通信原理-第1章緒論

1、通信原理與本課有關(guān)的幾個問題與本課有關(guān)的幾個問題l學(xué)時數(shù)：學(xué)時數(shù)：8888學(xué)時，其中學(xué)時，其中7676學(xué)時理論課、學(xué)時理論課、1212學(xué)時實驗課學(xué)時實驗課l課程性質(zhì)：必修課（考試）課程性質(zhì)：必修課（考試）l相關(guān)課程：高頻電路、信號與系統(tǒng)、電磁場與電磁波相關(guān)課程：高頻電路、信號與系統(tǒng)、電磁場與電磁波 隨機(jī)信號分析、信息論、移動通信、隨機(jī)信號分析、信息論、移動通信、 衛(wèi)星通信、高頻通信、光纖通信等衛(wèi)星通信、高頻通信、光纖通信等l教材：教材：通信原理通信原理( (第六版第六版) ) 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社 通信原理通信原理( (第七版第七版) ) 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社與本課有關(guān)的幾個問

2、題與本課有關(guān)的幾個問題參考書：（1 1）通信原理教程通信原理教程, ,馮玉珉馮玉珉, ,清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社北京交通大學(xué)出版社（2 2）通信原理學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與考研指導(dǎo)通信原理學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與考研指導(dǎo), ,曹麗娜曹麗娜, , 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社（3 3）通信系統(tǒng)原理通信系統(tǒng)原理, ,曹志剛曹志剛, ,清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社（4 4）其他教材、教學(xué)指導(dǎo)書及習(xí)題解答）其他教材、教學(xué)指導(dǎo)書及習(xí)題解答通信原理第第1章章 緒論緒論第第1章章 緒論緒論1.1通信的基本概念 1.2 通信系統(tǒng)的組成 1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.4信息及其度量 1.5 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

3、 習(xí)題第第1章章 緒論緒論l2121世紀(jì)是信息時代，通信技術(shù)占主導(dǎo)地位，現(xiàn)代世紀(jì)是信息時代，通信技術(shù)占主導(dǎo)地位，現(xiàn)代社會中通信的作用是無法估量的，因此對通信系社會中通信的作用是無法估量的，因此對通信系統(tǒng)理論的學(xué)習(xí)和研究是很必要的，本課程著重介統(tǒng)理論的學(xué)習(xí)和研究是很必要的，本課程著重介紹信息傳輸基本原理，即通信理論和技術(shù)。研究紹信息傳輸基本原理，即通信理論和技術(shù)。研究對象是通信系統(tǒng)，研究的目的是利用盡可能小的對象是通信系統(tǒng)，研究的目的是利用盡可能小的通信資源，獲得盡可能高的通信質(zhì)量，研究方法通信資源，獲得盡可能高的通信質(zhì)量，研究方法是在系統(tǒng)級、模塊級層次上將實際通信系統(tǒng)抽象是在系統(tǒng)級、模塊級層次

4、上將實際通信系統(tǒng)抽象成數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)學(xué)分析和計算機(jī)模擬的方法成數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)學(xué)分析和計算機(jī)模擬的方法進(jìn)行研究，得到系統(tǒng)性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的定量進(jìn)行研究，得到系統(tǒng)性能與系統(tǒng)參數(shù)之間的定量關(guān)系。關(guān)系。第第1章章 緒論緒論l1. 1 通信的基本概念通信的基本概念n通信的定義：信息的傳輸與交換n通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。n消息：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動圖像等。n信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。n實現(xiàn)通信的方式和手段：u非電的：如旌旗、消息樹、烽火臺 u電的：如電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計算機(jī)通信等。 第第1章章 緒論緒論n電信發(fā)明

