現(xiàn)代通訊原理第一單元

現(xiàn)代通訊原理第一單元第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月2參考書(1)《通信原理》樊昌信等編西安電子科技大學(xué)出版社

(2)DigitalandAnalogCommunicationSystems，（數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)）（第五版），LeonW.CouchII，清華大學(xué)出版社（影印版)第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月3第1章緒論通信原理：是一門介紹信息傳輸基本原理（理論和技術(shù)）的課程。它的研究對象是通信系統(tǒng)。研究目的：是利用盡可能小的通信資源，獲得盡可能高的通信質(zhì)量。第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月4第1章緒論研究方法：是在系統(tǒng)級模塊級層次上將實際通信系統(tǒng)抽象成數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)學(xué)分析和計算機模擬的方法對其進行研究，得到系統(tǒng)性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的定量關(guān)系。在給定系統(tǒng)參數(shù)的情況下，估算系統(tǒng)的性能（系統(tǒng)分析）；在給定系統(tǒng)性能要求的情況下，設(shè)計和優(yōu)化系統(tǒng)的參數(shù)（系統(tǒng)設(shè)計）。在系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜時，可以采用計算機模擬仿真（如：用MATLAB軟件仿真）的方法獲得這些參數(shù)之間的關(guān)系，達到優(yōu)化通信系統(tǒng)的目的。第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月5第1章的主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3信息及其度量1.4主要性能指標(biāo)1.5通信發(fā)展間史第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月61.1通信系統(tǒng)的組成通信：就是信息傳輸或消息傳輸，是從一地向另一地傳遞和交換信息。1.1.1通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)：是指實現(xiàn)信息傳遞所需的一切設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和（圖1-1）。第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月71.1通信系統(tǒng)的組成消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，基帶信號。將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?/p>

傳輸信號的物理媒質(zhì)

信道中的噪聲及分布在通信系統(tǒng)其他各處噪聲的集中表示

傳輸信息的歸宿點，其作用是將接收設(shè)備恢復(fù)出的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息

第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月81.1通信系統(tǒng)的組成1.1.2模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)：是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。（圖1-4）第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月9數(shù)字信號與模擬信號模擬信號：代表消息的參量是連續(xù)的或在某一范圍內(nèi)可以取無窮多個值，時間上不一定連續(xù)；數(shù)字信號：代表消息的參量是離散或可數(shù)的，時間上不一定離散；第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月10基帶信號與頻帶信號基帶信號：原始電信號；頻譜從零頻附近開始，如語音信號為300－3400Hz，圖像信號為0－6MHz頻帶信號：經(jīng)過調(diào)制后的信號；三個特征，1、攜帶信息2、適合在信道中傳輸3、頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月111.1通信系統(tǒng)的組成2.數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信：用數(shù)字信號作為載體來傳輸消息，或用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它可傳輸電報、?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)等數(shù)字信號，也可以傳輸經(jīng)過數(shù)字化處理的語音和圖像等模擬信號。第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月12數(shù)字通信與模擬通信的區(qū)別第一，模擬通信系統(tǒng)中強調(diào)調(diào)制參量與基帶信號成比例，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，強調(diào)已調(diào)參量與基帶信號之間的一一對應(yīng)。第二，數(shù)字信號傳輸時，由于信道噪聲或干擾所造成的差錯，原則上是可以控制的。第三，當(dāng)需要保密時，可以有效地對基帶信號進行人為“擾亂”，即加密，此時在接收端就需要進行解密。第四，為了只傳送有用的消息需要將原始信號中的無用部分去掉，為此在發(fā)送端需增加一個信源編碼器第五，由于數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖且粋€接一個按節(jié)拍傳送的數(shù)字信號單元，即碼元，因而接收端必須按與發(fā)送端相同的節(jié)拍接收。第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月131.1通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型方框圖（圖1-5）第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月141.1通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的基本特征：是它傳送的信號是“離散”的或數(shù)字的。數(shù)字通信的主要特點（1）抗干擾能力強。（2）差錯可控。（3）易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計算機技術(shù)對信號進行處理、加工、變換、存儲，從而形成智能網(wǎng)。第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月151.1通信系統(tǒng)的組成（4）易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化。（5）易于加密處理，且保密強度高。缺點：占用頻帶寬第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月16第1章的主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3信息及其度量1.4主要性能指標(biāo)1.5通信發(fā)展間史第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月171.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.2.1通信系統(tǒng)的分類說明：根據(jù)不同的目的，通信系統(tǒng)有不同的分類方法。1.按通信業(yè)務(wù)分類：話務(wù)（電話業(yè)務(wù)）通信和非話務(wù)通信。2.按調(diào)制方式分類：根據(jù)是否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月18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AM廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB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)傳輸頻率鍵控PSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控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、空間通信脈沖調(diào)制脈沖模擬調(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民用、軍用電話差分脈碼調(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常見的調(diào)制方式第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月191.2通信系統(tǒng)分類與通信方式3.按信號特征分類：按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。4.按傳輸媒質(zhì)分類：按傳輸媒質(zhì)分，通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月201.2通信系統(tǒng)分類與通信方式5.按工作波段分類：按通信設(shè)備的工作頻率不同分為長波通信、中波通信、短波通信、微波通信、遠(yuǎn)紅外線通信等。6.按信號復(fù)用方式分類：傳輸多路信號有三種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍；時分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間；碼分復(fù)用是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號。第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月21頻率范圍波長符號傳輸媒質(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無線電話、短波廣播定點軍用通信、業(yè)余無線電30-300MHz1-10m甚高頻VH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30-300GH1-10mm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)107-108GHz310-5-310-4cm紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信表1-2通信波段與常用傳輸媒質(zhì)第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月221.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.2.2通信方式1.按消息傳遞的方向與時間關(guān)系分：通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。單工通信：是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個信道。第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月231.2通信系統(tǒng)分類與通信方式半雙工通信：是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式。第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月241.2通信系統(tǒng)分類與通信方式全雙工通信：是指通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式。第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月251.2通信系統(tǒng)分類與通信方式2.按數(shù)字信號排列順序分：在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸：是將代表信息的數(shù)字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：是數(shù)字序列以串行方式一個接一個地在一條信道上傳輸。第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月261.2通信系統(tǒng)分類與通信方式圖1-7并行和串行通信方式示意圖第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月27第1章的主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3信息及其度量1.4主要性能指標(biāo)1.5通信發(fā)展間史第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月281.3信息及其度量信息I與概率P(x)之間的關(guān)系、規(guī)律：（1）信息量是概率的函數(shù)。I=f[P(x)]（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小。P(x)1時，I0;P(x)0時，I∞（3）若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨立事件信息量之和，也就是說，信息具有相加性。第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月291.3信息及其度量信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系為：說明：a=2時，單位為比特（bit）；a=e時，單位為奈特（nit）；a=10時，單位為十進制單位，叫哈特萊。第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月301.3信息及其度量（等概率出現(xiàn)的離散消息的度量）例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例2：對于離散信源，M個波形等概率（P=1/M）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M=2k

