桂林理工大學(xué)通信原理第1章緒論課件

通信原理桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院通信教研室施曉東Email:shixiaodong@通信原理桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院關(guān)于本課程通信原理為信息類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，要求重點掌握通信系統(tǒng)的基本概念和基本分析方法，以及信息傳輸?shù)幕驹?；熟悉各種通信技術(shù)的基本特點以及性能。先修課程：《信號與系統(tǒng)》、《概率論與隨機過程》等課程結(jié)構(gòu)：理論（54課時）+實驗（10課時）學(xué)習(xí)方式：課堂教學(xué)+課后作業(yè)+實驗考試方式：筆試，閉卷成績評定：70%考試+30%（平時+實驗）關(guān)于本課程通信原理為信息類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，要求重點掌握通信2主要參考書

樊昌信《通信原理》第六版國防工業(yè)出版社曹志剛,《現(xiàn)代通信原理》清華大學(xué)出版社L.W.Couch,《數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)》第七版電子工業(yè)出版社主要參考書樊昌信《通信原理》第六版國防工業(yè)出版社3課程主要內(nèi)容第1章緒論（4學(xué)時）

第2章確知信號第3章隨機過程（6學(xué)時）第4章信道（4學(xué)時）第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)（6學(xué)時）第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（6學(xué)時）第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)（6學(xué)時）

第8章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)（4學(xué)時）第9章模擬信號的數(shù)字傳輸（6學(xué)時）課程主要內(nèi)容第1章緒論（4學(xué)時）4課程主要內(nèi)容第10章數(shù)字信號的最佳接收（4學(xué)時）第11章差錯控制編碼（6學(xué)時）

第12章正交編碼與偽隨機序列第13章同步原理（2學(xué)時）

第14章通信網(wǎng)課程主要內(nèi)容第10章數(shù)字信號的最佳接收（4學(xué)時）5第1章緒論桂林理工大學(xué)通信原理第1章緒論課件6第1章緒論1.1

通信的基本概念1.2

通信系統(tǒng)的組成1.3

通信系統(tǒng)的分類和通信方式1.4

信息及其度量1.5

通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第1章緒論1.1通信的基本概念7本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解通信技術(shù)的發(fā)展；

掌握消息、信息、信號的定義；

掌握數(shù)字通信的概念，理解數(shù)字通信的優(yōu)點；

掌握通信系統(tǒng)模型及其主要性能指標(biāo)；重點：1.信息的度量；

2.數(shù)字通信系統(tǒng)模型的理解與掌握。難點：數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)的理解與計算；本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解通信技術(shù)的發(fā)展；重點：1.信息的度量；81.1

通信的基本概念古代峰火邊防海軍旗語信鴿傳書傳統(tǒng)通信的幾種形式1.1通信的基本概念古代峰火邊防海軍旗語信鴿傳書傳統(tǒng)通91.1

通信的基本概念無線廣播移動通信移動電視電視廣播雷達衛(wèi)星廣播現(xiàn)代通信的幾種形式1.1通信的基本概念無線廣播移動通信移動電視電視廣播雷達衛(wèi)101.1

通信的基本概念通信:信息（或消息）的傳輸和交換。（要求準(zhǔn)確、迅速）

消息：信息的

物理表現(xiàn)形式

。如符號、文字、話音、數(shù)據(jù)或圖像等。

信息：消息的

內(nèi)涵，即信息是消息中所包含

的人們原來不知而待知的內(nèi)容

。1.1通信的基本概念通信:信息（或消息）的傳輸和交111.1

通信的基本概念電通信：是利用

電（電流或電波，包括光）來傳遞信息

。

現(xiàn)代通信一般均是指“電通信”。

信號：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。通信系統(tǒng)：是完成傳遞信息任務(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。1.1通信的基本概念電通信：是利用電（電流或電波，包括光121.1通信的基本概念通信系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的主要區(qū)別在電力系統(tǒng)中，信號的波形是確定的，設(shè)計電力系統(tǒng)時主要考慮如何盡量減少電能的損失。通信系統(tǒng)中，接收端在沒有收到信號之前是不知道信號波形的，否則就沒有可傳輸?shù)男畔?，也就沒必要進行通信了。思考：1.1通信的基本概念通信系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的主要區(qū)別在電力131.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1

