通信原理第一章

1、通信原理通信原理 Fundamentals of Information Transmission 南京航空航天大學信息科學與技術(shù)學院南京航空航天大學信息科學與技術(shù)學院 通信原理教研組通信原理教研組 信息學科特點信息學科特點 p 信息學科是當代科學的前沿學科 p 對幾乎所有其他學科都有很強的滲 透性，生動體現(xiàn)出整個學科在信息 時代科技進步中的先導作用 p 從20世紀末到21世紀中葉，人類處 在一個科學高度分化又高度綜合的 時代。信息科學和技術(shù)在整個科學 之中，依然是發(fā)展最迅速的學科 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組2 進度安排進度安排 cop

2、yright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組3 成績分布成績分布 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組4 先修和后續(xù)課程先修和后續(xù)課程 概率論與隨機過程概率論與隨機過程 信號與系統(tǒng)，電子線路信號與系統(tǒng)，電子線路 后續(xù)課程 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 移動通信移動通信 光纖通信光纖通信 數(shù)字通信數(shù)字通信 擴頻通信擴頻通信 信息論信息論 糾錯編碼糾錯編碼 軟件無線電軟件無線電 先修課程 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組5 課程任務課程任務 通信的過程：通信的過程： 1) 信息

3、的采集信息的采集 2) 信息的加工信息的加工/處理處理 3) 信息的傳輸信息的傳輸 4) 信息的交換信息的交換 5) 信息的利用信息的利用 本課程主要介紹信息端到端的傳輸系統(tǒng)，重本課程主要介紹信息端到端的傳輸系統(tǒng)，重 點討論系統(tǒng)的點討論系統(tǒng)的組成原理、實現(xiàn)方法和性能指標組成原理、實現(xiàn)方法和性能指標！ copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組6 課程內(nèi)容課程內(nèi)容 模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng) 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 AM，DSB，SSB，VSB，PM，F(xiàn)M 復合和多級調(diào)制復合和多級調(diào)制 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng) 基帶系統(tǒng)基帶系統(tǒng) 頻帶系統(tǒng)頻帶系統(tǒng) 工具：工具：信號、噪聲和信道的

4、分析信號、噪聲和信道的分析 信息論知識信息論知識 模模/數(shù)變換：脈沖調(diào)制數(shù)變換：脈沖調(diào)制 PAM，PCM，DPCM 多路傳輸、同步技術(shù)、多路傳輸、同步技術(shù)、 最佳接收、糾錯編碼最佳接收、糾錯編碼 改善性能改善性能 ASK，F(xiàn)SK，PSK，DPSK 基本原理、實現(xiàn)基本原理、實現(xiàn) 方法、性能分析！方法、性能分析！ copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組7 學習方法學習方法 在在“信號分析信號分析”和和“隨機過程隨機過程”的基礎(chǔ)上的基礎(chǔ)上 研究通信系統(tǒng)的一般原理和性能研究通信系統(tǒng)的一般原理和性能。 不從具體電路出發(fā)，而從系統(tǒng)的不從具體電路出發(fā)，而從系統(tǒng)的

5、物理模型物理模型 或數(shù)學模型或數(shù)學模型著手進行分析，強調(diào)基本原理著手進行分析，強調(diào)基本原理 和概念。和概念。 本課程是一門本課程是一門概念性和理論性概念性和理論性較強的課程，較強的課程， 要適當?shù)囟嘧隽曨}，加深對基本概念的理要適當?shù)囟嘧隽曨}，加深對基本概念的理 解解。 本課程是一門呈上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，要求有一定的本課程是一門呈上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，要求有一定的 知識面，需要進行一定的實驗和實踐等，在掌握知識面，需要進行一定的實驗和實踐等，在掌握通信通信 原理原理的基礎(chǔ)上，了解現(xiàn)代通信技術(shù)和通信系統(tǒng)。的基礎(chǔ)上，了解現(xiàn)代通信技術(shù)和通信系統(tǒng)。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息

6、科學與技術(shù)學院通信原理教研組8 引言引言1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成2 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 3 信息及其度量信息及其度量4 主要性能指標主要性能指標 5 第一章第一章 緒論緒論 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組9 1.1 引言引言 2、消息：、消息：信息的載體。信息的載體。 如包含有信息的語言、文字和圖像等。同一信息可以用不同如包含有信息的語言、文字和圖像等。同一信息可以用不同 的消息來載荷，如某一事件，可以用語言來表達，也可以用文的消息來載荷，如某一事件，可以用語言來表達，也可以用文 字來描述。字來描述。

