信息與通信現(xiàn)在通信原理序論

1、 本課程通過講述通信基本模型、通信信道、本課程通過講述通信基本模型、通信信道、 模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字 頻帶傳輸系統(tǒng)等內(nèi)容，使學(xué)生了解各種通頻帶傳輸系統(tǒng)等內(nèi)容，使學(xué)生了解各種通 信系統(tǒng)的基本組成，掌握通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)信系統(tǒng)的基本組成，掌握通信系統(tǒng)的基礎(chǔ) 理論和工作原理。希望學(xué)生通過學(xué)習(xí)，具理論和工作原理。希望學(xué)生通過學(xué)習(xí)，具 有進行現(xiàn)代通信技術(shù)研究、開發(fā)和通信工有進行現(xiàn)代通信技術(shù)研究、開發(fā)和通信工 程設(shè)計等能力。本課程以講授數(shù)字通信為程設(shè)計等能力。本課程以講授數(shù)字通信為 主，并通過實踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實際操作主，并通過實踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實際操作 能

2、力。能力。 課程目的和任務(wù)課程目的和任務(wù) 1、序論、序論 2、模擬調(diào)制系統(tǒng)、模擬調(diào)制系統(tǒng) 3、數(shù)字基帶調(diào)制與傳輸、數(shù)字基帶調(diào)制與傳輸 4、數(shù)字頻帶調(diào)制、數(shù)字頻帶調(diào)制 5、信道復(fù)用、信道復(fù)用 6、編碼技術(shù)、編碼技術(shù) 7、最佳接收、最佳接收 8、同步原理、同步原理 課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容 現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理 （第（第3版）版） 第第1 1章章 序論序論 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：1 通信的概念及其發(fā)展簡史通信的概念及其發(fā)展簡史 通信、通信的方式、發(fā)展史 2 通信系統(tǒng)的基本概念通信系統(tǒng)的基本概念 信息、信號、通信系統(tǒng)的構(gòu)成和性能指標(biāo) 3 通信頻段的劃分通信頻段的劃分 4 現(xiàn)代通信的發(fā)展方向現(xiàn)代通信

3、的發(fā)展方向 這些基本概念是學(xué)習(xí)和理解現(xiàn)代通信原理這些基本概念是學(xué)習(xí)和理解現(xiàn)代通信原理 與技術(shù)的基礎(chǔ)與技術(shù)的基礎(chǔ)。 第第1章章 序論序論 1.1 通信的概念及其發(fā)展簡史通信的概念及其發(fā)展簡史 1.1.1 通信的定義通信的定義 1.一般地說，一般地說，通信通信(communication)是指不在同一地是指不在同一地 點的雙方或多方之間進行迅速有效的信息傳遞。點的雙方或多方之間進行迅速有效的信息傳遞。 2.各種各樣的通信方式中，利用電磁波或光波來傳各種各樣的通信方式中，利用電磁波或光波來傳 遞各種消息的通信方法就是我們通常所說的遞各種消息的通信方法就是我們通常所說的電信電信 (telecommun

4、ication)。（特點：信息傳遞迅速、。（特點：信息傳遞迅速、 準(zhǔn)確、可靠而且?guī)缀醪皇軙r間和空間距離限制）準(zhǔn)確、可靠而且?guī)缀醪皇軙r間和空間距離限制） 3.現(xiàn)代通信現(xiàn)代通信：利用光、電技術(shù)手段，借助光波或電磁：利用光、電技術(shù)手段，借助光波或電磁 波，實現(xiàn)從一地向另一地迅速而準(zhǔn)確的信息傳遞波，實現(xiàn)從一地向另一地迅速而準(zhǔn)確的信息傳遞 和交換。和交換。 通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分。通信已成為信息科學(xué)技術(shù)的一個重要組成部分。 1.1.2 通信的方式通信的方式 信號在信道中的傳輸方式從不同的角度考慮，可以有信號在信道中的傳輸方式從不同的角度考慮，可以有 許多種。許多種。 1.按照信息在信道

5、中的傳輸方向：按照信息在信道中的傳輸方向：單工單工通信、通信、半雙工半雙工 通信和通信和全雙工全雙工通信；通信； 2.按照通信雙方傳輸信息的路數(shù)：按照通信雙方傳輸信息的路數(shù)：串行串行通信和通信和并行并行通通 信；信； 3.按照信息在信道中傳輸?shù)目刂品绞剑喊凑招畔⒃谛诺乐袀鬏數(shù)目刂品绞剑和酵絺鬏敽蛡鬏敽彤惍?步步傳輸；傳輸； 4.根據(jù)信源、信宿之間不同的線路連接與信號交互方根據(jù)信源、信宿之間不同的線路連接與信號交互方 式：式：點到點點到點的通信、的通信、點到多點點到多點通信以及通信以及多點到多點多點到多點 的通信等等。的通信等等。 1.1.2.1 單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸單工傳輸、半

6、雙工傳輸和全雙工傳輸 如果通信僅在兩點之間進行，根據(jù)信號的傳輸方向如果通信僅在兩點之間進行，根據(jù)信號的傳輸方向 與時間的關(guān)系，信號的傳輸方式可分為單工傳輸、與時間的關(guān)系，信號的傳輸方式可分為單工傳輸、 半雙工傳輸和全雙工傳輸三類。半雙工傳輸和全雙工傳輸三類。 1 1單工傳輸單工傳輸 信號只能單方向傳送，在任何時候都不能進行反向信號只能單方向傳送，在任何時候都不能進行反向 傳輸?shù)耐ㄐ欧绞骄徒凶鰡喂鬏?，如圖傳輸?shù)耐ㄐ欧绞骄徒凶鰡喂鬏?，如圖11(a)11(a)所所 示。示。廣播、電視廣播、電視系統(tǒng)就是典型的單工傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)就是典型的單工傳輸系統(tǒng)。 2 2半雙工傳輸半雙工傳輸 半雙工傳輸方式中，信

