通信原理-第1章-概论

概论通信原理赵玉萍北京大学电子学系Email：yuping.zhao@大

纲通信技术概述通信技术历史回顾关于课程安排*通信技术应用无处不在远程教育远程医疗电子政务企业信息化家庭信息化移动通信个人信息化移动办公智能交通卫星通信电子商务微波通信光纤通信工业自动化军队信息化通信网络概念按技术分类固定网移动网无线网按区域分类骨干网城域网本地网接入网按功能分类传输网支撑网智能网按业务分类电话网电视网数据网多媒体网光纤通信、移动通信、无线通信、卫星通信、微波通信电话续接原理─1/7电话续接交换机：实现任意两个用户之间通话中继：延伸任意两个通话用户之间的距离信令：对用户通话过程进行控制固定电话网用户线用户线出中继入中继中继线交换

机A交换

机B电话续接原理─2/7用户电路功能（BORSCHT）T：测试 R：振铃（75V/25HZ交流）O：过压保护 B：馈电（-48V直流）

H：二/四线混合电路 S：监视C：编译码

TRBOHCS电话续接原理─3/7固定电话网PSTN骨干网三级结构DC1DC1DC2DLDTmDTmDLDC2DC1DC1国际交换中心ISC长途网本地网DC1：

一级长途交换中心DC2：

二级长途交换中心DTm：

本地汇接局DL：

本地端局电话续接原理─4/7固定电话网PSTN本地网二级结构DTmDTmDLDLDLDL远端模块PABXDTmDTmDTm：

本地汇接局DL：

本地端局PABX：

专用自动用户交换机电话续接原理─5/7固定电话网PSTN大城市本地网分区双汇接DTm21DTm11DLADLB汇接区1汇接区2DTm12DTm22DLCDLDDLE电话续接原理─6/7固定电话网PSTN中等城市汇接局全覆盖1汇接局（DTm）122N端局（DL）电话续接原理─7/7固定电话网PSTN不同运营网关口局设置移动NGWGW联通其它1其它2固定中间GWGW光纤通信：概念基本概念原理：电信号光调制后光纤传输光纤原材料：石英玻璃（SiO2）窗口：0.85、1.3和1.55m光源：LD、LED探测器：PIN、APD特点容量大：带宽50THz损耗低：0.2dB/km抗电磁干扰：不受强电干扰、

电气化铁道干扰和雷电干扰，

抗电磁脉冲能力很强保密性好：无电磁辐射资源丰富，成本低，节约有色

金属：采用硅材料体积小，重量轻，柔软性好：

利于施工和运输光纤通信：系统模拟系统输入放大信号调制合路发射机信道接收机分路信号解调输出放大数字系统信源编码复用信道编码发射机信道接收机信道解码解复用信源解码光纤通信：网络省内/城域网OXC波长SDXC专线波长国家骨干核心网专线PoPSDH网ATM

路由器接入网分组网WDM环多业务节点移动通信：概念基本概念系统类别：2G：GSM/GRPS/EDGE，CDMA1x3G：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA接入方式：TDMA、CDMA频带：450MHz、900MHz、1800MHz特点：频谱效率：高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码容量：每个信道传输带宽增加，使同频复用要求降低；引入新型话音编码与采用自动话务分配，减少了越区切换次数，使系统容量效率（每兆赫每小区的信道数）提高话音质量：高于门限值话音质量达到相同水平，并与无线传输质量无关开放接口：不仅限于空中接口安全性：采用鉴权、加密和TMSI号码的使用互连互通：与ISDN、PSTN等；漫游：在SIM卡基础上实现漫游（用户可以从一个网络自动进入另一个网络）GPRS：GeneralPacketRadioService，

