通信原理第1章緒論

1、課程介紹課程介紹 通信原理通信原理是信息工程專業(yè)本科生一是信息工程專業(yè)本科生一門門重要的專業(yè)基礎(chǔ)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程系統(tǒng)深入地課程。本課程系統(tǒng)深入地闡述現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本原理，其中包括模闡述現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本原理，其中包括模擬通信和數(shù)字通信，并以數(shù)字通信為主。本擬通信和數(shù)字通信，并以數(shù)字通信為主。本課程通過課程通過課堂學(xué)習(xí)課堂學(xué)習(xí)、習(xí)題練習(xí)習(xí)題練習(xí)、實驗實驗等教學(xué)等教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在使學(xué)生系統(tǒng)地掌握通信系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)，旨在使學(xué)生系統(tǒng)地掌握通信系統(tǒng)基本原理及其性能的基本分析方法，了解現(xiàn)代通原理及其性能的基本分析方法，了解現(xiàn)代通信技術(shù)與理論的發(fā)展?fàn)顩r。信技術(shù)與理論的發(fā)展?fàn)顩r。課程結(jié)構(gòu)及實驗安排課程

2、結(jié)構(gòu)及實驗安排 課程為課程為64+864+8的結(jié)構(gòu)，共包含以下四個實的結(jié)構(gòu)，共包含以下四個實驗：驗：實驗一、數(shù)字基帶信號實驗實驗一、數(shù)字基帶信號實驗實驗二、模擬信號幅度調(diào)制實驗實驗二、模擬信號幅度調(diào)制實驗實驗三、二進(jìn)制數(shù)字信號調(diào)制實驗實驗三、二進(jìn)制數(shù)字信號調(diào)制實驗實驗四、模擬信號數(shù)字化及編碼實驗實驗四、模擬信號數(shù)字化及編碼實驗教材與主要參考書教材與主要參考書通信原理（第六版）通信原理（第六版） 樊昌信等樊昌信等 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 20062006現(xiàn)代通信原理與技術(shù)現(xiàn)代通信原理與技術(shù) 張輝等張輝等 西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社 20022002現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理

3、 曹志剛等曹志剛等 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 19921992現(xiàn)代通信技術(shù)現(xiàn)代通信技術(shù) 馮重熙等馮重熙等 人民郵電出版社人民郵電出版社 19871987Digital and Analog Communication System, K.S.ShanmuganDigital and Analog Communication System, K.S.Shanmugan, , John. Wiley & Sons, 1979 John. Wiley & Sons, 1979 現(xiàn)代通信原理簡明教程現(xiàn)代通信原理簡明教程 南利平等南利平等 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 2000200

4、0現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理 宋祖順等宋祖順等 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社 20012001通信原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)通信原理學(xué)習(xí)指導(dǎo) 張輝等張輝等 西安電子科技大學(xué)出版社西安電子科技大學(xué)出版社 20032003現(xiàn)代通信技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)等現(xiàn)代文獻(xiàn)現(xiàn)代通信技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)等現(xiàn)代文獻(xiàn)課程的基本要求課程的基本要求1 1、掌握通信系統(tǒng)的組成、分類、性能度量、掌握通信系統(tǒng)的組成、分類、性能度量及所能解決的基本問題及所能解決的基本問題2 2、系統(tǒng)掌握通信系統(tǒng)的基本原理及其性能、系統(tǒng)掌握通信系統(tǒng)的基本原理及其性能的基本分析方法的基本分析方法3 3、了解現(xiàn)代通信技術(shù)與理論的發(fā)展?fàn)顩r及、了解現(xiàn)代通信技術(shù)與理論的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢

5、趨勢學(xué)習(xí)本課程的幾點(diǎn)建議學(xué)習(xí)本課程的幾點(diǎn)建議1 1、本課程全面研究通信系統(tǒng)的一般原理的性能，它的一切、本課程全面研究通信系統(tǒng)的一般原理的性能，它的一切分析研究都是在分析研究都是在“信號分析信號分析”和和“隨機(jī)過程隨機(jī)過程”的基礎(chǔ)上。的基礎(chǔ)上。2 2、本課程不是從具體電路出發(fā)，而是從系統(tǒng)的、本課程不是從具體電路出發(fā)，而是從系統(tǒng)的物理模型式物理模型式數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型著手進(jìn)行分析，要求注意掌握好所要求的基本概著手進(jìn)行分析，要求注意掌握好所要求的基本概念。念。3 3、本課程是一門概念性和理論性較強(qiáng)的課程，要適當(dāng)?shù)囟?、本課程是一門概念性和理論性較強(qiáng)的課程，要適當(dāng)?shù)囟嘧鼍毩?xí)題，以加強(qiáng)對基本概念的理解。做練

6、習(xí)題，以加強(qiáng)對基本概念的理解。4 4、本課程是一門呈上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，要求有一定的知、本課程是一門呈上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，要求有一定的知識面，且和計算機(jī)緊密地聯(lián)系在一起。通信原理、通信技識面，且和計算機(jī)緊密地聯(lián)系在一起。通信原理、通信技術(shù)和通信系統(tǒng)構(gòu)成了通信全部，所以需要進(jìn)行一定的試驗術(shù)和通信系統(tǒng)構(gòu)成了通信全部，所以需要進(jìn)行一定的試驗和參觀實踐，了解通信技術(shù)和通信系統(tǒng)。和參觀實踐，了解通信技術(shù)和通信系統(tǒng)。1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成1.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類與通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度