第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月311.3信息及其度量（非等概率出現(xiàn)的離散消息的度量）設(shè)離散信源是一個由n個符號組成的符號集，其中每個符號xi（i=1，2，3，…，n）出現(xiàn)的概率為所包含的信息量分別為每個符號所含平均信息量為

bits/符號第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月321.3信息及其度量(例)解：此消息中，0出現(xiàn)23次，l出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次，共有57個符號，故該消息的信息量為

每個符號的平均信息量為bits/符號

若用熵的概念來計算

bits/符號

［例1-3］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，l／4，1／4，1／8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息序列：2010201302l3001203210l0032l0l00231020020103120321001202l0的信息量則該消息的信息量

bits

bits

第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月33第1章的主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3信息及其度量1.4主要性能指標(biāo)1.5通信發(fā)展間史第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月341.4主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：有效性和可靠性。第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月35碼元傳輸速率定義：每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，通常用RB表示；單位：波特（baud），用符號“B”表示；T碼元長度(碼元間隔)T二進制(0、1)四進制(0、1、2、3)碼元速率與進制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度T有關(guān)

第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月36信息傳輸速率定義：每秒鐘傳遞的信息量，通常用Rb表示；單位：比特/秒（bit/s）bit/sH為信源中每個符號所含的平均信息量（熵）等概傳輸時bit/s第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月37頻帶利用率頻帶利用率：比較不同通信系統(tǒng)的有效性時，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占用信道的頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元或信息傳輸速率，即B/Hzb/s/Hz第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月38差錯率它是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸消息可靠程度的重要指標(biāo)。差錯率有兩種表示方法：誤碼率及誤信率。誤碼率（碼元差錯率）Pe：指錯誤接收的的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例

Pe=錯誤碼元數(shù)/傳輸碼元總數(shù) 誤信率（信息差錯率）又稱誤比特率Pb：指錯誤接收的信息量在信息總量中所占的比例

Pb=錯誤比特數(shù)/傳輸總比特數(shù) 在二進制中有Pb=Pe第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月39第1章的主要內(nèi)容1.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3信息及其度量1.4主要性能指標(biāo)1.5通信發(fā)展簡史第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月401.5通信發(fā)展簡史說明：本節(jié)以數(shù)字通信發(fā)展簡史為例介紹通信發(fā)展史。數(shù)字通信發(fā)展過程中具有里程碑意義的事件：1、1837年，摩爾斯發(fā)明有線電報2、1875年，EmileBaudot發(fā)明了定長電報編碼方法第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月411.5通信發(fā)展簡史3、1924年，奈奎斯特給出了給定帶寬的電報信道上無碼間串?dāng)_的最大可用信號速率4、1928年，Hartley指出：在帶限信道中當(dāng)最大信號幅度為Amax，幅度失真為A的條件下，存在一個可靠通信的最大數(shù)據(jù)速率。第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期三機械工業(yè)出版社2004年1月421.5通信發(fā)展簡史5、1939年，1942年，Kolmogorov和Wiener得到的濾波器稱為最佳線性（Kolmogorov-Wiener）濾波器。6、1947年，Kotelnikov的工作，他提出了基于幾何方法的各種數(shù)字通信的相干解調(diào)。7、1948年，仙農(nóng)提出了信息論，建立了通信的統(tǒng)計理論。