通用分组无线业务EDGE：EnhancedDataRateforGSM

Evolution，增强型数据速率

GSM演进GSM频段GSM

900频段中国移动：

885—909MHz（上行） 930—954MHz（下行）中国联通：

909—915MHz（上行） 954—960MHz（下行）GSM1800频段中国移动：

1710—1725MHz（上行） 1805—1820MHz（下行）中国联通：

1745—1755MHz（上行） 1840—1850MHz（下行）CDMA频段主要频段：

825—835MHz（上行） 870—880...870.00MHz+0.03MHz×(N-1023)（下行）中国联通频点：

283、242、201、160、119、78、37（共七个频点）3G频段中国电信cdma2000： 1920-1935MHz（上行） 2110-2125MHz（下行）中国联通WCDMA： 1940-1955MHz（上行） 2130-2145MHz（下行）中国移动TD-SCDMA： 1880-1900MHz（频段1） 2010-2025MHz（频段2）*移动通信：

GSM系统AUC：AuthenticationCenter，鉴权中心 BSC：BaseStationController，基站控制器BSS：BaseStationSubsystem，基站子系统 BTS：BaseTransceiverStation，基站DPPS：DataPost-processingSystem，数据后处理系统 EIR：EquipmentIdentityRegister，移动设备识别寄存器HLR：HomeLocationRegister，归属位置寄存器 ISDN：IntegratedServicesDigitalNetwork，综合业务数字网MS：MobileStation，移动终端 MSC：MobileSwitchingCenter，移动交换中心NMC：NetworkManagementCenter，网络管理中心NSS：NetworkSwitchingSubsystem，网络交换子系统OMC：OperationMaintenanceCenter，操作维护中心OSS：OperationsSupportSub-system,操作支持子系统PCS：PersonalCommunicationsService，个人通讯服务PDN：PublicDataNetworks，公用数据网PSTN：PublicSwitchedTelephoneNetwork，公用交换电话网SEMC：SecurityManagementCenter，安全性管理中心

VLR：VisitorLocationRegister，来访用户位置寄存器移动通信：网络2G：CDMA×12.5G：CDMA2001×RTT3G：CDMA2001×ED00/DVSignalingInterfaceUserInterfaceCommonSpecificationAAA：鉴权/授权/计帐服务器

AN：接入网 BSC：基站控制器 BTS：基站

FA：外部代理

FW：防火墙 GMSC：网关移动交换中心

HA：归属代理 HLR：归属位置寄存器MSC：移动交换中心

PCF：分组控制功能块

PDSN：分组数据业务节点 PSTN:公共交换电话网络卫星通信：概念基本概念实质上是一种微波通信，以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，实现对地面的“无缝隙”覆盖卫星通信系统组成：卫星段：中继站的作用（把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站）地面段：卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路（包括地面卫星控制中心及其跟踪、遥测和指令站）用户段：各种用户终端特点覆盖范围广：对地面环境（如高山海洋等）不敏感，在覆盖区内任意地点均可通信，且成本与距离无关工作频带宽：可用频段从150MHz～30GHz（已开始开发Q、V波段（40～50GHZ）），ka波段可支持155Mbit/s数据业务通信质量好：电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定布网速度快、成本低：除建地面站外，无需地面施工，运行维护费用低；信号传输时延大：高轨道卫星的双向传输时延达到秒级，用于话音业务时会有非常明显的中断控制复杂：卫星位置不断变化，控制系统较为复杂（控制方式：星间协商和地面集中控制）卫星通信：系统与组网Ku-频段共享网络SCPC连接C-频段共享星形/网状网络Ku-频段专网SCPC：SingleCarrierPerChannel，单通道单载波用户专网星形/网状网拓扑星形网拓扑SCPC远端路由器微波通信：概念基本概念视距微波中继无线通信：采用微波（0.1mm-1m)实现两点间直线距离内无障碍信息传送频段：L、S、C、X、K频段中继距离：50km系统组成：天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等特点频带宽、容量大：2155Mbit/s（SDH）140Mbit/s（PDH）良好的抗灾性能：一般自然灾害不受影响，可用于应急通信抗干扰性能差：空中传送易受干扰；在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向，需要无线电管理部门严格管理视距限制：由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，不能有高楼阻挡微波通信：系统与组网用户终端：

