通信原理CH1(V20100314).ppt

1、1,通 信 原 理,Dalian University of Technology,电2007级 、电2006级英强适用 第1章 CH1 绪论,2,通 信 原 理 Communications Principles Principles of Communications Communication systems,Course Info,3,Course Info,先修课程： 概率与统计 随机信号与系统 电磁场与电磁波 通信电子线路 信号与系统 数字电路与系统 模拟电子线路,后续课程： 光纤通信 卫星通信 移动通信 现代交换技术 现代通信系统实验,4,Course Info,教材 樊昌信,曹

2、丽娜.通信原理(第6版).北京：国防工业出版社，2006. 其他参考书目： 1. 曹志刚, 钱亚生著. 现代通信原理. 北京:清华大学出版社, 1992 2. Leon W. Couch II著. 数字与模拟通信系统(第5版)(英文版). 北京:清华大学出版社, 1998 3. John G. Proakis著. 数字通信（第四版）. 北京：电子工业出版社，2001 4. Theodore S. Rappaportz著. 无线通信原理与应用（英文版）. 北京：电子工业出版社，1998,5,Course Info,EE解决的问题： Production and Transmission of E

3、lectrical Energy(把物理信号用电信号的形式来描述、处理、传送) Transmission or Processing of Information（信息的传递、处理）,消息传递？,6,Syllabus 本课主要内容,绪论：基本的概念，信号基础(CH1、CH2、CH3) 信息论基础：信源部分、信道部分(CH1、CH4) 数字基带传输(CH6) 模拟信号的数字传输(CH9) 频带传输：模拟频带传输(CH5) 数字频带传输(CH7、CH8) 数字最佳接收(CH10) 信道编码(CH11) 码分复用与扩频通信(CH12),7,CH1 绪论,通信发展简史 狼烟、烽火 电报机(S. Mor

4、se1837) 电话机(Bell 1876) 无线电报(Marconi 1895) 调幅广播 AM broadcasting 电视 TV broadcasting 微波中继通信 蜂窝移动通信Cellular system 光纤通信 Fiber Optics 卫星通信 Satellite,Bell and Telephone,Marconi,8,20世纪早期通信工程的发展状况 模拟通信占大多数 没有系统的设计方法，没有定量的分析方法，处于经验科学的阶段,Is there a general methodology for designing communication systems?,Is t

5、here a limit to how fast one can communicate?,通信发展简史 A brief history of communication),9,香农 Claude Shannon father of information theory and digital communication “A Mathematical Theory of Communication”(1948),通信发展简史 A brief history of communication),10,通信发展简史 A brief history of communication),现在 数字化

6、为主（包括转换、传输、处理、记录） 数字通信的理论基础主要来自香农等创立的信息理论,Internet,S,D,11,通信系统一般模型,CHANNEL,12,信源：发送各种形式的消息（符号、文字、语音、数据、图像） 发送设备：将消息转换成适于信道传输的信号形式 信道：信号传输的媒介、路径（噪声使信号失真） 接收设备：发送设备的逆变换过程，从接收信号中恢复消息 受信者 （信宿）：消息的接收者,信道,P2 图1-1 通信系统一般模型,通信系统一般模型,13,模拟与数字信号,模拟信号 Analog signals 取值连续变化,数字信号 Digital signals 从有限集合中取值,二进制信号 B

7、inary signals,14,模拟通信的主要特点,优点 历史悠久、技术成熟、应用广泛、简单、易于实现。 缺点： 1 ）抗干扰能力差 2） 不易于保密通信 3） 设备不易于大规模集成 4） 不适应飞速发展的计算机通信的要求,15,数字通信的特点(P5P6),数字通信的特点(P5P6) 优势： (1) 抗干扰能力强，且噪声不积累 (2) 传输差错可控，提高传输可靠性 (3) 便于与各种数字终端接口 (4) 便于集成化，便于采用数字信号处理技术 (5) 便于加密,保密处理。 不足： (1) 占用带宽大； (2) 需要同步。,16,数字通信系统一般模型(P4),发送设备,接收设备,P4 图1-5