7、1、信息：信息：對接收者來說事先不確定的事件對接收者來說事先不確定的事件。 接收者在收到信息之前，對它的內(nèi)容是接收者在收到信息之前，對它的內(nèi)容是不知道不知道的，所以信的，所以信 息是新知識、新內(nèi)容；息是新知識、新內(nèi)容； 信息的獲得能使某一事件的信息的獲得能使某一事件的不確定性不確定性減少；減少； 信息是可以量度的。信息是可以量度的。 3、信號：、信號：表示消息的物理量。電信號，光信號。表示消息的物理量。電信號，光信號。 單從傳輸?shù)慕嵌龋呤堑葍r的。單從傳輸?shù)慕嵌龋呤堑葍r的。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組10 4、信息傳輸（通信）：信

8、息傳輸（通信）：將信息從一地傳輸至將信息從一地傳輸至 另一地的過程。另一地的過程。 5、信息傳輸?shù)哪康模盒畔鬏數(shù)哪康模簜鬏敽行畔⒌南?。傳輸含有信息的消息?點 點 點 多點 多點 多點 大多數(shù)的消息都是非電量，不宜于在信道中進大多數(shù)的消息都是非電量，不宜于在信道中進 行遠距離傳輸，為此需要將它們變換成電行遠距離傳輸，為此需要將它們變換成電/光信號光信號 （信息信號信息信號）?。?！ 基本概念基本概念 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組11 1 、頻域：頻域：大多數(shù)的信息信號是低通型的帶限信號，頻大多數(shù)的信息信號是低通型的帶限信號，頻 譜集中

9、在低頻段，稱為基帶信號或低通型信號。譜集中在低頻段，稱為基帶信號或低通型信號。 電話電話3003400Hz 電視電視 06MHz 調(diào)幅廣播調(diào)幅廣播 300KHz3MHz 2、時域：、時域： 模擬基帶信號模擬基帶信號 數(shù)字基帶信號數(shù)字基帶信號 信號的某一個參量可以取信號的某一個參量可以取無限無限多個值，且與消息直接對應。多個值，且與消息直接對應。 信號的某一個參量只能取信號的某一個參量只能取有限有限個值，且通常不直接與消息對應。個值，且通常不直接與消息對應。 信息信號的特點 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組12 O f (t) t (a) f

10、(nT ) t PAM信號 (b) O 信號舉例 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組13 100110111001 O f (nT ) t 00111001 數(shù)字信 息 PSK波形 (a) (b) 信號舉例 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組14 引言引言1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成2 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 3 信息及其度量信息及其度量4 主要性能指標主要性能指標 5 第一章第一章 緒論緒論 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通

11、信原理教研組15 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)：完成信息傳輸功能的所有：完成信息傳輸功能的所有 技術(shù)設(shè)備的總和。技術(shù)設(shè)備的總和。 通信系統(tǒng)簡化模型通信系統(tǒng)簡化模型 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組16 消息傳輸?shù)哪康牡叵鬏數(shù)哪康牡?產(chǎn)生需傳輸?shù)南a(chǎn)生需傳輸?shù)南?存在于發(fā)信機、信道、收信存在于發(fā)信機、信道、收信 機機, ,通常用等效噪聲源來表示通常用等效噪聲源來表示 發(fā)送設(shè)備：將消息轉(zhuǎn)換為發(fā)送設(shè)備：將消息轉(zhuǎn)換為 合適在信道傳輸?shù)男盘柡线m在信道傳輸?shù)男盘?接收設(shè)備：把信號接收設(shè)備：把信號 轉(zhuǎn)換為消息。使收轉(zhuǎn)換為消

12、息。使收 信者能夠接受信者能夠接受 信道：傳輸信道：傳輸 媒介媒介( (有線信有線信 道道& &無線信道無線信道) ) 1.2.1 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組17 AM DSB SSB VSB FM PM 模擬信源模擬信源 信道信道 聲聲 噪噪 變換器變換器 調(diào)制器調(diào)制器 發(fā)射機發(fā)射機 接收機接收機 解調(diào)器解調(diào)器 反變換器反變換器 受信者受信者 解調(diào)：從已調(diào) 信號中還原出 被傳輸?shù)牡皖l 信息信號。 調(diào)制：將基帶信 號變換成另一信 號，以提高系統(tǒng) 傳輸信息的效率 和質(zhì)量。通常做 頻率上的變換。 核心部件為核心部件