通信系統(tǒng)一般模型在本書中，特指將原始信息轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備，如麥克風(fēng)等信源發(fā)送設(shè)備信道噪聲源接收設(shè)備信宿如調(diào)制器、功率放大器、天線等如雙絞線、光纖、同軸電纜等。注意：自由空間也是一種信道是一種隨機信號，對通信有害，但不可避免。是發(fā)送設(shè)備處理的“逆過程”在本書中，特指將電信號還原成原始信息的設(shè)備，如揚聲器等1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)一般模型在本書中141.2通信系統(tǒng)的組成1.2.2

模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過其物理載體—電信號來實現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號的某一參量（幅度、頻率或相位等）上。

按信號參量的取值方式不同，可把信號分為模擬信號和數(shù)字信號兩類。模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按照信道中傳輸?shù)男盘柺悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.2模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系151.2通信系統(tǒng)的組成

(a)二進制信號(b)2PSK信號

(a)話音信號(b)抽樣信號

模擬信號：電參量的取值連續(xù)（不可數(shù)、無窮多）

數(shù)字信號：電參量的取值僅可能取有限個值1.2通信系統(tǒng)的組成(a)二進制信號161.2通信系統(tǒng)的組成兩種重要的變換模擬信源調(diào)制器信道噪聲源解調(diào)器信宿1.

發(fā)送端通過信源把連續(xù)消息變換成原始電信號（基帶信號，基帶的含義是信號頻譜從零頻附近開始），在接收端通過信宿進行相反的變換。2.

調(diào)制器把基帶信號轉(zhuǎn)換成適合在信道傳輸?shù)男盘?，并在接收端通過解調(diào)器進行反變換。經(jīng)過調(diào)制后的信號成為已調(diào)信號（帶通信號、頻帶信號）。模擬通信系統(tǒng)模型1.2通信系統(tǒng)的組成兩種重要的變換模擬信源調(diào)制器信道噪171.2通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)模型（以AM廣播為例）模擬信源調(diào)制器信道噪聲源解調(diào)器信宿人的語音頻率在300Hz到4000Hz之間，無法通過天線發(fā)射出去（教材P65）從這個過程中我們可以知道，實際上，模型中的調(diào)制解調(diào)器中都包含了放大功能1.2通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)模型（以AM廣播為例）181.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型可能是模擬信源（如麥克風(fēng)），也可能是數(shù)字信源（如計算機）若信源是數(shù)字信源，主要是對其進行數(shù)據(jù)壓縮，以降低碼元速率，提高信息傳輸?shù)挠行?；若是模擬信源，則先進行A/D變換再進行壓縮主要功能是檢錯和糾錯，提高信號的抗干擾能力，從而保證通信的可靠性。與模擬調(diào)制的作用類似：把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道傳輸?shù)膸ㄐ盘枴Ｊ前l(fā)送端處理的“逆過程”，不再贅述信息源信源編碼信道編碼數(shù)字調(diào)制信道噪聲源數(shù)字解調(diào)信道譯碼信源譯碼受信者加密解密通過人為地將所傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，提高信息傳輸?shù)陌踩浴?.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型可能是模擬信源（如191.2通信系統(tǒng)的組成

數(shù)字通信的特點抗干擾能力強，且噪聲不積累。傳輸差錯可控。便于現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對數(shù)字信息進行處理、變換、存儲等。易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。易于加密處理，且保密性好。優(yōu)點：缺點：需要較大的傳輸帶寬。對同步要求較高。一路模擬電話4kHz一路數(shù)字電話64kHz1.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的特點抗干擾能力強，且噪201.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類：電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。按調(diào)制方式分類：基帶傳輸系統(tǒng)——市內(nèi)電話、有線廣播等；帶通傳輸系統(tǒng)——AM、FM、FSK、PSK等；按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒質(zhì)分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按工作波段分類：長波通信、中波通信和短波通信等按信號復(fù)用方式分類：FDM、TDM和CDM1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分21表1-1常見調(diào)制方式及用途調(diào)制方式

用途

連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸表1-1常見調(diào)制方式及用途調(diào)制方式用途連線性調(diào)22脈沖調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM

中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他語言編碼方式ADPCM、APC、LPC

中低速數(shù)字電話表1-1常見調(diào)制方式及用途數(shù)字相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、23頻率波長符號媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對長波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長距離導(dǎo)航、時標(biāo)30~300kHz103~104m低頻LF有線線對長波無線電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無線電調(diào)幅廣播、移動陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無線電移動電話、短波廣播定點軍用通信、業(yè)余無線電表1-2通信波段及常用傳輸媒質(zhì)頻率波長符號媒質(zhì)用途3Hz104~108m24

