第一章-通信原理课件.ppt

现 代 通 信 系 统 原 理授课教师：杨怡怀现代通信系统原理现代通信系统原理课程要求：名称：现代通信系统原理名称：现代通信系统原理本课程的教学环节组成：本课程的教学环节组成：课堂教学、讲授、习题课、实验等组成。课堂教学、讲授、习题课、实验等组成。期末考试：期末考试：第二十周第二十周 (十七周教学周十七周教学周)总评分数：总评分数：考勤考勤1010 作业成绩作业成绩2020 期末考试期末考试7070现代通信系统原理现代通信系统原理本课程的介绍：本课程是为电子信息类通信技术专业学生开设的一门本课程是为电子信息类通信技术专业学生开设的一门主干课，它既是通信专业知识的入门课，又是通信技术专主干课，它既是通信专业知识的入门课，又是通信技术专业的核心专业基础课。本课程的主要任务是比较全面系统业的核心专业基础课。本课程的主要任务是比较全面系统地讲述现代通信系统的基本原理、基本性能和基本分析方地讲述现代通信系统的基本原理、基本性能和基本分析方法，通过讲课、练习、实验，使学生掌握通信原理的基础法，通过讲课、练习、实验，使学生掌握通信原理的基础知识和基本技术，掌握通信系统一般问题的分析方法。知识和基本技术，掌握通信系统一般问题的分析方法。现代通信系统原理现代通信系统原理选用教材及教材辅导资料介绍教材：教材：张会生、陈树新编.现代通信系统原理.高等教育出版社，2004参考参考书：通信原理樊昌信张甫翊徐炳祥吴成柯编著第5版国防工业出版 现代通信原理曹志刚钱亚生清华大学出版社现代通信系统原理现代通信系统原理课时分配章章节节教学内容教学内容讲课讲课实验实验1 1绪论绪论4 40 02 2信道与噪声信道与噪声6 62 23 3模模拟调拟调制系制系统统6 62 24 4数字基数字基带传输带传输系系统统6 62 25 5数字信号的数字信号的频带传输频带传输16160 06 6模模拟拟信号的数字信号的数字传输传输6 62 27 7同步系同步系统统 2 22 28 8差差错错控制控制编码编码4 40 0合合计计54541010总计总计6464现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理第1章 绪论1.1 通信的定义通信的定义1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式1.4 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 本章作业本章作业现代通信系统原理现代通信系统原理1.1 通信的定义 通信发展历史回顾u远古通信手段u 现代通信手段现代通信系统原理现代通信系统原理远古通信手段击鼓烽火台信鸽旗语驿站马拉松航行用的信号灯等工具。昆明学院昆明学院现代通信系统原理现代通信系统原理人类历史上最早的通信手段v最早的远距离通信手段和现在一样是“无线”的，如以火光传递信息的烽火台，通常大家认为这是最早传递消息的方式了。v事实上不是，在我国和非洲古代，击鼓传信是最早最方便的办法，非洲人用圆木特制的大鼓可传声至三四公里远，再通过“鼓声接力”和专门的“击鼓语言”，可在很短的时间内把消息准确地传到50公里以外的另一个部落现代通信系统原理现代通信系统原理远古通信手段烽火台图1摩洛哥国际电信联盟成立100周年发行的纪念邮票图2伊良纪念1975年世界电信日发行的纪念邮票现代通信系统原理现代通信系统原理远古通信手段驿站v邮票上的驿站通信：1979年年5月月12日希腊日希腊发行的欧行的欧罗巴巴邮政政专题首日封，首日封，邮票票为希腊希腊乡村村邮递员。点点燃燃松松脂脂传传递递信信号号，高高地地筑筑墙墙，墙墙背背面面两两边边各各有有5 5个个火火炬炬插插座座，所所燃燃火火把把数数量量和和排排列列位位置置的的不不同同，表表示示各各种种军军事信息。事信息。现代通信系统原理现代通信系统原理v远古通信方式的弊端不论是击鼓、烽火、旗语（通过各色旗子的舞动）还是，要实现消息的远距离传送，都需要中继站的层层传递，消息才能到达目的地。但是，远距离传递消息的速度和距离都很不如人意，迫切的需要一种新的传输手段谁能跑得又快又远呢？“电“现代通信系统原理现代通信系统原理远古通信：目视光通信方式：在较远的距离之间较及时地完成信息的传递。