5、史u1837年：莫爾斯發(fā)明有線電報u1876年：貝爾發(fā)明有線電話 u1918年：調(diào)幅無線電廣播、超外差接收機(jī)問世u1936年：商業(yè)電視廣播開播 n后面講述中，“通信”這一術(shù)語是指“電通信”，包括光通信，因為光也是一種電磁波。n在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過電信號來實現(xiàn)的。 第第1章章 緒論緒論l通信網(wǎng)的概念：為了完成多用戶中任意兩通信網(wǎng)的概念：為了完成多用戶中任意兩個用戶之間信源與信宿之間的通信過程個用戶之間信源與信宿之間的通信過程, , 一般需要建立一個網(wǎng)絡(luò)，這個多用戶通信一般需要建立一個網(wǎng)絡(luò)，這個多用戶通信系統(tǒng)互連的通信體系稱之為通信網(wǎng)。系統(tǒng)互連的通信體系稱之為通信網(wǎng)。第第1章章 緒論緒

6、論l1.2 通信系統(tǒng)的組成n1.2.1 通信系統(tǒng)的一般模型 實現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總實現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。一般通信系統(tǒng)的簡化模型如下圖和稱為通信系統(tǒng)。一般通信系統(tǒng)的簡化模型如下圖第第1章章 緒論緒論l信息源信息源（簡稱信源）：（簡稱信源）：信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號。轉(zhuǎn)換成原始電信號。l麥克風(fēng)、麥克風(fēng)、電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。備就是信源。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。信源可分為模擬信源

7、和數(shù)字信源。l模擬信源，輸出的是模擬信號。模擬信源，輸出的是模擬信號。l數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號。數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號。第第1章章 緒論緒論u發(fā)送設(shè)備：l發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?。源產(chǎn)生的消息信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?。l變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式。是最常見的變換方式。l對數(shù)字通信系統(tǒng)來說，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼對數(shù)字通信系統(tǒng)來說，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼

8、。與信道編碼。第第1章章 緒論緒論u信道：將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道兩大類。l在無線信道中，信道可以是大氣，在有線信道中，信道可以是明線、在無線信道中，信道可以是大氣，在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。l信道媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。信道媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對象的不同，需要對實際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)研究對象的不同，需要對實際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對信號的影響。以反映傳

9、輸媒質(zhì)對信號的影響。第第1章章 緒論緒論l噪聲源噪聲源：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。l噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。所固有的，并且是人們所不希望的。l噪聲的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪噪聲的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加

10、入到信道。第第1章章 緒論緒論u接收設(shè)備：從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。 即基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。l其任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶其任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號來，對于多路復(fù)用信號，還包括解除多路復(fù)用，實現(xiàn)正確信號來，對于多路復(fù)用信號，還包括解除多路復(fù)用，實現(xiàn)正確分路。分路。第第1章章 緒論緒論l受信者（信宿）：受信者（信宿）：信宿是傳輸信息的歸宿點。其作用是將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，如揚聲器等。，如揚聲器等。n1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型消息的分類與電信號l消息可分

11、為消息可分為: :連續(xù)消息和離散消息。連續(xù)消息和離散消息。l連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語音、活動圖片等。音、活動圖片等。l離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號、離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號、數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)等。l消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體電信號來實現(xiàn)的，電信號來實現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、即把消息寄托在電信號的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。l消息與電信號之間必須建

12、立單一的對應(yīng)關(guān)系，否則在接消息與電信號之間必須建立單一的對應(yīng)關(guān)系，否則在接收端就無法復(fù)制出原來的消息。收端就無法復(fù)制出原來的消息。第第1章章 緒論緒論第第1章章 緒論緒論u模擬信號和數(shù)字信號按信號參量的取值方式不同可把信號分為模擬信號和數(shù)字信號。p模擬信號：凡信號參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個值的，且直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為模擬信號，如電話機(jī)送出的語音信號、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號、麥克風(fēng)輸出電壓等。第第1章章 緒論緒論n模擬信號有時也稱連續(xù)信號，這個連續(xù)是指信號的某一參量可以連續(xù)變化，或者說在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個值，而不一定在時間上也連續(xù)。 (a) 話音信號 (b) 抽樣信號圖

