通信原理第一章

电子工程系通信系统原理第一章绪论第二章信号变换与分析第三章随机信号分析第四章模拟调制系统第五章模拟信号数字化传输第六章数字信号的基带传输第七章数字调制系统第八章同步原理课程主要内容第一章绪论

通信的概念与发展通信系统组成与模型信息及其量度通信系统主要性能指标1.1通信的概念与发展

1.通信：把信息从一地向另一地传输。完成信息的传递和交换。现代通信主要就是指电通信。电通信telecommunication的发起与起源：十九世纪三十年代低级有线电报出现是真正电通信的标志。莫尔斯十九世纪七十年代出线电话机。贝尔、里程碑十九世纪末又出现了无线通信方式，无线电报。之后，随着电子管、晶体管的出现，通信的内容就更广泛，到了二十世纪中期，随着集成电路和计算机技术的高度发展，通信的对象不仅是语言、文字，而且是音乐、图像、数据都可以作为通信的对象。通信发展是一个国家发展水平的重要标志。后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”，包括光通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。

这些都与通信有关1838莫尔斯有线电报1948晶体管香农通信统计理论建立1864麦克斯韦尔电磁辐射方程1950时分多路通信应用于电话1876贝尔电话1956越洋电话铺设1896马克尼无线电报1957第一颗人造卫星发射1906真空管1958第一颗通信卫星发射1918调幅广播超外差接收机1960激光发明1925三路明线载波电话多路通信1961集成电路发明1936调频广播1962第一颗同步通信卫星PCM实用1937脉冲编码调制PCM1960彩电数字传输理论高速计算机1938电视广播1970LSI商用卫星程控交换光纤通讯1940二战刺激雷达和微波系统1980SLSI长波光纤通信ISDN3G计算机互联网多媒体通信

多媒体通信是指在一次呼叫过程中能同时提供多种媒体信息(声音、图像、图形、数据、文本等)的通信方式，它是通信技术、计算机技术和网络相结合的产物。利用多媒体通信，相隔万里的用户不仅能利用声像图文并茂地交流信息，使分布在不同地点的多媒体信息能步调一致地作为一个完整的信息呈现在用户面前，而且用户对通信全过程具有完备的交互控制能力。这就是多媒体通信的分布性、同步性和交互性特点

1958年8月1日我国第一台数字电子计算机诞生，103机是每秒30次运算速度的电子管计算机物联网技术（TheInternetofthing）物联网就是“物物相连的网”定义：物联网的定义是通过射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，使用LAN、GPRS、Wi-Fi、Bluetooth等进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。门窗安全无线传感器通信技术的发展趋势1.数字化2.微型化3.标准化4.智能化5.全球化6.个人化通信的发展目标---个人通信目标是实现：个人通信系统(PCN)

无论任何人

(Whoever)

在任何时候

(Whenever)

在任何地方

(Wherever)

与另一个人

(Whomever)