7、量 1.5 1.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 通信網(wǎng)的分類通信網(wǎng)的分類按信源的內(nèi)容來分：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、電視節(jié)目網(wǎng)和綜按信源的內(nèi)容來分：電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、電視節(jié)目網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)(ISDN)等；等；按地域范圍來分：局域網(wǎng)、都市網(wǎng)、農(nóng)村網(wǎng)和廣域網(wǎng)等；按地域范圍來分：局域網(wǎng)、都市網(wǎng)、農(nóng)村網(wǎng)和廣域網(wǎng)等；按網(wǎng)的傳輸信道來分：有線按網(wǎng)的傳輸信道來分：有線( (包括光纖包括光纖) )網(wǎng)、短波網(wǎng)、微網(wǎng)、短波網(wǎng)、微波網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等；波網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等；按用途來分：公用網(wǎng)和專用網(wǎng)按用途來分：公用網(wǎng)和專用網(wǎng)信道信道 交交 換換 機(jī)機(jī)電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖: : ( 為用

8、戶 構(gòu)成網(wǎng)的基本要素：構(gòu)成網(wǎng)的基本要素： 終端設(shè)備，傳輸鏈路，交換設(shè)備。（硬件）終端設(shè)備，傳輸鏈路，交換設(shè)備。（硬件） 交交 換換 機(jī)機(jī)終端終端終端終端噪聲噪聲局間傳輸局間傳輸(局內(nèi)傳輸局內(nèi)傳輸局內(nèi)傳輸局內(nèi)傳輸 人類為了更好地生存和發(fā)展，就得跟迅速有效地傳遞人類為了更好地生存和發(fā)展，就得跟迅速有效地傳遞和交流信息。信息的傳遞與交流自古有之，且各個時代有和交流信息。信息的傳遞與交流自古有之，且各個時代有各個時代的方式。各個時代的方式。古代通信：古代通信：吶喊、擊鼓和烽火臺：只能在較近的距離內(nèi)傳遞信息；吶喊、擊鼓和烽火臺：只能在較近的距離內(nèi)傳遞信息；飛馬信使：馬的體力和速度有限；飛馬信使：馬的體力

9、和速度有限；驛站：送信沿途隔數(shù)十里建有一處為他們提供休息和更換馬匹驛站：送信沿途隔數(shù)十里建有一處為他們提供休息和更換馬匹等條件的場所，但這種方式比較落后等條件的場所，但這種方式比較落后烽火臺：受天氣和距離的限制；烽火臺：受天氣和距離的限制；信鴿：缺乏穩(wěn)定性信鴿：缺乏穩(wěn)定性1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 現(xiàn)代通訊：現(xiàn)代通訊： 40年前，隨著通信衛(wèi)星、蜂窩電話、數(shù)字尋呼以及數(shù)字傳輸技術(shù)的相繼年前，隨著通信衛(wèi)星、蜂窩電話、數(shù)字尋呼以及數(shù)字傳輸技術(shù)的相繼推出，人類通信發(fā)展史翻開了嶄新的一頁，現(xiàn)代通信技術(shù)由此進(jìn)入一個日新推出，人類通信發(fā)展史翻開了嶄新的一頁，現(xiàn)代通信技術(shù)由此進(jìn)入一個日新月異

10、的發(fā)展階段，并逐步使月異的發(fā)展階段，并逐步使“隨時隨地的信息傳遞隨時隨地的信息傳遞”成為現(xiàn)實。成為現(xiàn)實。 在在“電星一號（電星一號（Tel-star I）”衛(wèi)星發(fā)射成功之前，跨越大洋的海底電話衛(wèi)星發(fā)射成功之前，跨越大洋的海底電話線纜已經(jīng)出現(xiàn)，但容量相當(dāng)有限。當(dāng)時，人們還未能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離電視傳播。線纜已經(jīng)出現(xiàn)，但容量相當(dāng)有限。當(dāng)時，人們還未能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離電視傳播。電視節(jié)目必須首先錄制成磁帶，然后空運(yùn)到目的地為觀眾電視節(jié)目必須首先錄制成磁帶，然后空運(yùn)到目的地為觀眾“重播重播”。使電視。使電視直播成為現(xiàn)實的是貝爾實驗室于直播成為現(xiàn)實的是貝爾實驗室于40年前開創(chuàng)的衛(wèi)星通信技術(shù)。通信衛(wèi)星的概年前開創(chuàng)的衛(wèi)星通

11、信技術(shù)。通信衛(wèi)星的概念最初由科幻小說作家克拉克于念最初由科幻小說作家克拉克于1945年提出。年提出。9年之后的年之后的1954年，貝爾實驗?zāi)?，貝爾實驗室研究總監(jiān)室研究總監(jiān)John R. Pierce再次提出了類似的設(shè)想并且付諸實施。再次提出了類似的設(shè)想并且付諸實施。1962年年7月月11日，也就是電星一號發(fā)射升空后的第二天，首次跨大西洋的電視信號通過日，也就是電星一號發(fā)射升空后的第二天，首次跨大西洋的電視信號通過電星一號傳輸成功。電星一號傳輸成功。 電星一號的發(fā)射成功使通過衛(wèi)星在各大洲之間提供語音、數(shù)據(jù)和視頻通電星一號的發(fā)射成功使通過衛(wèi)星在各大洲之間提供語音、數(shù)據(jù)和視頻通信成為可能，相當(dāng)大程度

