通信原理課件：第1講 通信原理教學(xué)導(dǎo)引

第1講

通信原理教學(xué)導(dǎo)引內(nèi)容綱要課程教學(xué)安排通信發(fā)展概述通信系統(tǒng)組成課程安排第一篇：通信導(dǎo)引與模擬通信；建構(gòu)通信概念；第三篇：數(shù)字通信之面對現(xiàn)實；抗噪性能；碼元干擾的處理消除；同步問題等第二篇：數(shù)字通信之理想假設(shè)；采樣定理引入完全理想條件下的基帶和頻帶傳輸方法，建構(gòu)數(shù)字通信基本理論體系。第四篇：數(shù)字通信之迎接挑戰(zhàn)；重點針對色散信道下有效性、可靠性考核模式成績組成：

—考勤（5分）；

—課后作業(yè)（15分）；

—筆試（80分），期中考試占50%，期末50%二、通信發(fā)展概述我們所知道的通信古代：烽火狼煙、擊鼓鳴金、搖旗吶喊、飛鴿傳信

這些通信方法和手段只能極其有限地解決一定距離的通信問題。我們的先人常以無法實時互通的浪漫詩句和思念之情來代替通信。

現(xiàn)代：電話、電視、廣播、郵政、因特網(wǎng)、其他方式

目前的這些現(xiàn)代的通信方法和手段已為我們大家所熟知，并成為我們社會生活中一個不可或缺的組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)與社會的發(fā)展，對通信的要求也越來越高。近代深空通信的一個成功范例

美國宇航局2005年1月12日發(fā)射了用來探測彗星的“深度撞擊”號探測器，它的目標(biāo)是“坦普爾一號”彗星的彗核?！吧疃茸矒簟卑l(fā)射了一發(fā)“炮彈”于7月4日與彗星TEMPEL1在距地球1.32億千米處相撞，并將觀測到的寶貴圖像和數(shù)據(jù)傳回地球（延時大約74分鐘）。海上艦船通信

海上艦船通信

對空通信、衛(wèi)星通信編隊通信、對岸通信對潛通信（水聲）通信偵察、通信對抗內(nèi)部通信（語音、數(shù)據(jù)、圖像）甲板話音通信通信的發(fā)展簡史按照人類交流方式與技術(shù)的不同，可以把通信歷史劃分以下幾個階段：第一階段語言第二階段文字、郵政第三階段印刷術(shù)、出版物第四階段電報、電話、廣播第五階段通信與計算機的結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)最早的電通信設(shè)想

1753年2月17日，《蘇格蘭人》雜志上發(fā)表了一封署名C.M的書信。在這封信中，作者提出了用電流進行通信的大膽設(shè)想。他建議：把一組金屬線從一個地點延伸到另一個地點，每根金屬線與一個字母相對應(yīng)。在一端發(fā)報時，便根據(jù)報文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機相連接，使它們依次通過電流。電流通過金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。最早的有線電報1844年5月24日，莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人類歷史上的第一份電報。在座無虛席的國會大廈里,莫爾斯用激動得有些顫抖的雙手,操縱著他傾十余年心血研制成功的電報機,發(fā)出了:“上帝創(chuàng)造了何等奇跡!”一語。

莫爾斯發(fā)出第一封電報設(shè)備的復(fù)制品

最早的有線電話

1875年6月2日，美國人亞力山大.格雷厄姆.貝爾(Bell,AlekanderGraham)發(fā)明了電話。至今美國波士頓法院路109號的門口，仍釘著塊鐫有：1875年6月2日電話誕生在這里的銅牌。1876年2月14日，貝爾申請了那個著名的他和沃森一直研究著的裝置——電話的專利。同一天另一個發(fā)明家格雷（1835-1901）也向美國專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。

貝爾獲得電話的專利證書

電磁波的發(fā)現(xiàn)

1887年3月21日，德國物理學(xué)家赫茲（Hertz）在實驗中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過空間傳到遠(yuǎn)處。這是人類歷史上第一次證實了電磁波的存在。但赫茲斷然否認(rèn)選用電磁波進行通信的可能性。他認(rèn)為如要利用電磁波進行通信的話，需要有一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R。