30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航

300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達

3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達

30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無線電雷達、微波接力、射電天文學(xué)

107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信表1-2通信波段及常用傳輸媒質(zhì)301~10m甚高頻VHF同軸電纜電視、調(diào)頻廣播25圖1:信號復(fù)用方式示意圖時間頻率時分復(fù)用（TDM）時間頻率碼字碼分復(fù)用（CDM）時間頻率頻分復(fù)用（FDM）圖1:信號復(fù)用方式示意圖時間頻率時分復(fù)用（TDM）時間頻率261.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

通信方式—單工、半雙工和全雙工通信發(fā)送端接收端信道發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端信道信道發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端信道單工通信：消息只能夠單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，如廣播、遙控等。半雙工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式，如使用同一載頻的傳統(tǒng)對講機等。全雙工通信：通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式，如電話等。1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信方式—單工、半雙工和全271.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

通信方式—并行傳輸和串行傳輸發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸。串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地再一條信道上傳輸。1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信方式—并行傳輸和串281.4信息及其度量

任何信源

產(chǎn)生的輸出都是

隨機的

，信息量就是對

消息

中這種

不確定性

的

度量

。

信息量

與事件發(fā)生

的概率有關(guān)，事件

出現(xiàn)的概率越小，信息量就越大；必然事件的

概率為

1

，則它傳遞的信息量就為

0

。

信息量

是

概率的函數(shù)，即

越小，越大；反之，越小。

且時，；時，

假設(shè)是消息發(fā)生的概率，則：1.4信息及其度量任何信源產(chǎn)生的輸出都291.4信息及其度量

若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量具

有相加性:

綜合以上三條規(guī)律

，根據(jù)概率論知識

，信息量與消息

出現(xiàn)的

概率

之間的

關(guān)系應(yīng)為：

信息量的單位

與對數(shù)底數(shù)

a

有關(guān)。

a=2時，信息量的單位為比特

(bit)，最常用；

a=e

時，信息量的單位為

奈特

(nat)；

a=10

時，信息量的單位為

哈特萊（Hartly）。1.4信息及其度量若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信301.4信息及其度量

可見，傳送等概率

的

二進制

波形

之一

的

信息量

為1

比特

。同理，傳送等概率

的

四進制波形

之一

的

信息量

為2

比特。

對于離散信源，M個波形等概率

發(fā)送，且每一個

波形

的

出現(xiàn)

是獨立的

，即信源是

無記憶的

，則傳送

M進制波形

之一的信息量為：1、等概率情況下信息量的計算【例1-1】設(shè)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

信息含量為多少？1.4信息及其度量可見，傳送等概率的二進311.4信息及其度量

傳送等概率四進制

波形之一的

信息量

為2

比特，每個

四進制波形

需要用

2

個

二進制脈沖表示；

傳送等概率八進制波形之一的信息量為3

比特，每個

八進制波形

需要用

3

個二進制脈沖表示。綜上所述，式中

K

是

二進制

脈沖

數(shù)目。式中P

為每一個波形出現(xiàn)的概率，M

為傳送的波形數(shù)。若

M

是

2

的

整冪次，比如

（

K

=1，2，）則式(1.4-4)可改寫為：式(1.4-4)1.4信息及其度量傳送等概率四進制波形之321.4信息及其度量

設(shè)

離散

信息源

是一個由

n

個

符號

組成的

集合，按獨立出現(xiàn)。記2、非等概情況的信息量的計算

則每個符號所含信息量

的

統(tǒng)計

平均值

，即

平均

信息量

為：式(1.4-6)1.4信息及其度量設(shè)離散信息源是一個由331.4信息及其度量

由于

H

同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故通常又稱它為

信息源的熵

，其單位為

bit/符號。

當(dāng)信源中每個符號

等概

獨立出現(xiàn)時，式(1.4-6)即成為式(1.4-5)

。可以證明，此時

信源的熵有最大值：

根據(jù)信息量

的

相加性

概念

，N

個符號

的

總信息量

可表示為：

其中

ni為

符號

xi

出現(xiàn)

的

次數(shù)

(

事件發(fā)生次數(shù)

)1.4信息及其度量由于H同熱力學(xué)中的熵形341.4信息及其度量【例1-2】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

