通信技術(shù)原理第一章

通信技術(shù)原理第一章第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日課程簡介課程名稱：通信技術(shù)原理講課教師：付松濤課內(nèi)總學(xué)時：48

課程目的以數(shù)字通信為背景，介紹現(xiàn)代通信及系統(tǒng)的原理和技術(shù)，為從事這一領(lǐng)域研究的學(xué)生提供最基本的入門知識。課程概況第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日參考書目曹志剛、錢亞生編寫的《現(xiàn)代通信原理》樊昌信等編寫的《通信原理》李宗豪編寫的《基本通信原理》王秉鈞等編寫的《現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理》第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日課程內(nèi)容一、緒論二、香農(nóng)定理三、模擬調(diào)制技術(shù)四、模擬信號數(shù)字化技術(shù)五、數(shù)字基帶傳輸技術(shù)六、數(shù)字頻帶傳輸技術(shù)七、復(fù)用技術(shù)與同步原理八、差錯控制技術(shù)第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日第1章緒論§1.1通信的基本知識§1.2通信系統(tǒng)的組成及分類§1.3通信系統(tǒng)的性能度量§1.4通信技術(shù)的發(fā)展概況第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日§1.1通信的基本知識通信：克服距離上的障礙，交換和傳遞信息消息：用于被傳輸?shù)奈淖?、符號、?shù)據(jù)和語音、活動圖片等信號：指消息的電量形式，與消息是一一對應(yīng)的信息：指消息中的有效內(nèi)容，可以用量化的形式來表示，它與消息出現(xiàn)的概率密切相關(guān)第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日信號波形的中心頻率及其帶寬。信號波形的功率和能量。信號波形的抗干擾能力如何？在發(fā)送端：產(chǎn)生該波形的代價如何？在接收端：檢測該波形的代價又如何？信號波形設(shè)計取決于如下幾個因素：第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日§1.2通信系統(tǒng)的組成及分類通信系統(tǒng)的一般模型第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日模擬通信系統(tǒng)模型模擬廣播通信系統(tǒng)第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字基帶通信模型第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字信源:產(chǎn)生的消息的狀態(tài)（取值）數(shù)是有限的

如：計算機(jī)的輸出模擬信源:產(chǎn)生的消息的狀態(tài)（取值）是連續(xù)變化的、數(shù)目無限的。一、數(shù)字與模擬信源如：鍵盤。如：語音源。2.數(shù)字與模擬信源1.信息、消息與信號Digitalandanaloginformationsource如：漢字集。第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日消息符號（messagesymbol）：數(shù)字消息的每一種狀態(tài)或者取值稱為一種消息符號消息符號集：數(shù)字消息源的所有狀態(tài)或者取值的集合如：具有N種取值的數(shù)字信源數(shù)字消息源:消息符號、消息符號集、數(shù)字消息序列（數(shù)字信號）第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字消息序列：其中xm

取中N個值之一。圖1.3.1數(shù)字消息信號示例第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日3.數(shù)字與模擬信源的基本指標(biāo)符號速率：

M元數(shù)字信源：指數(shù)字信源具有M種符號最基本的是二元數(shù)字信源：具有2種符號，可以用1位二進(jìn)制編碼表示，稱為1bit.多元數(shù)字信源：如M元，可以用n位二進(jìn)制編碼表示數(shù)字信源的基本指標(biāo):消息符號數(shù)字信源的元數(shù)：一般，第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日例：假設(shè)計算機(jī)的終端鍵盤上有110字符，每個字符用二進(jìn)制代碼組來表示。問每個字符需要用幾位二進(jìn)制代碼?解:故需要7bits代碼來表示每個字符.第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日習(xí)題：

考慮手機(jī)短消息通信，以你自己或其他某人的經(jīng)驗，試估計（1）按鍵速率；（2）假定每個中文字符轉(zhuǎn)換為2字節(jié)表示，短消息的二元符號速率是多少？解：（1）經(jīng)過多次試驗，按鍵速率為2.03key/s（2）短消息的二元符號速率為第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日模擬信源的基本指標(biāo):頻帶的寬度（赫或赫茲，Hz）

如：語音的音量電信號電信號第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日二、數(shù)字波形與模擬波形（傳輸波形）對于數(shù)字信源可以用二元（二進(jìn)制）波形（信號）傳輸，也可以用多元（多進(jìn)制）波形（信號）傳輸。數(shù)字波形：信號的傳信息的參量只取有限個值。二進(jìn)制（binary）信號:1bit二進(jìn)制代碼用一個脈沖傳，故在一個Ts

時隙內(nèi)傳兩種不同的脈沖之一.Ts：Timeslot第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日例1：二進(jìn)制波形（二電平波形）電平A和0抽象為符號和，兩個符號稱為二元（二進(jìn)制）符號。符號周期或碼元寬度數(shù)字基帶信號信道符號頻譜在零頻附近第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日多進(jìn)制(M-ary)信號:n

bit二進(jìn)制代碼用一個脈沖傳，在一個Ts

時隙內(nèi)傳M種不同的脈沖之一.一般，例2：4進(jìn)制波形

4個電平抽象為符號，4個符號稱為4元（4進(jìn)制）符號。數(shù)字基帶信號符號周期或碼元寬度信道符號第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日傳輸速率：比特率:Rb

每秒傳輸?shù)腷it數(shù)

