第一章第一講

通信原理第一章緒論

第一章緒論第一章緒論1.1引言1.2通信系統(tǒng)模型1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

第一章緒論1.1引言1.1.1通信概念1.1.2通信網(wǎng)概念1.1.3通信網(wǎng)的構(gòu)成第一章緒論1.1.1通信概念信息的傳遞過(guò)程稱為通信.1.1.2通信網(wǎng)概念為了完成多用戶中任意兩個(gè)用戶之間信源與信宿之間的通信過(guò)程,一般需要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)多用戶通信系統(tǒng)互連的通信體系稱之為通信網(wǎng)。通信系統(tǒng)內(nèi)容引入第一章緒論1.1.3通信網(wǎng)的構(gòu)成1、終端設(shè)備：電話、電報(bào)、監(jiān)視器（攝像頭）等2、傳輸設(shè)備：電纜、光纜、微波、衛(wèi)星等3、交換設(shè)備：程控交換、ATM交換、光交換等4、協(xié)議和準(zhǔn)則通信網(wǎng)形成第一章緒論通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，成為社會(huì)的高級(jí)神經(jīng)中樞。電信發(fā)明史1837年：莫爾斯發(fā)明有線電報(bào)1876年：貝爾發(fā)明有線電話1918年：調(diào)幅無(wú)線電廣播、超外差接收機(jī)問(wèn)世1936年：商業(yè)電視廣播開(kāi)播 ……………后面講述中，“通信”這一術(shù)語(yǔ)是指“電通信”，包括光通信，因?yàn)楣庖彩且环N電磁波。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過(guò)電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

第一章緒論1.2通信系統(tǒng)模型1.2.1通信系統(tǒng)模型1.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型第一章緒論1.2.1通信系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。第一章緒論1、信源信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。如：電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。第一章緒論2、發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼。第一章緒論3、信道信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無(wú)線信道中，信道可以是大氣、自由空間（電磁波）在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。第一章緒論媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。第一章緒論4、噪聲源噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來(lái)源是多樣的，它可分為:內(nèi)部噪聲和外部噪聲外部噪聲往往是從信道引入的為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。第一章緒論5、接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。其任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)。對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。第一章緒論6、信宿信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)。其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。第一章緒論1.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型按信號(hào)參量的取值方式不同可把信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。1、模擬信號(hào)凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無(wú)窮多個(gè)值的，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱為模擬信號(hào)，如：電話機(jī)送出的語(yǔ)音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)等。第一章緒論2、數(shù)字信號(hào)凡信號(hào)參量只能取有限個(gè)值，并且常常不直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱為數(shù)字信號(hào)，如：電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)、PCM信號(hào)等。注：數(shù)字信號(hào)有時(shí)也稱離散信號(hào)，這個(gè)離散是指信號(hào)的某一參量是離散變化的，而不一定在時(shí)間上也離散。第一章緒論模擬信號(hào)波形(a)連續(xù)信號(hào)；(b)抽樣信號(hào)第一章緒論數(shù)字信號(hào)波形(a)二進(jìn)制波形；(b)2PSK波形第一章緒論按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可相應(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)。第一章緒論3、模擬通信系統(tǒng)模型第一章緒論信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào)，基帶的含義是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開(kāi)始，如:語(yǔ)音信號(hào)為300~3400Hz，圖像信號(hào)為0~6MHz。調(diào)制器的作用是將這種具有低頻分量的基帶信號(hào)（一般不宜直接傳輸）變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)（已調(diào)信號(hào)）解調(diào)器完成與調(diào)制器相反的變換。第一章緒論已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：攜帶有信息適合在信道中傳輸信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)又稱頻帶信號(hào)。第一章緒論兩種變換連續(xù)消息與基帶信號(hào)的變換基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的變換實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過(guò)程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。第一章緒論模擬通信的主要特點(diǎn)

1）抗干擾能力差

2）不易于保密通信

3）設(shè)備不易于大規(guī)模集成

4）不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信的要求

5）簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。第一章緒論4、數(shù)字通信系統(tǒng)模型

技術(shù)問(wèn)題主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等。第一章緒論在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)無(wú)需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。第一章緒論信源編碼與譯碼作用一:是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。作用二:是當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源編碼方法：PCM、ADPAM、DM等信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)程。第一章緒論信道編碼與譯碼為了減少傳輸差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤。信道編碼：線性分組碼、卷積碼、循環(huán)碼等。第一章緒論加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過(guò)程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來(lái)信息，叫解密。第一章緒論數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控DPSK。第一章緒論同步與數(shù)字復(fù)接同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。按照同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理把若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。第一章緒論模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)字電話系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過(guò)模擬電話線路傳輸，但這時(shí)必須使用調(diào)制解調(diào)器（Modem）將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性。模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘?hào)種