。

解：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，故該消息的總信息量為1.4信息及其度量【例1-2】一離散信源由0，1351.4信息及其度量

每個符號

的

算術(shù)平均信息量

為：

可見，兩種算法

的

結(jié)果有一定誤差

，但當(dāng)

消息很長

時，用

熵

的

概念

來計算

比較方便

。

而且隨著消息序列長度

的

增加

，

兩種

計算誤差將趨于

零

。

若用

熵

的

概念

來計算，由式(1.4-5)得：

1.4信息及其度量可見，兩種算法的結(jié)果有361.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。評價通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性

是指在

給定時間

內(nèi)所傳輸

的

信息內(nèi)容

的多少

，或者說是傳輸?shù)?/p>

“速度”問題；可靠性

是指接收信息

的

準(zhǔn)確程度

，也就是傳輸?shù)?/p>

“質(zhì)量”問題。

這兩個問題相互矛盾而又相對統(tǒng)一

，通常還可以進行

互換

。1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確371.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)一、模擬通信系統(tǒng)有效性指標(biāo)：用單位時間傳送的

信息量

或

有效傳輸頻帶

來衡量。

頻帶相同時，單位時間內(nèi)傳送信息量越大，有效性越好；單位時間傳送的信息量相同時，占用頻帶越窄，有效性越好。

如

調(diào)頻信號

抗干擾能力

比

調(diào)幅

好，但

調(diào)頻信號所需

傳輸頻帶

卻寬于調(diào)幅

。

可靠性指標(biāo)：用接收端最終輸出

信噪比

來度量，信噪比

越大

，可靠性

越好

。1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)一、模擬通信系統(tǒng)有效性指標(biāo)：用381.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性

用

傳輸速率來衡量；可靠性

用

差錯率來衡量。二、數(shù)字通信系統(tǒng)1、傳輸速率碼元傳輸速率

RB簡稱

傳碼率，又稱

符號速率。

它表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位

是波特（Baud），記為B

。

例如，若

1

秒內(nèi)傳2400個

碼元，則傳碼率為2400B1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性用傳輸速率來衡量；391.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

在數(shù)字通信中，一個碼元（符號）在時間軸上的長度被稱為

碼元長度。

數(shù)字信號有多進制和二進制之分，但碼元速率與進制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度

TB有關(guān)信息傳輸速率Rb

簡稱

傳信率，又稱

比特率

等。它表示單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù)，單位是

比特/秒，可記為bit/s

，或b/s

，或bps。1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)在數(shù)字通信中，一個碼元401.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)式中，H

是信源中每個符號所含的

平均信息量

(

熵

)碼元速率

和

信息速率

有確定的關(guān)系

，即

等概傳輸

時，熵有最大值，信息速率

也達到最大

，即

式中，M

為符號的

進制數(shù)

。二進制

的

碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)式中，H是信源中每個符411.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)頻帶利用率η是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率。它真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸效率，即系統(tǒng)有效性。

數(shù)字信號的傳輸帶寬

B

不僅與碼元速率

RB有關(guān)，而且與數(shù)字信號的調(diào)制方式有關(guān)。

碼元傳輸速率

RB與

信息傳輸速率

Rb

有關(guān)，為了比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，又可定義

頻帶利用率

為：

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)頻帶利用率η是單位頻帶內(nèi)的碼元421.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)誤碼率（碼元差錯率）Pe

，是指發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，即：

衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯率，常用誤碼率和誤信率表示。2、差錯率1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)誤碼率（碼元差錯率）Pe，431.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)誤信率（信息差錯率）是指發(fā)生差錯的比特數(shù)在傳輸總比特數(shù)中所占的比例，即：顯然，在二進制中有：1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)誤信率（信息差錯率）是指發(fā)生差44作業(yè)

習(xí)題：1-2、1-4、1-6、1-10作業(yè)作業(yè)習(xí)題：1-2、1-4、1-6、1-10作業(yè)45ThankYou!ThankYou!通信原理桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院通信教研室施曉東Email:shixiaodong@通信原理桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院關(guān)于本課程通信原理為信息類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，要求重點掌握通信系統(tǒng)的基本概念和基本分析方法，以及信息傳輸?shù)幕驹?；熟悉各種通信技術(shù)的基本特點以及性能。先修課程：《信號與系統(tǒng)》、《概率論與隨機過程》等課程結(jié)構(gòu)：理論（54課時）+實驗（10課時）學(xué)習(xí)方式：課堂教學(xué)+課后作業(yè)+實驗考試方式：筆試，閉卷成績評定：70%考試+30%（平時+實驗）關(guān)于本課程通信原理為信息類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，要求重點掌握通信48主要參考書