12、地推動了當(dāng)今信成為可能，相當(dāng)大程度地推動了當(dāng)今“地球村地球村”的形成。通訊衛(wèi)星的出現(xiàn)的形成。通訊衛(wèi)星的出現(xiàn)使我們的通訊范圍有了極大的擴(kuò)展，我們可以隨時輕松的聽到來自地球任何使我們的通訊范圍有了極大的擴(kuò)展，我們可以隨時輕松的聽到來自地球任何角落的聲音，看到那里現(xiàn)場發(fā)生的事情。角落的聲音，看到那里現(xiàn)場發(fā)生的事情。 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 信息（或信息（或消息）的傳輸和交換。（要求準(zhǔn)消息）的傳輸和交換。（要求準(zhǔn)確、迅速）確、迅速）信息的物理表現(xiàn)形式。如信息的物理表現(xiàn)形式。如語言、文字、語言、文字、 數(shù)數(shù)據(jù)或圖像等。據(jù)或圖像等。消息的內(nèi)涵，即信息是消息中所包含的人消息的內(nèi)涵，即信

13、息是消息中所包含的人們原來不知而待知的內(nèi)容。們原來不知而待知的內(nèi)容。是利用電（電流或電波，包括光）來傳遞是利用電（電流或電波，包括光）來傳遞信息?，F(xiàn)代信息?，F(xiàn)代通信一般均是指通信一般均是指“電通信電通信”。消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，電信號是消息傳遞的物質(zhì)載體。電信號是消息傳遞的物質(zhì)載體。1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念通信通信: : 消息：消息：信息：信息：電通信：電通信：信號：信號：通信系統(tǒng)：完成傳遞信息任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備通信系統(tǒng)：完成傳遞信息任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體。和傳輸媒介所構(gòu)成的總體。 電信網(wǎng)：多用

14、戶通信系統(tǒng)互聯(lián)的通信體系。電信網(wǎng)：多用戶通信系統(tǒng)互聯(lián)的通信體系。 （多點(diǎn)中的任意兩點(diǎn)間的雙向傳輸）（多點(diǎn)中的任意兩點(diǎn)間的雙向傳輸）通信網(wǎng)：讓許多互相連接的用戶能交換信息的由硬件通信網(wǎng)：讓許多互相連接的用戶能交換信息的由硬件和軟件組成的系統(tǒng)。和軟件組成的系統(tǒng)。 分類分類網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：環(huán)型，星型，總線型，復(fù)合型，網(wǎng)型網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：環(huán)型，星型，總線型，復(fù)合型，網(wǎng)型網(wǎng)的組成網(wǎng)的組成: : 以電話網(wǎng)為例以電話網(wǎng)為例 框圖框圖網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)問問 題題1 1、什么形式的電信號適合系統(tǒng)傳輸？、什么形式的電信號適合系統(tǒng)傳輸？ 2 2、何種性能的系統(tǒng)能完成信號的傳輸？、何種性能的系統(tǒng)能完成信號的傳輸？ 1.

15、1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成1.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 通信系統(tǒng)總模型：通信系統(tǒng)總模型：通信系統(tǒng)由四部分組成。通信系統(tǒng)由四部分組成。通信原理的討論是圍繞通信系統(tǒng)的模型而展開的通信原理的討論是圍繞通信系統(tǒng)的模型而展開的根據(jù)具體的通信形式有具體的系統(tǒng)模型與之對應(yīng)根據(jù)具體的通信形式有具體的系統(tǒng)模型與之對應(yīng) 各處的噪聲的集中表現(xiàn)各處的噪聲的集中表現(xiàn) 信號源信號源發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道信道接收設(shè)備接收設(shè)備受信者受信者噪聲源噪聲源

16、發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端是消息的產(chǎn)生地， 其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(基帶信號)。電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號。 是將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?如已調(diào)信號）。是指傳輸信號的物理媒質(zhì)。在無線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、 電纜、波導(dǎo)或光纖。信源：信源：發(fā)送設(shè)發(fā)送設(shè)備：備：信道：信道：是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中噪聲與干擾的集中表現(xiàn)。 是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中正確恢復(fù)出相應(yīng)

17、的原始基帶信號來。是傳輸信息的歸宿點(diǎn)， 其作用是將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。噪聲源：噪聲源：接收設(shè)備：接收設(shè)備：信宿：信宿：模擬信號：凡信號參量的取值是連續(xù)的或取無模擬信號：凡信號參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個值的，且直接與消息相對應(yīng)的關(guān)系。窮多個值的，且直接與消息相對應(yīng)的關(guān)系。模擬信號波形模擬信號波形不一定不一定在時間在時間上也連上也連續(xù)續(xù)模擬系統(tǒng)框圖：模擬系統(tǒng)框圖： 信號源調(diào)制器解調(diào)器受信者噪聲源信 道基 帶 信 號頻 帶 信 號已調(diào)信號的三個特征：已調(diào)信號的三個特征：一是攜帶信號，二是適合在信道中傳輸，三是信號的頻譜具有帶通形一是攜帶信號，二是適合在信道中傳輸，三是信號的頻譜具有帶

