第一章 通信原理概述

第一章通信原理概述第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第1章通信原理概述本章重點：通信的含義；人們?nèi)绾芜M行通信？現(xiàn)代通信中有哪些基本模式和基本技術(shù)？1.1通信的相關(guān)概念1.1.1通信

通信泛指對信息的傳遞過程。信號：信息的載體。電通信是當前通信研究的主要內(nèi)容。第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2通信的模型

通信最基本模型如圖1-1所示。

圖1-1通信最基礎的模型

通信稍復雜模型如圖1-2所示。圖1-2稍復雜的通信模型第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3通信的分類

1.按信號特征分類，通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬信號：數(shù)學表達式的自變量和函數(shù)取值是連續(xù)的信號稱為模擬信號；數(shù)字信號：數(shù)學表達式的自變量和函數(shù)取值是離散的信號稱為數(shù)字信號。2.按信號調(diào)制方法的不同，通信系統(tǒng)可分為基帶信號傳輸系統(tǒng)和調(diào)制信號傳輸系統(tǒng)。如圖1-3所示為調(diào)制傳輸系統(tǒng)模型。圖1-3調(diào)制傳輸系統(tǒng)模型

3.按傳播對象通話方式不同，可分為單工模式，雙工模式和半雙工模式。4.按發(fā)送和接收的參與者個數(shù)不同，可分為一對一通信，一對多通信等。第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.4基帶信號和帶通信號

重要概念：

信號的最高頻率，最低頻率，帶寬和中心頻率。中心頻率遠大于帶寬的信號，稱為帶通信號。中心頻率并非遠大于帶寬的信號，稱為基帶信號。例如：例如，一信號的表達式為如圖1-5所示為基帶信號和帶通信號的頻譜示意圖。第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1-5基帶信號和帶通信號的頻譜示意圖第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2模擬通信和數(shù)字通信1.2.1模擬信號和模擬通信

模擬信號：時間上是連續(xù)的，在取值上也是連續(xù)變化的信號。模擬基帶傳輸系統(tǒng)：在某些情況下，發(fā)射機直接把模擬基帶信號通過信道傳輸?shù)浇邮諜C，這種通信系統(tǒng)稱為模擬基帶傳輸系統(tǒng)。模擬調(diào)制傳輸系統(tǒng)：調(diào)制-傳輸-解調(diào)模式的通信系統(tǒng)叫做模擬調(diào)制傳輸系統(tǒng)。如圖1-6所示為模擬基帶傳輸系統(tǒng)和模擬調(diào)制傳輸系統(tǒng)示意圖。圖1-6模擬基帶傳輸系統(tǒng)和模擬調(diào)制傳輸系統(tǒng)示意圖第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2數(shù)字信號和數(shù)字通信

數(shù)字信號：在時間上和取值上都是離散變化的信號。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)：數(shù)字基帶信號是具有較低頻率分量的數(shù)字信號，而數(shù)字調(diào)制信號，則需要用某種方式將數(shù)字基帶信號搬移到較高頻段。數(shù)字調(diào)制傳輸系統(tǒng)：直接傳輸基帶數(shù)字信號的系統(tǒng)，稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。

數(shù)字信號的門限判決第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月信源編碼：對模擬信號進行數(shù)字變換，即A/D變換，采樣和量化編碼。信源解碼：將數(shù)字信號還原為模擬信號。如圖所示為引入信源編碼和解碼的數(shù)字（基帶）通信系統(tǒng)。信道編碼：通過對數(shù)字信號進一步編碼，增強其規(guī)律，能夠發(fā)現(xiàn)或糾正傳輸中的錯誤，提高通信的準確性能。如圖所示為包含信道編碼譯碼的通信系統(tǒng)模型。第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3模擬通信和數(shù)字通信的比較數(shù)字通信的優(yōu)勢：（1）便于與計算機連通；（2）便于信號的軟件化處理；（3）抗干擾能力強；（4）便于加密；（5）器件集成化，低成本；（6）穩(wěn)定性好；（7）動態(tài)范圍更大。數(shù)字通信的不足：（1）占用帶寬大；（2）對同步要求嚴格。第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3信息、信息量和通信質(zhì)量1.3.1信息和信息量信息：對客觀事物的某種有效描述。信息量：信息的度量，可以理解為信息”價值“的大小。事件發(fā)生概率越小，信息價值越大。單個事件的信息量的公式為若為相互獨立的符號，其信息量總和為彼此累加。1.3.2平均信息量對未知字符信息量的統(tǒng)計平均為