7、號可以在兩個方向上傳輸，半雙工傳輸方式中，信號可以在兩個方向上傳輸， 但時間上不能重疊，即通信雙方不能同時既發(fā)送但時間上不能重疊，即通信雙方不能同時既發(fā)送 信號又接收信號而只能交替進行。即同一時間內(nèi)信號又接收信號而只能交替進行。即同一時間內(nèi) 一方不允許向兩個方向傳送，即只能有一個發(fā)送一方不允許向兩個方向傳送，即只能有一個發(fā)送 方，一個接收方，如方，一個接收方，如對講機對講機。這種方式使用的是。這種方式使用的是 雙向信道，如圖雙向信道，如圖11(b)11(b)所示。所示。 3 3全雙工傳輸全雙工傳輸 全雙工傳輸方式中，信號可以同時在兩個方向上全雙工傳輸方式中，信號可以同時在兩個方向上 傳輸，如圖

8、傳輸，如圖11(c)11(c)所示。這種方案使用的也是所示。這種方案使用的也是 雙向信道，這種通信方式使用最多。雙向信道，這種通信方式使用最多。 圖1.1 單工、半雙工、全雙工傳輸 1.1.2.2 串行傳輸和并行傳輸串行傳輸和并行傳輸 按照數(shù)字信息數(shù)據(jù)碼元在信道中傳遞時是一個一按照數(shù)字信息數(shù)據(jù)碼元在信道中傳遞時是一個一 個碼元依次傳送還是一次同時并列傳幾個碼元，個碼元依次傳送還是一次同時并列傳幾個碼元， 可將信號的傳輸方式分為串行和并行傳輸?？蓪⑿盘柕膫鬏敺绞椒譃榇泻筒⑿袀鬏敗?1串行傳輸串行傳輸 在串行傳輸中，數(shù)據(jù)流的各個碼元是一位接一位在串行傳輸中，數(shù)據(jù)流的各個碼元是一位接一位 地在一條

9、信道上傳輸?shù)模鐖D地在一條信道上傳輸?shù)?，如圖12(a)所示。對所示。對 采用這種通信方式的系統(tǒng)而言，采用這種通信方式的系統(tǒng)而言，同步同步極為重要，極為重要， 收發(fā)雙方必須要保持位同步和字同步，才能在接收發(fā)雙方必須要保持位同步和字同步，才能在接 收端正確恢復(fù)原始信息。收端正確恢復(fù)原始信息。 2并行傳輸并行傳輸 并行傳輸中，構(gòu)成一個編碼的所有碼元都并行傳輸中，構(gòu)成一個編碼的所有碼元都 是同時傳送的，碼組中的每一位都單獨使是同時傳送的，碼組中的每一位都單獨使 用一條通道，如圖用一條通道，如圖12(b)所示。并行傳輸所示。并行傳輸 通常用于現(xiàn)場通信或計算機與外設(shè)之間的通常用于現(xiàn)場通信或計算機與外設(shè)之間

10、的 數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸。 (P3) 圖12 串行傳輸和并行傳輸 1.1.2.3 同步傳輸和異步傳輸同步傳輸和異步傳輸 按照信息傳輸過程中，收、發(fā)兩端采取的不同同步原理，可將按照信息傳輸過程中，收、發(fā)兩端采取的不同同步原理，可將 信號的傳輸方式分為異步傳輸和同步傳輸兩類。信號的傳輸方式分為異步傳輸和同步傳輸兩類。 1異步傳輸：起止式傳輸異步傳輸：起止式傳輸 異步傳輸異步傳輸每次只傳送一個字符，用起始位和停止位來指示被傳每次只傳送一個字符，用起始位和停止位來指示被傳 輸字符的開始和結(jié)束。輸字符的開始和結(jié)束。 在異步傳輸中，字符的傳輸由起始位在異步傳輸中，字符的傳輸由起始位(如邏輯電平如邏輯電平1)

11、引導(dǎo)，占一引導(dǎo)，占一 位碼元時間。在每個傳送的信息碼之后加一個停止位位碼元時間。在每個傳送的信息碼之后加一個停止位(如邏輯電如邏輯電 平平0)，表示一個字符的結(jié)束，通常取停止位的寬度為，表示一個字符的結(jié)束，通常取停止位的寬度為1、1.5或或2 位碼元寬度，可根據(jù)不同的需要選擇。如圖位碼元寬度，可根據(jù)不同的需要選擇。如圖13所示。所示。 (P3) 同步傳輸同步傳輸不是以一個字符而是以一個數(shù)據(jù)塊為單位進行信不是以一個字符而是以一個數(shù)據(jù)塊為單位進行信 息傳輸?shù)?。為了使接收方能?zhǔn)確地確定每個數(shù)據(jù)塊的開始息傳輸?shù)?。為了使接收方能?zhǔn)確地確定每個數(shù)據(jù)塊的開始 和結(jié)束，需在數(shù)據(jù)塊的前面加上一個和結(jié)束，需在數(shù)據(jù)

12、塊的前面加上一個前文前文(preamble)，表，表 示傳輸數(shù)據(jù)塊的開始；在數(shù)據(jù)塊的后面再加上一個示傳輸數(shù)據(jù)塊的開始；在數(shù)據(jù)塊的后面再加上一個后文后文 （postamble）,表示數(shù)據(jù)塊的結(jié)束，這種加有前文和后文表示數(shù)據(jù)塊的結(jié)束，這種加有前文和后文 的一個數(shù)據(jù)塊稱為的一個數(shù)據(jù)塊稱為一幀一幀(frame)。 2同步傳輸同步傳輸 1.1.2.4 兩點間直通傳輸、分支傳輸和交換傳輸兩點間直通傳輸、分支傳輸和交換傳輸 按照信息在通信網(wǎng)中的傳遞方式，可以將信息傳輸方式分為按照信息在通信網(wǎng)中的傳遞方式，可以將信息傳輸方式分為 兩點間直通傳輸、分支傳輸和交換傳輸三種，如圖兩點間直通傳輸、分支傳輸和交換傳輸三

