西南交大通信考研輔導(dǎo)班課件

1、近代信息論和編碼理論奠基人近代信息論和編碼理論奠基人 Claude Elwood Shannonl Shannon(19162001)美國人 1916年4月30日生于Michigan州Gaylord 。 1936年于密歇根大學(xué)(University of Michigan)獲數(shù)學(xué)和電氣工程學(xué)位。 1940年于MIT獲數(shù)學(xué)博士學(xué)位。 1941-1972，AT&T Bell Lab in New Jersey。 1956年，MIT，并于1958年被聘為Donner Professor of Science。l 1948年，C.E.Shannon在Bell System Technical

2、Journal(vol.27, pp. 379-423)上發(fā)表了“通信的數(shù)學(xué)理論”(A mathematical theory of communication)，為通信系統(tǒng)與編碼技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。光纖之父光纖之父 高錕高錕 Charles K. Kao 1933 年11月4日生于上海 1948年，舉家遷往香港 1957年英國倫敦大學(xué)理學(xué)士 1965年英國倫敦大學(xué)哲學(xué)博士 1957年工作于英國國際電話電報公司 1966年，高錕提出了用玻璃代替銅線的大膽設(shè)想,發(fā)明了石英玻璃，制造出世界上第一根光導(dǎo)纖維 1987年擔(dān)任香港中文大學(xué)校長，1996年退休 2009年獲得諾貝爾物理學(xué)獎年獲得諾貝爾物理

3、學(xué)獎美國耶魯(Yale)大學(xué)校長在授予他“榮譽(yù)科學(xué)博士學(xué)位”的儀式上說：“你的發(fā)明改變了世界通訊模式，為信息高速公路奠下基石。把光與玻璃結(jié)合后，影像傳送、電話和電腦有了極大的發(fā)展”20世紀(jì)80年代移動通信系統(tǒng)迅速發(fā)展1G模擬移動系統(tǒng): AMPS(1982,USA) TACS(Europe,1980）2G數(shù)字移動系統(tǒng): GSM(Europe,1992) IS-95 CDMA(South Korea,1993;USA,1996) D-AMPS(IS-136)(USA,1996)3G數(shù)字移動系統(tǒng)(3G): GSMWCDMA(Europe, Japan) IS-95CDMAcdma2000(USA e

4、t al.) TD-SCDMA(China)B3G和4G移動通信系統(tǒng) LTE, WiMAX 4G: LTE-Advanced (研究中)通信技術(shù)的發(fā)展歷史通信技術(shù)的發(fā)展歷史(3)q通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)：完成通信任務(wù)的各種設(shè)備和傳輸介質(zhì)構(gòu)成的總體完成通信任務(wù)的各種設(shè)備和傳輸介質(zhì)構(gòu)成的總體q通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型信源信源(含含輸入變輸入變換器換器)發(fā)送發(fā)送設(shè)備設(shè)備信信道道接收接收設(shè)備設(shè)備信宿信宿(輸出變輸出變換器換器)噪聲與干擾噪聲與干擾發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端消息消息原始電原始電信號信號變換變換信號信號接收接收信號信號原始電原始電信號信號消息消息噪聲電信號噪聲電信號1.2 通信系統(tǒng)的

5、組成通信系統(tǒng)的組成信息源（簡稱信源）信息源（簡稱信源）把消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，即完成把消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，即完成“非電量非電量”到到“電量電量”的變換。的變換。模擬信源和離散信源之分模擬信源和離散信源之分模擬信源模擬信源模擬信號（話筒：聲音模擬信號（話筒：聲音音頻電信號）音頻電信號）離散信源離散信源數(shù)字信號（電傳機(jī)：鍵盤字符數(shù)字信號（電傳機(jī)：鍵盤字符數(shù)字信號）數(shù)字信號）信源輸出信號為信源輸出信號為基帶信號基帶信號基帶信號：基帶信號：信號的頻譜從零頻附近開始信號的頻譜從零頻附近開始發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備：將信源輸出信號變成適合在信道傳輸?shù)男牛簩⑿旁摧敵鲂盘栕兂蛇m合在信道傳輸?shù)男盘栃问教栃问?有時也可