單位:bits/sb/sbps符號速率（波特率）:Rs

每秒傳輸?shù)拿}沖數(shù)（符號數(shù)）

單位:symbol/sBaudBRb

和Rs的關(guān)系:信道符號第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日對于模擬信源模擬波形：信號的傳信息的參量的取值是連續(xù)變化的模擬波形在模擬通信系統(tǒng)中傳輸。模擬波形經(jīng)過A/D變換變成數(shù)字波形，也可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸。第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字通信系統(tǒng)模型GSM通信系統(tǒng)計算機(jī)通過網(wǎng)線連接第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日信源編碼和信源譯碼

信源編碼:為了改善傳輸效率（壓縮編碼）

信源譯碼:為了恢復(fù)原始信號，作相反的變換

信道編碼和信道譯碼

信道編碼:為了改善傳輸?shù)目煽啃裕ㄐ诺兰m錯編碼）

信道譯碼:為了恢復(fù)原始信號，作相反的變換第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日調(diào)制的目的提高信號頻率以便天線輻射改變信號占用帶寬實現(xiàn)信道復(fù)用改善系統(tǒng)性能第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日收發(fā)兩端結(jié)構(gòu)基本對稱，相應(yīng)的單元彼此互逆。第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日發(fā)格式化：把來自信源的消息信號整理為二進(jìn)制序列。收格式化：把收到的二進(jìn)制序列還原為原始消息信號。格式化：對于模擬信源，格式化還包括A/D和D/A變換。

脈沖基帶調(diào)制和基帶檢測脈沖基帶調(diào)制:

把二進(jìn)制序列變換成二元或多元傳輸波形基帶檢測:把二元或多元傳輸波形還原為二進(jìn)制序列。通過對基帶波形進(jìn)行抽樣和判決實現(xiàn)。

同步單元為整個數(shù)字傳輸系統(tǒng)提供各種定時時鐘，使各個單元能夠正確、有序地工作。第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字通信系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：更好的抗失真和干擾的能力容易實現(xiàn)，成本低，更具靈活性差錯控制編碼容易實現(xiàn)保密通信更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易實現(xiàn)多網(wǎng)合一缺點(diǎn)：數(shù)字信號具有更寬的頻帶同步設(shè)備復(fù)雜第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日通信系統(tǒng)的分類按照通信的業(yè)務(wù)和用途常規(guī)通信控制通信按照調(diào)制方式基帶通信調(diào)制通信按照傳輸信號特征模擬通信數(shù)字通信第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日按照傳輸信號的復(fù)用方式頻分復(fù)用時分復(fù)用碼分復(fù)用tf0f1f2f3f4fntf0t1t2t3t4tnC0fC1C2C3C4Cn第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日按照通信方式單工通信半雙工通信全雙工通信第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日按照傳輸媒介有線通信（明線、對稱電纜、同軸電纜、光線）無線通信（微波中繼通信、衛(wèi)星通信、移動通信）按照工作波長長波通信中波通信短波通信微波通信第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日同軸電纜截面示意圖第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日有線電信道電氣特性信道類型通話容量（路）頻率范圍(kHz)傳輸距離(km)明線1+30.3～27300明線1+3+120.3～150120對稱電纜2412～10835對稱電纜6012～25212～18小同軸電纜30060～13008小同軸電纜96060～41004中同軸電纜1800300～90006中同軸電纜2700300～120004.5中同軸電纜10800300～600001.5第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日n1n2折射率折射率n1n22a光波波長（nm）1.55m1.31m0.7 0,9 1.1 1.3 1.5 1.7第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日通信頻率分布第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日對流層地球0~10km電離層60~300km平流層電磁波傳播：地波、天波、視線傳播第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日地波頻率：2MHz以下繞射：發(fā)生在波長～障礙物尺寸可比時通信距離：可達(dá)數(shù)百～數(shù)千km地球第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日D層：高60~80kmE層：高100~120kmF層：高150~400kmF1層：140~200kmF2層：250~400km晚上：D層、F1層消失E層、F2層減弱

電離層的結(jié)構(gòu)DEFF2F1地面第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日天波電離層高度：60～300km單跳最大距離：4000km多跳可以環(huán)球頻率：2～30MHz第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日頻率：>30MHz傳播距離:d2+r2=(h+r)2, 或 hD2/50(m)式中D－km視線傳播hr地面ddD第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日無線電中繼無線電中繼第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日靜止衛(wèi)星中繼通信第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日頻率(GHz)(a)氧氣和水蒸氣（濃度7.5g/m3）的衰減衰減衰減水蒸氣氧氣降雨率圖1.4.5大氣衰減大氣對電磁波傳播的影響第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日散射通信電離層散射頻率:30~60MHz對流層散射頻率:100~4000MHz流星余跡散射頻率:30~100MHz

對流層散射通信地球有效散射區(qū)域地球

流星余跡散射通信第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日蜂窩移動通信系統(tǒng)移動交換中心電話交換中心第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日平流層中繼通信系統(tǒng)第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)移動業(yè)務(wù)交換中心市話局中繼線Modem第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日§1.3通信系統(tǒng)的性能度量模擬通信系統(tǒng)有效性：傳輸帶寬可靠性：接收端的信噪比數(shù)字通信系統(tǒng)有效性：傳輸速率（信息傳輸速率、碼元傳輸速率）可靠性：誤碼率、誤比特率第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字通