb2

=RbN/log2N例1-5已知二进制数字信号在2min内传送了72000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？1。码元差错率Pe(误码率）指接收错误的码元数在传送总码元数中所占的比例，或说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率。Pe=单位时间内接收的错误码元数单位时间内系统传输的总码元数（正确码元数+错误码元数）2。信息差错率Peb(误信率，误比特率）指接收错