13、種，如圖1-5所示。所示。 直通方式直通方式是通信網(wǎng)中最簡單的一種形式，終端是通信網(wǎng)中最簡單的一種形式，終端A與終端與終端B之之 間的線路是專用的，可以直接進行信息交流。間的線路是專用的，可以直接進行信息交流。 分支方式分支方式中，它的每一個終端中，它的每一個終端(如如A、B、C、N等等)經(jīng)過經(jīng)過 同一個信道與轉(zhuǎn)接站相互連接，各終端之間不能直通信息，同一個信道與轉(zhuǎn)接站相互連接，各終端之間不能直通信息， 而必須經(jīng)過轉(zhuǎn)接站轉(zhuǎn)接，此種方式只在數(shù)字通信系統(tǒng)中出現(xiàn)。而必須經(jīng)過轉(zhuǎn)接站轉(zhuǎn)接，此種方式只在數(shù)字通信系統(tǒng)中出現(xiàn)。 交換方式交換方式是終端之間通過交換設(shè)備靈活地進行線路交換的一是終端之間通過交換設(shè)備靈

14、活地進行線路交換的一 種通信方式，既可以把要求通信的兩個終端之間的線路（自種通信方式，既可以把要求通信的兩個終端之間的線路（自 動）接通，也可以通過程序控制，先把發(fā)來的消息貯存起來，動）接通，也可以通過程序控制，先把發(fā)來的消息貯存起來， 然后再轉(zhuǎn)發(fā)至收方。這種消息轉(zhuǎn)發(fā)可以是實時的，也可是延然后再轉(zhuǎn)發(fā)至收方。這種消息轉(zhuǎn)發(fā)可以是實時的，也可是延 時的。時的。 分支方式及交換方式均屬于網(wǎng)絡(luò)通信的范疇分支方式及交換方式均屬于網(wǎng)絡(luò)通信的范疇。和點到點的直和點到點的直 通方式相比，這兩種網(wǎng)絡(luò)通信方式既存在信息控制問題，也通方式相比，這兩種網(wǎng)絡(luò)通信方式既存在信息控制問題，也 有網(wǎng)同步的問題。有網(wǎng)同步的問題。

15、 1.1.3 通信發(fā)展史 人類自存在以來，為了生存從未停止過勞動和斗爭，而這一過 程是必須要進行思想交流和信息傳遞的。所以說，有人類就有 通信。最初人類利用表情和動作進行信息交換，這就是最原始 的通信。在漫長的生活和勞動進化中，人類創(chuàng)造了語言和文字， 進而用它們進行消息的傳遞，并一直沿用至今。 在電信號出現(xiàn)之前，人們還創(chuàng)造了許多種消息傳遞的方式，如 古代的烽火臺、金鼓、旌旗，航行用的信號燈等等。 從從1800年年伏打伏打(Votta)發(fā)明電源電源以來，人們就開始努力試圖利用 電來進行通信了。 1837年，莫爾斯(Morse)發(fā)明有線電報有線電報。 1876年，貝爾(A.G.Bell)利用電磁感

16、應(yīng)原理發(fā)明了電話機電話機 1864年，麥克斯韋(Maxwell)預(yù)言了電磁波輻射電磁波輻射的存在， 1887年，赫茲(Hertz)通過實驗加以證實， 20世紀(jì)初，出現(xiàn)了用消息的電信號去控制高頻正弦信號的振幅 的調(diào)制調(diào)制方式 1936年，頻率調(diào)制FM技術(shù)技術(shù)出現(xiàn)了。 從1928年奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)定理被提出 1937年瑞維斯(A.H.Reeves)發(fā)明PCM(脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制)通信。 1948年晶體管晶體管出現(xiàn) 貝爾實驗室才于1950年試制出第一臺實用第一臺實用PCM設(shè)備設(shè)備 l955年皮爾斯(Pierce)提出了衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信的設(shè)想。 1960年，人類歷史上第一顆通信

17、衛(wèi)星第一顆通信衛(wèi)星(TELSTAR)發(fā)射成功 20世紀(jì)60年代，出現(xiàn)了電纜電視、激光通信、雷達、計算機網(wǎng)絡(luò) 和數(shù)字技術(shù)，光電處理技術(shù)光電處理技術(shù)和射電天文學(xué)射電天文學(xué)飛速發(fā)展。 20世紀(jì)70年代，大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路、商用衛(wèi)星通信、程控數(shù)字交換 機、光纖通信、微處理機迅猛發(fā)展。 20世紀(jì)80年代，超大規(guī)模集成電超大規(guī)模集成電路路、移動通信、光纖通信得到廣 泛應(yīng)用，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)迅速掘起。 1990年以后，衛(wèi)星通信、移動通信和光纖通信進一步飛速發(fā)展， 高清晰彩色數(shù)字電視技術(shù)不斷成熟，全球定位系統(tǒng)（GPS）得到 廣泛應(yīng)用。 1.2 通信系統(tǒng)的基本概念通信系統(tǒng)的基本概念 1.2.1 信息、信

18、號及分類信息、信號及分類 消息消息由信源產(chǎn)生，它具有與信源相應(yīng)的特征及屬性，由信源產(chǎn)生，它具有與信源相應(yīng)的特征及屬性， 常見的消息有語音、文字、數(shù)據(jù)和圖像消息等。常見的消息有語音、文字、數(shù)據(jù)和圖像消息等。 信息信息是抽象的消息一般是用數(shù)據(jù)來表示的。表示信是抽象的消息一般是用數(shù)據(jù)來表示的。表示信 息的數(shù)據(jù)通常都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q和處理，變成適息的數(shù)據(jù)通常都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q和處理，變成適 合在信道上傳輸?shù)男盘枺娀蚬庑盘枺┎趴梢詡鬏敗：显谛诺郎蟼鬏數(shù)男盘枺娀蚬庑盘枺┎趴梢詡鬏敗?信號信號是信息的一種電磁表示方法（是消息的載荷是信息的一種電磁表示方法（是消息的載荷 體），體）， 它利用某種可以被感知

