现代通信原理概述精品文稿.ppt
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1、现代通信原理概述第1页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院课程描述课程描述从古到今,人类的社会活动总离不开消息的传递从古到今,人类的社会活动总离不开消息的传递和交换,和交换,古代的消息树、烽火台和驿马传令,古代的消息树、烽火台和驿马传令,以及现代社会的文字、以及现代社会的文字、书信、电报、电话、广书信、电报、电话、广播、电视、遥控、遥测等,这些都是消息传递的播、电视、遥控、遥测等,这些都是消息传递的方式或信息交流的手段。人们可以用语言、文字、方式或信息交流的手段。人们可以用语言、文字、数据或图像等不同的形式来表达信息。但是这些数据或图像等不同的形式来表达信息。但是这些语言、文字、语言、文字
2、、数据或图像本身不是信息而是消数据或图像本身不是信息而是消息,信息是消息中所包含的人们原来不知而待知息,信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。因此,通信的根本目的在于传输含有信的内容。因此,通信的根本目的在于传输含有信息的消息,否则,就失去了通信的意义。基于这息的消息,否则,就失去了通信的意义。基于这种认识,种认识,“通信通信”也就是也就是“信息传输信息传输”或或“消息传消息传输输”。第2页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院课程描述课程描述 实实现现通通信信的的方方式式很很多多,随随着着社社会会的的需需求求、生生产产力力的的发发展展和和科科学学技技术术的的进进步步,目目前前的的通
3、通信信越越来来越越依依赖赖利利用用“电电”来来传传递递消消息息的的电电通通信信方方式式。由由于于电电通通信信迅迅速速、准准确确、可可靠靠且且不不受受时时间间、地地点点、距距离离的的限限制制,因因而而近近百百年年来来得得到到了了迅迅速速的的发发展展和和广广泛泛的的应应用用。当当今今,在在自自然然科科学学领领域域涉涉及及“通通信信”这这一一术术语语时时,一一般般均均是是指指“电电通通信信”。广广义义来来讲讲,光光通通信信也也属属于于电电通通信信,因因为为光光也也是是一一种种电电磁磁波波。本本书书中中的的通信均指电通信。通信均指电通信。第3页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院通通信信是是一一个
4、个广广义义的的概概念念,涉涉及及包包括括雷雷达达、导导航航、遥遥控控遥遥测测等等军军用用尖尖端端技技术术和和包包括括数数字字电电话话、广广播播电电视视、综综合合信信息息网网、多多媒媒体体宽宽带带网网等等现现代代民民用用技技术术,通通信信在在过过去去分分为为模模拟拟通通信信和和数数字字通通信信两两个个方方面面来来研研究究。目目前前,随随着着数数字字技技术术和和计计算算机机技技术术日日新新月月异异的的发发展展,数数字字通通信信方方式式在在许许多多领领域域已已逐逐步步取取带带模模拟拟通通信信方方式式,成为通信的主流,也成为我们今天研究的重点。成为通信的主流,也成为我们今天研究的重点。通信系统的核心是
5、信号设计通信系统的核心是信号设计。本课程以通信技术的。本课程以通信技术的发展、演变为线索,从模拟到数字,由浅入深,发展、演变为线索,从模拟到数字,由浅入深,力求把握通信信号设计的发展脉络和指导思想,力求把握通信信号设计的发展脉络和指导思想,用工程数学提供的方法准确表达和推导了通信信用工程数学提供的方法准确表达和推导了通信信号和通信系统。号和通信系统。第4页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院第一章第一章 绪论绪论v现代通信与信息社会现代通信与信息社会 :克服距离障碍,迅速、准确传递:克服距离障碍,迅速、准确传递 信息,通信发展经历了五个阶段,其标志性事件分别是:信息,通信发展经历了五个阶段
6、,其标志性事件分别是:1 1、语言的产生,使人类有了比较完整的表达和交流形式。、语言的产生,使人类有了比较完整的表达和交流形式。2 2、文字的产生,增大了交流的距离和流传的范围。、文字的产生,增大了交流的距离和流传的范围。3 3、印刷术的发明,使文明得以保存,世代相传,信息得以扩、印刷术的发明,使文明得以保存,世代相传,信息得以扩 张。张。4 4、电报、电话、无线电等技术的发展,形成了通信理论和技、电报、电话、无线电等技术的发展,形成了通信理论和技 术,形成了现代的通信产业。术,形成了现代的通信产业。5 5、计算机技术、多媒体技术、有线及无线网络技术的发展,使、计算机技术、多媒体技术、有线及无
7、线网络技术的发展,使 信息交流达到了一个新的高度。信息交流达到了一个新的高度。第5页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院1.1 1.1 通信系统的组成通信系统的组成v信息化社会:通信信息技术服务行业在上世纪末已信息化社会:通信信息技术服务行业在上世纪末已成为世界上最大的产业。成为世界上最大的产业。v电话普及率(台电话普及率(台/100/100人)人)20062006年底,我国固定电话普及率和移动电话普及率年底,我国固定电话普及率和移动电话普及率分别达到分别达到61.461.4部部/百人和百人和35.335.3部部/百人。百人。我国我国电话电话用户总数突破用户总数突破8 8亿户,亿户,移动电