直接为用户所使用的终端设备交换机：

数字程控交换机。数字终端机：

将多路信号变换为TDM信号并送往数字微波传输信道；将收到的TDM信

号反变

换为交换机所需的信号数字分路终端机：

分插复用器（ADM）数字微波终端站：

发送端完成主信号的发信基带处理、调制、发信混频及发信功率放大等；

收信端完成主信号的低噪声接收、解调、收信基带处理。数字微波中继站：

完成信号的双向接收和转发数字微波分路站：

具有上下话路功能的中继站，必须与SDH的分插复用设备连接微波中继站微波终端站微波分路站微波分路站微波终端站微波中继站数字终端机交换机交换机交换机交换机微波中继站微波终端站数字终端机用户终端交换机微波终端站用户终端用户终端用户终端用户终端数字终端机数字分路终端机数字分路终端机数字终端机通信系统关键问题信源发送设备信道接收设备受信者噪声源接收端信道发送端服务质量、传输带宽、传输距离、性价比大

纲通信技术概述通信技术历史回顾关于课程安排通信发展里程碑1/21834年：摩尔斯（Morse）发明电磁电报机1864年：麦克斯韦（Maxwell）预言电磁辐射1876年：贝尔（Ｂell）发明电话1896年：马可尼（Marconi）发明无线电报1904年：佛莱明（Fleming）发明真空二极管1907年：佛瑞斯特（Forest）发明真空三极管1918年：发明超外差接收1920年：实现无线广播1924年：奈奎斯特（Nyquist）提出现代数字通信1925年：实现三路明线载波电话（多路通信）1936年：实现调频无线电广播1937年：提出脉冲编码调制1938年：实现电视广播通信发展里程碑2/21948年：发明晶体管，香农（Shannon）提出信息论1950年：实现时分复用通信1956年：铺设越洋电缆1957年：发射第一颗人造卫星1958年：发射第一颗通信卫星1960年：发明激光器1961年：发明集成电路1962年：发射第一颗同步通信卫星，脉冲编码调制实用化1960-70年：彩电问世，发明光纤，高速数字电子计算机问世，数字技术迅速发展1970-80年：大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理器等迅速发展1980年后：超大规模集成电路、光纤通信系统与网络、综合业务数字网等崛起通信技术发展的驱动力上世纪80年代之前技术进步是发展的主要驱动力：理论研究与工程实践相辅相成从Maxwell到无线广播与无线通信从傅立叶到频谱的认识和广泛利用从高斯、瑞利、莱斯、多普勒到克服噪声、多径和快速移动对通信的影响从Nyquist到数字通信从电话的发明到现代程控交换机从Shannon定理到现代调制与编码技术从Winer到现代信号检测与估计从控制论的提出到通信中同步系统的完善近十多年来社会需求是发展的主要驱动力大

