通信技术原理第一章

通信技术原理第一章第一页，共五十八页，编辑于2023年，星期四第二页，共五十八页，编辑于2023年，星期四课程简介课程名称：通信技术原理讲课教师：付松涛课内总学时：48

课程目的以数字通信为背景，介绍现代通信及系统的原理和技术，为从事这一领域研究的学生提供最基本的入门知识。课程概况第三页，共五十八页，编辑于2023年，星期四参考书目曹志刚、钱亚生编写的《现代通信原理》樊昌信等编写的《通信原理》李宗豪编写的《基本通信原理》王秉钧等编写的《现代通信系统原理》第四页，共五十八页，编辑于2023年，星期四课程内容一、绪论二、香农定理三、模拟调制技术四、模拟信号数字化技术五、数字基带传输技术六、数字频带传输技术七、复用技术与同步原理八、差错控制技术第五页，共五十八页，编辑于2023年，星期四第1章绪论§1.1通信的基本知识§1.2通信系统的组成及分类§1.3通信系统的性能度量§1.4通信技术的发展概况第六页，共五十八页，编辑于2023年，星期四§1.1通信的基本知识通信：克服距离上的障碍，交换和传递信息消息：用于被传输的文字、符号、数据和语音、活动图片等信号：指消息的电量形式，与消息是一一对应的信息：指消息中的有效内容，可以用量化的形式来表示，它与消息出现的概率密切相关第七页，共五十八页，编辑于2023年，星期四信号波形的中心频率及其带宽。信号波形的功率和能量。信号波形的抗干扰能力如何？在发送端：产生该波形的代价如何？在接收端：检测该波形的代价又如何？信号波形设计取决于如下几个因素：第八页，共五十八页，编辑于2023年，星期四§1.2通信系统的组成及分类通信系统的一般模型第九页，共五十八页，编辑于2023年，星期四模拟通信系统模型模拟广播通信系统第十页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字基带通信模型第十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字信源:产生的消息的状态（取值）数是有限的

如：计算机的输出模拟信源:产生的消息的状态（取值）是连续变化的、数目无限的。一、数字与模拟信源如：键盘。如：语音源。2.数字与模拟信源1.信息、消息与信号Digitalandanaloginformationsource如：汉字集。第十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期四消息符号（messagesymbol）：数字消息的每一种状态或者取值称为一种消息符号消息符号集：数字消息源的所有状态或者取值的集合如：具有N种取值的数字信源数字消息源:消息符号、消息符号集、数字消息序列（数字信号）第十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字消息序列：其中xm

取中N个值之一。图1.3.1数字消息信号示例第十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期四3.数字与模拟信源的基本指标符号速率：

M元数字信源：指数字信源具有M种符号最基本的是二元数字信源：具有2种符号，可以用1位二进制编码表示，称为1bit.多元数字信源：如M元，可以用n位二进制编码表示数字信源的基本指标:消息符号数字信源的元数：一般，第十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期四例：假设计算机的终端键盘上有110字符，每个字符用二进制代码组来表示。问每个字符需要用几位二进制代码?解:故需要7bits代码来表示每个字符.第十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期四习题：

考虑手机短消息通信，以你自己或其他某人的经验，试估计（1）按键速率；（2）假定每个中文字符转换为2字节表示，短消息的二元符号速率是多少？解：（1）经过多次试验，按键速率为2.03key/s（2）短消息的二元符号速率为第十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期四模拟信源的基本指标:频带的宽度（赫或赫兹，Hz）

如：语音的音量电信号电信号第十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期四二、数字波形与模拟波形（传输波形）对于数字信源可以用二元（二进制）波形（信号）传输，也可以用多元（多进制）波形（信号）传输。数字波形：信号的传信息的参量只取有限个值。二进制（binary）信号:1bit二进制代码用一个脉冲传，故在一个Ts

时隙内传两种不同的脉冲之一.Ts：Timeslot第十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期四例1：二进制波形（二电平波形）电平A和0抽象为符号和，两个符号称为二元（二进制）符号。符号周期或码元宽度数字基带信号信道符号频谱在零频附近第二十页，共五十八页，编辑于2023年，星期四多进制(M-ary)信号:n

bit二进制代码用一个脉冲传，在一个Ts

时隙内传M种不同的脉冲之一.一般，例2：4进制波形

4个电平抽象为符号，4个符号称为4元（4进制）符号。数字基带信号符号周期或码元宽度信道符号第二十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期四传输速率：比特率:Rb

