西南交大通信考研輔導(dǎo)班課件

近代信息論和編碼理論奠基人

ClaudeElwoodShannonShannon(1916－2001)美國(guó)人1916年4月30日生于Michigan州Gaylord

。1936年于密歇根大學(xué)(UniversityofMichigan)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&TBellLabinNewJersey。1956年，MIT，并于1958年被聘為DonnerProfessorofScience。1948年，C.E.Shannon在BellSystemTechnicalJournal(vol.27,pp.379-423)上發(fā)表了“通信的數(shù)學(xué)理論”(Amathematicaltheoryofcommunication)，為通信系統(tǒng)與編碼技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。光纖之父高錕CharlesK.Kao1933年11月4日生于上海1948年，舉家遷往香港1957年英國(guó)倫敦大學(xué)理學(xué)士

1965年英國(guó)倫敦大學(xué)哲學(xué)博士1957年工作于英國(guó)國(guó)際電話電報(bào)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(zhǎng)，1996年退休2009年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)美國(guó)耶魯(Yale)大學(xué)校長(zhǎng)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(dòng)通信系統(tǒng)迅速發(fā)展1G模擬移動(dòng)系統(tǒng):

AMPS(1982,USA)TACS(Europe,1980）2G數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng):GSM(Europe,1992)IS-95CDMA(SouthKorea,1993;USA,1996)D-AMPS(IS-136)(USA,1996)3G數(shù)字移動(dòng)系統(tǒng)(3G):GSMWCDMA(Europe,Japan)IS-95CDMAcdma2000(USAetal.)TD-SCDMA(China)B3G和4G移動(dòng)通信系統(tǒng)LTE,WiMAX4G:LTE-Advanced(研究中)通信技術(shù)的發(fā)展歷史(3)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)成的總體通信系統(tǒng)的一般模型信源(含輸入變換器)發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿(輸出變換器)噪聲與干擾發(fā)送端接收端消息原始電信號(hào)變換信號(hào)接收信號(hào)原始電信號(hào)消息噪聲電信號(hào)1.2通信系統(tǒng)的組成信息源（簡(jiǎn)稱信源）把消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，即完成“非電量”到“電量”的變換。模擬信源和離散信源之分模擬信源模擬信號(hào)（話筒：聲音音頻電信號(hào)）離散信源數(shù)字信號(hào)（電傳機(jī)：鍵盤字符數(shù)字信號(hào)）信源輸出信號(hào)為基帶信號(hào)基帶信號(hào)：信號(hào)的頻譜從零頻附近開始發(fā)送設(shè)備：將信源輸出信號(hào)變成適合在信道傳輸?shù)男盘?hào)形式,有時(shí)也可以由輸入變換器把信號(hào)直接送入信道傳輸變換方式：根據(jù)信號(hào)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)制器等信道：信號(hào)傳輸?shù)奈锢砻劫|(zhì)包括有線信道和無線信道信號(hào)在信道中傳輸時(shí)會(huì)受到衰減和畸變接收設(shè)備將信道中送來的帶有噪聲和干擾的接收信號(hào)變換成與發(fā)送端信源發(fā)出的原始電信號(hào)完全一樣的或基本一樣的電信號(hào)接收設(shè)備是發(fā)送設(shè)備的反變換

受信者（也稱信宿）：信息的終點(diǎn)將原始電信號(hào)還原成消息對(duì)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收、發(fā)消息相同程度越高，通信系統(tǒng)性能越好噪聲源：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)為是從信道中引入的。模擬通信系統(tǒng)組成