18、通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因此已調(diào)信號又稱頻帶信號式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因此已調(diào)信號又稱頻帶信號(或帶通信號或帶通信號)。數(shù)字信號：凡信號只能取有限個值，并且常常數(shù)字信號：凡信號只能取有限個值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)的關(guān)系。不直接與消息相對應(yīng)的關(guān)系。數(shù)字信號波形數(shù)字信號波形不一定不一定在時間在時間上也離上也離散散數(shù)字系統(tǒng)框圖：數(shù)字系統(tǒng)框圖： 編編 碼碼 器器 噪噪 聲聲 源源 加加 密密 器器信信 息息 源源調(diào)調(diào) 制制 器器信信 道道受受 信信 者者解解 密密 器器譯譯 碼碼 器器 解解 調(diào)調(diào) 器器注：缺省同步系統(tǒng)注：缺省同步系統(tǒng)?；鶐Щ鶐盘栃盘栴l帶頻帶信號信號1.2 通信系統(tǒng)的組成通信

19、系統(tǒng)的組成1.2.1 通信系統(tǒng)模型（總模型）通信系統(tǒng)模型（總模型）描述點(diǎn)對點(diǎn)的通信描述點(diǎn)對點(diǎn)的通信 框圖框圖1.2.2 模擬通信與數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬通信與數(shù)字通信系統(tǒng)模型1、模擬信號模擬信號 模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng) 框圖框圖2、數(shù)字信號數(shù)字信號 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng) 框圖框圖數(shù)字通信的特點(diǎn)數(shù)字通信的特點(diǎn) 1）數(shù)字信號傳輸中所受的干擾可通過差錯控制編碼控制并消除。）數(shù)字信號傳輸中所受的干擾可通過差錯控制編碼控制并消除。 增加編碼器、解碼器增加編碼器、解碼器 2）需要保密時可對基帶信號人為）需要保密時可對基帶信號人為“擾亂擾亂” 加密、解密加密、解密 3）傳輸中是按節(jié)拍逐個傳送脈沖單元信號，稱之為碼元。）

20、傳輸中是按節(jié)拍逐個傳送脈沖單元信號，稱之為碼元。 收發(fā)須同步控制收發(fā)須同步控制：包括碼元同步、幀同步、網(wǎng)同步等。：包括碼元同步、幀同步、網(wǎng)同步等。常用的方式分兩大類：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)常用的方式分兩大類：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)： 1)1)數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力強(qiáng)數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力強(qiáng), ,尤其在中繼時尤其在中繼時, ,數(shù)字信號可以再生而消數(shù)字信號可以再生而消除噪聲的積累除噪聲的積累 2)2)傳輸差錯可以控制傳輸差錯可以控制, ,從而改善了傳輸質(zhì)量從而改善了傳輸質(zhì)量 3)3)便于使用數(shù)字信號處理技術(shù)來對數(shù)字信息進(jìn)行處理便于使用數(shù)字信號處理技術(shù)來對數(shù)

21、字信息進(jìn)行處理 4)4)數(shù)字信息易于作高保密性的加密處理數(shù)字信息易于作高保密性的加密處理 5)5)數(shù)字信息可以綜合傳遞各種消息數(shù)字信息可以綜合傳遞各種消息, ,使通信系統(tǒng)功能增強(qiáng)使通信系統(tǒng)功能增強(qiáng)其優(yōu)點(diǎn)的實現(xiàn)是用占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。其優(yōu)點(diǎn)的實現(xiàn)是用占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。在系統(tǒng)頻帶緊張的場合這將成為其缺點(diǎn)。在系統(tǒng)頻帶緊張的場合這將成為其缺點(diǎn)。數(shù)字通信系統(tǒng)的具體模型也根據(jù)其設(shè)計方法有所不同數(shù)字通信系統(tǒng)的具體模型也根據(jù)其設(shè)計方法有所不同1.2.3 1.2.3 數(shù)字通信的主要特點(diǎn)數(shù)字通信的主要特點(diǎn) n目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)

22、中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會對通信技術(shù)越來數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會對通信技術(shù)越來越高的要求，數(shù)字通信技術(shù)已成為當(dāng)代通信越高的要求，數(shù)字通信技術(shù)已成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，它有如下優(yōu)技術(shù)的主流。與模擬通信相比，它有如下優(yōu)點(diǎn)：點(diǎn)：n1 1、抗干擾、抗噪聲性能好、抗干擾、抗噪聲性能好n在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號。以二進(jìn)在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號。以二進(jìn)制為例，信號的取值只有兩個，這樣發(fā)端傳輸?shù)暮褪罩茷槔?，信號的取值只有兩個，這樣發(fā)端傳輸?shù)暮褪斩私邮蘸团袥Q的電平也只有兩個值，若端接收和判決的電平也只有