13、為 調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 一、模擬通信系統(tǒng)模型 1.2.2 模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模擬與數(shù)字通信系統(tǒng) copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組18 模擬通信系統(tǒng)在模擬通信系統(tǒng)在信道信道中傳輸?shù)氖侵袀鬏數(shù)氖悄M信號模擬信號。 模擬通信系統(tǒng)各部分功能模擬通信系統(tǒng)各部分功能() v調(diào)制器：調(diào)制器：將頻率較低的信息信號調(diào)制到頻率更高的將頻率較低的信息信號調(diào)制到頻率更高的 載波信號上，然后加到發(fā)射機。載波信號上，然后加到發(fā)射機。 v 信源：信源：產(chǎn)生含有信息的消息，是被傳輸?shù)膶ο?。產(chǎn)生含有信息的消息，是被傳輸?shù)膶ο蟆?發(fā)送端發(fā)送端 v 變換器：變換器：大多數(shù)的消息

14、都是非電量，不宜于在信道大多數(shù)的消息都是非電量，不宜于在信道 中進行遠距離傳輸，為此需要將它們變換成電信號中進行遠距離傳輸，為此需要將它們變換成電信號 （信息信號）。這種變換由傳感器完成，變換關(guān)系為（信息信號）。這種變換由傳感器完成，變換關(guān)系為 單值函數(shù)。單值函數(shù)。 v 發(fā)射機：發(fā)射機：主要作用是使已調(diào)載波信號的頻率和功率主要作用是使已調(diào)載波信號的頻率和功率 達到實際應用所要求的數(shù)值。達到實際應用所要求的數(shù)值。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組19 v 信道+噪聲：信息傳輸?shù)拿浇?；信號在傳輸過程信息傳輸?shù)拿浇?；信號在傳輸過程 中總會收到客觀存

15、在的各種干擾和噪聲的影響，中總會收到客觀存在的各種干擾和噪聲的影響， 我們把它們折合成一個加到信道上的噪聲源。我們把它們折合成一個加到信道上的噪聲源。 v 接收機：是一個低電平部件，主要包括低噪聲是一個低電平部件，主要包括低噪聲 高頻放大器、混頻器和中頻放大器。它將信道傳高頻放大器、混頻器和中頻放大器。它將信道傳 輸來的微弱信號（一般為微伏量級）放大到解調(diào)輸來的微弱信號（一般為微伏量級）放大到解調(diào) 器所需強度的信號（一般為伏量級），并最大限器所需強度的信號（一般為伏量級），并最大限 度地降低信道噪聲的影響。度地降低信道噪聲的影響。 信道信道 接收端接收端 模擬通信系統(tǒng)各部分功能模擬通信系統(tǒng)各部

16、分功能(2 2) copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組20 v 解調(diào)器：從已調(diào)的高頻載波信號中解調(diào)出被傳從已調(diào)的高頻載波信號中解調(diào)出被傳 輸?shù)牡皖l信息信號。由于經(jīng)過了信道，信號發(fā)生輸?shù)牡皖l信息信號。由于經(jīng)過了信道，信號發(fā)生 畸變，因而不是解調(diào)的逆過程，而是包含了諸多畸變，因而不是解調(diào)的逆過程，而是包含了諸多 基帶處理技術(shù)?；鶐幚砑夹g(shù)。 v 反變換器：將電信號還原成消息信號。將電信號還原成消息信號。 v 信宿：消息的接收者。消息的接收者。 模擬通信系統(tǒng)各部分功能模擬通信系統(tǒng)各部分功能(3 3) copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組

17、信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組21 信道信道 信源信源 基帶信號成形基帶信號成形 信宿信宿 噪聲噪聲 同步系統(tǒng)同步系統(tǒng) 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 接收濾波器接收濾波器 二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型（基帶）二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型（基帶） copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組22 數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) 二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型（頻帶）二、數(shù)字通信系統(tǒng)模型（頻帶） 信息源信息源 信道信道 聲聲 噪噪 信源編碼信源編碼 信道編碼信道編碼 調(diào)制器調(diào)制器 解調(diào)器解調(diào)器 信道譯碼信道譯碼 信源譯碼信源譯碼 受信者受信者 同步系統(tǒng)同步系統(tǒng) 加密加密 解密

18、解密 交織交織 解交織解交織 ASK FSK PSK DPSK copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組23 1 1、信源編（譯）碼：、信源編（譯）碼： a a）變換信源信號的表達方式，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字基帶信）變換信源信號的表達方式，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字基帶信 號，使其便于傳輸號，使其便于傳輸 b b）壓縮信源信號的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。）壓縮信源信號的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。 A/D轉(zhuǎn)換、波形變換、參數(shù)編碼等 2 2、信道編（譯）碼：、信道編（譯）碼： 通過有目的的增加信息的冗余度，使系統(tǒng)具有一定的糾檢通過有目的的增加信息的冗余度