19、的物理參量它利用某種可以被感知的物理參量如電如電 壓、電流、光波強度或頻率等來攜帶信息，即信號壓、電流、光波強度或頻率等來攜帶信息，即信號 是信息的載體。是信息的載體。 信號信號，可以分為模擬信號和數(shù)字信號。，可以分為模擬信號和數(shù)字信號。 模擬信號模擬信號就是因變量完全連續(xù)地隨信息的變化而變就是因變量完全連續(xù)地隨信息的變化而變 化的信號，其自變量化的信號，其自變量（時間）可以是連續(xù)的，也可（時間）可以是連續(xù)的，也可 以是離散的以是離散的，但因變量，但因變量（幅度）一定是連續(xù)的（幅度）一定是連續(xù)的。模。模 擬信號的特點是信號的強度擬信號的特點是信號的強度(如電壓或電流如電壓或電流)取值隨時取值隨

20、時 間而發(fā)生連續(xù)的變化，間而發(fā)生連續(xù)的變化， 數(shù)字信號數(shù)字信號是指信號的因變量和自變量取值都是離散是指信號的因變量和自變量取值都是離散 的信號。由于因變量離散取值，其狀態(tài)數(shù)量即強度的信號。由于因變量離散取值，其狀態(tài)數(shù)量即強度 的取值個數(shù)必然有限，故通常又把數(shù)字信號叫做的取值個數(shù)必然有限，故通常又把數(shù)字信號叫做離離 散信號散信號. 由于模擬信號與數(shù)字信號物理特性不同由于模擬信號與數(shù)字信號物理特性不同,它它 們對信號傳輸通路的要求及其各自的信號們對信號傳輸通路的要求及其各自的信號 傳輸處理過程也各不相同，但二者之間在傳輸處理過程也各不相同，但二者之間在 一定條件下它們也可以相互轉(zhuǎn)化。一定條件下它們

21、也可以相互轉(zhuǎn)化。 模擬信號可以通過抽樣、編碼等處理過程模擬信號可以通過抽樣、編碼等處理過程 變成數(shù)字信號，而數(shù)字信號也可以通過解變成數(shù)字信號，而數(shù)字信號也可以通過解 碼、平滑做為模擬信號輸出。碼、平滑做為模擬信號輸出。 1.2.2 通信系統(tǒng)的構(gòu)成通信系統(tǒng)的構(gòu)成 1.2.2.1 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型 盡管通信系統(tǒng)種類繁多、形式各異，但其實質(zhì)都盡管通信系統(tǒng)種類繁多、形式各異，但其實質(zhì)都 是完成從一地到另一地的信息傳遞或交換。因此，是完成從一地到另一地的信息傳遞或交換。因此， 可以把通信系統(tǒng)概括為一個統(tǒng)一的模型，如圖可以把通信系統(tǒng)概括為一個統(tǒng)一的模型，如圖 17所示。所示。 圖圖1-7 通信系統(tǒng)

22、的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 1.2.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng) 。圖圖18所示是所示是模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型。圖中的送話器和。圖中的送話器和 受話器相當(dāng)于變換器和反變換器，分別完成語音受話器相當(dāng)于變換器和反變換器，分別完成語音/電信電信 號和電信號號和電信號/語音的轉(zhuǎn)換，使通話雙方的話音信號得以語音的轉(zhuǎn)換，使通話雙方的話音信號得以 以電信號的形式傳送，不再受到距離的約束和限制。以電信號的形式傳送，不再受到距離的約束和限制。 圖圖1-8 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型 （優(yōu)缺點）（優(yōu)缺點） 1.2.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng) 圖圖19所示就是根據(jù)數(shù)字電話傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)畫

23、出所示就是根據(jù)數(shù)字電話傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)畫出 的的數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型。 圖圖1-9 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信主要有以下數(shù)字通信主要有以下優(yōu)點優(yōu)點： 1.抗干擾能力強?？垢蓴_能力強。 2.可靠性高。可靠性高。 3.可以使用計算機進行信號處理。可以使用計算機進行信號處理。 4.數(shù)字通信保密性強。數(shù)字通信保密性強。 5.易于集成化，體積小、重量輕、可靠性強。易于集成化，體積小、重量輕、可靠性強。 數(shù)字通信最突出的數(shù)字通信最突出的缺點缺點：是占用頻帶寬。：是占用頻帶寬。 1.2.3 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 通信系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)性能指標(biāo)是衡量一個

24、通信系統(tǒng)好壞與否的是衡量一個通信系統(tǒng)好壞與否的 標(biāo)準(zhǔn)。通信系統(tǒng)的性能主要應(yīng)從信息傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。通信系統(tǒng)的性能主要應(yīng)從信息傳輸?shù)挠行杂行院秃?可靠性可靠性兩方面來考慮。兩方面來考慮。 1.2.3.1 有效性有效性 有效性有效性是指信息傳輸?shù)男蕟栴}，即衡量一個系統(tǒng)傳是指信息傳輸?shù)男蕟栴}，即衡量一個系統(tǒng)傳 輸信息的多少和快慢。輸信息的多少和快慢。 可靠性可靠性則是指系統(tǒng)接收信息的準(zhǔn)確程度。則是指系統(tǒng)接收信息的準(zhǔn)確程度。 在在模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)中，有效性一般用系統(tǒng)的中，有效性一般用系統(tǒng)的有效傳輸頻有效傳輸頻 帶帶來表示。來表示。 在在數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)中，一般用信息中，一般用信息傳輸

