國防科大通信原理第1講20130325

通信原理國防科技大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院主講：馬東堂575776箱：dongtangma@gfkd.mtn1課程簡介主要內(nèi)容：

信息傳輸?shù)幕纠碚摵椭饕夹g(shù)學(xué)科基礎(chǔ)電路類課程信號與系統(tǒng)隨機信號分析與處理專業(yè)基礎(chǔ)通信原理專業(yè)課無線通信基礎(chǔ)通信系統(tǒng)保密通信信息安全信息論與編碼基礎(chǔ)基礎(chǔ)性、重要性對前修課程的要求對后續(xù)課程的支撐對個人專業(yè)發(fā)展的支持2課程簡介基本要求：概念和原理掌握要嚴謹、清晰（準確）和系統(tǒng)（完整）區(qū)別于講座課、研討課（歷史、背景、應(yīng)用）從系統(tǒng)的角度、信號分析處理的角度和隨機性的角度學(xué)原理基本風(fēng)格：講授、討論、發(fā)言、電子郵件和課外自學(xué)（查資料、做仿真等）相結(jié)合考核方式：

筆試、實驗、課堂課外3教材“通信原理”（第6版）樊昌信、曹麗娜編著，國防工業(yè)出版社4參考書“現(xiàn)代通信原理”曹志剛、錢亞生，清華大學(xué)出版社“現(xiàn)代通信系統(tǒng)”R.Block，電子工業(yè)出版社“通信系統(tǒng)”

S.Haykin

，電子工業(yè)出版社5學(xué)時安排總學(xué)時58=50+8講授內(nèi)容安排講授學(xué)時實驗內(nèi)容實驗學(xué)時第1章緒論2第2章信道2第3章模擬調(diào)制系統(tǒng)4第4章模擬信號的數(shù)字化8PCM和M2第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)8HDB32第6章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)6DPSK、串行通信和FSK2第7章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)4第８章數(shù)字信號的最佳接收6第９章同步原理4位同步2合計44+686第一章緒論大家傳統(tǒng)或印象中緒論應(yīng)該講什么？7第一章緒論

本次課重點：通信的概念通信系統(tǒng)的組成三個重要指標信息傳輸速率頻帶利用率誤碼率8第一章緒論

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)分類與通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標91.1通信的基本概念烽火狼煙是中國古代一種重要的通信方式利用驛站傳遞文書1837年莫爾斯電報發(fā)報收報傳輸線1.1.1通信技術(shù)發(fā)展簡史通信技術(shù)是伴隨著人類生產(chǎn)力的發(fā)展而不斷進步的。101.1通信的基本概念話筒耳機1876年貝爾電話

1864年麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存在

1887年赫茲實驗證實了電磁波的存在1.1.1通信技術(shù)發(fā)展簡史111.1通信的基本概念1896年無線電通信發(fā)明發(fā)明人：意大利人馬可尼（博洛尼亞大學(xué)）

、俄國人波波夫（圣彼得堡電子科技大學(xué)）二戰(zhàn)期間微波通信問世并得到廣泛應(yīng)用二十世紀六十年代衛(wèi)星通信出現(xiàn)七十年代光纖通信發(fā)明，蜂窩移動通信出現(xiàn)1.1.1通信技術(shù)發(fā)展簡史12圣彼得堡電子科學(xué)與技術(shù)大學(xué)波波夫?qū)嶒炇?.1通信的基本概念13圣彼得堡電子科學(xué)與技術(shù)大學(xué)波波夫?qū)嶒炇?.1通信的基本概念14圣彼得堡電子科學(xué)與技術(shù)大學(xué)波波夫?qū)嶒炇?.1通信的基本概念151.1通信的基本概念

1946年第一臺計算機問世。

1969年APARNET問世，隨之互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用迅速發(fā)展。1.1.1通信技術(shù)發(fā)展簡史信息時代是由于通信技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用而實現(xiàn)的，并將隨著通信技術(shù)的進一步發(fā)展而發(fā)展。16一個半世紀以來人類通信能力增長示意圖