13、1-2 模擬信號第第1章章 緒論緒論p數(shù)字信號：凡信號參量只能取有限個值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為數(shù)字信號，如電報信號、計算機(jī)輸入/輸出信號、PCM信號等。n數(shù)字信號有時也稱離散信號，這個離散是指信號的某一參量是離散變化的，而不一定在時間上也離散。u通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。 (a) 二進(jìn)制信號 (b) 2PSK信號圖1-3 數(shù)字信號第第1章章 緒論緒論u模擬通信系統(tǒng)模型p模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)：p兩種變換：模擬消息 原始電信號（基帶信號）基帶信號 已調(diào)信號（帶通信號）圖1-4 模擬通信

14、系統(tǒng)模型第第1章章 緒論緒論模擬通信系統(tǒng)模型幾個基本概念l信源發(fā)出的原始電信號是信源發(fā)出的原始電信號是基帶信號，基帶的含義是指信，基帶的含義是指信號的頻譜從零頻附近開始，如語音信號為號的頻譜從零頻附近開始，如語音信號為3003003400Hz3400Hz，圖像信號為圖像信號為0 06MHz6MHz。l由于這種信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接由于這種信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸，這就需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?，并可在接收端進(jìn)行反變換。完成這種變換傳輸?shù)男盘?，并可在接收端進(jìn)行反變換。完成這種變換和反變換作

15、用的通常是和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。l經(jīng)過調(diào)制以后的信號稱為經(jīng)過調(diào)制以后的信號稱為已調(diào)信號。第第1章章 緒論緒論模擬通信系統(tǒng)模型基本特征l已調(diào)信號有三個基本特征：已調(diào)信號有三個基本特征：n攜帶有信息n適合在信道中傳輸n信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號又稱頻帶信號頻帶信號。l實際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。實際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。n由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對信號的變化起決定性作用，而其他過程對信號不會發(fā)生質(zhì)的變化，只是對信號進(jìn)行了放大或改善了信號特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。第第1章章 緒論緒論l模擬通信

16、系統(tǒng)模型模擬通信的主要特點1 1） 抗干擾能力差抗干擾能力差2 2） 不易于保密通信不易于保密通信3 3） 設(shè)備不易于大規(guī)模集成設(shè)備不易于大規(guī)模集成4 4） 不適應(yīng)飛速發(fā)展的計算機(jī)通信的要求不適應(yīng)飛速發(fā)展的計算機(jī)通信的要求5 5） 簡單、易于實現(xiàn)。簡單、易于實現(xiàn)。第第1章章 緒論緒論u數(shù)字通信系統(tǒng)模型p數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)模型主要技術(shù)問題l數(shù)字通信系統(tǒng)的技術(shù)問題主要有信源編碼數(shù)字通信系統(tǒng)的技術(shù)問題主要有信源編碼/ /譯碼（包括壓縮譯碼（包括壓縮/ /解壓、加密解壓、加密/ /解密等）、信道編碼解密等）、信道編碼/ /譯碼、數(shù)字調(diào)制譯碼、數(shù)字調(diào)制/ /解調(diào)

17、、數(shù)字復(fù)接、同步等。解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步等。l在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時，數(shù)字基帶信在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時，數(shù)字基帶信號無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號的號無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號的基帶傳輸，其模型中就不，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。圖1-5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型第第1章章 緒論緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼與譯碼l作用一作用一: :是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。n碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了

18、通信的有效性。l作用二作用二: : 是當(dāng)信息源給出的是模擬語音信號時，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，是當(dāng)信息源給出的是模擬語音信號時，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸。以實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸。l信源編碼方法：信源編碼方法：PCMPCM、ADPAMADPAM、DMDM等等 l信源譯碼是信源編碼的逆過程。信源譯碼是信源編碼的逆過程。p信源編碼與譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行酝瓿赡?數(shù)轉(zhuǎn)換 圖1-5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型第第1章章 緒論緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道編碼與譯碼l數(shù)字信號在信道傳輸時，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會引起差錯。數(shù)字信號在信道傳輸時，由于噪聲、衰落以及