6、以由輸入變換器把信號直接送入信道有時也可以由輸入變換器把信號直接送入信道傳輸傳輸變換方式：根據(jù)信號類型、傳輸媒質(zhì)和質(zhì)量要求等決定變換方式：根據(jù)信號類型、傳輸媒質(zhì)和質(zhì)量要求等決定可能的變換處理：放大器、濾波器、編碼、調(diào)制器等可能的變換處理：放大器、濾波器、編碼、調(diào)制器等信道信道：信號傳輸?shù)奈锢砻劫|(zhì)：信號傳輸?shù)奈锢砻劫|(zhì)包括有線信道和無線信道包括有線信道和無線信道信號在信道中傳輸時會受到衰減和畸變信號在信道中傳輸時會受到衰減和畸變 接收設(shè)備接收設(shè)備 將信道中送來的將信道中送來的帶有噪聲和干擾的接帶有噪聲和干擾的接收信號變換成與發(fā)送收信號變換成與發(fā)送端信源發(fā)出的原始電信號完全一樣的或基本一樣的電信號端

7、信源發(fā)出的原始電信號完全一樣的或基本一樣的電信號 接收設(shè)備是發(fā)送設(shè)備的反變換接收設(shè)備是發(fā)送設(shè)備的反變換 受信者（也稱信宿）受信者（也稱信宿）：信息的終點(diǎn)：信息的終點(diǎn) 將原始電信號還原成消息將原始電信號還原成消息 對于收、發(fā)信者，不管中間經(jīng)過什么樣的變換和傳輸，都對于收、發(fā)信者，不管中間經(jīng)過什么樣的變換和傳輸，都不應(yīng)該將二者所傳遞的消息改變不應(yīng)該將二者所傳遞的消息改變 收、發(fā)消息相同程度越高，通信系統(tǒng)性能越好收、發(fā)消息相同程度越高，通信系統(tǒng)性能越好 噪聲源噪聲源：信道中或通信系統(tǒng)眾干擾的集中表示，：信道中或通信系統(tǒng)眾干擾的集中表示， 為了分析方便，我們把噪聲和干擾理想化，并認(rèn)為是從信為了分析方便

8、，我們把噪聲和干擾理想化，并認(rèn)為是從信道中引入的。道中引入的。q模擬通信系統(tǒng)組成模擬通信系統(tǒng)組成 信道中傳輸?shù)氖悄M信號的通信系統(tǒng)信道中傳輸?shù)氖悄M信號的通信系統(tǒng)信信息息源源調(diào)調(diào)制制器器信信道道解解調(diào)調(diào)器器受受信信者者噪聲源噪聲源發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端連續(xù)連續(xù)消息消息電信號電信號已調(diào)已調(diào)信號信號有擾有擾信號信號電信號電信號連續(xù)連續(xù)消息消息噪聲電信號噪聲電信號基帶信號基帶信號頻帶信號頻帶信號基帶信號基帶信號 信息源信息源 狀態(tài)連續(xù)的模擬信號狀態(tài)連續(xù)的模擬信號 一般具有較低的頻譜，大多集中在零頻附近一般具有較低的頻譜，大多集中在零頻附近基帶信號基帶信號 一般不宜直接傳輸一般不宜直接傳輸 調(diào)制器調(diào)

9、制器 進(jìn)行頻譜搬移，將原始的基帶信號變換成適合在不同信進(jìn)行頻譜搬移，將原始的基帶信號變換成適合在不同信道內(nèi)傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。道內(nèi)傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。 模擬調(diào)制強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的模擬信號之間的比模擬調(diào)制強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的模擬信號之間的比例特性例特性 已調(diào)信號有三個基本特征：已調(diào)信號有三個基本特征： 攜帶有消息攜帶有消息 適合信道傳輸適合信道傳輸 具有較高頻率成分具有較高頻率成分 已調(diào)信號為已調(diào)信號為帶通信號帶通信號（頻帶信號）（頻帶信號） 帶通信號：信號頻譜具有帶通形式，即中心頻率遠(yuǎn)離零頻帶通信號：信號頻譜具有帶通形式，即中心頻率遠(yuǎn)離零頻 解調(diào)器解調(diào)器 將已調(diào)信號還原成基帶信號將已調(diào)信號還