19、，使系統(tǒng)具有一定的糾檢 錯能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。錯能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。 分組碼、卷積碼、級聯(lián)碼等 和模擬通信系統(tǒng)相比較,在發(fā)送端加了兩個編碼器， 在接收端相應地增加了兩個譯碼器。 信源、信道編譯碼信源、信道編譯碼 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組24 抗干擾能力強抗干擾能力強，特別是在中繼傳輸時更為明，特別是在中繼傳輸時更為明 顯。顯。 可以進行可以進行差錯控制，差錯控制，因而提高了信息傳輸?shù)囊蚨岣吡诵畔鬏數(shù)?可靠性。可靠性。 便于使用現(xiàn)代計算機技術(shù)便于使用現(xiàn)代計算機技術(shù)，對信號進行處理，對信號進行處理， 存儲和變換從而

20、提高信息傳輸?shù)撵`活性。存儲和變換從而提高信息傳輸?shù)撵`活性。 便于加密便于加密，實現(xiàn)保密信息傳輸。，實現(xiàn)保密信息傳輸。 易于和其他系統(tǒng)配合使用易于和其他系統(tǒng)配合使用，構(gòu)成一個靈活，通，構(gòu)成一個靈活，通 用，多功能的綜合業(yè)務信息傳輸網(wǎng)。用，多功能的綜合業(yè)務信息傳輸網(wǎng)。 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組25 占用頻帶較寬占用頻帶較寬 系統(tǒng)復雜。系統(tǒng)復雜。 如：模擬電話如：模擬電話 4KHz 傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話 2060KHz 數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點 copyright 信

21、息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組26 三、調(diào)制與解調(diào)三、調(diào)制與解調(diào) 1、為了有效地輻射電磁波，為了有效地輻射電磁波，增加傳輸距離增加傳輸距離。 話音話音300Hz3400Hz，波長，波長1069*104m 2、調(diào)制把基帶信號、調(diào)制把基帶信號頻譜搬移頻譜搬移到一定的頻帶范圍以適應信道到一定的頻帶范圍以適應信道 的要求。的要求。 3、調(diào)制可將多個信息信號（它們的頻譜分量處于同一頻帶、調(diào)制可將多個信息信號（它們的頻譜分量處于同一頻帶 范圍內(nèi)）搬到不同頻率或不同時間的各個載波信號上，范圍內(nèi)）搬到不同頻率或不同時間的各個載波信號上， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)從而能夠?qū)崿F(xiàn)多路和多址信息傳

22、輸多路和多址信息傳輸，提高頻譜效率。，提高頻譜效率。 4、提高信息傳輸系統(tǒng)的、提高信息傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力和保密能力?？垢蓴_能力和保密能力。 特別是用于現(xiàn)代通信的擴頻調(diào)制、空時編碼、特別是用于現(xiàn)代通信的擴頻調(diào)制、空時編碼、OFDM等等 廣義調(diào)制技術(shù)。廣義調(diào)制技術(shù)。 調(diào)制的作用 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組27 調(diào)制的分類調(diào)制的分類 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組28 調(diào)制的分類調(diào)制的分類 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組29 與調(diào)制相

23、反的變換過程稱為解調(diào)，不同 的調(diào)制方法通常需要不同的解調(diào)方法。 正是由于存在多樣的調(diào)制和解調(diào)方法， 才構(gòu)成了各種不同的信息傳輸系統(tǒng)。 調(diào)制和解調(diào)是信息傳輸技術(shù)所包含的最 基本的內(nèi)容！ 解調(diào)解調(diào) copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組30 引言引言1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成2 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 3 信息及其度量信息及其度量4 主要性能指標主要性能指標 5 第一章第一章 緒論緒論 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組31 1 1）按傳輸信號的特征分）按傳輸信號的特征分

24、 模擬信息傳輸系統(tǒng)模擬信息傳輸系統(tǒng) 數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)數(shù)字信息傳輸系統(tǒng) 3) 3) 按工作頻率分按工作頻率分 長波通信長波通信 中波通信中波通信 短波通信短波通信 微波通信微波通信 光波通信光波通信 2 2）按傳輸媒質(zhì)分）按傳輸媒質(zhì)分 有線通信有線通信 無線通信無線通信 1.3.1 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 4) 4) 按用途分按用途分 專用通信專用通信 公用通信公用通信 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組32 5)按消息的物理特征分按消息的物理特征分 ( (通信業(yè)務種類）通信業(yè)務種類） 電報電報 電話、可視電話電話、可視電話 數(shù)傳數(shù)傳 TV 雷