19、人為干擾等，將會引起差錯。為了減少差錯，信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分為了減少差錯，信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼抗干擾編碼”。l接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實現(xiàn)可靠通信。錯誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實現(xiàn)可靠通信。l信道編碼：線性分組碼、卷積碼、循環(huán)碼等。信道編碼：線性分組碼、卷積碼、循環(huán)碼等。p信道編碼與譯碼目的：增強(qiáng)抗干擾能力圖1-5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型第第1章章

20、 緒論緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型加密與解密l在需要實現(xiàn)保密通信的場合，為了保證所傳信息的安全，人為將被在需要實現(xiàn)保密通信的場合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。l在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對收到的數(shù)字序列進(jìn)行解在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來信息，叫解密。密，恢復(fù)原來信息，叫解密。p加密與解密目的：保證所傳信息的安全圖1-5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型第第1章章 緒論緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字調(diào)制與解調(diào)l數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，數(shù)字調(diào)制就是

21、把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處， 形成適合在形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號。信道中傳輸?shù)念l帶信號。l基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASKASK、頻移鍵控、頻移鍵控FSKFSK、絕對相移鍵控、絕對相移鍵控PSKPSK、相對（差分）相移鍵控、相對（差分）相移鍵控DPSKDPSK。l對這些信號可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號。對這些信號可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號。l對高斯噪聲下的信號檢測，一般用相關(guān)器接收機(jī)或匹配濾波器實現(xiàn)。對高斯噪聲下的信號檢測，一般用相關(guān)器接收機(jī)或匹配濾波器實現(xiàn)。p數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?圖

22、1-5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型第第1章章 緒論緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型同步與數(shù)字復(fù)接l同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致。條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致。l按照同步的功用不同，可分為按照同步的功用不同，可分為n載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步l數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時分復(fù)用基本原理把若干個低速數(shù)字信號合并成數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時分復(fù)用基本原理把若干個低速數(shù)字信號合并成一個高速的數(shù)字信號，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。一個高速的數(shù)字信號，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率

23、。p同步目的：使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致圖1-5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型第第1章章 緒論緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬與數(shù)字通信的聯(lián)系l模擬信號經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸模擬信號經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸n數(shù)字電話系統(tǒng)l數(shù)字信號也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)字信號也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸n計算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過模擬電話線路傳輸，但這時必須使用調(diào)制解調(diào)器（Modem）將數(shù)字基帶信號進(jìn)行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性。第第1章章 緒論緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬與數(shù)字通信的區(qū)別l模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別之一在于信道中傳輸?shù)男盘柲M通信與數(shù)字通信的區(qū)別之一在于信道中傳輸?shù)男盘柗N類不

24、同。種類不同。l模擬通信中強(qiáng)調(diào)變換的線性特性，即強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與基模擬通信中強(qiáng)調(diào)變換的線性特性，即強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與基帶信號成比例；而在數(shù)字通信中則強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與基帶帶信號成比例；而在數(shù)字通信中則強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與基帶信號之間的一一對應(yīng)關(guān)系。信號之間的一一對應(yīng)關(guān)系。l數(shù)字通信相比模擬通信的許多優(yōu)點都是通過比模擬通信數(shù)字通信相比模擬通信的許多優(yōu)點都是通過比模擬通信占據(jù)更多的系統(tǒng)頻帶寬度來換取的。占據(jù)更多的系統(tǒng)頻帶寬度來換取的。第第1章章 緒論緒論n1.2.3 數(shù)字通信的特點u優(yōu)點p抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累p傳輸差錯可控p便于處理、變換、存儲p便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸p易于集成，使通信設(shè)備微

