通信原理——绪论.ppt

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1、现代通信原理与系统学习的总体目的要求：掌握数字通信系统的组成及工作原理；深入理解数字通信系统各个部分的工作原理、特点及系统分析方法；理解数字通信系统的关键技术特点；掌握现代通信系统的相关标准，技术趋势；熟练运用多种分析方法，分析基带与频带传输系统的特性，掌握同步系统的实现方法。通信原理绪论一、通信的目的及任务 交流、交换信息，传递信息。克服距离障碍，迅速、准确的传递信息围绕上述任务，通信技术经历了相当长时期的发展二、通信技术的发展与演变 1、古老的通信方式烽火书信（快 马），中继方式驿站。2、现代通信的发展模拟通信：1877年，贝尔实验室发明电话数字通信：1836年，莫尔斯发明电报通信发展的几

2、个阶段第一阶段：语言、人力、马力；第二阶段：文字发明、邮政；第三阶段：印刷术发明；第四阶段：电话、电报、广播；第五阶段：信息时代，现代通信。通信和经济的关系没有现代通信，就没有经济的高速发展电话普及率发达国家：50台/100人。我国：73.8台/100人。我国的通信事业和设施需要跟上经济发展的步伐，更需要赶上现代化发展速度！任务艰巨！近几年，有了很大改善。通信发展简史 1838 摩尔斯发明有线电报1864 麦克斯韦提出电磁辐射方程 1876 贝尔发明电话 1896 马可尼发明无线电报 1906 发明真空管 1918 调幅无线电广播、超外差接收机问世 1925 开始采用三路明线载波电话、多路通信

3、 1936 调频无线电广播开播 1937 发明脉冲编码调制原理 1938 电视广播开播19401945 二次大战刺激了雷达和微波通信系 统的发展 通信发展简史1948 发明晶体管，香农提出了信息论，通信统计理论开始建立。1950 时分多路通信应用于电话1956 敷设了越洋电线 1957 发射第一颗人造卫垦1958 发射第一颗通信卫星1960 发明激光1961 发明集成电路通信发展简史1962 发射第一颗同步通信卫星；脉冲编码调制 进入实用阶段19601970 彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登 月；数字传输的理沦和技术得到了迅 速发展1970 1980 出现高速数字电子计算机、大规模 集成电路、商

4、用卫星通信、程控数字 交换机、光纤通信系统、微处理机等 迅速发展；1980 超大规模集成电路、长波长光纤通信系统 广泛应用；综合业务数字网崛起。星星 通信、星地通信。主要传输方式及发展的趋势电缆，SSB/FDM，13200话路，6路电视微波中继，SSB/FDM，6000路，可敷设电缆无法到达的地方光纤通信，百万路以上/每纤芯卫星通信，国际卫星组织数十万条话路，80100洲际卫星用于远距离电视传送，技术：模拟，FDMA；移动通信，集有线、无线于一体，数字化、微型化。我国是最大的市场。一、通信系统的组成1、通信系统的基本认识 通信的目的是传送消息（信息）。消息不能直接传输，需要借助相应的设备变换为

5、适合通信信道传输的信号，所有完成信息变换及信息传输的设备的全体（有机组合）就构成了一个完整的通信系统。2、通信系统的组成 通信系统由信号源信号源、发送设备发送设备、信道信道、接收设备接收设备和受信者受信者组成，见图1。其中，噪声是信道或设备产生的一种随机信号，在任何通信系统中，不可避免。3、通信过程是一个随机过程。信号是随机信号。信号源发送设备信道接收设备受信者发送端噪声源接收端图1 通信系统的模型二、通信系统特征 1、模拟通信系统 模拟通信系统信号特征：信号连续。需要两种变换：a:连续消息原始电信号连续消息 b:原始电信号具有低频分量，不宜直接传输，需要调制变换，模拟通信系统特点：处理时间连

6、续信号，容易实现，主要缺点是易受干扰，对信道要求较高，难以实现大容量和超高速的信号传输。模拟通信系统组成：如图2。信号源调制器信道解调器受信者噪声源图2 模拟通信系统模型 带收发滤波器的模拟通信系统模型说明：模拟通信系统并非不能加密。几个基本概念：基带信号：原始电信号频带信号：基带信号经调制变换、成为已调信号载波：调制信号：相互关系：调制信号（基带信号）载波已调信号（频带信号）调制过程示意图基带信号载波信号已调信号(AM)信号调制过程数字通信系统2、数字通信系统数字信号的特征：信号取值离散数字通信系统的特点：1）抗干扰能力强；2）便于加密；3）便于纠错；4）能运用现代数字信号处理技术；5）可综