25、達雷達 6)按是否調(diào)制分按是否調(diào)制分 基帶傳輸基帶傳輸 頻帶傳輸頻帶傳輸 7）按通信者是否運動分按通信者是否運動分 固定通信固定通信 移動通信移動通信 8）按信號復用方式分按信號復用方式分 碼分復用碼分復用 頻分復用頻分復用 時分復用時分復用 空分復用空分復用 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組33 通信波段與常用通信媒質(zhì)通信波段與常用通信媒質(zhì) copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組34 通信波段與常用通信媒質(zhì)通信波段與常用通信媒質(zhì) copyright 信息科學與技術(shù)學院通

26、信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組35 1.3.2 通信方式通信方式 1. 按消息傳遞的方向與時間分按消息傳遞的方向與時間分 對于點與點之間的通信，按消息傳遞的方向與時間對于點與點之間的通信，按消息傳遞的方向與時間 關(guān)系，通信方式可分為關(guān)系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙單工通信、半雙工通信及全雙 工通信工通信三種。三種。 單工通信單工通信， 是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑?因此只占用一個信道。廣播、遙測、遙控、無線尋呼 等就是單工通信方式的例子。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組36 半雙工通信半雙工通信，是指通信雙

27、方都能收發(fā)消息， 但不 能同時進行收和發(fā)的工作方式。例如，使用同一載頻 的對講機，收發(fā)報機以及問詢、檢索、科學計算等數(shù) 據(jù)通信都是半雙工通信方式。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組37 全雙工通信全雙工通信， 是指通信雙方可同時進行收發(fā)消 息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙 向信道。普通電話、手機都是最常見的全雙工通信方 式，計算機之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組38 .按數(shù)字信號排序分按數(shù)字信號排序分 在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號代碼排列的可分為并

28、并 行傳輸和串行傳輸行傳輸和串行傳輸。 串行傳輸串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個接一個地在 一條信道上傳輸。通常，一般的遠距離數(shù)字通信都采 用這種傳輸方式。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組39 并行傳輸并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式 在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸。并行傳輸 的優(yōu)點是節(jié)省傳輸時間，但需要傳輸信道多， 設(shè)備復 雜， 成本高， 故較少采用， 一般適用于計算機和其 他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組40 3. 按通

29、信網(wǎng)絡形式分按通信網(wǎng)絡形式分 通信的網(wǎng)絡形式可分為三種：兩點間直通方通信的網(wǎng)絡形式可分為三種：兩點間直通方 式、分支方式和交換方式。式、分支方式和交換方式。 （a）兩點間直通方式）兩點間直通方式 （b）分支方式）分支方式 （c）交換方式）交換方式 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組41 引言引言1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成2 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通信方式 3 信息及其度量信息及其度量4 主要性能指標主要性能指標 5 第一章第一章 緒論緒論 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研

30、組42 一、信息量一、信息量 一個符號它所攜帶的信息量是和該符號出現(xiàn)的概率概率有關(guān)， 即概率可以表征消息所含的信息量信息量的大小。 ( ) ( ) ii I xf P x 當( )1 i P x時，( )0 i I x (4)互相獨立事件的聯(lián)合信息量應等于它們各自信息量之和。 (2)自信息量應是關(guān)于概率的單調(diào)遞減函數(shù)，即當 時， 12 ( )()P xP x 12 ( )()I xI x 信息量只與符號 的概率有關(guān)，和它的取值無關(guān)。 i x (3)自信息量是關(guān)于概率的連續(xù)函數(shù)。 當( )0 i P x時，( ) i I x 1212 ( ) () ( ) ()I P x P xI P xI P

31、 x copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組43 根據(jù)上述條件可以從數(shù)學上證明根據(jù)上述條件可以從數(shù)學上證明信息量信息量是對數(shù)函是對數(shù)函 數(shù)，即：數(shù)，即： 1 ( )loglog( ) ( ) iaai i I xP x P x ( ) i I x 有有兩個含義兩個含義： 1）當事件發(fā)生前，表示該事件發(fā)生的當事件發(fā)生前，表示該事件發(fā)生的不確定性不確定性； 2）當事件發(fā)生后，表示該事件所提供的）當事件發(fā)生后，表示該事件所提供的信息量信息量。 自信息量的單位取決于對數(shù)所取的底，若以自信息量的單位取決于對數(shù)所取的底，若以2為底，為底， 單位為單位為比特比特

32、，以，以e為底，單位為為底，單位為奈特奈特，以，以10為底，單位為底，單位 為為哈特萊哈特萊，通常取，通常取比特比特為單位。為單位。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組44 設(shè)二進制離散信源，設(shè)二進制離散信源， 以相等的概率發(fā)送數(shù)字以相等的概率發(fā)送數(shù)字0 或或1，則信源每個輸出的信息量。，則信源每個輸出的信息量。 1 (0)(1)loglog21() 22 1/ 2 IIbit 解： 可見，傳送等概率的二進制波形之一（P=1/2）的信息 量為1比特。同理，傳送等概率的四進制波形之一（P=1/4） 的信息量為2比特；傳送等概率的八進制波形之一（P

