现代通信原理01概述复习过程.ppt
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1、通信原理现代通信原理01概述通信原理通通信信是是一一个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,成成为为通通信信的的主主流,也成为我们今天研究
2、的重点。流,也成为我们今天研究的重点。通信系统的核心是信号设计通信系统的核心是信号设计。本课程以通信技。本课程以通信技术的发展、演变为线索,从模拟到数字,由浅术的发展、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入深,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思想,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。导了通信信号和通信系统。西南科技大学信息工程学院通信原理第一章第一章 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
3、事件分别是:信息,通信发展经历了五个阶段,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
4、展,、计算机技术、多媒体技术、有线及无线网络技术的发展,使使 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。西南科技大学信息工程学院通信原理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。末已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年底,我国固定电话普及率和移动电话普及率分别达到率分别达到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
5、破8 8亿户,亿户,移动电话移动电话用户总用户总数突破数突破4.64.6亿户。亿户。西南科技大学信息工程学院通信原理q发展趋势发展趋势A A、宽宽带带化化:单单膜膜光光纤纤 WDMWDM(波波分分复复用用)DWDMDWDM(密集波分复用)(密集波分复用)参鉺放大器参鉺放大器 全光网全光网 C C波段波段 KUKU波段波段 KAKA波段波段 多波束天线多波束天线 QPSK MSK QAMQPSK MSK QAM FDMA TDMA CDMA SDMA FDMA TDMA CDMA SDMAB B、综合化:语音、图像、数据等多业务。、综合化:语音、图像、数据等多业务。C C、个人化:网络化、个人信
6、息编码、数据移、个人化:网络化、个人信息编码、数据移动通信、卫星移动通信。动通信、卫星移动通信。西南科技大学信息工程学院通信原理二二.通信系统模型通信系统模型信源信源发送设备发送设备传输媒介传输媒介接收设备接收设备信宿信宿噪声源噪声源1 1、点对点通信系统的一般模型、点对点通信系统的一般模型 西南科技大学信息工程学院通信原理信源:信息的发出者信源: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
7、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;一个二进制码单位为比特;一个二进制码元包含的信息量为元包含的信息量为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共能产生3232种种离散符号,则需要离散符号,则需要5 5位二进制数字来表示。设此打字机每秒能位二进制数字来表示。设此打字机每秒能产生产生1010个符号个符号,那么作一个离散信源来说那么作一个离散信源来说,它产生的二进制信它产生的二进制信息速率为息速率为5050比特
8、比特/秒。秒。西南科技大学信息工程学院通信原理信源信源信源编码信源编码信道编码信道编码调制调制传传 输输 媒媒介介信源译码信源译码信宿信宿信道译码信道译码解调解调噪声干扰噪声干扰2 2、模拟通信系统、模拟通信系统(模拟通信系统如图中虚线外的部分)(模拟通信系统如图中虚线外的部分)西南科技大学信息工程学院通信原理基带信号:没有经过高频调制的信号。比如语基带信号:没有经过高频调制的信号。比如语音、图像、数据。有时也指经过信源编或时分音、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。复用的信号,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。
9、调制:为了有效传输,在发射机将基带信号调调制: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。制到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。是调制的逆过程调。是调制的逆过程西南科技大学信息工程学院通信原理3.3.数字通信系统数字通信系统信源信源信源编码信源编码信道编码信道编码调制调制传传输输媒媒介介信源译码信源译码信宿信宿信道译码信道译码解调解调噪声干扰噪声干扰西南科技大学信息工程学院通信原理信源编码:模拟信号要通过数字信道传输,首信源编码: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
10、、先要进行数字化处理,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字信道里。条件限制的数字信道里。信道编码:为了在数字信道里有一定的传输质信道编码: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、纠错量,还要进行信道编码,包括加扰编码、纠错编码和多址编码等。编码和多址编码等。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。信道解码:信道编码的逆过程。西南科技大学信息工程学院通信原理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
11、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=XZY=XYY=X (4)(4)数字通信设备易于大规模集成数字通信设备易于大规模集成西南科技大学信息工程学院通信原理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
12、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西南科技大学信息工程学院通信原理二二.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/4/4(=c/f)(=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:放大器的相对带宽决定了低频传输的有效带宽不足。输的有效带宽不足。
13、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。西南科技大学信息工程学院通信原理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,这些正弦波或脉冲序列就称为载波;这些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:某已调信号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:西南科技大学信息工程学院通信原理调制方式用途连连续续波波调调制制线性调制常规
14、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
15、编码其它方式ADPCM、APC、LPC中低速数字电话西南科技大学信息工程学院通信原理三三.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传送在时间和幅度特性上都连续变化的消息。都连续变化的消息。数字通信系统数字通信系统:传送在时间和幅度特性上传送在时间和幅度特性上都经过离散的消息。都经过离散的消息。西南科技大学信息工程学院通信原理四四.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
16、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)全双工全双工西南科技大学信息工程学院通信原理五五.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。西南科技大学信息工程学院通信原理六六.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、微有线通信:
17、双绞线、双平行线、同轴电缆、微带、波导、多芯铜线、光缆等。带、波导、多芯铜线、光缆等。无线通信:卫星通信、移动通信、微波通信、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、无线接入雷达、声纳、遥控遥测、无线定位、无线接入等。等。西南科技大学信息工程学院通信原理频率范围波长符号媒介用途3Hz-30 KHz108-104m甚低频VLF有线线对、长波音频、电话30KHz-300 KHz104-103m低频LF有线线对、长波导航信标300 KHz-3MHz103-102m中频MF同轴电缆、中波调幅中波广播3 MHz-30 MHz102-10m高频HF同轴电缆、短波调幅短波广播
18、30MHz-300MHz10-1m甚高频VHF同轴电缆、米波电视、调频广播、空中管制、机场导航300 MHz-3GHz100-10cm特高频UHF同轴电缆、微带、波导、分米波电视、移动通信、微波接力、警戒雷达3 GHz-30 GHz10-1cm超高频SHF波导、厘米波通信卫星、制导雷达、炮瞄雷达30GHz-300 GHz10-1mm极高频EHF波导、毫米波近距离高精度雷达、射电天文105-107 GHz3*10(-4)-3*10(-6)cm光波段光纤、激光空间传播光通信西南科技大学信息工程学院通信原理信道的定义及分类狭义信道:传输媒介。狭义信道:传输媒介。调调制制信信道道:包包括括传传输输媒媒
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