25、速率傳輸速率來衡量有效來衡量有效 性。性。 傳碼率傳碼率RB：碼元速率，每秒傳送的碼元個數(shù)，單碼元速率，每秒傳送的碼元個數(shù)，單 位波特（位波特（B） 傳信率傳信率Rb：信息速率，每秒傳送的信息量，單位：信息速率，每秒傳送的信息量，單位 比特比特/秒（秒（b/s） 比較兩個通信系統(tǒng)的有效性時，有的情況下單看比較兩個通信系統(tǒng)的有效性時，有的情況下單看 傳輸速率是不夠的，因為兩個傳輸速率相同的系傳輸速率是不夠的，因為兩個傳輸速率相同的系 統(tǒng)可能具有不同的頻帶寬度，這時，帶寬窄的系統(tǒng)可能具有不同的頻帶寬度，這時，帶寬窄的系 統(tǒng)有效性顯然應(yīng)該更高一些。統(tǒng)有效性顯然應(yīng)該更高一些。 所以，衡量有效性更全面的

26、指標(biāo)應(yīng)是系統(tǒng)的所以，衡量有效性更全面的指標(biāo)應(yīng)是系統(tǒng)的頻帶頻帶 利用率利用率，即系統(tǒng)在單位時間、單位頻帶上傳輸?shù)?，即系統(tǒng)在單位時間、單位頻帶上傳輸?shù)?信息量，它的單位是比特信息量，它的單位是比特/秒秒/赫茲。赫茲。 可靠性可靠性是關(guān)于消息傳輸質(zhì)量的指標(biāo)，它衡量是關(guān)于消息傳輸質(zhì)量的指標(biāo)，它衡量 收、發(fā)信息之間的相似程度，取決于系統(tǒng)的收、發(fā)信息之間的相似程度，取決于系統(tǒng)的 抗干擾能力?？垢蓴_能力。 模擬通信模擬通信中，可靠性通常用系統(tǒng)的中，可靠性通常用系統(tǒng)的輸出信噪輸出信噪 比比來衡量。來衡量。 數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性用系統(tǒng)的可靠性用差錯率差錯率，即誤比特，即誤比特 率和誤碼率來衡量。率和誤碼

27、率來衡量。誤碼率誤碼率是指錯誤接收的是指錯誤接收的 碼元個數(shù)在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中所占的比例。碼元個數(shù)在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中所占的比例。 1.2.3.2 可靠性可靠性 1.3 通信的頻段劃分通信的頻段劃分 為了最大限度利用頻率資源，減小通信設(shè)備的為了最大限度利用頻率資源，減小通信設(shè)備的 相互干擾，根據(jù)各類通信采用的技術(shù)手段、發(fā)展趨相互干擾，根據(jù)各類通信采用的技術(shù)手段、發(fā)展趨 勢及其社會需求量，劃分規(guī)定出各類通信設(shè)備的工勢及其社會需求量，劃分規(guī)定出各類通信設(shè)備的工 作頻率而不允許逾越。作頻率而不允許逾越。 按照各類通信使用的波長或頻率，大致可將按照各類通信使用的波長或頻率，大致可將 通信分為通信分為長波

28、通信長波通信、中波通信中波通信、短波通信短波通信和和微波通微波通 信信等。等。 1.4 現(xiàn)代通信的發(fā)展方向現(xiàn)代通信的發(fā)展方向 通信已經(jīng)發(fā)展演變?yōu)橐粋€集光纖通信、移動通信、衛(wèi)星通信和通信已經(jīng)發(fā)展演變?yōu)橐粋€集光纖通信、移動通信、衛(wèi)星通信和 微波中繼通信等多種通信手段于一身、具有多種業(yè)務(wù)功能的復(fù)微波中繼通信等多種通信手段于一身、具有多種業(yè)務(wù)功能的復(fù) 雜、綜合通信網(wǎng)。雜、綜合通信網(wǎng)。 1 光纖通信光纖通信 光載波的頻率約光載波的頻率約100THz，遠遠高于微波載波頻（，遠遠高于微波載波頻（110 GHz），使得光纖通信系統(tǒng)的信息容量增加約），使得光纖通信系統(tǒng)的信息容量增加約100倍，每芯光倍，每芯光

29、纖的通話路數(shù)高達百萬。這種巨大的帶寬潛力，再加上光纖通纖的通話路數(shù)高達百萬。這種巨大的帶寬潛力，再加上光纖通 信成本低、不怕電磁干擾等優(yōu)點，推動了光纖通信系統(tǒng)在全球信成本低、不怕電磁干擾等優(yōu)點，推動了光纖通信系統(tǒng)在全球 的開發(fā)與應(yīng)用。的開發(fā)與應(yīng)用。 自自1977年世界上第一個光纖通信系統(tǒng)在芝加哥投入運行以來，年世界上第一個光纖通信系統(tǒng)在芝加哥投入運行以來， 光纖通信的發(fā)展速度極快。光纖通信的發(fā)展速度極快。 我國近幾年來光纖通信也已得到了快速發(fā)展，且已決定不再敷我國近幾年來光纖通信也已得到了快速發(fā)展，且已決定不再敷 設(shè)同軸電纜，所有新工程將全部采用光纖通信技術(shù)。設(shè)同軸電纜，所有新工程將全部采用光

