現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)課件(蔣青)第1章

1、現(xiàn)代通信概論現(xiàn)代通信概論主講：代宏偉主講：代宏偉 副教授副教授 電話：電話Q Q: 245018602 Email: 教材教材v 蔣青等，現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教蔣青等，現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社，育出版社，2008v參考教材參考教材崔健雙等崔健雙等, 現(xiàn)代通信技術(shù)概論，北京：機(jī)械工業(yè)現(xiàn)代通信技術(shù)概論，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，出版社，2009王興亮王興亮, 現(xiàn)代通信技術(shù)與系統(tǒng)，北京：電子工業(yè)現(xiàn)代通信技術(shù)與系統(tǒng)，北京：電子工業(yè)出版社，出版社，2008v1、緒論v2、通信傳輸技術(shù)v3、信道與信道復(fù)用v4、現(xiàn)代數(shù)字交換技術(shù)v5、光纖傳輸網(wǎng)技術(shù)v6、移動(dòng)無線通

2、信技術(shù)v9、現(xiàn)代通信網(wǎng)課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容第第1章章 緒論緒論v1.1 通信技術(shù)的歷史演進(jìn)v1.2 通信的基本概念v1.3 通信網(wǎng)概述v1.4 通信技術(shù)的社會(huì)作用和發(fā)展趨勢(shì)1.1通信技術(shù)的歷史演進(jìn)通信技術(shù)的歷史演進(jìn)古代古代：烽火狼煙、飛鴿傳信、擊鼓、旗語、郵驛等 驛站：快馬一般300里/天，最快600里/天。 視覺通信：1793年，法國(guó)查佩兄弟在巴黎和里爾之間架設(shè)了一條230千米長(zhǎng)的接力方式傳送信息的托架式線路，每分鐘能傳270公里?，F(xiàn)代：電話、電視、廣播、郵政、因特網(wǎng)等。什么是通信？什么是通信？ 異地間人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器進(jìn)行信息的傳遞和交換。信息的傳遞和交換。v信息、信號(hào)的含義

3、信息、信號(hào)的含義 語言、文字、圖像等信息是不能直接在通信系統(tǒng)中傳遞，為此需在發(fā)送端將它們轉(zhuǎn)換成電（光）信號(hào)（即信源）來載荷語言、文字、圖像等信息，電信號(hào)經(jīng)通信系統(tǒng)傳送至接收端，收端將電信號(hào)還原成語言、文字、圖像等信息。通信的發(fā)展簡(jiǎn)史通信的發(fā)展簡(jiǎn)史v17531753年年2 2月月1717日，日，蘇格蘭人蘇格蘭人雜志上發(fā)表了一封署名雜志上發(fā)表了一封署名C.MC.M的書信。作者提出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他建議：的書信。作者提出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他建議：把一組金屬線從一個(gè)地點(diǎn)延伸到另一個(gè)地點(diǎn)，每根金屬線把一組金屬線從一個(gè)地點(diǎn)延伸到另一個(gè)地點(diǎn)，每根金屬線與一個(gè)字母相對(duì)應(yīng)。在一端發(fā)報(bào)時(shí)，便

4、根據(jù)報(bào)文內(nèi)容將一與一個(gè)字母相對(duì)應(yīng)。在一端發(fā)報(bào)時(shí)，便根據(jù)報(bào)文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機(jī)相連接，使它們依次通過電流。電流條條金屬線與靜電機(jī)相連接，使它們依次通過電流。電流通過金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)通過金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。字的小紙片吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。 最早的電通信設(shè)想最早的電通信設(shè)想v1832年，俄國(guó)外交家年，俄國(guó)外交家希林希林在當(dāng)時(shí)著名物理學(xué)家奧斯在當(dāng)時(shí)著名物理學(xué)家奧斯特電磁感應(yīng)理論的啟發(fā)下，制作出了用電流計(jì)指針特電磁感應(yīng)理論的啟發(fā)下，制作出了用電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)來接收信息的電報(bào)機(jī)

5、偏轉(zhuǎn)來接收信息的電報(bào)機(jī) .v1837年年6月，英國(guó)月，英國(guó)庫克和惠斯通庫克和惠斯通設(shè)計(jì)制造了第一個(gè)設(shè)計(jì)制造了第一個(gè)有線電報(bào)有線電報(bào) 。首先在鐵路上獲得應(yīng)用。不過，這種方。首先在鐵路上獲得應(yīng)用。不過，這種方式很不方便和實(shí)用式很不方便和實(shí)用 。最早的有線電報(bào)最早的有線電報(bào)v18441844年年5 5月月2424日日，莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人類歷史上的第一份電報(bào)類歷史上的第一份電報(bào), ,通信距離通信距離60km60km。在座無虛席的國(guó)。在座無虛席的國(guó)會(huì)大廈里會(huì)大廈里, ,莫爾斯用激動(dòng)得有些顫抖的雙手莫爾斯用激動(dòng)得有些顫抖的雙手, ,操縱著他傾十余年操縱著他傾十余年

