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第一章通信原理概述第1页,课件共21页,创作于2023年2月第1章通信原理概述本章重点:通信的含义;人们如何进行通信?现代通信中有哪些基本模式和基本技术?1.1通信的相关概念1.1.1通信

通信泛指对信息的传递过程。信号:信息的载体。电通信是当前通信研究的主要内容。第2页,课件共21页,创作于2023年2月1.1.2通信的模型

通信最基本模型如图1-1所示。

图1-1通信最基础的模型

通信稍复杂模型如图1-2所示。图1-2稍复杂的通信模型第3页,课件共21页,创作于2023年2月1.1.3通信的分类

1.按信号特征分类,通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟信号:数学表达式的自变量和函数取值是连续的信号称为模拟信号;数字信号:数学表达式的自变量和函数取值是离散的信号称为数字信号。2.按信号调制方法的不同,通信系统可分为基带信号传输系统和调制信号传输系统。如图1-3所示为调制传输系统模型。图1-3调制传输系统模型

3.按传播对象通话方式不同,可分为单工模式,双工模式和半双工模式。4.按发送和接收的参与者个数不同,可分为一对一通信,一对多通信等。第4页,课件共21页,创作于2023年2月1.1.4基带信号和带通信号

重要概念:

信号的最高频率,最低频率,带宽和中心频率。中心频率远大于带宽的信号,称为带通信号。中心频率并非远大于带宽的信号,称为基带信号。例如:例如,一信号的表达式为如图1-5所示为基带信号和带通信号的频谱示意图。第5页,课件共21页,创作于2023年2月图1-5基带信号和带通信号的频谱示意图第6页,课件共21页,创作于2023年2月1.2模拟通信和数字通信1.2.1模拟信号和模拟通信

模拟信号:时间上是连续的,在取值上也是连续变化的信号。模拟基带传输系统:在某些情况下,发射机直接把模拟基带信号通过信道传输到接收机,这种通信系统称为模拟基带传输系统。模拟调制传输系统:调制-传输-解调模式的通信系统叫做模拟调制传输系统。如图1-6所示为模拟基带传输系统和模拟调制传输系统示意图。图1-6模拟基带传输系统和模拟调制传输系统示意图第7页,课件共21页,创作于2023年2月1.2.2数字信号和数字通信

数字信号:在时间上和取值上都是离散变化的信号。数字基带传输系统:数字基带信号是具有较低频率分量的数字信号,而数字调制信号,则需要用某种方式将数字基带信号搬移到较高频段。数字调制传输系统:直接传输基带数字信号的系统,称为数字基带传输系统。

数字信号的门限判决第8页,课件共21页,创作于2023年2月信源编码:对模拟信号进行数字变换,即A/D变换,采样和量化编码。信源解码:将数字信号还原为模拟信号。如图所示为引入信源编码和解码的数字(基带)通信系统。信道编码:通过对数字信号进一步编码,增强其规律,能够发现或纠正传输中的错误,提高通信的准确性能。如图所示为包含信道编码译码的通信系统模型。第9页,课件共21页,创作于2023年2月1.2.3模拟通信和数字通信的比较数字通信的优势:(1)便于与计算机连通;(2)便于信号的软件化处理;(3)抗干扰能力强;(4)便于加密;(5)器件集成化,低成本;(6)稳定性好;(7)动态范围更大。数字通信的不足:(1)占用带宽大;(2)对同步要求严格。第10页,课件共21页,创作于2023年2月1.3信息、信息量和通信质量1.3.1信息和信息量信息:对客观事物的某种有效描述。信息量:信息的度量,可以理解为信息”价值“的大小。事件发生概率越小,信息价值越大。单个事件的信息量的公式为若为相互独立的符号,其信息量总和为彼此累加。1.3.2平均信息量对未知字符信息量的统计平均为