现代通信：电信方式：电信：利用电信号驮载待传信息进行传输和交换的通信方式。通信（communication)作为电信（Telecomunication)是从19世纪30年代开始的。现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信手段v电报v电话v寻呼v移动电话v有线广播、无线广播v有线电视、无线电视v因特网现代通信系统原理现代通信系统原理引言：通信的概念v通信：信息的通信：信息的传递与交与交换。通信的基本形式：是在信源与信宿之间建立一个传输（转移）信息的通道（信道），实现信息的传输如何实现信息的传递？现代通信系统原理现代通信系统原理1.2 通信系统的基本概念和模型v1.通信系统：传递信息所需要的一切技术设备和传输媒介。端到端的传送系统现代通信系统原理现代通信系统原理通信（Communication）从一地向另一地进行消息的有效传递。现代通信系统原理现代通信系统原理通信系统的基本概念和模型v 通信系统实例v实际通信系统实例v通信网实例现代通信系统原理现代通信系统原理1.2 通信系统的组成1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 我我们把把实现信息传输所需的一切设备和传输媒介所实现信息传输所需的一切设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统构成的总体称为通信系统。以点以点对点通信点通信为例，通信系例，通信系统的一般模型如的一般模型如图1-1所示。所示。图图1-1 1-1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 现代通信系统原理现代通信系统原理 图1-1中中，信信源源的的作作用用是是把把待待传输的的消消息息转换成成原原始始电信信号号，该原原始始电信信号号称称为基基带信信号号；发送送设备的的作作用用是是将将原原始始电信信号号处理理成成适适合合在在信信道道中中传输的的信信号号。它它所所要要完完成成的的功功能能很很多多，例例如如调制制、放放大大、滤波波和和发射射等等，在在数数字字通通信信系系统中中发送送设备又又常常常常包包含含信信源源编码和和信信道道编码等。等。信信道道是是指指信信号号传输通通道道，按按传输媒媒介介的的不不同同，可可分分为有有线信道和无信道和无线信道两大信道两大类。图中中的的噪噪声声源源，是是信信道道中中的的所所有有噪噪声声以以及及分分散散在在通通信系信系统中其它各中其它各处噪声的集合。噪声的集合。在接收端，在接收端，接收接收设备的功能与的功能与发送送设备相反，即相反，即进行解行解调、译码等。它的任等。它的任务是从是从带有干有干扰的接收信号中的接收信号中恢复出相恢复出相应的原始的原始电信号；信号；信宿信宿是将原始是将原始电信号信号转换成成相相应的信息，提供的信息，提供给受信者。受信者。现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理图图1-3 数字频带通信系统模型数字频带通信系统模型 1.2.3 数字通信系统数字通信系统 一、一、数字频带传输通信系统数字频带传输通信系统现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理1.2.4 数字通信的主要特点数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信更能适应现代务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，它有如下代通信技术的主流。与模拟通信相比，它有如下优点：优点：1、抗干扰、抗噪声性能好、抗干扰、抗噪声性能好2、差错可控、差错可控 可通过纠错编码技术来控制。可通过纠错编码技术来控制。3、易加密、易加密 容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。4、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。提高信道利用率。5、易于与现代技术相结合。、易于与现代技术相结合。