樊昌信《通信原理》第六版國防工業(yè)出版社曹志剛,《現(xiàn)代通信原理》清華大學(xué)出版社L.W.Couch,《數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)》第七版電子工業(yè)出版社主要參考書樊昌信《通信原理》第六版國防工業(yè)出版社49課程主要內(nèi)容第1章緒論（4學(xué)時）

第2章確知信號第3章隨機過程（6學(xué)時）第4章信道（4學(xué)時）第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)（6學(xué)時）第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（6學(xué)時）第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)（6學(xué)時）

第8章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)（4學(xué)時）第9章模擬信號的數(shù)字傳輸（6學(xué)時）課程主要內(nèi)容第1章緒論（4學(xué)時）50課程主要內(nèi)容第10章數(shù)字信號的最佳接收（4學(xué)時）第11章差錯控制編碼（6學(xué)時）

第12章正交編碼與偽隨機序列第13章同步原理（2學(xué)時）

第14章通信網(wǎng)課程主要內(nèi)容第10章數(shù)字信號的最佳接收（4學(xué)時）51第1章緒論桂林理工大學(xué)通信原理第1章緒論課件52第1章緒論1.1

通信的基本概念1.2

通信系統(tǒng)的組成1.3

通信系統(tǒng)的分類和通信方式1.4

信息及其度量1.5

通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第1章緒論1.1通信的基本概念53本章學(xué)習(xí)目標(biāo)

了解通信技術(shù)的發(fā)展；

掌握消息、信息、信號的定義；

掌握數(shù)字通信的概念，理解數(shù)字通信的優(yōu)點；

掌握通信系統(tǒng)模型及其主要性能指標(biāo)；重點：1.信息的度量；

2.數(shù)字通信系統(tǒng)模型的理解與掌握。難點：數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)的理解與計算；本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解通信技術(shù)的發(fā)展；重點：1.信息的度量；541.1

通信的基本概念古代峰火邊防海軍旗語信鴿傳書傳統(tǒng)通信的幾種形式1.1通信的基本概念古代峰火邊防海軍旗語信鴿傳書傳統(tǒng)通551.1

通信的基本概念無線廣播移動通信移動電視電視廣播雷達衛(wèi)星廣播現(xiàn)代通信的幾種形式1.1通信的基本概念無線廣播移動通信移動電視電視廣播雷達衛(wèi)561.1

通信的基本概念通信:信息（或消息）的傳輸和交換。（要求準(zhǔn)確、迅速）

消息：信息的

物理表現(xiàn)形式

。如符號、文字、話音、數(shù)據(jù)或圖像等。

信息：消息的

內(nèi)涵，即信息是消息中所包含

的人們原來不知而待知的內(nèi)容

。1.1通信的基本概念通信:信息（或消息）的傳輸和交571.1

通信的基本概念電通信：是利用

電（電流或電波，包括光）來傳遞信息

。

現(xiàn)代通信一般均是指“電通信”。

信號：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。通信系統(tǒng)：是完成傳遞信息任務(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。1.1通信的基本概念電通信：是利用電（電流或電波，包括光581.1通信的基本概念通信系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的主要區(qū)別在電力系統(tǒng)中，信號的波形是確定的，設(shè)計電力系統(tǒng)時主要考慮如何盡量減少電能的損失。通信系統(tǒng)中，接收端在沒有收到信號之前是不知道信號波形的，否則就沒有可傳輸?shù)男畔?，也就沒必要進行通信了。思考：1.1通信的基本概念通信系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的主要區(qū)別在電力591.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1

通信系統(tǒng)一般模型在本書中，特指將原始信息轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備，如麥克風(fēng)等信源發(fā)送設(shè)備信道噪聲源接收設(shè)備信宿如調(diào)制器、功率放大器、天線等如雙絞線、光纖、同軸電纜等。注意：自由空間也是一種信道是一種隨機信號，對通信有害，但不可避免。是發(fā)送設(shè)備處理的“逆過程”在本書中，特指將電信號還原成原始信息的設(shè)備，如揚聲器等1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)一般模型在本書中601.2通信系統(tǒng)的組成1.2.2