33、=1/8） 的信息量為3比特。 綜上所述，對于離散信源，M個波形等概率（P=1/M） 發(fā)送，且每一個波形的出現(xiàn)是獨立的，即信源是無記憶的， 則傳送M進制波形之一的信息量為 1 (0)(1)loglog 22 IIM P 例 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組45 設(shè)天氣預報有兩種消息，晴天和雨天，出現(xiàn)的概設(shè)天氣預報有兩種消息，晴天和雨天，出現(xiàn)的概 率分別為率分別為1/4和和3/4，我們分別用，我們分別用 來表示晴天，以來表示晴天，以 來來 表示雨天，求信息量。表示雨天，求信息量。 1 x 2 x 1,2 ( )1/ 4,3/ 4 xxX p x

34、 12 ( )log 42I xbit 22 4 ()log0.415 3 I xbit 解：信源的統(tǒng)計模型為 自信息量 例 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組46 我們定義信息量的加權(quán)平均值為信源的平均信息量平均信息量， 即信源的熵信源的熵： 1 ()( )log ( ) N ii i H XP xP x 信源的熵具有以下兩種物理含義： 1）表示信源輸出前，信源的平均不確定性。 2）表示信源輸出后，每個符號所攜帶的平均信息量。 二、信源的熵 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組47 對概率分別為

35、對概率分別為p和和(1-p) 的二進制無記憶信源，求信的二進制無記憶信源，求信 源的熵。源的熵。 解：信源的熵為 ()log(1)log(1)H Xpppp 二進制熵函數(shù)如圖所示： 例 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組48 一離散信源由一離散信源由0，1，2，3四個符號組成，它們出現(xiàn)的四個符號組成，它們出現(xiàn)的 概率分別為概率分別為3/8, 1/4, 1/4, 1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是，且每個符號的出現(xiàn)都是 獨立的。試求某消息獨立的。試求某消息2010201302130012032101003 21010023102002010312032

36、100120210的信息量。的信息量。 )(1088log74log134log14 3 8 log23 2222 bitI 例 解 此消息中，0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次， 3出現(xiàn)7次，共有57個符號，故該消息的總信息量為 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組49 每個符號的算術(shù)平均信息量為 符號位） 符號位 /(89. 1 57 108 bit I I 若用熵的概念來計算： 2222 33111111 loglogloglog 88444488 H 符號位）/(906. 1bit 可見，兩種算法的結(jié)果有一定誤差，但當消息很長時，用

37、熵 的概念來計算比較方便。而且隨著消息序列長度的增加， 兩種計算誤差將趨于零。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組50 三、連續(xù)消息的熵函數(shù)三、連續(xù)消息的熵函數(shù) 輸入連續(xù)消息X的平均信息量（相對熵）平均信息量（相對熵）定義為： ()( )log( )H Xf xf x dx 連續(xù)消息的熵函數(shù)連續(xù)消息的熵函數(shù)不具有離散熵的直觀意義。 ( )f x為連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組51 引言引言1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成2 通信系統(tǒng)的分類及通信方式通信系統(tǒng)的分類及通

38、信方式 3 信息及其度量信息及其度量4 主要性能指標主要性能指標 5 第一章第一章 緒論緒論 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組52 1. 主要性能指標 通信系統(tǒng)的主要指標： 和 其 次 適應性 環(huán)境 標準性 通用 可維修性 替換 經(jīng)濟性 成本 有效性有效性可靠性可靠性 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組53 有效性有效性 通過有效傳輸帶寬通過有效傳輸帶寬來衡量來衡量 可靠性可靠性 通過接收端通過接收端輸出信噪比輸出信噪比來衡量來衡量 有效性：有效性：用被傳輸?shù)男畔⑿盘査加玫挠帽粋鬏數(shù)男畔⑿盘?/p>

39、所占用的信道有效信道有效 傳輸帶寬傳輸帶寬來衡量。來衡量。 同一信息信號，采用的調(diào)制方式不同，其占用的同一信息信號，采用的調(diào)制方式不同，其占用的 有效傳輸帶寬有效傳輸帶寬也不同。也不同。調(diào)幅方式比調(diào)頻方式所需的有調(diào)幅方式比調(diào)頻方式所需的有 效傳輸帶寬窄效傳輸帶寬窄，因此調(diào)幅系統(tǒng)的有效性比調(diào)頻系統(tǒng)高。，因此調(diào)幅系統(tǒng)的有效性比調(diào)頻系統(tǒng)高。 一、模擬通信系統(tǒng)性能指標一、模擬通信系統(tǒng)性能指標 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組54 可靠性：信息傳輸?shù)目煽啃裕皇侵冈O(shè)備和元 器件的可靠性。系統(tǒng)對抗噪聲的能力越強，其傳輸 信息的可靠程度就越高。 抗噪聲性