现代通信系统原理现代通信系统原理数字通信的数字通信的缺点：缺点：1、频带利用率不高；利用率不高；2、系、系统设备比比较复复杂。现代通信系统原理现代通信系统原理1.3 通信系统分类及通信方式现代通信系统原理现代通信系统原理3.按工作频段分按工作频段分现代通信系统原理现代通信系统原理表表 1-1 1-1 通信频段通信频段 、常用传输媒质及主要用途常用传输媒质及主要用途 现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理1.3.2 通信方式通信方式1.按消息传送的方向与时间分按消息传送的方向与时间分现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理现代通信系统原理3 3、按照通信网络结构划分通信方式、按照通信网络结构划分通信方式 通信系统按照网络结构可分为两点间通信系统按照网络结构可分为两点间(a)(a)直通方式直通方式、(b)(b)分分支方式支方式和和(c)(c)交换方式交换方式。现代通信系统原理现代通信系统原理 专门为两点之两点之间设立立传输线的通信称之的通信称之为点点对点通信。多点点通信。多点间的通信属于网通信。网通信的的通信属于网通信。网通信的基基础仍是点仍是点对点通信。因此，本点通信。因此，本书重点重点讨论点点对点通信的原理。点通信的原理。现代通信系统原理现代通信系统原理1.4 通信系统的主要性能指标1.4.1 一般通信系一般通信系统的性能指的性能指标一般通信系统的性能指标归纳起来有以下一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面。几个方面。（1 1）有效性：指通信系统传输消息的有效性：指通信系统传输消息的“速率速率”问题，即快慢问题。问题，即快慢问题。（2 2）可靠性：指通信系统传输消息的可靠性：指通信系统传输消息的“质量质量”问题，即好坏问题。问题，即好坏问题。现代通信系统原理现代通信系统原理（3 3）适适应性：指通信系性：指通信系统使用使用时的的环境条件。境条件。（4 4）经济性：指系性：指系统的成本的成本问题。（5 5）保密性：指系保密性：指系统对所所传信号的加密措施，信号的加密措施，这点点对军用系用系统显得更加重要。得更加重要。（6 6）标准性：指系准性：指系统的接口、各种的接口、各种结构及构及协议是否合乎国家、国是否合乎国家、国际标准。准。（7 7）维修性：指系修性：指系统是否是否维修方便。修方便。（8 8）工工艺性：指通信系性：指通信系统各种工各种工艺要求。要求。现代通信系统原理现代通信系统原理1.4.2 信息及其度量信息及其度量消息中的信息量与消息消息中的信息量与消息发生的概率生的概率紧密相关。密相关。消息出消息出现的概率愈小，的概率愈小，则消息中包含的信息量就消息中包含的信息量就愈大，且概率愈大，且概率为0 0时（不可能（不可能发生事件）信息量生事件）信息量为无无穷大；概率大；概率为1 1时（必然事件）信息量（必然事件）信息量为0 0。现代通信系统原理现代通信系统原理综上所述，可以得出消息中所含信息量与上所述，可以得出消息中所含信息量与消息出消息出现的概率之的概率之间的关系反映如下的关系反映如下规律。律。（1 1）消息中所含信息量消息中所含信息量I是消息出是消息出现的概的概率率P（x）的函数，即的函数，即I=I P（x）现代通信系统原理现代通信系统原理（2 2）消息出消息出现的概率愈小，它所包含信的概率愈小，它所包含信息量愈大；反之信息量愈小。且息量愈大；反之信息量愈小。且P（x）=1时I=0P（x）=0时I=（3）若干个互相独立事件构成的消息，所若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和，即含信息量等于各独立事件信息量的和，即I P1（x）P2（x）=I P1（x）+IP2（x）+现代通信系统原理现代通信系统原理昆明大学电机系昆明大学电机系 在在信信息息论中中，消消息息所所含含的的信信息息量量I与与消消息息x出出现的的概概率率P(x)的的关系式关系式为 I代代表表两两种种含含义：当当事事件件x发生生以以前前，表表示示事事件件x发生生的的不不确确定定性性；当当事事件件x发生生以以后后，表表示示事事件件x所所含含有有（或或所所提提供供）的的信息量。