信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)的通信系統(tǒng)信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源發(fā)送端接收端連續(xù)消息電信號(hào)已調(diào)信號(hào)有擾信號(hào)電信號(hào)連續(xù)消息噪聲電信號(hào)基帶信號(hào)頻帶信號(hào)基帶信號(hào)信息源狀態(tài)連續(xù)的模擬信號(hào)一般具有較低的頻譜，大多集中在零頻附近基帶信號(hào)一般不宜直接傳輸調(diào)制器進(jìn)行頻譜搬移，將原始的基帶信號(hào)變換成適合在不同信道內(nèi)傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)。模擬調(diào)制強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的模擬信號(hào)之間的比例特性已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：攜帶有消息適合信道傳輸具有較高頻率成分已調(diào)信號(hào)為帶通信號(hào)（頻帶信號(hào)）帶通信號(hào)：信號(hào)頻譜具有帶通形式，即中心頻率遠(yuǎn)離零頻解調(diào)器將已調(diào)信號(hào)還原成基帶信號(hào)解調(diào)是調(diào)制的反過程。數(shù)字通信系統(tǒng)組成信道中傳輸數(shù)字信號(hào)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)分利用數(shù)字信號(hào)的形式來傳送消息的通信方式稱為數(shù)字通信信源本身發(fā)出的數(shù)字形式的消息，不管用何種形式的信號(hào)來傳輸這類消息的通信方式，均稱為數(shù)據(jù)通信信源信宿信源編碼信道編碼調(diào)制器信道干擾與噪聲信源解碼信道譯碼解調(diào)器110101110101同步系統(tǒng)基帶信號(hào)頻帶信號(hào)基帶信號(hào)壓縮編碼保密編碼信源編碼數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)信源編/譯碼器：信源編碼器的作用包括提高消息傳輸?shù)陌踩浴⒂行?，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸。信源譯碼器是信源編碼器的逆處理。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，從而提高傳輸效率通過采用模數(shù)(A/D)變換，可以將模擬信息源輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸。信道編/譯器：信道編碼器的目的是提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃园凑找欢ǖ囊?guī)則在數(shù)字信號(hào)中添加一些保護(hù)成分(冗余信息），從而提高數(shù)字信息對(duì)抗噪聲和干擾的能力。信道譯碼器按照對(duì)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(cuò)誤，從而提高數(shù)字信息的傳輸可靠性。調(diào)制：使經(jīng)過編碼的信號(hào)特性與信道的特性相適應(yīng)，使信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后能夠順利通過信道傳輸。強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號(hào)之間一一對(duì)應(yīng)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、解密器等信源信宿波形變換接收濾波器基帶信號(hào)基帶信號(hào)信道干擾與噪聲數(shù)字通信的特點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累。容易實(shí)現(xiàn)，成本低，更具靈活性差錯(cuò)控制：差錯(cuò)控制編碼來實(shí)現(xiàn)加解密方便更適合數(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)的缺點(diǎn)同步設(shè)備復(fù)雜占用帶寬較寬發(fā)端放大收端發(fā)端再生收端通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類電話通信：傳送消息是語音信號(hào)電報(bào)通信：傳送的消息是文字、符號(hào)圖象通信：靜止圖象（傳真）和活動(dòng)圖象（視頻）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)制方式分類基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送頻帶（調(diào)制）傳輸連續(xù)波調(diào)制（載波為連續(xù)信號(hào)）模擬線性調(diào)制(AM、DSB、SSB、VSB）、模擬非線性調(diào)制(FM、PM）數(shù)字調(diào)制（FSK、PSK、ASK）脈沖調(diào)制（載波為矩形脈沖）脈沖模擬調(diào)制（PAM）、脈沖數(shù)字調(diào)制（PCM、DPCM）1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式數(shù)字微波、空間通信其它如QAM，MSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK、DPSK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸振幅鍵控ASK數(shù)字調(diào)制中間調(diào)制方式相位調(diào)制PM微波中繼，衛(wèi)星通信頻率調(diào)制FM非線性調(diào)制立體聲廣播雙邊帶DSB載波通信，短波無線電單邊帶SSB線性調(diào)制廣播常規(guī)雙邊帶AM用途調(diào)制方式載波調(diào)制市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信脈碼調(diào)制PCM脈沖數(shù)字調(diào)制遙測(cè)、光纖傳輸脈位調(diào)制PPM中間調(diào)制方式脈寬調(diào)制PDM脈沖模擬調(diào)制中間調(diào)制方式，遙測(cè)脈幅調(diào)制PAM用途調(diào)制方式脈沖調(diào)制電視電話、圖象編碼差分脈碼調(diào)制DPCM軍用、民用數(shù)字電話增量調(diào)制DM中速數(shù)字電話其它編碼方式ADPCM按信道中所傳信號(hào)特征分類模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號(hào)數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號(hào)按信號(hào)復(fù)用方式頻分復(fù)用（FDM）時(shí)分復(fù)用（TDM）碼分復(fù)用（CDM）按傳輸媒介分類有線（光纖）無線f2f3tft1tt2t3ff1tfc1c2c3FDMTDMCDM頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒介用途108—104m

甚低頻VLF有線線對(duì)長(zhǎng)波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端等30kHz-300kHz104—103m低頻LF有線線對(duì)長(zhǎng)波無線電導(dǎo)航、電力線通信等300kHz-3MHz103—102m中頻MF同軸電纜中波無線電調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電等3MHz-30MHz102—10m高頻HF同軸電纜短波無線電短波廣播等30MHz-300MHz10—1m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調(diào)頻廣播等3Hz-30kHz按工作頻段分長(zhǎng)波、中波、短波、微波頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒介用途100—10