通信原理课件第一章

通信原理

主讲：刘晨晨

1本课程的地位《通信原理》是一门专业基础理论课。主要学习现代通信的基本理论，是学习通信系统和技术的必备基础和先行课程。核心内容

以现代通信系统为背景，介绍通信系统的工作原理。通信系统的组成通信系统的工作原理通信系统的性能指标2本课程前期基础通信系统是如何工作的？

微积分运算及其性质傅里叶变换及性质卷积变换及性质通信系统在有噪声的情况下性能如何？

定量分析干扰对通信系统的影响概率论、随机过程、特殊函数解决方法

提高有效性、可靠性的技术3教材、参考书教材

《通信原理》(第6版)．樊昌信，曹丽娜．北京：国防工业出版社，2007．参考书《现代通信原理》.曹志刚，钱亚生．北京：清华大学出版社，2003．《通信原理》.沈越泓，高媛媛，魏以民．北京：机械工业出版社，2003．《通信原理》.王秉钧，冯玉珉，田宝玉．北京：清华大学出版社，2008．《通信系统原理教程》.王兴亮．西安：西安电子科技大学出版社，2007．4本课程的主要内容本课程主要讨论模拟通信系统、数字通信系统的组成、工作原理、性能指标及其分析方法。模拟调制系统（课本第5章）模拟通信收音机广播（中波、短波）：调幅收音机广播（调频）：调频电台通信：边带调制5本课程的主要内容数字带通传输/调制系统（课本第7、8章）模拟信号的数字传输（课本第9章）数字通信近距离数据通信（计算机串行通信）远距离数据通信数字程控电话交换机数字信号的最佳接收（课本第10章）差错控制编码（课本第11章）同步原理（课本第13章）ASKFSKPSK数字基带传输系统（课本第6章）6本课程的学习学习本课程的关键掌握通信系统的组成和工作原理框图数学模型时域波形频谱掌握通信系统的性能指标及性能分析方法模拟通信系统数字通信系统注重公式推导过程独立、认真完成课后作业——抗噪性能——误码率7本课程的学习考试方式闭卷考试题目以课后习题内容为基础平时成绩（30%）卷面成绩（70%）8绪论第1章《通信原理》

9本章主要内容1.1通信的基本概念1.2通信系统的组成1.3通信系统分类与通信方式1.4信息其度量1.5通信系统主要性能指标101.1通信的基本概念通信的目的消息信息通信方式和手段

——传递消息中所包含的信息——物质或精神状态的一种反映（形式）——消息中包含的有效内容（本质）非电手势语言旌旗消息树烽火台击鼓传令电电报电话电视因特网计算机通信遥控遥测111.2通信系统的组成通信系统一般模型

发送端接收端121.2通信系统的组成通信系统模型

信息源：

把各种可能消息转换成原始电信号。话筒、摄像机数据记录、光驱、软盘。131.2通信系统的组成通信系统模型发送设备：将原始电信号变换成利于在信道传输的信号。

广播电台、电视发射塔、计算机COM口。（变换、放大、滤波、编码、调制）141.2通信系统的组成通信系统模型信道：信号传输通道。

空间（无线）电线、电缆、光纤（有线）151.2通信系统的组成通信系统模型噪声源：信道中噪声及分散在通信系统其它各处的噪声集中表示。161.2通信系统的组成通信系统模型接收设备：从受到损失的接收信号中正确恢复出原始电信号。

将信号放大和反变换

收音机、电视机、计算机COM口。171.2通信系统的组成通信系统模型受信者：将原始电信号转换成消息。喇叭、TV显像管、显示器。181.2通信系统的组成模拟信号和数字信号