H(x)=第11页,课件共21页,创作于2023年2月1.3.3噪声噪声是指来自信号之外的干扰,多数噪声是加性噪声。噪声分为内部噪声和外部噪声。信噪比公式:SNR=信号功率/噪声功率信噪比单位为分贝。功率比10倍=10dB;功率比100倍=20dB,依此类推。1.3.4通信质量1.通信系统的有效性:传输尽可能多的信息。在模拟通信中指传输信息速率与信道带宽的比值;在数字通信中包括传输速率和频带利用率。传输速率:码元速率和信息速率。2.通信系统的可靠性:出现错误的概率较小。在模拟通信中指信噪比SNR;在数字通信中指误比特率和误码元率。第12页,课件共21页,创作于2023年2月1.4怎样学习本书

为便于读者学习,本书3~11章涉及内容在通信体系中的地位标注如图所示。第13页,课件共21页,创作于2023年2月第14页,课件共21页,创作于2023年2月1.5信号与系统预备知识1.5.1信号的分类根据不同的标准,信号可作不同的分类:(1)根据函数在自变量上取值的连续或离散,可分为连续时间信号和离散时间信号;(2)根据信号是否具有周期性,可分为周期信号和非周期信号。1.5.2线性时不变(LTI)系统线性时不变系统具有以下两大特性:(1)线性性:可乘性和可叠加性;(2)时不变性。1.5.3单位冲激信号和系统的单位冲激响应单位阶跃信号u(t);单位冲激信号;用单位冲激信号可分解任意信号x(t);单位冲激信号输入LTI系统后,得到该系统的单位冲激响应h(t),h(t)能充分反映系统特性。通过输入信号x(t)和系统的单位冲激响应h(t),求得输出信号为y(t)=x(t)*h(t)第15页,课件共21页,创作于2023年2月1.5.4傅里叶级数和傅里叶变换1.周期信号的傅里叶级数将周期信号分解为若干个不同频率指数函数叠加的和f(t)=2.非周期信号的傅里叶变换在傅里叶级数基础上推导出,对非周期信号也用若干个指数函数表达。此时这些指数函数具有连续频率,叠加求和也化成积分即傅里叶变换对:3.傅里叶分析的意义(1)指数函数具有的优势:输入LTI系统后,得到的输出只与频率有关。(2)傅里叶分析建立了信号时间域和频率域的对应关系。第16页,课件共21页,创作于2023年2月1.5.5系统的频率特征和滤波器1.系统频率特征:指数函数输入LTI系统,其输出等于输入乘以一个与频率相关的函数y(t)=x(t).H(ω),其中H(ω)等于系统的单位冲激响应h(t)的傅里叶变换,称为系统频率特征。2.最常见的滤波器可分为低通、高通、带通滤波器。第17页,课件共21页,创作于2023年2月1.5.6信号能量和功率信号能量信号f(t)在一定时间域内的绝对值平方积分称为信号能量。信号功率信号f(t)在任意时刻的绝对值平方称为该时刻的瞬时功率。在一个时间段内能量除以时间段长度称为该时间段内平均功率。能量信号在整个时间域上能量有限的信号称为能量信号。能量信号的平均功率为0。功率信号在整个时间域上平均功率为非零有限值的信号称为功率信号。功率信号的总能量为无穷大。第18页,课件共21页,创作于2023年2月1.5.7能量谱密度、功率谱密度和平均自相关函数对能量信号,定义信号能量的频域表达式,即能量谱函数对功率信号,定义信号功率的频域表达式,即功率谱函数对功率信号,定义自相关函数1.5.8现实信号的带宽判断(1)过零点法;(2)3dB点法;(3)功率比率。第19页,课件共21页,创作于2023年2月1.5.9解析信号和希尔伯特变换解析信号:将实信号f(t)用复信号z(t)来表示:其中,称为f(t)的希尔伯特变换。第20页,课件共21页,创作于2023年2月本章小结通信即是传递信息,最简单的通信模型由发射机、

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