H(x)=第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3噪聲噪聲是指來自信號之外的干擾，多數(shù)噪聲是加性噪聲。噪聲分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。信噪比公式：SNR＝信號功率/噪聲功率信噪比單位為分貝。功率比10倍＝10dB；功率比100倍＝20dB，依此類推。1.3.4通信質(zhì)量1.通信系統(tǒng)的有效性：傳輸盡可能多的信息。在模擬通信中指傳輸信息速率與信道帶寬的比值；在數(shù)字通信中包括傳輸速率和頻帶利用率。傳輸速率：碼元速率和信息速率。2.通信系統(tǒng)的可靠性：出現(xiàn)錯誤的概率較小。在模擬通信中指信噪比SNR；在數(shù)字通信中指誤比特率和誤碼元率。第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4怎樣學習本書

為便于讀者學習，本書3~11章涉及內(nèi)容在通信體系中的地位標注如圖所示。第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5信號與系統(tǒng)預備知識1.5.1信號的分類根據(jù)不同的標準，信號可作不同的分類：（1）根據(jù)函數(shù)在自變量上取值的連續(xù)或離散，可分為連續(xù)時間信號和離散時間信號；（2）根據(jù)信號是否具有周期性，可分為周期信號和非周期信號。1.5.2線性時不變（LTI）系統(tǒng)線性時不變系統(tǒng)具有以下兩大特性：（1）線性性：可乘性和可疊加性；（2）時不變性。1.5.3單位沖激信號和系統(tǒng)的單位沖激響應單位階躍信號u(t)；單位沖激信號；用單位沖激信號可分解任意信號x(t)；單位沖激信號輸入LTI系統(tǒng)后，得到該系統(tǒng)的單位沖激響應h(t)，h(t)能充分反映系統(tǒng)特性。通過輸入信號x(t)和系統(tǒng)的單位沖激響應h(t)，求得輸出信號為y(t)=x(t)*h(t)第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.4傅里葉級數(shù)和傅里葉變換1.周期信號的傅里葉級數(shù)將周期信號分解為若干個不同頻率指數(shù)函數(shù)疊加的和f(t)=2.非周期信號的傅里葉變換在傅里葉級數(shù)基礎上推導出，對非周期信號也用若干個指數(shù)函數(shù)表達。此時這些指數(shù)函數(shù)具有連續(xù)頻率，疊加求和也化成積分即傅里葉變換對：3.傅里葉分析的意義（1）指數(shù)函數(shù)具有的優(yōu)勢：輸入LTI系統(tǒng)后，得到的輸出只與頻率有關(guān)。（2）傅里葉分析建立了信號時間域和頻率域的對應關(guān)系。第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.5系統(tǒng)的頻率特征和濾波器1.系統(tǒng)頻率特征：指數(shù)函數(shù)輸入LTI系統(tǒng)，其輸出等于輸入乘以一個與頻率相關(guān)的函數(shù)y(t)=x(t).H(ω)，其中H(ω)等于系統(tǒng)的單位沖激響應h(t)的傅里葉變換，稱為系統(tǒng)頻率特征。2.最常見的濾波器可分為低通、高通、帶通濾波器。第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.6信號能量和功率信號能量信號f(t)在一定時間域內(nèi)的絕對值平方積分稱為信號能量。信號功率信號f(t)在任意時刻的絕對值平方稱為該時刻的瞬時功率。在一個時間段內(nèi)能量除以時間段長度稱為該時間段內(nèi)平均功率。能量信號在整個時間域上能量有限的信號稱為能量信號。能量信號的平均功率為0。功率信號在整個時間域上平均功率為非零有限值的信號稱為功率信號。功率信號的總能量為無窮大。第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.7能量譜密度、功率譜密度和平均自相關(guān)函數(shù)對能量信號，定義信號能量的頻域表達式，即能量譜函數(shù)對功率信號，定義信號功率的頻域表達式，即功率譜函數(shù)對功率信號，定義自相關(guān)函數(shù)1.5.8現(xiàn)實信號的帶寬判斷（1）過零點法；（2）3dB點法；（3）功率比率。第19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.9解析信號和希爾伯特變換解析信號：將實信號f(t)用復信號z(t)來表示：其中，稱為f(t)的希爾伯特變換。第20頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月本章小結(jié)通信即是傳遞信息，最簡單的通信模型由發(fā)射機、