8、话移动电话用户总数突用户总数突破破4.64.6亿户。亿户。第6页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院q发展趋势A、宽带化:单膜光纤 WDM(波分复用)DWDM(密集波分复用)参鉺放大器 全光网 C波段 KU波段 KA波段 多波束天线 QPSK MSK QAM FDMA TDMA CDMA SDMAB、综合化:语音、图像、数据等多业务。C、个人化:网络化、个人信息编码、数据移动通信、卫星移动通信。第7页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院二二.通信系统模型通信系统模型信源发送设备传输媒介接收设备信宿噪声源1、点对点通信系统的一般模型 第8页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院信源:信
9、息的发出者信源:信息的发出者发送设备:匹配信源与传输媒介,调制,功率放大。发送设备:匹配信源与传输媒介,调制,功率放大。噪声源:信号传输时所受的干扰。噪声源:信号传输时所受的干扰。接收设备:完成发送设备的反变换,小信号放大、解调。接收设备:完成发送设备的反变换,小信号放大、解调。信宿:消息的接收者信宿:消息的接收者信道:信号传输媒介信道:信号传输媒介信息速率信息速率自信息量自信息量I(aI(ai i)=log)=log2 21/p(ai)1/p(ai),单位为比特;一个二进制码元包含的单位为比特;一个二进制码元包含的信息量为信息量为1 1比特。设一个英文打字机总共能产生比特。设一个英文打字机总
10、共能产生3232种离散符号,则需要种离散符号,则需要5 5位二进制数字来表示。设此打字机每秒能产生位二进制数字来表示。设此打字机每秒能产生1010个符号个符号,那么作一个离散那么作一个离散信源来说信源来说,它产生的二进制信息速率为它产生的二进制信息速率为5050比特比特/秒。秒。第9页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院信源信源编码信道编码调制传 输 媒介信源译码信宿信道译码解调噪声干扰2、模拟通信系统(模拟通信系统如图中虚线外的部分)第10页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院基带信号:没有经过高频调制的信号。比如语音、基带信号:没有经过高频调制的信号。比如语音、图像、数据。有时也指
11、经过信源编或时分复用的图像、数据。有时也指经过信源编或时分复用的信号,频率较低。信号,频率较低。基带传输:基带信号不经过调制直接直接传输。基带传输:基带信号不经过调制直接直接传输。调制:为了有效传输,在发射机将基带信号调制到调制:为了有效传输,在发射机将基带信号调制到较高频率进行发送称为调制。较高频率进行发送称为调制。解调:接收端从高频中取出基带的过程称为解调。解调:接收端从高频中取出基带的过程称为解调。是调制的逆过程是调制的逆过程第11页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院3.3.数字通信系统数字通信系统信源信源编码信道编码调制传输媒介信源译码信宿信道译码解调噪声干扰第12页,本讲稿共5
12、3页西南科技大学信息工程学院信源编码:模拟信号要通过数字信道传输,首先要信源编码:模拟信号要通过数字信道传输,首先要进行数字化处理,包括采样、量化、编码、压缩等。进行数字化处理,包括采样、量化、编码、压缩等。信源编码保证了信号能否进入有一定条件限制的数信源编码保证了信号能否进入有一定条件限制的数字信道里。字信道里。信道编码:为了在数字信道里有一定的传输质量,信道编码:为了在数字信道里有一定的传输质量,还要进行信道编码,包括加扰编码、纠错编码和多还要进行信道编码,包括加扰编码、纠错编码和多址编码等。址编码等。信源解码:信源编码的逆过程。信源解码:信源编码的逆过程。信道解码:信道编码的逆过程。信道
13、解码:信道编码的逆过程。第13页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院4.4.数字通信系统的优越性数字通信系统的优越性(1)(1)抗干扰能力强抗干扰能力强 数字信号可多次再生,噪声不会累积。数字信号可多次再生,噪声不会累积。可以自动检错、纠错。可以自动检错、纠错。(2)(2)具有良好的灵活性和通用性具有良好的灵活性和通用性(3)(3)便于加密。便于加密。例例:待传送数字序列待传送数字序列X X,密码数字序列,密码数字序列Y Y。加密后数字序列加密后数字序列 Z=XY-Z=XY-模模2 2加加 解密后解密后 ZY=XYY=X ZY=XYY=X (4)(4)数字通信设备易于大规模集成数字通信设备
