通信技術(shù)原理第一章

通信技術(shù)原理第一章第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四課程簡(jiǎn)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(shí)：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(shí)。課程概況第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四參考書目曹志剛、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》第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四課程內(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(hào)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(cuò)控制技術(shù)第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四第1章緒論§1.1通信的基本知識(shí)§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)展概況第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四§1.1通信的基本知識(shí)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)奈淖帧⒎?hào)、數(shù)據(jù)和語音、活動(dòng)圖片等信號(hào)：指消息的電量形式，與消息是一一對(duì)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)第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四信號(hào)波形的中心頻率及其帶寬。信號(hào)波形的功率和能量。信號(hào)波形的抗干擾能力如何？在發(fā)送端：產(chǎn)生該波形的代價(jià)如何？在接收端：檢測(cè)該波形的代價(jià)又如何？信號(hào)波形設(shè)計(jì)取決于如下幾個(gè)因素：第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四§1.2通信系統(tǒng)的組成及分類通信系統(tǒng)的一般模型第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四模擬通信系統(tǒng)模型模擬廣播通信系統(tǒng)第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字基帶通信模型第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字信源:產(chǎn)生的消息的狀態(tài)（取值）數(shù)是有限的

如：計(jì)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(hào)Digitalandanaloginformationsource如：漢字集。第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四消息符號(hào)（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(hào)消息符號(hào)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(hào)、消息符號(hào)集、數(shù)字消息序列（數(shù)字信號(hào)）第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字消息序列：其中xm

取中N個(gè)值之一。圖1.3.1數(shù)字消息信號(hào)示例第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四3.數(shù)字與模擬信源的基本指標(biāo)符號(hào)速率：

M元數(shù)字信源：指數(shù)字信源具有M種符號(hào)最基本的是二元數(shù)字信源：具有2種符號(hào)，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(hào)數(shù)字信源的元數(shù)：一般，第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四例：假設(shè)計(jì)算機(jī)的終端鍵盤上有110字符，每個(gè)字符用二進(jìn)制代碼組來表示。問每個(gè)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(gè)字符.第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四習(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(yàn)，試估計(jì)（1）按鍵速率；（2）假定每個(gè)中文字符轉(zhuǎn)換為2字節(jié)表示，短消息的二元符號(hào)速率是多少？解：（1）經(jīng)過多次試驗(yàn)，按鍵速率為2.03key/s（2）短消息的二元符號(hào)速率為第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四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(hào)電信號(hào)第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四二、數(shù)字波形與模擬波形（傳輸波形）對(duì)于數(shù)字信源可以用二元（二進(jìn)制）波形（信號(hào)）傳輸，也可以用多元（多進(jìn)制）波形（信號(hào)）傳輸。數(shù)字波形：信號(hào)的傳信息的參量只取有限個(gè)值。二進(jìn)制（binary）信號(hào):1bit二進(jìn)制代碼用一個(gè)脈沖傳，故在一個(gè)Ts

時(shí)隙內(nèi)傳兩種不同的脈沖之一.Ts：Timeslot第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四例1：二進(jìn)制波形（二電平波形）電平A和0抽象為符號(hào)和，兩個(gè)符號(hào)稱為二元（二進(jìn)制）符號(hào)。符號(hào)周期或碼元寬度數(shù)字基帶信號(hào)信道符號(hào)頻譜在零頻附近第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四多進(jìn)制(M-ary)信號(hào):n

bit二進(jìn)制代碼用一個(gè)脈沖傳，在一個(gè)Ts

時(shí)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(gè)電平抽象為符號(hào)，4個(gè)符號(hào)稱為4元（4進(jìn)制）符號(hào)。數(shù)字基帶信號(hào)符號(hào)周期或碼元寬度信道符號(hào)第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四傳輸速率：比特率:Rb

每秒傳輸?shù)腷it數(shù)

單位:bits/sb/sbps符號(hào)速率（波特率）:Rs

每秒傳輸?shù)拿}沖數(shù)（符號(hào)數(shù)）

單位:symbol/sBaudBRb

和Rs的關(guān)系:信道符號(hào)第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四對(duì)于模擬信源模擬波形：信號(hào)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。第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字通信系統(tǒng)模型GSM通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線連接第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四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(hào)，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(cuò)編碼）

信道譯碼:為了恢復(fù)原始信號(hào)，作相反的變換第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四調(diào)制的目的提高信號(hào)頻率以便天線輻射改變信號(hào)占用帶寬實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用改善系統(tǒng)性能第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四收發(fā)兩端結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，相應(yīng)的單元彼此互逆。第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四發(fā)格式化：把來自信源的消息信號(hào)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(hào)。格式化：對(duì)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(cè)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(cè):把二元或多元傳輸波形還原為二進(jìn)制序列。通過對(duì)基帶波形進(jìn)行抽樣和判決實(shí)現(xiàn)。

同步單元為整個(gè)數(shù)字傳輸系統(tǒng)提供各種定時(shí)時(shí)鐘，使各個(gè)單元能夠正確、有序地工作。第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(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(shí)現(xiàn)，成本低，更具靈活性差錯(cuò)控制編碼容易實(shí)現(xiàn)保密通信更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一缺點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)具有更寬的頻帶同步設(shè)備復(fù)雜第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四通信系統(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(hào)特征模擬通信數(shù)字通信第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四按照傳輸信號(hào)的復(fù)用方式頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用碼分復(fù)用tf0f1f2f3f4fntf0t1t2t3t4tnC0fC1C2C3C4Cn第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四按照通信方式單工通信半雙工通信全雙工通信第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四按照傳輸媒介有線通信（明線、對(duì)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(dòng)通信）按照工作波長(zhǎng)長(zhǎng)波通信中波通信短波通信微波通信第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四同軸電纜截面示意圖第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四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(duì)稱電纜2412～10835對(duì)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第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四n1n2折射率折射率n1n22a光波波長(zhǎng)（nm）1.55m1.31m0.7 0,9 1.1 1.3 1.5 1.7第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四通信頻率分布第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四對(duì)流層地球0~10km電離層60~300km平流層電磁波傳播：地波、天波、視線傳播第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四地波頻率：2MHz以下繞射：發(fā)生在波長(zhǎng)～障礙物尺寸可比時(shí)通信距離：可達(dá)數(shù)百～數(shù)千km地球第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四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地面第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四天波電離層高度：60～300km單跳最大距離：4000km多跳可以環(huán)球頻率：2～30MHz第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四頻率：>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第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四無線電中繼無線電中繼第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四靜止衛(wèi)星中繼通信第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四頻率(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(duì)電磁波傳播的影響第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四散射通信電離層散射頻率:30~60MHz對(duì)流層散射頻率:100~4000MHz流星余跡散射頻率:30~100MHz

對(duì)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四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)交換中心電話交換中心第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四平流層中繼通信系統(tǒng)第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)業(yè)務(wù)交換中心市話局中繼線Modem第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四§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、誤比特率第五十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期四數(shù)字通信的