40、能抗噪聲性能用接收機輸出的信號與噪聲的平均功用接收機輸出的信號與噪聲的平均功 率之比率之比S0/N0來度量的。來度量的。SNR越高，系統(tǒng)的抗噪聲性能越高，系統(tǒng)的抗噪聲性能 就越強，信息傳輸?shù)目煽啃跃驮礁摺＞驮綇?，信息傳輸?shù)目煽啃跃驮礁摺?普通電話的傳輸要求SNR為2040dB 一般電視要求傳輸大于40dB； copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組55 1 、 用數(shù)字信號的傳輸速率來衡量 碼元速率碼元速率：每秒鐘傳送的碼元數(shù)目。RB 波特（B） RB=1/Tb ，與采用的進制數(shù)無關(guān)； Tb ：碼元間隔 有效性有效性 二、數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標二、數(shù)字通

41、信系統(tǒng)性能指標 由于N進制的一個碼元可以用 log2 N個二進制碼元表示，因而 在保證信息速率不變的情況下，N進制的碼元速率RBN與二進 制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系： RB2=RBNlog2 N (B) copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組56 Rb=RBH(b/s)，H為信源中每個符號所含的平均信息量（熵）。 等概傳輸時，熵有最大值log2N，信息速率也達到最大，即 Rb=RB log2 N (b/s) 或RB= 2 ( ) log b R B N 式中，N為符號的進制數(shù)。例如碼元速率為1200B，采用八進 制（N=8）時，信息速率為

42、3600b/s；采用二進制（N=2）時， 信息速率為1200b/s，可見，二進制的碼元速率和信息速率在 數(shù)值上相等。 信息速率信息速率：每秒鐘傳送的信息量。Rb 比特/秒( bit/s) 與碼元采用的進制數(shù)N有關(guān)。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組57 2、 用差錯率來衡量用差錯率來衡量 二進制時，二進制時，Pb=Pe B eB n e n n imP B b eb n b n n imP b 誤碼率誤碼率： 碼元在傳輸中被錯誤接收的概率；碼元在傳輸中被錯誤接收的概率； 誤信率（誤比特率）誤信率（誤比特率）： 傳輸每比特信息被錯誤接收的概率；

43、傳輸每比特信息被錯誤接收的概率； 可靠性可靠性 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組58 本章小結(jié)本章小結(jié) 信息、消息、信號、信息傳輸信息、消息、信號、信息傳輸 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成( (模擬、數(shù)字模擬、數(shù)字) ) 分類、方式分類、方式信息及度量信息及度量性能指標性能指標 模擬模擬/ /數(shù)字的有效數(shù)字的有效 性性/ /可靠性的參數(shù)可靠性的參數(shù) 信息量、熵信息量、熵 不同角度的分類不同角度的分類 單工單工/ /半雙工半雙工/ /雙工雙工 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組59 A1 通信發(fā)展

44、簡史通信發(fā)展簡史 電通信起源于18世紀末，開始用于軍事目的是19世紀 初。 1876年貝爾發(fā)明了電話 1895年馬可尼和波波夫同時分別實現(xiàn)了無線電通信。 1929年貝爾實驗室第一次進行了電視試驗。 1946年美國造了第一臺電子計算機，到了20世紀50年 代末開始了計算機通信。 1956年美國摩托羅拉公司生產(chǎn)出第一個無線電尋呼機。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組60 1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，人類開始了空間通 信。 1962年美國發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星，衛(wèi)星通信步入實用階段。 1966年美籍華人高錕提出光纖通信設(shè)想，十多年后實現(xiàn)了 光

45、纖通信。 1970年第一部商用數(shù)字時分程控電話交換機在法國投入使 用。 1978年美國貝爾實驗室研制成功模擬蜂房移動電話系統(tǒng)。 1985年英國電信公司開設(shè)了綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)。 1986年歐洲推出泛歐數(shù)字移動通信網(wǎng)(GSM)并于1991年在歐 洲開始商用。copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組61 1989年美國科克姆公司開始碼分多址數(shù)字蜂房通信試驗， 93年生產(chǎn)出第一批雙模式移動臺，此后CDMA席卷世界。 1991年美國國防部“易通話”計劃提出軟件無線電概念， 94年10月完成第一階段計劃并進行演示。 1991年美國副總統(tǒng)戈爾提出“信息高速公路法案”