23、兩個值，若“1”1”碼時取碼時取值為值為A A，“0”0”碼時取值為碼時取值為0 0，傳輸過程中由于信道噪，傳輸過程中由于信道噪聲的影響，必然會使波形失真，在接收端恢復(fù)信號時，聲的影響，必然會使波形失真，在接收端恢復(fù)信號時，首先對其進(jìn)行抽樣判決，才能確定是首先對其進(jìn)行抽樣判決，才能確定是“1”1”碼還是碼還是“0”0”碼，并再生碼，并再生“1”1”，“0”0”碼的波形。因此只要不影響碼的波形。因此只要不影響判決的正確性，即使波形有失真也不會影響再生后的判決的正確性，即使波形有失真也不會影響再生后的信號波形。而在模擬通信中，如果模擬信號疊加上噪信號波形。而在模擬通信中，如果模擬信號疊加上噪聲后，

24、即使噪聲很小，也很難消除它。聲后，即使噪聲很小，也很難消除它。 n2 2、差錯可控、差錯可控n數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤（差錯），可通過數(shù)字信號在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤（差錯），可通過糾錯編碼技術(shù)來控制。糾錯編碼技術(shù)來控制。n3 3、易加密、易加密n數(shù)字信號與模擬信號相比，容易加密和解密。因此，數(shù)字信號與模擬信號相比，容易加密和解密。因此，數(shù)字通信保密性好。數(shù)字通信保密性好。n4 4、數(shù)字通信設(shè)備和模擬通信設(shè)備相比，設(shè)計和制造、數(shù)字通信設(shè)備和模擬通信設(shè)備相比，設(shè)計和制造更容易，體積更小，重量更輕。更容易，體積更小，重量更輕。n5 5、數(shù)字信號可以通過信源編碼進(jìn)行壓縮，以減少冗、數(shù)字信號可以通

25、過信源編碼進(jìn)行壓縮，以減少冗余度，提高信道利用率。余度，提高信道利用率。n6 6、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。同步的概念：同步的概念：同步是指收發(fā)雙方在時間上步調(diào)一致，故又稱定時。同步是指收發(fā)雙方在時間上步調(diào)一致，故又稱定時。碼元同步碼元同步又稱位同步。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，任何消息都是通過一連又稱位同步。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，任何消息都是通過一連串碼元序列傳送的，所以接收時需要知道每個碼元的起止時刻，以串碼元序列傳送的，所以接收時需要知道每個碼元的起止時刻，以便在恰當(dāng)?shù)臅r刻進(jìn)行取樣判決。便在恰當(dāng)?shù)臅r刻進(jìn)行取樣判決。群同步群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有時也稱幀同步。在數(shù)包含

26、字同步、句同步、分路同步，它有時也稱幀同步。在數(shù)字通信中，信息流是用若干碼元組成一個字通信中，信息流是用若干碼元組成一個“字字”，又用若干個，又用若干個“字字”組成組成“句句”。在接收這些數(shù)字信息時，必須知道這些。在接收這些數(shù)字信息時，必須知道這些“字字”、“句句”的起止時刻，否則接收端無法正確恢復(fù)信息。的起止時刻，否則接收端無法正確恢復(fù)信息。在獲得了載波同步、位同步、群同步之后，兩點(diǎn)間的數(shù)字通信就可在獲得了載波同步、位同步、群同步之后，兩點(diǎn)間的數(shù)字通信就可以有序、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行了。然而，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，尤其以有序、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行了。然而，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，尤其是計算機(jī)通信的發(fā)展，是

27、計算機(jī)通信的發(fā)展，多個用戶之間多個用戶之間的通信和數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成了數(shù)的通信和數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成了數(shù)字通信網(wǎng)。顯然，為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通信和數(shù)據(jù)字通信網(wǎng)。顯然，為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通信和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)必須有一個統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)時鐘，這就是交換，全網(wǎng)必須有一個統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)時鐘，這就是網(wǎng)同步網(wǎng)同步的問題。的問題?，F(xiàn)代通信的特征現(xiàn)代通信的特征傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)組成一個通信系統(tǒng)，乃至傳輸系統(tǒng)和交換系統(tǒng)組成一個通信系統(tǒng)，乃至通信網(wǎng)絡(luò)。通信網(wǎng)絡(luò)。 計算機(jī)與通信系統(tǒng)的緊密結(jié)合是現(xiàn)代通信的主要特征。計算機(jī)與通信系統(tǒng)的緊密結(jié)合是現(xiàn)代通信的主要特征。表現(xiàn)形式：表現(xiàn)形式：1) 移動通信乃至衛(wèi)星通

28、信（移動通信乃至衛(wèi)星通信（GSM、CDMA、VSAT、GPS等）等）2) INTERNET接入技術(shù)：接入技術(shù)：FTTP-LAN、ADSL、Home-PNA3) 衛(wèi)星技術(shù)、光纖技術(shù)、數(shù)字蜂窩技術(shù)、寬帶接入技術(shù)等最新技衛(wèi)星技術(shù)、光纖技術(shù)、數(shù)字蜂窩技術(shù)、寬帶接入技術(shù)等最新技術(shù)融入通信，構(gòu)成了現(xiàn)代通信的主要表現(xiàn)。術(shù)融入通信，構(gòu)成了現(xiàn)代通信的主要表現(xiàn)。通信網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)無線接入技術(shù)無線接入技術(shù)1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成1.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)