公里Ｘ每秒比特1.1通信的基本概念17第一章緒論Communicationistheactivityofconveyingmeaningfulinformation.Information&.Message通信的目的是傳遞消息中所包含的信息如何傳遞？如何度量？傳遞給誰？誰來傳遞？181.1通信的基本概念1.1.2通信信息系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)系統(tǒng)層次邏輯層次物理層次信號傳輸信息傳遞信息利用傳統(tǒng)意義上的通信負責(zé)完成低兩層的工作，分別表現(xiàn)為點對點傳輸和網(wǎng)絡(luò)化通信。信號傳輸是通信的基礎(chǔ)技術(shù)。191.1通信的基本概念1.1.2通信信息系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的三類主要設(shè)備：傳輸、交換、終端。網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備按照通信協(xié)議的規(guī)定而協(xié)調(diào)工作。終端交換中繼傳輸用戶線傳輸通信網(wǎng)絡(luò)示意圖20第一章緒論

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)分類與通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標21通信系統(tǒng)：傳輸信息所需技術(shù)設(shè)備的總和。噪聲信道信源信宿傳輸媒介發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備通信系統(tǒng)一般模型產(chǎn)生或發(fā)出消息的人或機器接受消息的人或機器

將信源產(chǎn)生的消息信號變換成便于傳送的形式從帶有干擾的接收信號中正確恢復(fù)出原始信號1.2.1通信系統(tǒng)一般模型1.2通信系統(tǒng)的組成221.2通信系統(tǒng)的組成信源信源即信息的發(fā)送源。信息通過信號承載。信源信號分為模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：特征量取值連續(xù)的信號(幅度、頻率或相位)數(shù)字信號：特征量取值離散的信號(幅度、頻率或相位)1.2.1通信系統(tǒng)一般模型231.2通信系統(tǒng)的組成連續(xù)信號tf(t)tf(nt)抽樣信號模擬信號波形模擬信號特征量取值連續(xù)的信號數(shù)字信號波形f(t)

031231多進制碼t

3210數(shù)字信號特征量取值離散的信號

110010二進制碼t

f(t)101.2.1通信系統(tǒng)一般模型241.2通信系統(tǒng)的組成發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的功能是將信源和傳輸媒介匹配起來，將信源產(chǎn)生的信號變換為便于發(fā)送的形式。發(fā)送包括基帶傳輸和頻帶傳輸（帶通傳輸）兩種方式。

頻帶傳輸不僅可用于無線通信，也大量用于有線通信。頻帶傳輸必須先經(jīng)過調(diào)制。1.2.1通信系統(tǒng)一般模型251.2通信系統(tǒng)的組成信道從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號傳遞所經(jīng)過的媒介。信道分為無線信道和有線信道。信道特性及其引入的噪聲直接關(guān)系到通信質(zhì)量。接收設(shè)備完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進行解調(diào)、譯碼、解碼等等。1.2.1通信系統(tǒng)一般模型26通信系統(tǒng)根據(jù)所傳信息的信號表示形式，可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)——利用模擬信號傳輸信息的系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)——利用數(shù)字信號傳輸信息的系統(tǒng)。1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)一般模型名詞辨析：模擬信號與數(shù)字信號。模擬信號：特征量取值連續(xù)的信號(幅度、頻率或相位)數(shù)字信號：特征量取值離散的信號(幅度、頻率或相位)27信源發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備信宿噪聲調(diào)制解調(diào)信

道信道低噪放大功率放大調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型281.2通信系統(tǒng)的組成1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備291.2通信系統(tǒng)的組成1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型調(diào)制：用基帶信號對載波信號特定參數(shù)進行控制，以實現(xiàn)有用信息的寄載，并將基帶信號的頻譜搬移到合適的頻段以適應(yīng)信道的傳輸。信源編碼：提高信息傳輸?shù)挠行?，壓縮信源中的信息冗余度。對于模擬信源，還要先進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。信道編碼：提高信息傳輸?shù)目煽啃?，發(fā)端按特定的規(guī)則加入保護碼元，收端進行相應(yīng)的譯碼，以糾正傳輸過程中引入的的錯誤。301.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的主要優(yōu)點：1、抗干擾能力強，噪聲不積累2、易于采用糾錯編碼控制傳輸差錯3、易于加密處理，且保密度高4、便于處理、變換和存儲5、易于集成，方便小型化數(shù)字通信的主要不足：１、數(shù)據(jù)率高２、同步要求高３、實現(xiàn)復(fù)雜度高1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型311.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)：信源編碼與解碼技術(shù)：