进行任何类型

(Whatever)3、通信的分类（1）按传输信道分：有线：电磁波在导线中传输。（光纤、双绞线、同轴电缆）

无线：电磁波在空间中传输。（无线电、微波、卫星）（2）按信号的形式不同分：模拟通信：传输信号是连续变化的。如话音、AM、FM数字通信：系统传输的信号是离散的。如PCM、数字广播、数字电视等P5数字通信近年来发展迅速，并且正在取代原有的模拟通信方式，其原因：①大规模集成电路的发展，有了发展数字通信的技术基础；②数字通信具有抗干扰能力强，噪声无积累，保密性好的优点；③数字信号便于计算机处理。（5）按工作频段分：长波通信中波通信短波通信微波通信等（3）按信号的复用方式：频分频率不同时分时间不同码分码型不同（4）按通信连接情况：点—点电话点—多点广播多点间的（6）按调制方式分类：基带传输系统频带传输系统（7）按通信业务类型分：电报通信系统电话通信系统数据通信系统图像通信系统数字微波通信系统微波通信系统设备卫星通信系统1.2通信方式①按数据传输的方向性：单工通信：信号传输是单向的。两个通信终端间的信号传输只能在一个方向传输，一方仅发，另一方仅收。广播P6半双工通信：双方可以互传数据信息，但不能同时发送。在同一时间，一方发，另一方收。对讲机全双工通信：可以在两个方向上同时进行数据的收发传输。电话②按在信道上传输的方式：串行传输：只使用一个传输信道，数据的若干位顺序的按位串行排列成数据流。优点：节省信道利于远程传输。并行传输：数据的每一位各占用一条信道，即数据的每一位放在多条并行的信道上同时传送。特点：提高传输速率，硬件成本提高了。1.2通信系统组成与模型1、通信系统一般模型。信源：是发出信息的源。（模拟信源和数字信源）P2信源和信宿可以是人，也可以是机器设备，因而既可以实现人—人通信，也可以实现人—机或机—机通信。通信源发出的信号可以是语音信号，也可以是数字、符号、图像等非语音信号。1.2通信系统组成与模型1、通信系统一般模型。发送设备：为了使这个原始信号适合在信道中传输，由发送设备对原始信号完成某种变换，然后进入信道。接收设备与发送设备相反1.2通信系统组成与模型1、通信系统一般模型。信道：传输信号的通道。（有线、无线）无线信道可组成无线通信系统，如微波中继通信、卫星通信、移动通信等。广义的信道还包括一些信号转换设备，如天线、馈线、调制、解调等。如微波天线从广义上也属于信道。1.2通信系统组成与模型1、通信系统一般模型。接收设备：从接收信号中恢复出相应的原始信号。1.2通信系统组成与模型1、通信系统一般模型。信宿（受信者）：将复原的原始信号转换成相应的消息。1.2通信系统组成与模型1、通信系统一般模型。噪声源：是信道中的噪声及分散在通信系统其它各处的噪声的集中表示。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应的把通信系统分成两类：模拟通信系统和数字通信系统。1、模拟通信系统（传输模拟信号的通信系统。）P3模拟通信中需要两种变换：第一种：发送端的连续消息要变换成原始电信号，接收端收到的信号要反变换成原始连续信号。第二种：调制和解调调制：将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号；解调：在接收端将信道中传输的信号还原成原始的电信号。基带信号基带信号频带信号2、数字通信系统

利用数字信号来传递信息的通信系统。变换器的作用是把信息转换成数字基带信号。P4信源编码与译码的主要任务是提高数字信号传输的有效性。信源编码器的输出就是信息码元,此外，话音和图像压缩编码等都是在信源编码器内完成。接收端信源译码则是信源编码的逆过程信道编码的任务是提高数字信号传输的可靠性。其基本做法是在信息码组中按一定的规则附加一些监督码元，以使接收端根据相应的规则进行检错和纠错，信道编码也称纠错编码。接收端信道译码是其相反的过程。数字通信系统还有一个非常重要的控制单元，即同步系统。使收发两端的信号在时间上保持步调一致