最早的無線通信

1895年5月7日，36歲的波波夫在彼德堡的俄國物理化學(xué)會的物理分會上，宣讀了關(guān)于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收機。當(dāng)他的助手在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)生器時，波波夫的無線電接收機便響起鈴來；斷開電波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了紀(jì)念波波夫在這一天的劃時代創(chuàng)舉，當(dāng)時的蘇聯(lián)政府便把5月7日定為“無線電發(fā)明日”。

波波夫?qū)嶒炗玫臒o線電接收機

人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信

1897年5月18日,馬可尼進行橫跨布里斯托爾（Bristol）海峽的無線電通信取得成功，通信距離為14千米。影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論

1906年,LeeDeforest發(fā)明了真空三極管放大器。1925年，英國發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成了世界上第一臺有實用價值的電視機。1941年，JohnV.Atanasoff在衣阿華州立大學(xué)發(fā)明數(shù)字計算機。

1947年，貝爾實驗室的SteveO.Rice給出了噪聲的統(tǒng)計描述。1948年，貝爾實驗室向公眾展示了用以取代真空管的晶體管。1948年，ClaudeE.Shannon發(fā)表了信息論。著名的香農(nóng)公式：C—信道容量B—信號帶寬S/N—信號與噪聲的功率之比1957年10月4日，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航天時代的開始，也意味著一個利用衛(wèi)星進行通信的時代即將到來。1958年，發(fā)明了集成電路。1964年，電子電話交換機投入使用。1972年，摩托羅拉公司為FCC演示蜂窩電話系統(tǒng)。1976年，出現(xiàn)個人計算機。1979年，64KB隨機存儲器的出現(xiàn)宣告超大規(guī)模集成（VLSI）電路時代的到來。1980年，貝爾公司推出FT3光纖通信系統(tǒng)。1985年，傳真機（FAX）廣泛使用。1989年，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPS）完成部署。1995年，互聯(lián)網(wǎng)（Internet）及WWW瀏覽廣泛流行。2000年至今，進入基于微處理器的數(shù)字信號處理、高速個人計算機、擴頻通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)字電視、數(shù)字廣播以及個人通信系統(tǒng)時代。我國通信的歷史1871年，英國、俄羅斯、丹麥敷設(shè)的香港至上海、長崎至上海的水線，全長2237海里。于1871年4月，違反清政府不得登陸的規(guī)定，由丹麥大北電報公司出面，秘密從海上將海纜引出，沿?fù)P子江、黃浦江敷設(shè)到上海市內(nèi)登陸，并在南京路12號設(shè)立報房。于1871年6月3日開始通報。這是帝國主義入侵中國的第一條電報水線和在上海租界設(shè)立的電報局。

1875年，福建巡撫丁日昌積極倡導(dǎo)創(chuàng)辦電報。1875年在福建船政學(xué)堂附設(shè)了電報學(xué)堂，培訓(xùn)電報技術(shù)人員。這是中國第一所電報學(xué)堂。

我國通信的歷史1899年，我國最早使用無線電通信的地區(qū)是廣州。早在1899年，就在廣州督署、馬口、前山、威遠(yuǎn)等要塞以及廣海、寶壁、龍驤、江大、江鞏等江防軍艦上設(shè)立無線電機。1908年，英商在上海英租界的匯中旅館私設(shè)了一部無線電臺，與海上船舶通報。后由清政府收買，移裝到上海電報總局內(nèi)，這是上海地區(qū)最早的無線電臺。1921年1月7日，中國加入國際電報公約我國通信的歷史1933年,中國電報通信首次使用打字電報機1950年12月12日，我國第一條有線國際電話電路--北京至莫斯科的電話電路開通。經(jīng)由蘇聯(lián)轉(zhuǎn)接通往東歐各國的國際電話電路也陸續(xù)開通。1958年，上海試制成功第一部縱橫制自動電話交換機，第一套國產(chǎn)明線12路載波電話機研制成功1970年，我國第一顆人造衛(wèi)星（東方紅1號）發(fā)射成功。我國通信的歷史1984年5月1日，廣州用150MHz頻段開通了我國第一個數(shù)字尋呼系統(tǒng)。程控中文電報譯碼機通過鑒定并推廣使用。首次具備國際直撥功能的編碼縱橫制自動電話交換機（HJ09型）研制成功。1987年11月，廣州開通了我國第一個移動電話局，首批用戶有700個。-我國第一個160人工信息臺在上海投入使用。1993年9月19日,我國第一個數(shù)字移動電話通信網(wǎng)于在浙江省嘉興市首先開通。1998年5月15日，北京電信長城CDMA網(wǎng)商用試驗網(wǎng)--133網(wǎng)，在北京、上海、廣州、西安投入試驗。2ndGeneration199020001stGeneration3rdGenerationDigitalNotCompatibleCircuitmodeonlyGSMCDMA(IS-95)D-AMPSIS-136PDCAnalogNationalNMTTACSAMPSR2000DigitalWorldwideIMT-2000(ITU)UMTSCDMA2000移動通信的發(fā)展2.5ndGenerationGSM+PacketmodeGPRSEDGEHSCSDWhoever,Wnenever,Wherevet,Whatever,Whomever!FutureSubscriber?未來通信的要求用戶設(shè)備PDAMobileAudioVideoCommunicatorVoice/VideoHandset