預(yù)測編碼，變換編碼加密與解密技術(shù)：

對稱密鑰體制，公鑰體制信道編碼與解碼技術(shù)：

BCH，TURBO，LDPC調(diào)制與解調(diào)技術(shù)：

FSK，PSK，QAM多路復(fù)用技術(shù)：

頻分復(fù)用，時分復(fù)用定時與同步技術(shù)：

載波同步，位同步，網(wǎng)同步1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型321.2通信系統(tǒng)的組成1.2.4通信系統(tǒng)中的復(fù)接與同步復(fù)接與分接復(fù)接是將多路（基帶）信號集中為一路，以便于統(tǒng)一傳輸，又稱為多路復(fù)用。分接是其逆過程。復(fù)接的對象可以是單路的信號，也可以是已經(jīng)過復(fù)接的群路信號。復(fù)接調(diào)制信道解調(diào)分接331.2通信系統(tǒng)的組成1.2.4通信系統(tǒng)中的復(fù)接與同步復(fù)接與分接單路信號的復(fù)接主要有

頻分復(fù)用(Frequency

Division

Multiplexing)和時分復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing)。341.2通信系統(tǒng)的組成1.2.4通信系統(tǒng)中的復(fù)接與同步群路信號（數(shù)字）的復(fù)接包括同步數(shù)字系列（SDH）與準同步數(shù)字系列（PDH）兩種形式。群路信號的復(fù)接主要用于光纖、微波等高速數(shù)字通信系統(tǒng)中。復(fù)接與分接351.2通信系統(tǒng)的組成1.2.4通信系統(tǒng)中的復(fù)接與同步同步同步是通信系統(tǒng)特別是數(shù)字通信系統(tǒng)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。同步包括載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步等幾種。361.2通信系統(tǒng)的組成1.2.4通信系統(tǒng)中的復(fù)接與同步同步載波同步是在接收端獲得與發(fā)送載波同頻同相的振蕩信號，用于相干解調(diào)。位同步是從已解調(diào)信號中提取出碼元時鐘，用于恢復(fù)基帶的數(shù)字碼元。群同步用于從碼元序列中正確地界定出特定的分幀。網(wǎng)同步用于為大規(guī)模數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的高精度碼元時鐘基準。37第一章緒論

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)分類與通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標381.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.1通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分有：電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)、多媒體通信系統(tǒng)。按是否采用調(diào)制分有：基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸（帶通傳輸）系統(tǒng)。按傳輸媒質(zhì)分有：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。目前有線通信以光纖通信為主；無線通信以無線電通信為主。391.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.1通信系統(tǒng)的分類按工作波段，無線電通信又可分為：長波通信、短波通信、超短波通信、微波通信等系統(tǒng)。按接入方式，無線電通信又可分為：頻分多址、時分多址、碼分多址等系統(tǒng)。（容量不同）按頻帶利用方式，無線電通信又可分為：定頻窄帶通信、跳頻通信、擴頻通信等系統(tǒng)。

跳頻通信與擴頻通信具有較強的抗有意干擾的能力，是軍事通信的重要手段。401.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.2主要通信方式按消息傳送的方向與時間分單工通信消息只能單向傳輸?shù)耐ㄐ殴ぷ鞣绞綇V播、遙控、無線尋呼等半雙工通信通信雙方都具備收發(fā)能力，但收發(fā)不能同時工作單條信道全雙工通信（FullDuplex）收發(fā)雙方可同時進行雙向消息傳輸?shù)姆绞叫桦p向信道TD-SCDMA（TD：Time-divisionDuplex）411.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.2主要通信方式按數(shù)據(jù)代碼排列的方式分并行傳輸：速度快，但多個并行信道成本高；串行傳輸：速度慢，但只需單個信道。并行傳輸不僅可用于基帶傳輸系統(tǒng)，還可用于頻帶傳輸系統(tǒng)中，如多載波調(diào)制（MCM）。其中最重要的技術(shù)是正交頻分復(fù)用OFDM。421.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.2主要通信方式特點：以增加處理運算量為代價，采用多個信道傳輸，大大降低了每個子信道的碼元傳輸速率，可有效抵抗信道干擾，降低傳輸差錯率。431.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.2主要通信方式ＯＦＤＭＦＤＭ當(dāng)滿足一定的條件，ＯＦＤＭ各子載波相互正交，在接收端能完全區(qū)分，從而可正確解調(diào)。ＯＦＤＭ系統(tǒng)具有很高的頻帶利用率。441.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.2主要通信方式ＯＦＤＭ系統(tǒng)框圖：45第一章緒論

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)分類與通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標46內(nèi)涵的載體載體的載體傳輸?shù)膬?nèi)涵1.4信息及其度量1.3.2消息、信號和信息消息是一組有序符號序列（文字、語音、圖像等）信號是消息的具體表現(xiàn)形式（聲