10、原成基帶信號 解調(diào)是調(diào)制的反過程。解調(diào)是調(diào)制的反過程。數(shù)字通信系統(tǒng)組成數(shù)字通信系統(tǒng)組成信道中傳輸數(shù)字信號信道中傳輸數(shù)字信號數(shù)字通信系統(tǒng)分類數(shù)字通信系統(tǒng)分類 數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng) 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字通信與數(shù)據(jù)通信的區(qū)分?jǐn)?shù)字通信與數(shù)據(jù)通信的區(qū)分 利用利用數(shù)字信號的形式數(shù)字信號的形式來傳送消息的通信方式稱為數(shù)字通來傳送消息的通信方式稱為數(shù)字通信信 信源本身發(fā)出的數(shù)字形式的消息，信源本身發(fā)出的數(shù)字形式的消息，不管用何種形式的信不管用何種形式的信號號來傳輸這類消息的通信方式，均稱為數(shù)據(jù)通信來傳輸這類消息的通信方式，均稱為數(shù)據(jù)通信信信源源信信宿宿信信源源編編碼

11、碼信信道道編編碼碼調(diào)調(diào)制制器器信信道道干擾與噪聲干擾與噪聲信信源源解解碼碼信信道道譯譯碼碼解解調(diào)調(diào)器器1 11 1 0 01 10 01 11 11 1 0 01 10 01 1同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)基帶信號基帶信號頻帶信號頻帶信號基帶信號基帶信號壓縮編碼保密編碼信源編碼 數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)信源編信源編/譯碼器譯碼器：信源編碼器的作用包括提高消息傳輸?shù)陌踩?、有效性，將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號從而實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。信源譯碼器是信源編碼器的逆處理。l信源編/譯碼器通過采用加密技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)，提高數(shù)字信息傳輸?shù)陌踩?，減少數(shù)字信息的冗余度，從而提高傳輸效率l通過采用模數(shù)(

12、A/D )變換，可以將模擬信息源輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。信道編信道編/譯器譯器：信道編碼器的目的是提高信號傳輸?shù)目煽啃詌按照一定的規(guī)則在數(shù)字信號中添加一些保護(hù)成分(冗余信息），從而提高數(shù)字信息對抗噪聲和干擾的能力。l信道譯碼器按照對應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼的過程中發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，從而提高數(shù)字信息的傳輸可靠性。調(diào)制調(diào)制：使經(jīng)過編碼的信號特性與信道的特性相適應(yīng)，使信號經(jīng)過調(diào)制后能夠順利通過信道傳輸。l強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號之間一一對應(yīng) 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng) 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中，去掉數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中，去掉數(shù)字調(diào)制器和

13、解調(diào)器 波形變換也可能包括編碼器、加密器波形變換也可能包括編碼器、加密器 接收濾波器也可能包括譯碼器、解密器等接收濾波器也可能包括譯碼器、解密器等信信源源信信宿宿波形波形變換變換接收濾波接收濾波器器基帶信號基帶信號基帶信號基帶信號信信道道干擾與噪聲干擾與噪聲數(shù)字通信的特點(diǎn)數(shù)字通信的特點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)n抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累?？垢蓴_能力強(qiáng)，且噪聲不積累。n容易實(shí)現(xiàn)，成本低，更具靈活性容易實(shí)現(xiàn)，成本低，更具靈活性n差錯控制：差錯控制編碼來實(shí)現(xiàn)差錯控制：差錯控制編碼來實(shí)現(xiàn)n加解密方便加解密方便n更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一數(shù)字通信系統(tǒng)的缺

14、點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)n同步設(shè)備復(fù)雜同步設(shè)備復(fù)雜n占用帶寬較寬占用帶寬較寬發(fā)端放大收端發(fā)端再生收端q通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類按通信業(yè)務(wù)分類v電話通信：傳送消息是語音信號電話通信：傳送消息是語音信號v電報通信：傳送的消息是文字、符號電報通信：傳送的消息是文字、符號v圖象通信：靜止圖象（傳真）和活動圖象（視頻）圖象通信：靜止圖象（傳真）和活動圖象（視頻）v數(shù)據(jù)通信：一種總稱，傳送數(shù)據(jù)流（語音、圖象、文字等）數(shù)據(jù)通信：一種總稱，傳送數(shù)據(jù)流（語音、圖象、文字等）按調(diào)制方式分類按調(diào)制方式分類v基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送v頻帶（調(diào)制）傳輸頻帶（調(diào)制）傳