纲通信技术概述通信技术历史回顾关于课程安排课程目标理解通信技术的基础知识理解通信系统的基本原理了解通信领域的基本需求和进展情况了解通过建立数学模型进行理论研究的基本方法建立在工程实践中发现问题、分析问题和解决问题的概念建立数学基础、理论研究、工程实践相融合的工作理念课程要求基础要求基本理论课程高等数学＊＊电磁场与微波＊概率论与随机过程＊＊＊信号与系统＊＊＊线性代数＊工程类课程电子线路、数字电路＊＊通信线路（高频电子线路）＊＊＊学习要求掌握基本概念、术语、基本公式和基本分析方法理论分析与工程实践两方面思考问题以通信系统关键问题为主线，分析、提高和创新共同研究教学计划上课时间双周周二：第1,2节；每周周四，第3,4节上课地点三教508考试时间2013年1月10日（周四）上午8:30—10:30课程大纲1/2（习题课另行安排）概论和基础知识（课时数：8）概论随机信号分析信息论基础模拟线性调制（课时数：4）线性模拟调制的基本原理线性模拟调制的抗噪声性能模拟角度调制（课时数：4）模拟角度调制的基本原理模拟角度调制的抗噪声性能模拟信号数字化及脉冲编码调制（课时数：4）抽样、量化、编码PCM及其基本原理课程大纲2/2（习题课另行安排）数字基带系统（课时数：6）数字基带传输常用码型及其频谱特性码间串绕问题及奈奎斯特准则数字基带系统的抗噪声性能二进制数字调制系统（课时数：4）二进制数字调制系统原理二进制数字调制系统抗噪声能力分析和性能比较最佳接收系统（课时数：4）最佳接收机的概念及有关准则最佳接收机的性能比较多进制数字调制系统（课时数：4）基本多进制数字调制系统现代调制系统简介锁相同步原理（课时数：2）教学计划周次

日期

周二（8:00-9:50）

主讲老师

日期

周四（10:10-12:00）

主讲老师

19-13绪论赵玉萍29-18基础知识（一）赵玉萍9-20基础知识（二）赵玉萍39-259-27基础知识（三）赵玉萍410-2（国庆放假）10-4（国庆放假）510-910-11模拟线性调制（一）赵玉萍610-16模拟线性调制（二）

赵玉萍10-18模拟角度调制（一）赵玉萍710-2310-25模拟角度调制（二）赵玉萍810-30模拟信号数字化（一）赵玉萍11-1模拟信号数字化（二）赵玉萍911-611-8模拟部分习题课助教1011-13数字基带调制（一）赵玉萍11-15数字基带调制（二）赵玉萍1111-2011-22数字基带调制（三）赵玉萍1211-27二进制调制（一）赵玉萍11-29二进制调制（二）赵玉萍1312-412-6最佳接收（一）赵玉萍1412-11最佳接收（二）赵玉萍12-13多进制调制（一）赵玉萍1512-1812-20多进制调制（二）赵玉萍1612-25锁相与同步技术赵玉萍12-27数字部分习题课助教171-11-3总复习课赵玉萍171-8最后答疑赵玉萍1-10期末考试

赵玉萍教学相关问题安排两次作业课，不安排期中考试安排四次随堂测试，时间15-20分钟期末考试占60%平时作业占20%随堂测试占20%PPT文件只用于支持讲课需要，顺序与体系结构可能存在问题，课下以读参考书为主。参考书中文版本现代通信原理清华曹志刚经典

版本旧通信原理国防樊昌信经典

模拟少通信原理简明教程清华南利平清晰简洁

深度稍浅现代通信原理与技术西电张辉清晰简捷通信原理学习指导西电张辉便于作题和考研原版或翻译版本LeonW.couch：DigitalandAnalogCommunicationSystem；经典JohnG.Proakis：DigitalCommunications；经典、有深度、难度大BernardSklar：DigitalCommunicationsFundamentalsandApplication；经典、全面RoyBlake：ElectronicCommunicationsSystem：系统与电路其它参考书随机过程信号与系统信息论与编码JGProakis：ContemporaryCommunicationSystemUsingMATLAB联系方式主讲教师赵玉萍电话：62752836Email：yuping.zhao@助教万阳沙手机mail：

wanyangsha@办公室：理科2号楼2411刘秋妍手机mail：qiuyanliu@办公室：理科2号楼2321第一章概论通信原理赵玉萍北京大学电子学系Email：yuping.zhao@大