7、合传递各种消息，通信系统功能增强。数字通信系统组成：见图3。数字复接信息源加密器编码器调制器信道解调器译码器解密器受信者信息源基带信号形成器 信道接收滤波器受信者噪声源图3 数字通信系统模型噪声源发端同步收端同步数字分接数字通信的特殊问题（1）差错控制通过编码实现，因而发送端需要编码器，接收端需要解码器；（2）需要保密时，发送端需加密，接收端则需要解密；（3）发送端按节拍传送数字信号单元（码元），接收端须按同样节拍接收，即要求严格“同步”。同步：有两种同步，“码元同步”或“位同步”；“码组同步”或“群同步”、“帧同步”。三、通信系统分类分类方法：1、按消息物理特征分类，可分：电报通信系统；电话

8、通信系统；数据通信系统；图象通信系统等。2、按调制方式分类，有基带传输；频带传输。3、按信号特征分类，有模拟通信系统和数字通信系统。4、按传输介质分，可分为有线和无线通信系统。5、按信号复用方式分类，可分为：频分复用；时分复用；码分复用。通信方式点对点通信：单工通信，消息只能单向传输（遥测、遥控）；半双工通信，双方能收、发，但不能同时收发（对讲机等）；全双工通信，双方能同时收发（电话等）。数字通信中，还有串序传输并序传输。几种通信方式示意图，见图4。发端 信道 收端 （a）发端 收端 信道 发端 收端 （b）发端 发端 收端 收端 信道 信道（c）图4 通信方式示意图（a）单工通信 （b）半双

9、工通信 （c）全 双工通信 发送 设备 接收 设备101（a）发送设备发送设备（b）图5 串序与并序传输方式（a）串序通信 （b）并序传输四、信息及其度量 通信的目的在于传递信息。信息可理解为消息中有意义的内容。不同形式的消息，可以包含相同的信息。消息多种多样，而度量信息量的方法，应对任何消息适用，和消息种类无关。消息中所含信息量的多少，和消息描述的事件发生的概率p(x)有关，事件出现的概率越大，包含的信息量I越少，反之，事件出现的概率越小，所含信息量则越大。即 II(p(x)信息量表示 由 n个独立事件构成的联合事件X对应的信息量I(X)应为n个单个事件信息量的和，即而联合事件对应的概率为只

10、有对数函数可以满足上述关系，因此，若设事件X发生的概率为p(x)，则对应的信息量为哈特莱提出：信息量的单位若传送M进制波形，且M=2k，则I=k(bit)。即对数的底a=2时，单位为比特（bit）；对数的底a=e时，单位为奈特（nit）对数的底a=10时，单位为哈特莱。定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为1，单位为“比特”采用离散信源的平均信息量计算，即消息很长时，计算麻烦！上式称为信源的熵！对于一串符号构成的消息，设有N个符号，每个符号出现n次，则有式中，P(xi)为第i个符号出现的概率。五、通信系统的性能指标1、影响性能指标的因素 有效性（消息传输速度）、可靠性（通信质量）、适应性

11、、标准性、经济性及维护使用等。2、模拟通信系统的性能传输速度。主要决定于消息所含的信息量和对连续消息（信息源）的处理。消息传输速度可用单位时间内传送的信息量衡量。均方误差，衡量发送的模拟信号与接收端 恢复的模拟信号之间的误差程度。误差由传输过程中叠加在信号上的噪声和信道传输特性不理想产生。信噪比S/N3、数字通信系统的性能传输速率（1）码元传输速率或传码率，定义为单位时间内传送码元的数目，单位为“波特”。（2）信息传送速率或传信率，定义为每秒时间内传送的信息量。单位为“比特”。在二进制情形，码元速率和信息速率在数值上相等。差错率（1）误码率：错误接收的码元占传送总码元数的比例；（2）误信率：错误接收信息量占发送总信息量的比例。二进制和多进制数据传输率的关系 设二进制和多进制的码元速率分别为：RB2RBN，则Rb表示信息速率。对于N进制，其信息速率和码元速率的关系为电平信号码元的图示说明1、理解不同进制间码元速率和信息速率 之间的关系；2、多进制的码元速率和信息速率之间的 关系。注意点对点通信多路点对点通信复用技术网络通信本章学习要点1、通信系统图中各框图的意义及作用；2、数字通信与模拟通信的异同；3、通信的基本概念；信息量的概念；4、本章末的全部思考题；5、习题2，3，4，6，8，9。