模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)模擬信號與數(shù)字信號通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過其物理載體—電信號來實現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號的某一參量（幅度、頻率或相位等）上。

按信號參量的取值方式不同，可把信號分為模擬信號和數(shù)字信號兩類。模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按照信道中傳輸?shù)男盘柺悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.2模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系611.2通信系統(tǒng)的組成

(a)二進制信號(b)2PSK信號

(a)話音信號(b)抽樣信號

模擬信號：電參量的取值連續(xù)（不可數(shù)、無窮多）

數(shù)字信號：電參量的取值僅可能取有限個值1.2通信系統(tǒng)的組成(a)二進制信號621.2通信系統(tǒng)的組成兩種重要的變換模擬信源調(diào)制器信道噪聲源解調(diào)器信宿1.

發(fā)送端通過信源把連續(xù)消息變換成原始電信號（基帶信號，基帶的含義是信號頻譜從零頻附近開始），在接收端通過信宿進行相反的變換。2.

調(diào)制器把基帶信號轉(zhuǎn)換成適合在信道傳輸?shù)男盘?，并在接收端通過解調(diào)器進行反變換。經(jīng)過調(diào)制后的信號成為已調(diào)信號（帶通信號、頻帶信號）。模擬通信系統(tǒng)模型1.2通信系統(tǒng)的組成兩種重要的變換模擬信源調(diào)制器信道噪631.2通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)模型（以AM廣播為例）模擬信源調(diào)制器信道噪聲源解調(diào)器信宿人的語音頻率在300Hz到4000Hz之間，無法通過天線發(fā)射出去（教材P65）從這個過程中我們可以知道，實際上，模型中的調(diào)制解調(diào)器中都包含了放大功能1.2通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)模型（以AM廣播為例）641.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型可能是模擬信源（如麥克風(fēng)），也可能是數(shù)字信源（如計算機）若信源是數(shù)字信源，主要是對其進行數(shù)據(jù)壓縮，以降低碼元速率，提高信息傳輸?shù)挠行?；若是模擬信源，則先進行A/D變換再進行壓縮主要功能是檢錯和糾錯，提高信號的抗干擾能力，從而保證通信的可靠性。與模擬調(diào)制的作用類似：把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道傳輸?shù)膸ㄐ盘?。是發(fā)送端處理的“逆過程”，不再贅述信息源信源編碼信道編碼數(shù)字調(diào)制信道噪聲源數(shù)字解調(diào)信道譯碼信源譯碼受信者加密解密通過人為地將所傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，提高信息傳輸?shù)陌踩浴?.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型可能是模擬信源（如651.2通信系統(tǒng)的組成

數(shù)字通信的特點抗干擾能力強，且噪聲不積累。傳輸差錯可控。便于現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對數(shù)字信息進行處理、變換、存儲等。易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。易于加密處理，且保密性好。優(yōu)點：缺點：需要較大的傳輸帶寬。對同步要求較高。一路模擬電話4kHz一路數(shù)字電話64kHz1.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的特點抗干擾能力強，且噪661.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類：電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。按調(diào)制方式分類：基帶傳輸系統(tǒng)——市內(nèi)電話、有線廣播等；帶通傳輸系統(tǒng)——AM、FM、FSK、PSK等；按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒質(zhì)分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按工作波段分類：長波通信、中波通信和短波通信等按信號復(fù)用方式分類：FDM、TDM和CDM1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分67表1-1常見調(diào)制方式及用途調(diào)制方式

用途

連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸表1-1常見調(diào)制方式及用途調(diào)制方式用途連線性調(diào)68脈沖調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM

中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他語言編碼方式ADPCM、APC、LPC

中低速數(shù)字電話表1-1常見調(diào)制方式及用途數(shù)字相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、69頻率波長符號媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對長波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長距離導(dǎo)航、時標(biāo)30~300kHz103~104m低頻LF有線線對長波無線電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無線電調(diào)幅廣播、移動陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無線電移動電話、短波廣播定點軍用通信、業(yè)余無線電表1-2通信波段及常用傳輸媒質(zhì)頻率波長符號媒質(zhì)用途3Hz104~108m70

30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航

300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達

3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達

30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無線電雷達、微波接力、射電天文學(xué)