8、数字通信系统模型,17,数字通信系统一般模型（P4）,信源编码译码(Source CODEC) 提高信息传输有效性（JPEG、MPEG-1、2、4） 模/数(A/D)转换(模拟信号的数字传输) 信道编码译码(Channel CODEC) 提高信息传输可靠性 加密与解密(Encryption / Secrecy code) 信息安全、保密通信,18,数字通信系统一般模型（P5）,数字调制解调(Digital Modulation) 实现频带传输（窄带、带通） 同步 数字系统准确、有序、可靠工作,19,1.3.1 通信系统的分类 （P6）,按通信业务分类:电报、电话、数据、图像(话务、非话务) 按

9、信号特征分类:模拟信号还是数字信号 按传输媒质分类:有线通信系统和无线通信系统 按信号复用方式分类: 频分复用(FDM:Frequency Division Multiplexing) 时分复用(TDM:Time Division Multiplexing) 码分复用(CDM:Code Division Multiplexing),20,按调制方式分类:基带传输和频带（调制）传输 （P6 表1-1）,21,按工作波段分类：P7 表1-2,c = f,22,按工作波段分类：P7 表1-2（续）,23,1.3.2 通信方式 （P8）,(1) 按消息传递的方向与时间关系分 单 工 举例 半双工 全双

10、工（Duplex） (2) 按数字信号排列顺序分 串行 并行,24,1.4 信息及其度量 （P10）,通信的目的是传输信息（消息）,信号（signal）是消息（message）的载体， 而信息（Information）是包含在消息中的。 信源产生的消息输出具有不确定性。 信息量消息的不确定性的度量。 事件的不确定性用概率来描述。 消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。,简单地说：信息一定具有不确定性。,25,1.4 信息及其度量 （P10）,假设P(x)是一个消息发生的概率，I是从该消息获悉的信息。 （1） 信息量是概率的函数， 即 I = fP(x) （2） P(x)越小， I越大；

11、 反之， I越小， 且P(x)1时， I0； P(x)0时， I I与P(x)之间的关系为：,（3） 若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息量等于各独立事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性， 即 IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+,26,1.4 信息及其度量 （P10）,信息量的单位与对数底数a有关 a=2时， 信息量的单位为比特(bit)； a=e时， 信息量的单位为奈特(nat)； a=10时，信息量的单位为哈特莱(Hartley)。 数字通信中目前广泛使用的单位为比特(bit) 。 二进制表示。,27,1.4 信息及其度量 （P11）,例 1 1(等概分布) 设二

12、进制离散信源， 以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为,P=1/4的信息量为I=2 bit P=1/8的信息量为I=3 bit P=1/M的信息量为I=log2 M (bit) （1.4-4） 若M是2的整幂次，M=2K 则,28,1.4 信息及其度量 （P11）,设离散信源是一个由M个符号组成的符号集， 其中每个符号xi(i=1, 2, 3, ,M)出现的概率为P(xi)， 且有,由于H同热力学中的熵形式相似， 故通常又称它为信息源的 熵（Entropy），其单位为bit/符号。,则x1, x2, , xn 所包含的信息量分别为 log2 P(x1), log2 P(x2)

13、, , log2 P(xM),于是，每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为,(1.4-6),29,1.4 信息及其度量 （P11）,离散信源的最大熵： 信源的M个符号等概分布且统计独立，具有最大熵： （这种信源又称为无记忆离散信源） 即：,30,1.5 通信系统的主要性能指标 （P12）,有效性和可靠性。 有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题； 可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。 二者对立统一，在系统中二者可折中、互换。,31,1.5 通信系统的主要性能指标 （P12）,有效性传输速率、传信率。 可靠性差错率、误码率。,数字通信

14、系统主要性能指标,有效性传输带宽。 可靠性输出信噪比。,模拟通信系统主要性能指标,32,1.5 通信系统的主要性能指标 （P13）,（1） 码元传输速率,码元传输速率RB简称传码率，又称码元速率、符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。 例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。 数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关:,（1.5-1）,33,1.5 通信系统的主要性能指标 （P13）,（2） 信息传输速率,信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。二进制表示 它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数。 单位是比特/秒，可记为bit/s ，或 b/s ，或bps。,（1.5-2）,M进制的码元速率RB与二进制的码元速率Rb之间有以下