14、易于大规模集成第14页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院1.2 1.2 通信系统的分类通信系统的分类 一一.按消息的物理特征分类按消息的物理特征分类 电报通信系统电报通信系统 电话通信系统电话通信系统 数据通信系统数据通信系统 多媒体通信系统多媒体通信系统第15页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院二二.按调制方式分类按调制方式分类 (1)(1)基带传输基带传输-直接传输基带信号。直接传输基带信号。(2)(2)调制传输调制传输-将基带信号调制到载波后传输。将基带信号调制到载波后传输。将消息变换为便于传送的形式将消息变换为便于传送的形式 例例1:1:天线长度天线长度工作波长工作波长/4
15、(=c/f)/4(=c/f),如果用低频传输,天线尺寸太大。如果用低频传输,天线尺寸太大。例例2 2:放大器的相对带宽决定了低频传输:放大器的相对带宽决定了低频传输的有效带宽不足。的有效带宽不足。可实现频分复用可实现频分复用 可改善通信系统的性能:抗低频干扰。可改善通信系统的性能:抗低频干扰。第16页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院调制时消息携带在正弦波或脉冲序列的参量上调制时消息携带在正弦波或脉冲序列的参量上,这些这些正弦波或脉冲序列就称为载波;正弦波或脉冲序列就称为载波;调制就是基带信号控制载波的某些参数按照基带信号调制就是基带信号控制载波的某些参数按照基带信号的变化规律而变化。如
16、:某已调信号的变化规律而变化。如:某已调信号s(t)=Acos(t+)s(t)=Acos(t+)根据载波的不同根据载波的不同,有:,有:第17页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院调制方式用途连连续续波波调调制制线性调制常规双边带调副AM广播抑制载波双边带调幅DSB立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边带调幅VSB广播电视、数传、传真非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式数字调制幅度键控ASK数据传输频率键控FSK数据传输相位键控PSK、DPSK、QPSK数据传输、数字微波、空间通信其它高效数字调制QAM、MSK数字微波、空间通信脉脉冲冲调
17、调制制脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式脉位调制PPM遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM市话、空间通信增量调制DM、CVSD、DVSD军用电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码其它方式ADPCM、APC、LPC中低速数字电话第18页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院三三.按传输信号的特征按传输信号的特征 模拟通信系统模拟通信系统:传送在时间和幅度特性上都连续传送在时间和幅度特性上都连续变化的消息。变化的消息。数字通信系统数字通信系统:传送在时间和幅度特性上都经传送在时间和幅度特性上都经过离散的消息。过离散的消息。第19页,本讲稿共5
18、3页西南科技大学信息工程学院四四.按通信方式不同按通信方式不同 单工通信单工通信:通信双方单向传递信息。通信双方单向传递信息。双工通信双工通信:通信双方同时双向传递信息。通信双方同时双向传递信息。半双工通信半双工通信:通信双方双向传递信息但不同时。通信双方双向传递信息但不同时。图图 1 1 单工、单工、半双工和全双工通信方式示意图半双工和全双工通信方式示意图 (a)(a)单工;单工;(b)(b)半双工;半双工;(c)(c)全双工全双工第20页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院五五.按传送信号的复用方式按传送信号的复用方式 频分复用频分复用:不同信号占用不同的频率范围。不同信号占用不同的频
19、率范围。时分复用时分复用:不同信号占用不同的时间区间。不同信号占用不同的时间区间。码分复用码分复用:用正交的脉冲序列携带不同信号。用正交的脉冲序列携带不同信号。第21页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院六六.按传输媒介类型按传输媒介类型有线通信:双绞线、双平行线、同轴电缆、微带、波有线通信:双绞线、双平行线、同轴电缆、微带、波导、多芯铜线、光缆等。导、多芯铜线、光缆等。无线通信:卫星通信、移动通信、微波通信、雷无线通信:卫星通信、移动通信、微波通信、雷达、声纳、遥控遥测、无线定位、无线接入等。达、声纳、遥控遥测、无线定位、无线接入等。第22页,本讲稿共53页西南科技大学信息工程学院频率范
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