29、 1.3 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 1、按消息的物理特征分類（業(yè)務(wù)）按消息的物理特征分類（業(yè)務(wù)） 如電報、電話、數(shù)據(jù)、圖像通信系統(tǒng)如電報、電話、數(shù)據(jù)、圖像通信系統(tǒng)2、按調(diào)制方式分類、按調(diào)制方式分類 按是否采用調(diào)制，可將系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶按是否采用調(diào)制，可將系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶(調(diào)制調(diào)制)傳輸。傳輸?；鶐鬏敾鶐鬏?未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳輸未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳輸(音頻和數(shù)字基帶音頻和數(shù)字基帶)。調(diào)制傳輸：對各種信號變換方式后進(jìn)行傳輸?shù)目偡Q。調(diào)制傳輸：對各種信號變換方式后進(jìn)行傳輸?shù)目偡Q。調(diào)制的目的：調(diào)制的目的：1) 將信息變換為便于在信道中傳輸?shù)男问綄⑿畔⒆儞Q為便于在

30、信道中傳輸?shù)男问?) 提高抗干擾能力提高抗干擾能力(FM抗干擾能力強(qiáng)于抗干擾能力強(qiáng)于AM)3) 有效地利用頻帶有效地利用頻帶(頻譜搬移，頻分多路頻譜搬移，頻分多路)1.3.1 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 針對頻帶傳輸信號而言，按調(diào)制波形的不同針對頻帶傳輸信號而言，按調(diào)制波形的不同信號數(shù)字：信號數(shù)字：PCM 、 M 等等 脈沖數(shù)字調(diào)制脈沖數(shù)字調(diào)制AM、DSB、SSB、VSBFM、PM模擬調(diào)制模擬調(diào)制信號數(shù)字：信號數(shù)字：ASK、FSK、PSK、DPSK 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制信號模擬信號模擬信號模擬：信號模擬：PAM、PDM、PPM 脈沖模擬調(diào)制脈沖模擬調(diào)制正弦波調(diào)制正弦波調(diào)制脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制兩類兩類3、

31、按信號特征分類、按信號特征分類 最常用分為模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類最常用分為模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類4、按傳輸媒介分類、按傳輸媒介分類 最常用分為有線（包括光纖）與無線最常用分為有線（包括光纖）與無線5、按信號復(fù)用方式分類、按信號復(fù)用方式分類頻分復(fù)用：使不同的信號占據(jù)不同的頻率范圍頻分復(fù)用：使不同的信號占據(jù)不同的頻率范圍模擬通信模擬通信時分復(fù)用時分復(fù)用：不同的信號占據(jù)不同的時間區(qū)間：不同的信號占據(jù)不同的時間區(qū)間 數(shù)字通信數(shù)字通信碼分復(fù)用：用一組包含正交碼字的碼組攜帶多路信息碼分復(fù)用：用一組包含正交碼字的碼組攜帶多路信息 6、按工作頻率分類、按工作頻率分類 VLF，LF，MF，HF，VHF，UH

32、F，SHF，EHF光波。光波。擴(kuò)頻通信擴(kuò)頻通信1.3.2 通信方式通信方式半雙工：通信雙方（兩點(diǎn)）均能收發(fā)消息但半雙工：通信雙方（兩點(diǎn)）均能收發(fā)消息但不能同時不能同時收發(fā)。收發(fā)。例如無線對講機(jī)例如無線對講機(jī)單工：單方向傳輸（一點(diǎn)發(fā)、一點(diǎn)收）。例如遙控單工：單方向傳輸（一點(diǎn)發(fā)、一點(diǎn)收）。例如遙控全雙工：通信雙方（兩點(diǎn)）全雙工：通信雙方（兩點(diǎn)）能同時能同時收發(fā)信號。例如電話收發(fā)信號。例如電話按消息傳送的方向與時間的關(guān)系按消息傳送的方向與時間的關(guān)系串序傳輸：將數(shù)字信號按時間順序一個接一個的傳輸串序傳輸：將數(shù)字信號按時間順序一個接一個的傳輸, ,它占用一條通路。適合遠(yuǎn)距離。它占用一條通路。適合遠(yuǎn)距離。

33、并序傳輸：將數(shù)字信號碼元序列分割成多路同時傳輸，并序傳輸：將數(shù)字信號碼元序列分割成多路同時傳輸，適合近距離適合近距離 數(shù)字信號碼元排列方法不同數(shù)字信號碼元排列方法不同通信系統(tǒng)按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為線型、星型、樹型、環(huán)型等類型。通信系統(tǒng)按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為線型、星型、樹型、環(huán)型等類型。專門為兩點(diǎn)之間設(shè)立傳輸線的通信稱之為點(diǎn)對點(diǎn)通信。專門為兩點(diǎn)之間設(shè)立傳輸線的通信稱之為點(diǎn)對點(diǎn)通信。多點(diǎn)間的通信屬于網(wǎng)通信。網(wǎng)通信的基礎(chǔ)仍是點(diǎn)對點(diǎn)通信。多點(diǎn)間的通信屬于網(wǎng)通信。網(wǎng)通信的基礎(chǔ)仍是點(diǎn)對點(diǎn)通信。本書重點(diǎn)討論點(diǎn)對點(diǎn)通信的原理。本書重點(diǎn)討論點(diǎn)對點(diǎn)通信的原理。 按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分1.1 1.1 引言引言1.2