30、纖通信技術(shù)。 2 移動通信移動通信 未來的移動通信就是在更高的頻段上實現(xiàn)更高的頻未來的移動通信就是在更高的頻段上實現(xiàn)更高的頻 率利用率，以寬帶化、分組化、智能化、綜合化和率利用率，以寬帶化、分組化、智能化、綜合化和 個人化為趨勢，向數(shù)字化、微型化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。個人化為趨勢，向數(shù)字化、微型化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。 3 3 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 我國自上世紀(jì)我國自上世紀(jì)7070年代就開始使用衛(wèi)星通信完成國際年代就開始使用衛(wèi)星通信完成國際 通信業(yè)務(wù)，并從通信業(yè)務(wù)，并從19851985年開始利用衛(wèi)星進行國內(nèi)通信。年開始利用衛(wèi)星進行國內(nèi)通信。 目前已有多顆同步通信衛(wèi)星與地球上近目前已有多顆同步通信衛(wèi)星與地球上近20

31、0200個國家和個國家和 地區(qū)開通了國際衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)。地區(qū)開通了國際衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)。 衛(wèi)星通信由最初的模擬調(diào)制、頻分復(fù)用和頻分多址衛(wèi)星通信由最初的模擬調(diào)制、頻分復(fù)用和頻分多址 系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字調(diào)制、時分多路和時分多址系統(tǒng)技系統(tǒng)發(fā)展到數(shù)字調(diào)制、時分多路和時分多址系統(tǒng)技 術(shù)為主，力求以更高的頻段和更小的體積實現(xiàn)更加術(shù)為主，力求以更高的頻段和更小的體積實現(xiàn)更加 優(yōu)質(zhì)的通信。優(yōu)質(zhì)的通信。 習(xí)題一習(xí)題一 一填空一填空 1通信通信(communication)是指不在（是指不在（ 同一同一 ）地點的（）地點的（ 雙方雙方 ） 或（或（ 多方多方 ）之間進行迅速有效的信息傳遞。）之間進行迅速有效的信息傳遞。 2

32、串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元是一位接一位地在（串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元是一位接一位地在（ 一一 ）條信道上傳輸）條信道上傳輸 的。對采用這種通信方式的系統(tǒng)而言，同步極為重要，收發(fā)雙的。對采用這種通信方式的系統(tǒng)而言，同步極為重要，收發(fā)雙 方必須要保持（方必須要保持（ 位位 ）同步和（）同步和（ 字字 ）同步，才能在接收端正）同步，才能在接收端正 確恢復(fù)原始信息。確恢復(fù)原始信息。 3并行傳輸中，構(gòu)成一個編碼的所有碼元都是同時傳送的。由于并行傳輸中，構(gòu)成一個編碼的所有碼元都是同時傳送的。由于 一次傳送一個字符，并行傳輸?shù)氖瞻l(fā)之間不存在（字）同步問一次傳送一個字符，并行傳輸?shù)氖瞻l(fā)之間不存在（字）同步問 題，但可能存在

33、（題，但可能存在（ 并并/串）變換和（串）變換和（ 串串/并并 ）變換問題。顯然，）變換問題。顯然， 并行傳輸?shù)乃俾矢哂诖袀鬏敗Ｓ捎诓⑿行诺莱杀靖?，主要用并行傳輸?shù)乃俾矢哂诖袀鬏?。由于并行信道成本高，主要?于（現(xiàn)場通信于（現(xiàn)場通信 ）或（計算機遇外設(shè)之間的數(shù)據(jù)）傳輸，（長距）或（計算機遇外設(shè)之間的數(shù)據(jù)）傳輸，（長距 離）傳輸時一般多采用串行信道離）傳輸時一般多采用串行信道。 4同步傳輸不是以一個字符而是以一個數(shù)據(jù)塊為單位進行信同步傳輸不是以一個字符而是以一個數(shù)據(jù)塊為單位進行信 息傳輸?shù)?。為使接收方能?zhǔn)確確定每個數(shù)據(jù)塊的（開始）和息傳輸?shù)?。為使接收方能?zhǔn)確確定每個數(shù)據(jù)塊的（開始）和 （ 結(jié)

34、束結(jié)束 ），需要給數(shù)據(jù)塊分別加上一個前文和后文。通），需要給數(shù)據(jù)塊分別加上一個前文和后文。通 常把這種加有前文和后文的一個數(shù)據(jù)塊稱為（常把這種加有前文和后文的一個數(shù)據(jù)塊稱為（ 一幀一幀 ）。）。 前文和后文的具體格式根據(jù)（前文和后文的具體格式根據(jù)（ 傳輸控制規(guī)程傳輸控制規(guī)程 ）而定。）而定。 5模擬信號就是（模擬信號就是（ 因變量因變量 ）完全連續(xù)地隨信息的變化而變）完全連續(xù)地隨信息的變化而變 化的信號，其自變量可以是（化的信號，其自變量可以是（ 連續(xù)連續(xù) ）或（）或（ 離散離散 ）的，）的， 但（但（ 因變量因變量 ）一定是連續(xù)的。）一定是連續(xù)的。 6模擬通信系統(tǒng)的有效性一般用系統(tǒng)（有效傳輸

35、頻帶模擬通信系統(tǒng)的有效性一般用系統(tǒng)（有效傳輸頻帶 ）來表）來表 示。采用不同調(diào)制方式傳輸同樣的信息，所需要的頻帶寬度示。采用不同調(diào)制方式傳輸同樣的信息，所需要的頻帶寬度 和系統(tǒng)的性能都是（和系統(tǒng)的性能都是（ 不一樣不一樣 ）的。）的。 二單選二單選 1傳統(tǒng)方式下，廣播、電視系統(tǒng)是典型的（傳統(tǒng)方式下，廣播、電視系統(tǒng)是典型的（ A ）傳輸系統(tǒng)；）傳輸系統(tǒng)； 當(dāng)某收音或電視頻道節(jié)目采用聽眾當(dāng)某收音或電視頻道節(jié)目采用聽眾/觀眾互動方式進行時，觀眾互動方式進行時， 該廣播、電視系統(tǒng)又成為（該廣播、電視系統(tǒng)又成為（ C ）傳輸系統(tǒng)。因此，綜合而）傳輸系統(tǒng)。因此，綜合而 言，廣播、電視系統(tǒng)是典型的（言，廣播