信息量。信信息息量量的的单位位由由对数数底底的的取取值决决定定。若若对数数以以2为底底时单位位是是“比比特特”（bit binary unit的的缩写写）；若若以以e为底底时单位位是是“奈奈特特”（natnature unit的的缩写写）；若若以以10为底底时单位位是是“哈哈特特”（Hart Hartley的的缩写写）。通通常常采采用用“比比特特”作作为信息量的信息量的实用用单位。位。见例例题P10 例例 1.1 例例1.2 现代通信系统原理现代通信系统原理【例例】一信息源由一信息源由4个符号个符号a、b、c、d组成，他们组成，他们出现的概率为出现的概率为3/8、1/4、1/4、1/8，且每个符号的出，且每个符号的出现都是独立的。试求信息源输出为现都是独立的。试求信息源输出为cabacabdacbdaabcadcbabaadcbabaacdbacaacabadbcadcbaabcacba的信息量。的信息量。解：解：信源输出的信息序列中，信源输出的信息序列中，a出现出现23次，次，b出现出现14次，次，c出现出现13次，次，d出现出现7次，共有次，共有57个。个。现代通信系统原理现代通信系统原理 则则 出现出现a 的信息量为的信息量为出现出现b 的信息量为的信息量为出现出现c 的信息量为的信息量为出现出现d 的信息量为的信息量为 (bit)(bit)(bit)(bit)现代通信系统原理现代通信系统原理该信息源总的信息量为该信息源总的信息量为则每一个符号的平均信息量为则每一个符号的平均信息量为上面计算中上面计算中,我们没有利用每个符号出现的概率来计算我们没有利用每个符号出现的概率来计算,而而是用每个符号在是用每个符号在57个符号中出现的次数个符号中出现的次数(频度频度)来计算的。来计算的。(bit)(bit/符号符号)现代通信系统原理现代通信系统原理实际上实际上,用平均信息量公式用平均信息量公式(17)直接计算可得直接计算可得 (bit/符号符号)可以看出，本例中两种方法的计算结果是有差异可以看出，本例中两种方法的计算结果是有差异的，原因就是前一种方法中把频度视为概率来计算。的，原因就是前一种方法中把频度视为概率来计算。当信源中符号出现的数目当信源中符号出现的数目时，则上两种时，则上两种总的信息量总的信息量 (bit)计算方法结果一样。计算方法结果一样。见例题见例题P10 例例1.3现代通信系统原理现代通信系统原理1.4.3 有效性指有效性指标的具体表述的具体表述（1 1）码元元传输速率速率码元元传输速率通常又可称速率通常又可称为码元速率、数元速率、数码率、率、传码率，用符号率，用符号RB来表示。来表示。码元速率是指元速率是指单位位时间（每秒（每秒钟）内）内传输码元的数目，元的数目，单位位为波特波特（Baud），），常用符号常用符号“B”表示（注意，不能用表示（注意，不能用小写）。小写）。现代通信系统原理现代通信系统原理通常在通常在给出系出系统码元速率元速率时，有必要，有必要说明明码元的元的进制，多制，多进制（制（N）码元速率元速率RBN 与二与二进制制码元速率元速率RB2 之之间，在保，在保证系系统信息速率不信息速率不变的情况下，相互可的情况下，相互可转换，转换关系式关系式为RB2=RBNlog2N（B）N应为2 2k，k=2，3，4，现代通信系统原理现代通信系统原理（2 2）信息信息传输速率速率信息信息传输速率速率简称信息速率，又可称称信息速率，又可称为传信率、信率、比特率等。比特率等。（3 3）Rb 与与 RB 之之间的互的互换在多在多进制中，制中，RBN 与与 RbN 之之间数数值不同，不同，单位位亦不同。它亦不同。它们之之间在数在数值上有如下关系式上有如下关系式RbN=RBN log2N见例题见例题P13 前两行前两行现代通信系统原理现代通信系统原理2.2.可靠性指可靠性指标（1 1）码元差元差错率率Pe现代通信系统原理现代通信系统原理（2 2）信息差错率信息差错率P Pebeb见例题：见例题：P14 P14 例例1.61.6现代通信系统原理现代通信系统原理本章作业P15 11、12、14、18。现代通信系统原理现代通信系统原理昆明大学电机系昆明大学电机系第一章完！