34、1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成1.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.4.1 信息的描述信息的描述消息消息人或事物情況的報道，可理解為信源人或事物情況的報道，可理解為信源信息信息消息中有意義的內(nèi)容，對于接收者來說事先不知道的消消息中有意義的內(nèi)容，對于接收者來說事先不知道的消息息信號信號消息的載體消息的載體( (攜帶者攜帶者) )I I與與P(xP(x) )之間存在下列關(guān)系：之間存在下列關(guān)系： 1 1： I與與P(x)存在某種函數(shù)關(guān)系存在某種函

35、數(shù)關(guān)系 2： P(x)1時，時， I 0 P(x)0時，時， I 3： 事件獨(dú)立時，信息具有相加性事件獨(dú)立時，信息具有相加性 1.4.1 信息的描述信息的描述對由若干個相互獨(dú)立事件構(gòu)成消息，有：對由若干個相互獨(dú)立事件構(gòu)成消息，有： I p(x1 ) p(x2 ) = I p(x1 ) + I p(x2 ) + （2）取取 a = 2 I：bit 比特比特取取 a = e I：nat 奈特奈特取取 a = 10 I：Hartley 哈特萊哈特萊由信息論知：消息出現(xiàn)的概率愈小，所包含的信息量愈大由信息論知：消息出現(xiàn)的概率愈小，所包含的信息量愈大 （1 1）定義：定義：信息量為信息量為 I、消息出現(xiàn)

36、的概率為、消息出現(xiàn)的概率為 p(x ) 則則 I = = p(x ) ) I 是是p (x )函數(shù)函數(shù))(log)(logxpxp1 1Iaa- -=I 與與 P(x ) 間的關(guān)系必滿足（間的關(guān)系必滿足（1）、（）、（2）1.4.2 信息的度量信息的度量 bitxpI1211log)(1log212 1、等概率、等概率1）設(shè)有二進(jìn)制，等概率出現(xiàn)的離散消息）設(shè)有二進(jìn)制，等概率出現(xiàn)的離散消息 0、 1 消息消息 p (x1 )=p (x2 )= 1/2 定義：傳送兩個等概的二進(jìn)制波形之一的信息量為定義：傳送兩個等概的二進(jìn)制波形之一的信息量為 1 bitMMI22log11log 2） 對對M進(jìn)制，

37、等概率出現(xiàn)的離散消息進(jìn)制，等概率出現(xiàn)的離散消息 0，1，2 , , M-1 消息消息 p( x1 )=p (x2 )= =1/M從波形上看，從波形上看，M進(jìn)制有進(jìn)制有M種波性，每一種波形等概率出現(xiàn)種波性，每一種波形等概率出現(xiàn) 所以所以M 是波形數(shù)，是波形數(shù)，p (xi ) =P 是每一波形出現(xiàn)的概率是每一波形出現(xiàn)的概率3）對一進(jìn)制，狀態(tài)唯一，不包含信息量，）對一進(jìn)制，狀態(tài)唯一，不包含信息量，I=0bit。2、非等概率、非等概率設(shè)消息由設(shè)消息由 n 個相互獨(dú)立的符號組成，稱為符號集個相互獨(dú)立的符號組成，稱為符號集)(iixpx 對應(yīng)對應(yīng)且每個符號包含的信息量均不相等且每個符號包含的信息量均不相等

38、 所以用統(tǒng)計平均的方法來描述一個符號所含的信息量所以用統(tǒng)計平均的方法來描述一個符號所含的信息量例子例子)(log)()(log)()(log)()(2_22_212_1nnxpxpxpxpxpxpXH niiixpxp12_)(log)( 定義信息源的熵定義信息源的熵 H(X )1.4.3 連續(xù)消息的信息量連續(xù)消息的信息量 用連續(xù)信號出現(xiàn)的概率密度用連續(xù)信號出現(xiàn)的概率密度f (x)來描述來描述 b/符號符號，為為，它們出現(xiàn)的概率分別，它們出現(xiàn)的概率分別、組成：組成：例：信息源有四個符號例：信息源有四個符號814141833210321100210203001213130020201，求求某某個

39、個信信息息且且每每個個信信息息量量相相互互獨(dú)獨(dú)立立的信息量的信息量210120100032312010002102023010解：解：方法一方法一bitI33831log2323020 次：次：出現(xiàn)出現(xiàn)bitI28411log1414121 次：次：出現(xiàn)出現(xiàn)bitI21811log77323 次：次：出現(xiàn)出現(xiàn)bitI26411log1313222 次：次：出現(xiàn)出現(xiàn)因消息共因消息共57個符號，一個符號含有算術(shù)平均信息量為個符號，一個符號含有算術(shù)平均信息量為方法二方法二81log8141log4141log4183log832222 41_)(log)()( iiixpxpxH統(tǒng)計平均統(tǒng)計平均符號