纲通信系统模型通信系统分类常见调制方式通信信号频段通信系统主要性能指标通信系统模型示例通信系统一般模型一般模型信源速率示例业务比特率

（bit/s)业务比特率

（kbit/s)业务比特率

（Mbit/s)业务比特率

（Mbit/s)打字40语音（GSM）9.6一次群（24路基群）1.544二次群（120路基群）8.448电传50语音（增量调制）32一次群（32路基群）2.048卫星转发器50电报150语音（PCM）64黑白电视6.3彩色电视90阅读400高保真音乐400二次群（96路基群）6.312大屏幕电视1000信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端模拟通信系统模型1/2模拟信号（连续信号）定义：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号含义：信号某一参量可以连续变化，或在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续示例：电话机送出的语音、电视摄像机输出的图像模拟通信系统模型2/2系统模型系统示例：输入放大、信号调制、合路、发射机、信道、接收机、分路、信号解调、输出放大信息源调制器信道解调器受信者噪声源数字通信系统模型1/4数字信号（离散信号）定义：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号含义：信号某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散示例：电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号数字通信系统模型2/4系统特点抗干扰能力强便于信号处理差错控制编码可提高传输可靠性易于加密处理数字接口易于标准化易于集成化成本低代价占用带宽大示例：一路模拟电话通常只占据4kHz带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据20～60kHz的带宽数字通信系统模型3/4系统模型数字通信系统模型4/4系统示例：信源编码、复用、信道编码、发射机、信道、接收机、信道解码、解复用、信源解码大

纲通信系统模型通信系统分类常见调制方式通信信号频段通信系统主要性能指标通信系统模型示例通信系统分类按信息分类：话音通信、图象通信、等等按调制分类：基带传输、频带传输按信号分类：数字通信、模拟通信按复用分类：频分复用、时分复用、码分复用按介质分类：有线通信（双绞线、电缆、光纤）、无线通信（微波通信、移动通信、卫星通信、其它无线通信）按波段分类：长波通信、中波通信、短播通信、微波通信、THz通信、光波通信、等等按传送分类：单工、半双工、全双工按排列分类：并行传输、串行传输通信方式全双工方式半双工方式单工方式并行与串行传输方式串行传输并行传输大

纲通信系统模型通信系统分类常见调制方式通信信号频段通信系统主要性能指标通信系统模型示例常见调制方式：模拟调制调制方式用途连续波模拟调制模拟线性调制常规双边带调制AM广播抑制载波双边带调幅DSB立体声广播单边带调幅SSB载波、无线电台、数传残留边带调幅VSB电视广播、数传、传真模拟角度调制（非线性调制）频率调制FM微波、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式常见调制方式：数字调制调制方式

用途连续波数字调制数字调制幅度键控ASK数据传输相位键控FSK数据传输相位键控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、空间通信常见调制方式：脉冲调制

调制方式

用途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中低速数字电话大

纲通信系统模型通信系统分类常见调制方式通信信号频段通信系统主要性能指标通信系统模型示例通信信号频段1/3通信信号频段2/3频率范围波长符号传输媒质用途3Hz~30kHz104~108m甚低频VLF有线线对长波无线电音频、电话、数据终端长距离导航、时标30~300kHz103~104m低频LF有线线对长波无线电导航、信标、电力线通信300k~3MHz102~103m中频MF同轴电缆短波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3~30MHz10~102m高频HF同轴电缆短波无线电移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电30~300MHz1~10m甚高频VHF同轴电缆米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航300M~3GHz10~100cm特高频UHF波导/分米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达3~30GHz1~10cm超高频SHF波导/厘米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达30~300GHz1~10mm极高频EHF波导/毫米波无线电雷达、微波接力、射电天文学105~107GHz310-3~0.3mm紫外/可见光/红外光纤/激光空间传播光通信通信信号频段3/3超高频SFH和极高频EHF频段划分频段频率（GHz）波长(cm)L1~230~15S2~415~7.5C4~87.5~3.75X8~12.53.75~2.4Ku12.5~182.4~1.67K18~26.51.67~1.132R26.5~401.132~0.75F40~600.75~0.5E60~900.5