25、型化，重量輕p易于加密處理，且保密性好u缺點：p需要較大的傳輸帶寬p對同步要求高第第1章章 緒論緒論l1.3 通信系統(tǒng)分類與通信方式n1.3.1 通信系統(tǒng)的分類u按通信業(yè)務(wù)分類： 話務(wù)通信和非話務(wù)通信。n非話務(wù)通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計算機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫檢索、電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換、傳真存儲轉(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會議電視、圖像通信等。n電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng) u按調(diào)制方式分類：基帶傳輸系統(tǒng)和帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng) 調(diào)制傳輸系統(tǒng)又分為多種調(diào)制，詳見書中表1-1。u按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)u按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng) u按工作波段分類：長波通

26、信、中波通信、短波通信 u按信號復(fù)用方式分類：頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用 第第1章章 緒論緒論調(diào)調(diào) 制制 方方 式式 用途用途 連連續(xù)續(xù)波波調(diào)調(diào)制制線性線性調(diào)制調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制廣播廣播 抑制載波雙邊帶調(diào)抑制載波雙邊帶調(diào)幅幅 立體聲廣播立體聲廣播 單邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅SSB SSB 載波通信、無線電臺、數(shù)載波通信、無線電臺、數(shù)傳傳 殘留邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅VSB VSB 電視廣播、電視廣播、 數(shù)傳、數(shù)傳、 傳真?zhèn)髡?非線非線性性調(diào)制調(diào)制頻率調(diào)制頻率調(diào)制FM FM 微波中繼、衛(wèi)星通信、廣微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播播 相位調(diào)制相位調(diào)制PM PM 中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式 數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制

27、調(diào)制幅度鍵控幅度鍵控ASK ASK 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 相位鍵控相位鍵控數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 第第1章章 緒論緒論調(diào)調(diào) 制制 方方 式式 用途用途 脈脈沖沖數(shù)數(shù)字字調(diào)調(diào)制制數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制調(diào)制相位鍵控相位鍵控PSKPSK、 DPSKDPSK、 QPSKQPSK等等 數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、 空間通信空間通信 其他高效數(shù)字調(diào)制其他高效數(shù)字調(diào)制QAMQAM、 MSKMSK等等 數(shù)字微波、空間通信數(shù)字微波、空間通信 脈沖脈沖模擬模擬調(diào)制調(diào)制脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制PAM PAM 中間調(diào)制方式、遙測中間調(diào)制方式、遙測 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制PDM(PWM) PDM(PWM) 中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式 脈位調(diào)制

28、脈位調(diào)制PPM PPM 遙測、遙測、 光纖傳輸光纖傳輸 脈沖脈沖數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制調(diào)制脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制PCM PCM 市話、衛(wèi)星、空間通信市話、衛(wèi)星、空間通信 增量調(diào)制增量調(diào)制DM DM 軍用、民用電話軍用、民用電話 差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制DPCM DPCM 電視電話、圖像編碼電視電話、圖像編碼 其他語言編碼方式其他語言編碼方式ADPCMADPCM、 APCAPC、LPC LPC 中低速數(shù)字電話中低速數(shù)字電話 第第1章章 緒論緒論頻率頻率范圍范圍 波長波長 符號符號 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì) 用途用途3Hz3Hz30kHz 30kHz 10104 410108 8m m 甚低頻甚低頻VLF VLF 有線線

29、對長有線線對長波無線電波無線電 音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長距音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長距離導(dǎo)航、時標(biāo)離導(dǎo)航、時標(biāo) 3030300 300 kHz kHz 10103 310104 4m m 低頻低頻LF LF 有線線對長有線線對長波無線電波無線電 導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信 300kHz300kHz3MHz 3MHz 10102 210103 3m m 中頻中頻MF MF 同軸電纜短同軸電纜短波無線電波無線電 調(diào)幅廣播、移動陸地通信、調(diào)幅廣播、移動陸地通信、業(yè)余無線電業(yè)余無線電 3 330MHz 30MHz 101010102 2m m 高頻高頻HF HF 同軸電纜短同軸電纜短波無線