模拟信号：携带消息的电信号参量是连续变化的。语音信号：携带消息的电信号参量为信号幅度，连续变化。电视信号：携带消息的电信号参量为亮度，连续变化。(a)话音信号(b)抽样信号191.2通信系统的组成数字信号：携带消息的电信号参量是离散变化的。数据信号电报信号：通断信号电传信号：脉冲信号(a)二进制信号(b)2PSK信号201.2通信系统的组成模拟通信系统：传输模拟信号的通信系统基带信号频带信号——信号的频率从零频附近开始——将基带信号调制在载频上得到的信号（已调信号、带通信号）特征：携带信息适合在信道中传输211.2通信系统的组成数字通信系统：利用数字信号传输信息的通信系统。所传输的数字信号可以是数字基带信号，也可以是数字频带信号。221.2通信系统的组成信源编码信道编码加密数字调制同步：提高传输的有效性，完成数/模转换：增强抗干扰能力（增加监督元）：保证所传信息的安全：把基带信号搬移到高频处（带通信号）：使收发两端的信号在时间上保持步调一致，包括载波同步、位同步、帧同步、网同步，是接收端正确恢复数字信息所不可缺少的。231.2通信系统的组成数字通信的优点1.抗噪性能好数字信号可以多次再生数字通信适合远距离传输2.可采用信道编码技术降低误码率3.便于加密4.便于存储、交换、处理，能与计算机连接5.通用、灵活缺点占用带宽较大频带利用率低设备复杂度高241.3通信系统分类与通信方式通信系统的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系统按调制方式分类基带传输频带传输（调制传输）251.3通信系统分类与通信方式按信号特征分类模拟通信系统数字通信系统按传输媒介分类有线通信无线通信按工作波段分类长波通信中波通信短波通信远红外通信261.3通信系统分类与通信方式按信号复用方式分类频分复用：不同信号占据不同的频率范围时分复用：不同信号占据不同的时间范围码分复用：不同信号采用不同的正交码271.3通信系统分类与通信方式通信方式对于点点通信，按消息传送的方向与时间关系分类单工通信

消息只能单方向传输的工作方式广播、电视、无线寻呼281.3通信系统分类与通信方式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。对讲机291.3通信系统分类与通信方式全双工通信通信双方可同时进行收发消息的工作方式电话、手机301.3通信系统分类与通信方式在数据通信中，按照数字信号码元排列方法分类串行传输将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。COMRS232优点：节省线路铺设费用缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施311.3通信系统分类与通信方式并行传输将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或者两条以上的并行信道上同时传输。打印机口优点：速度快，不需要字符同步措施缺点：成本高321.4信息及其度量信息如何度量消息中所含的信息量?原则能度量任何消息，并与消息的种类无关。度量方法应该与消息的重要程度无关。消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关。：消息中包含的有意义的内容。331.4信息及其度量“某客机坠毁”“今天下雨”哪条消息的信息量大？消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。341.4信息及其度量度量信息的方法一个独立事件的信息量当时，信息量的单位为比特（bit）当时，信息量的单位为奈特（nat）其中：为独立事件出现的概率。使用较为广泛当时，信息量的单位为哈特莱（Hartley）351.4信息及其度量规律事件出现的可能性愈小，概率愈小，则信息量愈大。事件出现的可能性愈大，概率愈大，则信息量愈小。，。若干独立消息之和的信息量是每个消息所包含信息量的线性叠加，即信息具有相加性。361.4信息及其度量【例1】对二进制的数字消息：码元“0”和“1”，当“0”、“1”等概率出现时，求信源每个输出的信息含量。工程应用中习惯把一个二进制码元称作1bit。若为四进制，信息量为多少？八进制呢？十六进制呢？。。。。371.4信息及其度量若是2的整幂次，即，则有对进制的数字消息：一个码元有种可能的取值，当这种可能的取值等概率出现时，每个码元的信息量381.4信息及其度量非等概率情况设离散信息源是一个由个符号组成的集合，按独立出现，即则各符号的信息量分别为391.4信息及其度量每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为信息源的熵每个符号等概率独立出现时信源的熵最大401.4信息及其度量

【例2】设由5个符号A、B、C、D、E组成的信息源，相应概率为求信源5条消息的熵（或平均信息量）。411.4信息及其度量连续消息的平均信息量（或相对熵）

其中：为连续消息出现的概率密度421.5通信系统主要性能指标通信系统的主要性能指标有效性可靠性模拟通信系统度量标准有效性：可靠性：矛盾统一信息传输角度：频带宽度和时间间隔，速度问题：准确程度，质量问题有效传输频带接收端最终输出信噪比431.5通信系统主要性能指标数字通信系统度量标准有效性码元传输速率信息传输速率设码元宽度为

每秒传输的码元数目（传信率）（比特率）每秒传输的平均信息量或比特数单位：比特/秒（b/s或bps）单位：波特（B）二进制多()进制传输速率频带利用率441.5通信系统主要性能指标码元速率相同

多进制系统的信息速率比较高信息速率相同

多进制系统