40、符號bit906. 1 bitIIIII1083210 總總)(64.10857906. 157)(bitxHI 總總符號符號bitII89. 15710857 1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成1.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 1.5 1.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 通信系統(tǒng)最主要的性能指標(biāo)是：通信系統(tǒng)最主要的性能指標(biāo)是：傳輸?shù)挠行詡鬏數(shù)挠行?和和 傳輸?shù)目煽啃詡鬏數(shù)目煽啃詡鬏數(shù)挠行裕簜鬏數(shù)挠行裕?傳輸一定信息量時所占用的信道資源傳輸

41、一定信息量時所占用的信道資源( (頻帶寬度頻帶寬度和時間間隔和時間間隔) )。 速度速度傳輸?shù)目煽啃裕簜鬏數(shù)目煽啃裕?在給定的信道內(nèi)接收到信息的準(zhǔn)確程度。在給定的信道內(nèi)接收到信息的準(zhǔn)確程度。 質(zhì)量質(zhì)量接續(xù)質(zhì)量接續(xù)質(zhì)量：迅速性：迅速性 傳輸質(zhì)量傳輸質(zhì)量：清晰度：清晰度 穩(wěn)定質(zhì)量穩(wěn)定質(zhì)量：可靠性：可靠性涉及系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性及維護(hù)使用涉及系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性及維護(hù)使用有效性、可靠性的具體體現(xiàn)是消息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量問題有效性、可靠性的具體體現(xiàn)是消息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量問題1.5.1 1.5.1 模擬系統(tǒng)性能指標(biāo)模擬系統(tǒng)性能指標(biāo)誤差形式：誤差形式：1）加性

42、干擾產(chǎn)生的誤差通常由噪聲引起）加性干擾產(chǎn)生的誤差通常由噪聲引起 2）乘性干擾產(chǎn)生的誤差通常由信道傳輸特性不理想引起。）乘性干擾產(chǎn)生的誤差通常由信道傳輸特性不理想引起。目前，我們目前，我們僅研究僅研究加性干擾產(chǎn)生的誤差，均方誤差指加性干擾產(chǎn)生的誤差，均方誤差指標(biāo)將轉(zhuǎn)化為信噪比。標(biāo)將轉(zhuǎn)化為信噪比。信息量：衡量單位時間內(nèi)傳送消息中有效內(nèi)容的能力。信息量：衡量單位時間內(nèi)傳送消息中有效內(nèi)容的能力。 有效性的衡量：用每路信號的有效傳輸帶寬來衡量。有效性的衡量：用每路信號的有效傳輸帶寬來衡量。帶寬越窄，傳輸有效性越好；有效傳輸帶寬與調(diào)制制式帶寬越窄，傳輸有效性越好；有效傳輸帶寬與調(diào)制制式有關(guān)。有關(guān)。 可靠性

43、的衡量：用整個通信系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量?？煽啃缘暮饬浚河谜麄€通信系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。( (輸出端有用信號功率與噪聲功率之比輸出端有用信號功率與噪聲功率之比) )均方誤差：衡量發(fā)送和接收信號之間的誤差程度均方誤差：衡量發(fā)送和接收信號之間的誤差程度1.5.21.5.2 數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)：傳輸速率和差錯率數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)：傳輸速率和差錯率數(shù)字信號的描述：二進(jìn)制：數(shù)字信號的描述：二進(jìn)制：0、1 兩個狀態(tài)兩個狀態(tài) N 進(jìn)制：進(jìn)制：0、1、2 N-1 N個狀態(tài)個狀態(tài) 碼元的概念：在二進(jìn)制中，用相同的時間間隔表示一位二進(jìn)制數(shù)字，碼元的概念：在二進(jìn)制中，用相同的時間間隔表示一位二進(jìn)制數(shù)字，這個時

44、間間隔稱為碼元長度。這個時間間隔稱為碼元長度。 在碼元長度內(nèi)的信號稱為二進(jìn)制碼元。所以二進(jìn)制的每在碼元長度內(nèi)的信號稱為二進(jìn)制碼元。所以二進(jìn)制的每個碼元時間上等長。個碼元時間上等長。 同理同理 N 進(jìn)制的每個碼元時間上也等長。進(jìn)制的每個碼元時間上也等長。 進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系：進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系： 例：例：N = 4 表示表示4 進(jìn)制的每個狀態(tài)可用進(jìn)制的每個狀態(tài)可用2 位二進(jìn)制狀態(tài)描述；位二進(jìn)制狀態(tài)描述； 若為小數(shù)，則取大于此值的第一個整數(shù)。若為小數(shù)，則取大于此值的第一個整數(shù)。2log2 N1.5.21.5.2 數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)：數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)：有效性的衡量：有效性的衡量：R RB B( (傳碼率傳碼率) )碼元傳輸速率碼元傳輸速率單位時間內(nèi)所傳送的碼元數(shù)目。單位時間內(nèi)所傳送的碼元數(shù)目。R Rb b( (傳信率傳信率) )信息傳輸速率信息傳輸速率單位時間內(nèi)所傳送的信息量。單位為單位時間內(nèi)所傳送的信息量。單位為比特率比特率(bit/s)(bit/s)。根據(jù)信息論，一個根據(jù)信息論，一個N N進(jìn)制碼元所含的信息量為進(jìn)制碼元所含的信息量為I=logI=log2 2N(bit)N(