15、輸 連續(xù)波調(diào)制（載波為連續(xù)信號）連續(xù)波調(diào)制（載波為連續(xù)信號） 模擬線性調(diào)制模擬線性調(diào)制(AM、DSB、SSB、VSB）、模擬非線性調(diào)）、模擬非線性調(diào)制制(FM、PM） 數(shù)字調(diào)制（數(shù)字調(diào)制（FSK、PSK、ASK） 脈沖調(diào)制（載波為矩形脈沖）脈沖調(diào)制（載波為矩形脈沖） 脈沖模擬調(diào)制（脈沖模擬調(diào)制（PAM）、脈沖數(shù)字調(diào)制（）、脈沖數(shù)字調(diào)制（PCM、DPCM）1.3 通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)分類與通信方式數(shù)字微波、空間通信數(shù)字微波、空間通信其它如其它如QAM，MSK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控相位鍵控PSK、DPSK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸振幅鍵控振幅鍵控ASK數(shù)字調(diào)

16、制數(shù)字調(diào)制 中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式相位調(diào)制相位調(diào)制PM微波中繼，衛(wèi)星通信微波中繼，衛(wèi)星通信頻率調(diào)制頻率調(diào)制FM非線性調(diào)制非線性調(diào)制立體聲廣播立體聲廣播雙邊帶雙邊帶DSB 載波通信，短波無線電載波通信，短波無線電單邊帶單邊帶SSB線性調(diào)制線性調(diào)制廣播廣播常規(guī)雙邊帶常規(guī)雙邊帶AM用途用途調(diào)制方式調(diào)制方式載載波波調(diào)調(diào)制制市話中繼線、衛(wèi)星、空間通市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信信脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制PCM脈沖數(shù)脈沖數(shù)字調(diào)制字調(diào)制遙測、光纖傳輸遙測、光纖傳輸脈位調(diào)制脈位調(diào)制PPM中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制PDM脈沖模脈沖模擬調(diào)制擬調(diào)制中間調(diào)制方式，遙測中間調(diào)制方式，遙測脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制PAM用途用

17、途調(diào)制方式調(diào)制方式脈脈沖沖調(diào)調(diào)制制電視電話、圖象編碼電視電話、圖象編碼差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制DPCM軍用、民用數(shù)字電話軍用、民用數(shù)字電話增量調(diào)制增量調(diào)制DM中速數(shù)字電話中速數(shù)字電話其它編碼方式其它編碼方式ADPCM 按信道中所傳信號特征分類按信道中所傳信號特征分類v模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號v數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號 按信號復(fù)用方式按信號復(fù)用方式v頻分復(fù)用（頻分復(fù)用（FDM）v時分復(fù)用（時分復(fù)用（TDM）v碼分復(fù)用（碼分復(fù)用（CDM） 按傳輸媒介分類按傳輸媒介分類v有線（光纖）有線（光纖）v無線無線f2f3tft1tt2t3ff1tfc1

18、c2c3FDMTDMCDM頻率范圍頻率范圍波長波長符號符號傳輸媒介傳輸媒介用途用途108104 m 甚低頻甚低頻VLF有線線對有線線對長波長波無線電無線電音頻、電話、音頻、電話、數(shù)據(jù)終端等數(shù)據(jù)終端等30kHz-300kHz104103 m低頻低頻LF有線線對有線線對長波長波無線電無線電導(dǎo)航、電力線導(dǎo)航、電力線通信等通信等300kHz-3MHz103102 m中頻中頻MF同軸電纜同軸電纜中波中波無線電無線電調(diào)幅廣播、業(yè)調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電等余無線電等3MHz-30MHz10210 m高頻高頻HF同軸電纜同軸電纜短波短波無線電無線電短波廣播等短波廣播等30MHz-300MHz101 m甚高頻甚高頻VHF同軸電纜同軸電纜米波無線電米波無線電電視、調(diào)頻廣電視、調(diào)頻廣播等播等3Hz-30kHz 按工作頻段分按工作頻段分v長波、中波、短波、微波長波、中波、短波、微波頻