36、、電視系統(tǒng)是典型的（ B ）傳輸系統(tǒng)。）傳輸系統(tǒng)。 A單工單工 B半雙工半雙工 C雙工雙工 D. 不確定不確定 2異步傳輸方法簡單，但每傳輸一個信碼都要增加異步傳輸方法簡單，但每傳輸一個信碼都要增加23位的位的 附加位，故傳輸效率較低。如傳輸一個漢字字符，每個漢字附加位，故傳輸效率較低。如傳輸一個漢字字符，每個漢字 碼有碼有16位，若停止位用位，若停止位用2位，再加上位，再加上1位奇偶校驗位和位奇偶校驗位和1位起位起 始位，其傳輸效率只有（始位，其傳輸效率只有（ D ）。）。 A50 B60 C70 D80 3 3信道是所有信號傳輸媒介的總稱，通常分有線信道和信道是所有信號傳輸媒介的總稱，通常

37、分有線信道和 （ B B ）兩種。）兩種。 A A衛(wèi)星信道衛(wèi)星信道 B B無線信道無線信道 C C移動信道移動信道 D D電磁信道電磁信道 4數(shù)字通信最突出的缺點就是（數(shù)字通信最突出的缺點就是（ B ）。）。 A碼間串?dāng)_嚴(yán)重碼間串?dāng)_嚴(yán)重 B占用頻帶寬占用頻帶寬 C傳輸效率不高傳輸效率不高 D傳輸速率低傳輸速率低 5衡量系統(tǒng)有效性最全面的指標(biāo)是（衡量系統(tǒng)有效性最全面的指標(biāo)是（ A ）。）。 A系統(tǒng)的頻帶利用率系統(tǒng)的頻帶利用率 B系統(tǒng)的帶寬系統(tǒng)的帶寬 C系統(tǒng)的響應(yīng)速率系統(tǒng)的響應(yīng)速率 D系統(tǒng)的傳輸速率系統(tǒng)的傳輸速率 三多選三多選 1異步傳輸中，字符的傳輸由起始位引導(dǎo)，表示一個新字符的異步傳輸中，字符

38、的傳輸由起始位引導(dǎo)，表示一個新字符的 開始，占（開始，占（ A ）位碼元時間。每個傳送的信息碼之后都有）位碼元時間。每個傳送的信息碼之后都有 停止位，表示一個字符的結(jié)束，其寬度通常為（停止位，表示一個字符的結(jié)束，其寬度通常為（ BC ）碼）碼 元寬度。元寬度。 A1位位 B1.5位位 C2位位 D4位位 2信號是信息的一種電磁表示方法，它利用某種可以被感知的信號是信息的一種電磁表示方法，它利用某種可以被感知的 物理參量一一如（物理參量一一如（ABCD）等來攜帶信息。）等來攜帶信息。 A電壓電壓 B電流電流 C光波強度光波強度 D頻率頻率 3數(shù)字信號是信號的（數(shù)字信號是信號的（ CD ）取值離散

39、的信號，其狀態(tài)數(shù)量）取值離散的信號，其狀態(tài)數(shù)量 即強度的取值個數(shù)必然有限。計算機以及數(shù)字電話等系統(tǒng)中即強度的取值個數(shù)必然有限。計算機以及數(shù)字電話等系統(tǒng)中 傳輸和處理的都是數(shù)字信號。傳輸和處理的都是數(shù)字信號。 A電流強度電流強度 B電壓幅度電壓幅度 C因變量因變量 D自變量自變量 4和模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字通信主要具有（和模擬通信系統(tǒng)相比，數(shù)字通信主要具有（ABCD）等優(yōu)）等優(yōu) 點。點。 A.抗干擾力強抗干擾力強 B傳輸可靠性高傳輸可靠性高 C通信保密性強通信保密性強 D易于集成，體積小、重量輕易于集成，體積小、重量輕 5通信系統(tǒng)的指標(biāo)主要應(yīng)從信息傳輸?shù)模ㄍㄐ畔到y(tǒng)的指標(biāo)主要應(yīng)從信息傳輸?shù)模?BC

40、 ）方面來考）方面來考 慮的。慮的。 A經(jīng)濟性經(jīng)濟性 B有效性有效性 C可靠性可靠性 D電磁電磁 污染污染 6二進制基帶系統(tǒng)中，最大的頻帶利用率為（二進制基帶系統(tǒng)中，最大的頻帶利用率為（ B ）；多進）；多進 制基帶系統(tǒng)中的最大頻帶利用率可能為（制基帶系統(tǒng)中的最大頻帶利用率可能為（ CD ）。）。 A1bit/s.Hz B2bit/s.Hz C3bit/s.Hz D4bit/s.Hz 7模擬通信系統(tǒng)的輸出信噪比會受到（模擬通信系統(tǒng)的輸出信噪比會受到（ AC ）的影響。）的影響。 A信號傳輸時疊加的噪聲；信號傳輸時疊加的噪聲； B元件的非線性元件的非線性 C信道傳輸特性不理想導(dǎo)致的影響信道傳輸特

41、性不理想導(dǎo)致的影響 D轉(zhuǎn)接器件的密合性轉(zhuǎn)接器件的密合性 8按照各類通信使用的波長或頻率，大致可將通信分為按照各類通信使用的波長或頻率，大致可將通信分為 （ ABCD ）等。）等。 A長波通信長波通信 B中波通信中波通信 C短波通信短波通信 D微波通信微波通信 四判斷四判斷 1 1（ T T ）通信就是利用電磁波或光波來傳遞各種消息。）通信就是利用電磁波或光波來傳遞各種消息。 2 2（ T T ）根據(jù)信號傳輸方向與時間的關(guān)系，信號的傳輸方）根據(jù)信號傳輸方向與時間的關(guān)系，信號的傳輸方 式可分為單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸三類。式可分為單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸三類。 3 3（ F F ）