PCMCIAcard

Navigator三、通信系統(tǒng)組成信號1、消息、信號、信息消息?信息消息消息是對事件的物理狀態(tài)變化進行描述的一種具體形式，這種狀態(tài)變化具有人們能感知的物理特性。信號信號是由消息轉(zhuǎn)換來的，可以被傳輸和處理的具體形式，是消息的運載工具。信息信息就是消息或信號隨機變化中的“不確定性”，是消息中所含的待知的本質(zhì)內(nèi)容。

信息及其度量信息：是消息中包含的有效內(nèi)容如何度量離散消息中所含的信息量?度量信息量的原則能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)【例】“某客機墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息此例表明：消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大

度量信息量的方法

事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述： 消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。設(shè)：P(x)－消息發(fā)生的概率，

I

－消息中所含的信息量，則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)]P(x)，I；P(x)

，I；

P(x)=1時，I

＝0；P(x)=0時，I

＝；

滿足上述3條件的關(guān)系式如下： －信息量的定義上式中對數(shù)的底： 若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡記為b

若a=e，信息量的單位稱為奈特(nat)， 若a=10，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley)。通常廣泛使用的單位為比特，這時有

(b)【例】

設(shè)一個二進制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個輸出的信息含量為在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個二進制碼元稱作1比特若有M個等概率波形（P=1/M），且每一個波形的出現(xiàn)是獨立的，則傳送M進制波形之一的信息量為若M是2的整冪次，即M=2k，則有 當(dāng)M=4時，即4進制波形，I=2比特， 當(dāng)M=8時，即8進制波形，I=3比特。對于非等概率情況 設(shè)：一個離散信源是由M個符號組成的集合，其中每個符號xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨立出現(xiàn)，即 且有 則x1,x2,

x3,…,

xM所包含的信息量分別為 于是，每個符號所含平均信息量為 由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵

【例1】一離散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量與平均信息量?！窘狻看讼⒅?，“0”出現(xiàn)23次，“1”出現(xiàn)14次，“2”出現(xiàn)13次，“3”出現(xiàn)7次，共有57個符號，故該消息的信息量 每個符號的算術(shù)平均信息量為若用熵的概念來計算：則該消息的信息量

以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號數(shù)的增加而減小。 當(dāng)消息序列較長時，用熵的概念計算更為方便。連續(xù)消息的信息量關(guān)于連續(xù)消息的信息量可以用概率密度函數(shù)來描述。可以證明，連續(xù)消息的平均信息量為式中，f(x)－連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。2、通信系統(tǒng)一般模型信源發(fā)送設(shè)備干擾源接收設(shè)備信宿信道發(fā)送端接收端通信系統(tǒng)一般模型通信頻段劃分及應(yīng)用3、通信系統(tǒng)分類按消息的傳輸媒質(zhì)劃分3、通信系統(tǒng)分類按消息和信號的特點劃分通信系統(tǒng)分類按傳輸信號的特征劃分連續(xù)波調(diào)制

按調(diào)制方式分類

脈沖調(diào)制

按消息的傳輸方式劃分通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類按信道復(fù)用方式劃分PowerFrequencyTimeFrequencyTimePow