3、数字通信的主要特点目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，它有如下优点：1、抗干扰、抗噪声性能好2、差错可控3、易加密4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造更容易，体积更小，重量更轻。5、数字信号便于计算机处理，数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。6、易于与现代技术相结合。缺点：需要较大的传输带宽。模拟电话4KHz,数字电话20-64KHz对同步要求高4、数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统和数字基带传输通信系统。基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。频带传输是对各种信号调制后传输的总称。（经过调制器/解调器的数字通信系统）1-3信息及其量度一、基本概念消息：指通信系统传输的对象、特点：随机性的，无法预知的。信号：反映消息的电信号。信息：把消息中的内容用概率统计的方法抽象出来。信息是消息和信号中包含的某种有意义的抽象的东西。P72、信息量：是信息或消息的一种度量。信息的大小由信息量来衡量。不同的消息人们对它的反映是不同的，如：下雨、地震下雨：经常发生，不足为奇，信息量小；地震：不常发生，很惊讶，信息量大。（太阳从东方升起）（太阳从西方升起）消息出现的概率越大，则消息中包含的信息量越小；消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量越大。∵P（x）＝1必然事件I＝0P（x）＝0不可能发生事件I＝∞∴信息量是与事件发生的概率成反比。信息量：Iinformation定义：P（x）：消息的概率a：2的整数次幂P8信息量的单位的确定取决于底数a：若对数以2为底时单位是“比特”（bit—binaryunit的缩写）；若以e为底时单位是“奈特”（nat—natureunit的缩写）；若以10为底时单位是“哈特”（Hart—Hartley的缩写）。通常采用“比特”作为信息量的实用单位例1、一个二进制信号的信息量为多少？二进制码0、1出现的概率是等概的（一个二进制码所代表的信息量为多少比特？）解：

P（1）＝P（0）＝1/2所以一个二进制码代表的信息量为一比特。例2、四进制码0、1、2、3中每个码元出现的概率相同，即P(0)=P(1)=P(2)=P(3)=1/4一个四进制码代表的信息量为二比特。对于M进制码，M个数等概率出现时，一个码元所携带的信息量为如：对于八进制码等概出现时一个码元所携带的信息量为：如上：一个二进制码代表的信息量为1bit；一个四进制码代表的信息量为2bit；一个八进制码代表的信息量为3bit。

0

1

2

3

4

5

6

7二进制0

1四进制00

01

10

11八进制000

001

010

011

100

101

110

1113、平均信息量（非等概情况）一个消息由多个符号组成，每个符号所含的信息量的统计平均值称为符号的平均信息量。平均算数平均统计平均统计平均平均信息量是由每个消息的信息量的概率加权和得到的。例：有A、B、C三个事件，每个事件发生的概率为P（A）、P（B）、P（C），则该信源中每个事件的平均信息量为：H=-[P(A)log2P(A)+P(B)log2P(B)+P(C)log2P(C)]若：一个信源是由n个独立的符号ｘ1ｘ2,……,ｘn所构成，且每一个符号出现的概率分别为p(ｘ1)、p(ｘ2)……p(ｘn)则此信源中每个符号的统计平均信息量为：如果：上式中p(ｘ1)=p(ｘ2)=……=p(ｘn)=1/n则：P8∴在等概出现的二进制码中，每个码的平均信息量为1bit；在等概出现的四进制码中，每个码的平均信息量为2bit；在等概出现的八进制码中，每个码的平均信息量为3bit。1-4通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标有：信号传输的有效性和可靠性。有效性：指给定信道内传输信息的多少——速度可靠性：指在给定信道内接收的信号的准确程度——质量P91、模拟通信系统①有效性：指有效传输频带。信号带宽→小好信道带宽→宽好f②可靠性：用系统输出的信噪比来衡量。信噪比：信号功率与噪声功率之比。单位：分贝dB定义：S：single信号平均功率N：Noise噪声平均功率SN（）dB=10lgSN（dB）S→大，→大，可靠性→高。SN2、数字通信系统一个数字通信系统的有效性用三个指标来说明有效性：①码元速率RB（传码率）：单位时间内传递码元的数目。单位：Baud波特简写（Bd、B）例：如某系统每秒钟传送4800个码元，则该系统的传码率为4800B。（2）信息速率（传信率）Rb：单位时间内传输的信息量。单位：bit/s、b/s、bps、比特/秒例：如某信息源每秒钟传送1200个码元，而每个码元的平均信息量为1bit，则该信息源的信息速度为1200bit/s或1200bps。传码率RB和传信率Rb在二进制码元的传输中在数值上是相等的，而在多进制脉冲传输中传码率与传信率是不等的。例：二进制码RB=1200BdRb=1200bps=RB·log22