30、電波無線電 移動無線電話、短波廣播定移動無線電話、短波廣播定點軍用通信、業(yè)余無線電點軍用通信、業(yè)余無線電 3030300MHz 300MHz 1 110m 10m 甚高頻甚高頻VHF VHF 同軸電纜米同軸電纜米波無線電波無線電 電視、調(diào)頻廣播、空中管制、電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航車輛、通信、導(dǎo)航 第第1章章 緒論緒論頻率范圍頻率范圍 波長波長 符號符號 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì) 用途用途300 300 MHzMHz3 3 GHz GHz 1010100 100 cm cm 特高頻特高頻UHF UHF 波導(dǎo)波導(dǎo)分米波分米波無線電無線電 微波接力、微波接力、 衛(wèi)星和衛(wèi)星和空間通信、空間通

31、信、 雷達(dá)雷達(dá) 3 330 30 GHz GHz 1 110cm 10cm 超高頻超高頻SHF SHF 波導(dǎo)波導(dǎo)厘米波厘米波無線電無線電 微波接力、微波接力、 衛(wèi)星和衛(wèi)星和空間通信、空間通信、 雷達(dá)雷達(dá) 3030300 300 GHz GHz 1 110mm 10mm 極高頻極高頻EHF EHF 波導(dǎo)波導(dǎo)毫米波毫米波無線電無線電 雷達(dá)、雷達(dá)、 微波接力、微波接力、 射電天文學(xué)射電天文學(xué) 第第1章章 緒論緒論l前述通信系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)前述通信系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)l但在多數(shù)場合下，信源兼為信宿，需要雙但在多數(shù)場合下，信源兼為信宿，需要雙向通信，電話就是一個最好的例子向通信，電話就是一個最好的例子l

32、這時通信雙方都要有發(fā)送和接收設(shè)備，并這時通信雙方都要有發(fā)送和接收設(shè)備，并需要各自的傳輸媒質(zhì)，如果通信雙方共用需要各自的傳輸媒質(zhì)，如果通信雙方共用一個信道，就必須用頻率或時間分割的方一個信道，就必須用頻率或時間分割的方法來共享信道。因此，通信過程中涉及通法來共享信道。因此，通信過程中涉及通信方式與信道共享問題。信方式與信道共享問題。第第1章章 緒論緒論n1.3.2 通信方式通信方式分類之一l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，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。l單工單工通信：消息

33、只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞酵ㄐ牛合⒅荒軉畏较騻鬏數(shù)墓ぷ鞣绞絣廣播、遙測、遙控、無線尋呼等。第第1章章 緒論緒論l半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。n使用同一載頻的對講機(jī)，收發(fā)報機(jī)以及問詢、檢索、科學(xué)計算等數(shù)據(jù)通信。第第1章章 緒論緒論l全雙工通信，是指通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)消息的工作全雙工通信，是指通信雙方可同時進(jìn)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。方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。n普通電話、手機(jī)都是最常見的全雙工通信方式， 計算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信

34、也是這種方式。第第1章章 緒論緒論l在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。u并行傳輸和串行傳輸p并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元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 優(yōu)點：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施缺點：需要 n 條通信線路，成本高 一般適用于計算機(jī)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第第1章章 緒論緒論p串行傳輸 ：將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸優(yōu)點：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費用缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施

35、通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。第第1章章 緒論緒論l其他分類方式：其他分類方式：p同步通信和異步通信p專線通信和網(wǎng)通信l此外，還可以按通信的網(wǎng)絡(luò)形式劃分。由于通信網(wǎng)的基此外，還可以按通信的網(wǎng)絡(luò)形式劃分。由于通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是點與點之間的通信，所以本課程的重點放在點與點礎(chǔ)是點與點之間的通信，所以本課程的重點放在點與點之間的通信上。之間的通信上。第第1章章 緒論緒論l1.4 信息及其度量信息及其度量l消息是通信系統(tǒng)的傳輸對象消息是通信系統(tǒng)的傳輸對象( (攜帶信息的攜帶信息的物理量物理量),),是包含有信息的物理量是包含有信息的物理量. .如如: :數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)符號、圖象、語音等，它是信息的