6、心血研制成功的電報(bào)機(jī)心血研制成功的電報(bào)機(jī), , 發(fā)出了發(fā)出了: :“上帝創(chuàng)造了何等奇跡上帝創(chuàng)造了何等奇跡! !”一語。一語。 莫爾斯莫爾斯(1791-1972): 美國(guó)畫家和發(fā)明家，擅長(zhǎng)肖像畫及美國(guó)畫家和發(fā)明家，擅長(zhǎng)肖像畫及歷史繪畫，歷史繪畫，18261842年任美國(guó)畫家協(xié)會(huì)主席年任美國(guó)畫家協(xié)會(huì)主席.v1746年，荷蘭萊頓發(fā)明的萊頓瓶解決了電的存儲(chǔ)問題。v隨后，英國(guó)威.華生用這些萊頓瓶使大約2公里長(zhǎng)的導(dǎo)線通電.（發(fā)現(xiàn)電的傳播速度非?？欤﹙1752年，富蘭克林著名的風(fēng)箏接收雷電實(shí)驗(yàn).v1800年伏打發(fā)明電池。通信的發(fā)展簡(jiǎn)史通信的發(fā)展簡(jiǎn)史v18711871年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人年

7、，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。語的教師。v18761876年年2 2月月1414日，貝爾和沃森申請(qǐng)了那個(gè)著名的電日，貝爾和沃森申請(qǐng)了那個(gè)著名的電話專利。話專利。v同一天另一個(gè)發(fā)明家格雷（同一天另一個(gè)發(fā)明家格雷（1835-19011835-1901）也向美國(guó)）也向美國(guó)專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請(qǐng)書，只因比貝爾專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請(qǐng)書，只因比貝爾晚了幾個(gè)小時(shí)而痛失電話發(fā)明權(quán)。晚了幾個(gè)小時(shí)而痛失電話發(fā)明權(quán)。v19251925年貝爾實(shí)驗(yàn)室成立。年貝爾實(shí)驗(yàn)室成立。1875年年6月月2日，美國(guó)人亞力山大日，美國(guó)人亞力山大.格雷厄姆格雷厄姆.貝爾（貝爾（18471922）發(fā)明了電

8、話）發(fā)明了電話v18711871年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。 v18751875年的一天，由于機(jī)件發(fā)生故障，貝爾的助手沃森看管的年的一天，由于機(jī)件發(fā)生故障，貝爾的助手沃森看管的發(fā)報(bào)機(jī)上的一塊鐵片在電磁鐵前不停地振動(dòng)；發(fā)報(bào)機(jī)上的一塊鐵片在電磁鐵前不停地振動(dòng)；v這一振動(dòng)產(chǎn)生了波動(dòng)的電流沿著導(dǎo)線傳播，使鄰室的一塊鐵這一振動(dòng)產(chǎn)生了波動(dòng)的電流沿著導(dǎo)線傳播，使鄰室的一塊鐵片產(chǎn)生了同樣的振動(dòng)，振動(dòng)發(fā)出的微弱聲音被貝爾聽到了；片產(chǎn)生了同樣的振動(dòng)，振動(dòng)發(fā)出的微弱聲音被貝爾聽到了；v由此啟發(fā)他產(chǎn)生了新奇的聯(lián)想和構(gòu)思。由此啟發(fā)他產(chǎn)生了新奇的聯(lián)想

9、和構(gòu)思。v18751875年年6 6月月2 2日貝爾和沃森利用電磁感應(yīng)原理，試制出世界上日貝爾和沃森利用電磁感應(yīng)原理，試制出世界上第一部傳遞聲音的機(jī)器第一部傳遞聲音的機(jī)器磁電電話機(jī)。磁電電話機(jī)。v于于18761876年年2 2月月1414日向美國(guó)專利局遞交了專利申請(qǐng)書。日向美國(guó)專利局遞交了專利申請(qǐng)書。v同一天另一個(gè)發(fā)明家格雷也向美國(guó)專利局遞交了相似設(shè)備的同一天另一個(gè)發(fā)明家格雷也向美國(guó)專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請(qǐng)書，只因比貝爾晚了幾個(gè)小時(shí)而痛失電話發(fā)明權(quán)。專利申請(qǐng)書，只因比貝爾晚了幾個(gè)小時(shí)而痛失電話發(fā)明權(quán)。1875年年6月月2日，美國(guó)人亞力山大日，美國(guó)人亞力山大.格雷厄姆格雷厄姆.貝爾發(fā)明了電