每秒传输的bit数

单位:bits/sb/sbps符号速率（波特率）:Rs

每秒传输的脉冲数（符号数）

单位:symbol/sBaudBRb

和Rs的关系:信道符号第二十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期四对于模拟信源模拟波形：信号的传信息的参量的取值是连续变化的模拟波形在模拟通信系统中传输。模拟波形经过A/D变换变成数字波形，也可以在数字通信系统中传输。第二十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字通信系统模型GSM通信系统计算机通过网线连接第二十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期四信源编码和信源译码

信源编码:为了改善传输效率（压缩编码）

信源译码:为了恢复原始信号，作相反的变换

信道编码和信道译码

信道编码:为了改善传输的可靠性（信道纠错编码）

信道译码:为了恢复原始信号，作相反的变换第二十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期四调制的目的提高信号频率以便天线辐射改变信号占用带宽实现信道复用改善系统性能第二十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期四收发两端结构基本对称，相应的单元彼此互逆。第二十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期四发格式化：把来自信源的消息信号整理为二进制序列。收格式化：把收到的二进制序列还原为原始消息信号。格式化：对于模拟信源，格式化还包括A/D和D/A变换。

脉冲基带调制和基带检测脉冲基带调制:

把二进制序列变换成二元或多元传输波形基带检测:把二元或多元传输波形还原为二进制序列。通过对基带波形进行抽样和判决实现。

同步单元为整个数字传输系统提供各种定时时钟，使各个单元能够正确、有序地工作。第二十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字通信系统的主要优缺点优点：更好的抗失真和干扰的能力容易实现，成本低，更具灵活性差错控制编码容易实现保密通信更适合数字业务，容易实现多网合一缺点：数字信号具有更宽的频带同步设备复杂第二十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期四通信系统的分类按照通信的业务和用途常规通信控制通信按照调制方式基带通信调制通信按照传输信号特征模拟通信数字通信第三十页，共五十八页，编辑于2023年，星期四按照传输信号的复用方式频分复用时分复用码分复用tf0f1f2f3f4fntf0t1t2t3t4tnC0fC1C2C3C4Cn第三十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期四按照通信方式单工通信半双工通信全双工通信第三十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期四按照传输媒介有线通信（明线、对称电缆、同轴电缆、光线）无线通信（微波中继通信、卫星通信、移动通信）按照工作波长长波通信中波通信短波通信微波通信第三十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期四同轴电缆截面示意图第三十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期四有线电信道电气特性信道类型通话容量（路）频率范围(kHz)传输距离(km)明线1+30.3～27300明线1+3+120.3～150120对称电缆2412～10835对称电缆6012～25212～18小同轴电缆30060～13008小同轴电缆96060～41004中同轴电缆1800300～90006中同轴电缆2700300～120004.5中同轴电缆10800300～600001.5第三十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期四n1n2折射率折射率n1n22a光波波长（nm）1.55m1.31m0.7 0,9 1.1 1.3 1.5 1.7第三十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期四通信频率分布第三十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期四对流层地球0~10km电离层60~300km平流层电磁波传播：地波、天波、视线传播第三十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期四地波频率：2MHz以下绕射：发生在波长～障碍物尺寸可比时通信距离：可达数百～数千km地球第三十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期四D层：高60~80kmE层：高100~120kmF层：高150~400kmF1层：140~200kmF2层：250~400km晚上：D层、F1层消失E层、F2层减弱

电离层的结构DEFF2F1地面第四十页，共五十八页，编辑于2023年，星期四天波电离层高度：60～300km单跳最大距离：4000km多跳可以环球频率：2～30MHz第四十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期四频率：>30MHz传播距离:d2+r2=(h+r)2, 或 hD2/50(m)式中D－km视线传播hr地面ddD第四十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期四无线电中继无线电中继第四十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期四静止卫星中继通信第四十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期四频率(GHz)(a)氧气和水蒸气（浓度7.5g/m3）的衰减衰减衰减水蒸气氧气降雨率图1.4.5大气衰减大气对电磁波传播的影响第四十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期四散射通信电离层散射频率:30~60MHz对流层散射频率:100~4000MHz流星余迹散射频率:30~100MHz

对流层散射通信地球有效散射区域地球

流星余迹散射通信第四十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字微波中继通信系统第四十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字卫星通信系统第四十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期四蜂窝移动通信系统移动交换中心电话交换中心第四十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期四平流层中继通信系统第五十页，共五十八页，编辑于2023年，星期四计算机通信网络移动业务交换中心市话局中继线Modem第五十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期四§1.3通信系统的性能度量模拟通信系统有效性：传输带宽可靠性：接收端的信噪比数字通信系统有效性：传输速率（信息传输速率、码元传输速率）可靠性：误码率、误比特率第五十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期四数字通信的