36、載體。符號、圖象、語音等，它是信息的載體。l信號是消息的載體，（運載消息的生光電信號是消息的載體，（運載消息的生光電物理量）。電信號：隨參數(shù)變化的電量。物理量）。電信號：隨參數(shù)變化的電量。l信息是消息中有意義的內(nèi)容。對接收者來信息是消息中有意義的內(nèi)容。對接收者來說事先不知道的消息。說事先不知道的消息。信息信息：是消息中包：是消息中包含的有效內(nèi)容。含的有效內(nèi)容。第第1章章 緒論緒論n如何度量離散消息中所含的信息量?u度量信息量的原則p能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。p度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。p消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)【例】 “某客機(jī)墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消

37、息包含有更多的信息。 上例表明：消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。 第第1章章 緒論緒論l任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，也就是說，信源輸出任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，也就是說，信源輸出是用統(tǒng)計方法來定性的。是用統(tǒng)計方法來定性的。l對接收者來說，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。對接收者來說，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。因此，信息含量就是對消息中這種不確定性的度量因此，信息含量就是對消息中這種不確定性的度量. .l根據(jù)概率論知識，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率根據(jù)概率論知識，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。來描述。l消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。消息出

38、現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。第第1章章 緒論緒論u度量信息量的方法p事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述：消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。 p設(shè)：P(x) 消息發(fā)生的概率， I 消息中所含的信息量， p則 P(x) 和 I 之間應(yīng)該有如下關(guān)系：I 是 P(x) 的函數(shù)： I I P(x)P(x) ，I ； P(x) ，I ； P(x) = 1時，I 0； P(x) = 0時，I ；若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨立事件信息量之和，也就是說，信息具有相加性，即 )()()()(2121xPIxPIxPxPI第第1章章 緒論緒論p滿足上述3條件的關(guān)系

39、式如下：信息量的定義)(log)(1logxPxPIaa第第1章章 緒論緒論p上式中對數(shù)的底： 若a = 2，信息量的單位稱為比特(bit) ，可簡記為b 若a = e，信息量的單位稱為奈特(nat)， 若 a = 10，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley) 。p通常廣泛使用的單位為比特，這時有(b)等概情況下信息量的計算【例例】 設(shè)一個二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個輸出的信息含量為 p在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個二進(jìn)制碼元稱作1比特 )(log)(1logxPxPIaa221loglog( )( )IP xP x )b(12log2/11log) 1 ()0(

40、22 II第第1章章 緒論緒論p若有M個等概率波形（P = 1/M），且每一個波形的出現(xiàn)是獨立的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為p若M是2的整冪次，即 M = 2k，則有當(dāng)M = 4時，即4進(jìn)制波形，I = 2比特，當(dāng)M = 8時，即8進(jìn)制波形，I = 3比特。)b(log/11log1log222MMPI2log 2( )kIkb第第1章章 緒論緒論p對于非等概率情況設(shè)：一個離散信源是由M個符號組成的集合，其中每個符號xi (i = 1, 2, 3, , M)按一定的概率P(xi)獨立出現(xiàn)，即 且有則x1 , x2, x3, xM 所包含的信息量分別為于是，每個符號所含平均信息量為由于H(x

41、)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵 1212,MMxxxP xP xP x1()1MiiP x21222log()log()log()MP xP xP x， ，121222221( )( ) log( )() log()() log()( ) g( )(/(1.4 6)MMMiiiH xP xP xP xP xP xP xP x loP x比特 符號）第第1章章 緒論緒論u【例例1】 一離散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的信息量?！窘饨狻看讼⒅校?”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，故該消息的信息量每個符號的算術(shù)平均信息量為)b(1088