107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信表1-2通信波段及常用傳輸媒質(zhì)301~10m甚高頻VHF同軸電纜電視、調(diào)頻廣播71圖1:信號復(fù)用方式示意圖時間頻率時分復(fù)用（TDM）時間頻率碼字碼分復(fù)用（CDM）時間頻率頻分復(fù)用（FDM）圖1:信號復(fù)用方式示意圖時間頻率時分復(fù)用（TDM）時間頻率721.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

通信方式—單工、半雙工和全雙工通信發(fā)送端接收端信道發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端信道信道發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端信道單工通信：消息只能夠單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，如廣播、遙控等。半雙工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式，如使用同一載頻的傳統(tǒng)對講機等。全雙工通信：通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式，如電話等。1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信方式—單工、半雙工和全731.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

通信方式—并行傳輸和串行傳輸發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸。串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地再一條信道上傳輸。1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信方式—并行傳輸和串741.4信息及其度量

任何信源

產(chǎn)生的輸出都是

隨機的

，信息量就是對

消息

中這種

不確定性

的

度量

。

信息量

與事件發(fā)生

的概率有關(guān)，事件

出現(xiàn)的概率越小，信息量就越大；必然事件的

概率為

1

，則它傳遞的信息量就為

0

。

信息量

是

概率的函數(shù)，即

越小，越大；反之，越小。

且時，；時，

假設(shè)是消息發(fā)生的概率，則：1.4信息及其度量任何信源產(chǎn)生的輸出都751.4信息及其度量

若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量具

有相加性:

綜合以上三條規(guī)律

，根據(jù)概率論知識

，信息量與消息

出現(xiàn)的

概率

之間的

關(guān)系應(yīng)為：

信息量的單位

與對數(shù)底數(shù)

a

有關(guān)。

a=2時，信息量的單位為比特

(bit)，最常用；

a=e

時，信息量的單位為

奈特

(nat)；

a=10

時，信息量的單位為

哈特萊（Hartly）。1.4信息及其度量若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信761.4信息及其度量

可見，傳送等概率

的

二進制

波形

之一

的

信息量

為1

比特

。同理，傳送等概率

的

四進制波形

之一

的

信息量

為2

比特。

對于離散信源，M個波形等概率

發(fā)送，且每一個

波形

的

出現(xiàn)

是獨立的

，即信源是

無記憶的

，則傳送

M進制波形

之一的信息量為：1、等概率情況下信息量的計算【例1-1】設(shè)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

信息含量為多少？1.4信息及其度量可見，傳送等概率的二進771.4信息及其度量

傳送等概率四進制

波形之一的

信息量

為2

比特，每個

四進制波形

需要用

2

個

二進制脈沖表示；

傳送等概率八進制波形之一的信息量為3

比特，每個

八進制波形

需要用

3

個二進制脈沖表示。綜上所述，式中

K

是

二進制

脈沖

數(shù)目。式中P

為每一個波形出現(xiàn)的概率，M

為傳送的波形數(shù)。若

M

是

2

的

整冪次，比如

（

K

=1，2，）則式(1.4-4)可改寫為：式(1.4-4)1.4信息及其度量傳送等概率四進制波形之781.4信息及其度量

設(shè)

離散

信息源

是一個由

n

個

符號

組成的

集合，按獨立出現(xiàn)。記2、非等概情況的信息量的計算

則每個符號所含信息量

的

統(tǒng)計

平均值

，即

平均

信息量

為：式(1.4-6)1.4信息及其度量設(shè)離散信息源是一個由791.4信息及其度量

由于

H

同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故通常又稱它為

信息源的熵

，其單位為

bit/符號。

當(dāng)信源中每個符號

等概

獨立出現(xiàn)時，式(1.4-6)即成為式(1.4-5)

?？梢宰C明，此時

信源的熵有最大值：

根據(jù)信息量

的

相加性

概念

，N

個符號

的

總信息量

可表示為：

其中

ni為

符號

xi

出現(xiàn)

的

次數(shù)

(

事件發(fā)生次數(shù)

)1.4信息及其度量由于H同熱力學(xué)中的熵形801.4信息及其度量【例1-2】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

。

解：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，故該消息的總信息量為1.4信息及其度量【例1-2】一離散信源由0，1811.4信息及其度量

每個符號

的

算術(shù)平均信息量

為：

可見，兩種算法

的

結(jié)果有一定誤差

，但當(dāng)

消息很長

時，用

熵

的

概念

來計算

比較方便

。

而且隨著消息序列長度

的

增加

，

兩種

計算誤差