46、很快得 到世界各國響應，全球掀起信息高速公路熱潮。 1994年國際最大的計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(英特網(wǎng))商業(yè)化，實現(xiàn) 了世界范圍的網(wǎng)絡資源共享。 2000年國際電信聯(lián)盟(ITU)確定W-CDMA，CDMA-2000和 TD-SCDMA三大主流無線接口標準寫入第三代移動通信系 統(tǒng)(3G)技術(shù)指導性文件。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組62 隨著世界通信技術(shù)的發(fā)展，我國通信事業(yè)得到蓬勃發(fā)展。通信 網(wǎng)平臺加專門應用信息系統(tǒng)構(gòu)成的中國高速信息網(wǎng)正在建設(shè)之中。 以光纖為骨干輔以微波、衛(wèi)星信道 的“八縱八橫”高速傳輸系 統(tǒng)覆蓋全國。金橋、金關(guān)、金卡、金稅、金企

47、、金農(nóng)、金智、金 策的“八金工程”的八大信息工程已經(jīng)建成。 十一五期間又將農(nóng)信工程、共信工程、安信工程、家信工程、 城信工程、RFID工程列為信息技術(shù)應用的六大專項工程。 截至2008年6月，我國固定電話用戶達到3.56億，手機用戶達 6.01億。 隨著通信事業(yè)的發(fā)展和市場的需求，信息產(chǎn)業(yè)和信息服務已成 為國民經(jīng)濟的重要部門，光纖、微波、衛(wèi)星、移動、交換和終端 等設(shè)備的生產(chǎn)業(yè)與研制已成為信息產(chǎn)業(yè)的支柱。與此同時，以電 信部門為主的各種信息服務也在不斷完善和發(fā)展。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組63 移動通信 衛(wèi)星通信 光纖通信 A2 現(xiàn)代通

48、信的三大領(lǐng)域現(xiàn)代通信的三大領(lǐng)域 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組64 現(xiàn)代移動通信技術(shù)的六大最新發(fā)展趨勢 1) 網(wǎng)絡業(yè)務的數(shù)據(jù)化、分組化； 2) 網(wǎng)絡技術(shù)的寬帶化； 3) 網(wǎng)絡技術(shù)的智能化； 4) 更高的頻段； 5) 更有效利用頻率； 6) 網(wǎng)絡趨于融合、走向統(tǒng)一。 移動通信移動通信 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組65 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器作為中繼 站，轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，實現(xiàn)兩個或多個地球站 之間的通信。衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)與航天 技術(shù)結(jié)合，并用計算機實現(xiàn)其控制的先

49、進通 信方式。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組66 中國光通信的發(fā)展非常迅速，20世紀80 年代上海首先鋪設(shè)了一條1.8公里的數(shù)字光 通信線路。20世紀80年代國家投資武漢郵 電研究院，研制光纖器件。1995年到1998 年，上海交大完成了九五項目，四個節(jié)點 的全光城域網(wǎng)、實驗網(wǎng)。20世紀90年代起， 全國各地都普遍鋪設(shè)和使用單路的光纖通 信線路，現(xiàn)在是一直到農(nóng)村，我們都可以 看到光纖線路。 光纖通信光纖通信 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組67 1、 納米技術(shù) 納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的

50、極限。也就 是通過納米精度的加工來人工形成納米大小的 結(jié)構(gòu)的技術(shù)。 2、 MPLS（Multi-protocol Label Switching 多 協(xié)議標簽交換技術(shù)） MPLS是繼IP技術(shù)之后的下一代廣域網(wǎng)傳 輸技術(shù)。是一種充分利用數(shù)據(jù)標簽引導數(shù)據(jù)包 在開放的通信網(wǎng)絡上高速、高效傳輸?shù)男录夹g(shù)。 A3 未來十年最有前景的通信技術(shù)未來十年最有前景的通信技術(shù) copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組68 3、 軟交換技術(shù) 軟交換是把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān) 中分離出來通過服務器或網(wǎng)元上的軟件實 現(xiàn)基本呼叫控制功能。 把呼叫傳輸與呼叫控制分離開，為控 制、交換和軟件可編程功能建立分離的平 面，使業(yè)務提供者可以自由地將傳輸業(yè)務 與控制協(xié)議結(jié)合起來，實現(xiàn)業(yè)務轉(zhuǎn)移。 copyright 信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組信息科學與技術(shù)學院通信原理教研組69 4、 PON技術(shù) 無源光網(wǎng)（PON）技術(shù)有三種：APON、 EPON和GPON。PON網(wǎng)的基本原理是在一定 的物理限制和帶寬限制條件下，讓盡可能多 的