42、一般情況下，并行傳輸?shù)乃俾剩┮话闱闆r下，并行傳輸?shù)乃俾实陀诘陀诖袀鬏?。串行傳輸?4 4（ F F ）異步傳輸方式中，雖然每個字符的發(fā)送都是獨立）異步傳輸方式中，雖然每個字符的發(fā)送都是獨立 和隨機的，但其發(fā)送速率仍然是和隨機的，但其發(fā)送速率仍然是均勻均勻的。的。 5 5（ T T ）由于同步通信的效率高于異步通信，高速數(shù)據(jù)傳）由于同步通信的效率高于異步通信，高速數(shù)據(jù)傳 輸?shù)膱龊舷乱话愣歼x用同步通信方式。輸?shù)膱龊舷乱话愣歼x用同步通信方式。 6 6（ T T ）表示信息的數(shù)據(jù)通常都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q和處理，）表示信息的數(shù)據(jù)通常都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q和處理， 才能變成適合在信道上傳輸?shù)男盘栠M行傳輸。才能

43、變成適合在信道上傳輸?shù)男盘栠M行傳輸。 7 7（ T T ）雖然噪聲可以由消息的初始產(chǎn)生環(huán)境、構(gòu)成變）雖然噪聲可以由消息的初始產(chǎn)生環(huán)境、構(gòu)成變 換器的電子設(shè)備、傳輸信道以及各種接收設(shè)備等所有信號換器的電子設(shè)備、傳輸信道以及各種接收設(shè)備等所有信號 傳輸環(huán)節(jié)中的一個或幾個產(chǎn)生，為分析方便起見，在模型傳輸環(huán)節(jié)中的一個或幾個產(chǎn)生，為分析方便起見，在模型 中把噪聲集中由一個噪聲源表示，從信道中以迭加方式引中把噪聲集中由一個噪聲源表示，從信道中以迭加方式引 入。入。 8 8（ F F ）碼元速率）碼元速率 又稱傳碼率，是指系統(tǒng)每秒傳又稱傳碼率，是指系統(tǒng)每秒傳 送的碼元個數(shù)；信息速率送的碼元個數(shù)；信息速率 又

44、稱比特率，指系統(tǒng)每秒又稱比特率，指系統(tǒng)每秒 傳送的信息量。一般情況下，傳送的信息量。一般情況下， 。 9（ T ）加性干擾無論信號的有無始終存在，而乘性干）加性干擾無論信號的有無始終存在，而乘性干 擾卻只有當(dāng)信號存在時才存在。擾卻只有當(dāng)信號存在時才存在。 10.（ T ）有效性和可靠性是相互矛盾的，提高有效性就會）有效性和可靠性是相互矛盾的，提高有效性就會 降低可靠性，反之亦然。降低可靠性，反之亦然。 )( B R )( b R bB RR 本課程通過講述通信基本模型、通信信道、本課程通過講述通信基本模型、通信信道、 模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字 頻

45、帶傳輸系統(tǒng)等內(nèi)容，使學(xué)生了解各種通頻帶傳輸系統(tǒng)等內(nèi)容，使學(xué)生了解各種通 信系統(tǒng)的基本組成，掌握通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)信系統(tǒng)的基本組成，掌握通信系統(tǒng)的基礎(chǔ) 理論和工作原理。希望學(xué)生通過學(xué)習(xí)，具理論和工作原理。希望學(xué)生通過學(xué)習(xí)，具 有進行現(xiàn)代通信技術(shù)研究、開發(fā)和通信工有進行現(xiàn)代通信技術(shù)研究、開發(fā)和通信工 程設(shè)計等能力。本課程以講授數(shù)字通信為程設(shè)計等能力。本課程以講授數(shù)字通信為 主，并通過實踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實際操作主，并通過實踐環(huán)節(jié)提高學(xué)生的實際操作 能力。能力。 課程目的和任務(wù)課程目的和任務(wù) 1.1.2.1 單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸 如果通信僅在兩點之間進行，根據(jù)信

46、號的傳輸方向如果通信僅在兩點之間進行，根據(jù)信號的傳輸方向 與時間的關(guān)系，信號的傳輸方式可分為單工傳輸、與時間的關(guān)系，信號的傳輸方式可分為單工傳輸、 半雙工傳輸和全雙工傳輸三類。半雙工傳輸和全雙工傳輸三類。 1 1單工傳輸單工傳輸 信號只能單方向傳送，在任何時候都不能進行反向信號只能單方向傳送，在任何時候都不能進行反向 傳輸?shù)耐ㄐ欧绞骄徒凶鰡喂鬏?，如圖傳輸?shù)耐ㄐ欧绞骄徒凶鰡喂鬏敚鐖D11(a)11(a)所所 示。示。廣播、電視廣播、電視系統(tǒng)就是典型的單工傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)就是典型的單工傳輸系統(tǒng)。 1.2.2.2 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng) 。圖圖18所示是所示是模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型。圖中的送話器和。圖中的送話器和 受話器相當(dāng)于變換器和反變換器，分別完成語音受話器相當(dāng)于變換器和反變換器，分別完成語音/電信電信 號和電信號號和電信號/語音的轉(zhuǎn)換，使通話雙方的話音信號得以語音的轉(zhuǎn)換，使通話雙方的話音信號得以 以電信號的形式傳送，不再受到距離的約束和限制。以電信號的形式傳送，不再受到距離的約束和限制。 圖圖1-8 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型 （優(yōu)缺點）（優(yōu)缺點） 數(shù)字通信主要有以下數(shù)字通信主要有以下優(yōu)點優(yōu)點： 1.抗干擾能力強?？垢蓴_能力強。 2.可靠性高?？煽啃愿?。 3.可以使用計算機進行信號處理?？梢允褂糜嬎銠C進行信號處理。 4.數(shù)字