10、話貝爾發(fā)明了電話通信的發(fā)展簡(jiǎn)史通信的發(fā)展簡(jiǎn)史v貝爾電話機(jī)的原理是：對(duì)著話筒說話，使話筒底部貝爾電話機(jī)的原理是：對(duì)著話筒說話，使話筒底部的金屬膜片隨聲音而振動(dòng)，膜片的振動(dòng)帶動(dòng)一根磁的金屬膜片隨聲音而振動(dòng)，膜片的振動(dòng)帶動(dòng)一根磁性簧片隨之振動(dòng)，在電磁線圈中便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，性簧片隨之振動(dòng)，在電磁線圈中便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流經(jīng)導(dǎo)線傳至受話一方，使受話器上的膜片相應(yīng)電流經(jīng)導(dǎo)線傳至受話一方，使受話器上的膜片相應(yīng)的振動(dòng)，將話音還原出來。的振動(dòng)，將話音還原出來。v1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)。v1831年法拉第的發(fā)現(xiàn)了磁石在運(yùn)動(dòng)中可以使旁邊的銅線產(chǎn)生電流。v意大利人，起初為舞臺(tái)技工，意大利人，起初為舞臺(tái)技工

11、，后來研究電生理學(xué)后來研究電生理學(xué) 。v18491849年發(fā)現(xiàn)并開始研究電話年發(fā)現(xiàn)并開始研究電話。 v18601860年，向公眾展示了這個(gè)系統(tǒng)，并發(fā)表了關(guān)于年，向公眾展示了這個(gè)系統(tǒng)，并發(fā)表了關(guān)于這項(xiàng)發(fā)明的介紹。這項(xiàng)發(fā)明的介紹。v18711871年，梅烏奇交了一種需要一年一更新的專利年，梅烏奇交了一種需要一年一更新的專利權(quán)權(quán)v20022002年年6 6月月1515日，美國(guó)議會(huì)議定議案，認(rèn)定安東尼日，美國(guó)議會(huì)議定議案，認(rèn)定安東尼奧奧. .梅烏奇為電話的發(fā)明者。梅烏奇為電話的發(fā)明者。 安東尼奧安東尼奧.梅烏奇梅烏奇(1808-1889)貝爾的電話有剽竊嫌疑！v18541854年，電話原理就已由法國(guó)人

12、年，電話原理就已由法國(guó)人鮑薩爾鮑薩爾設(shè)想出來了。設(shè)想出來了。v6 6年之后德國(guó)人年之后德國(guó)人賴伊斯賴伊斯又重復(fù)了這個(gè)設(shè)想。原理是：將兩塊又重復(fù)了這個(gè)設(shè)想。原理是：將兩塊薄金屬片用電線相連，一方發(fā)出聲音時(shí)，金屬片振動(dòng)，變薄金屬片用電線相連，一方發(fā)出聲音時(shí)，金屬片振動(dòng)，變成電，傳給對(duì)方。但這僅僅是一種設(shè)想，問題是送話器和成電，傳給對(duì)方。但這僅僅是一種設(shè)想，問題是送話器和受話器的構(gòu)造，怎樣才能把聲音這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，受話器的構(gòu)造，怎樣才能把聲音這種機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并進(jìn)行傳送。并進(jìn)行傳送。 v格雷格雷的設(shè)計(jì)原理與貝爾有所不同，是利用送話器內(nèi)部液體的設(shè)計(jì)原理與貝爾有所不同，是利用送話器內(nèi)部液體的電

13、阻變化，而受話器則與貝爾的完全相同。的電阻變化，而受話器則與貝爾的完全相同。 v18771877年，年，愛迪生愛迪生又取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。又取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。v18811881年電話傳入中國(guó)。年電話傳入中國(guó)。其他人的發(fā)明電話的工作其他人的發(fā)明電話的工作電話的電話的工作原理工作原理： 基本組成：話筒與聽筒基本組成：話筒與聽筒）話筒結(jié)構(gòu)話筒結(jié)構(gòu)：話筒里有一個(gè)金屬盒，：話筒里有一個(gè)金屬盒，里面裝滿碳粒，上面蓋有一個(gè)膜片里面裝滿碳粒，上面蓋有一個(gè)膜片. 對(duì)話筒講話時(shí)，膜片時(shí)緊時(shí)松地對(duì)話筒講話時(shí)，膜片時(shí)緊時(shí)松地壓迫碳粒，使電阻時(shí)大時(shí)小，從而使壓迫碳粒，使電阻時(shí)大時(shí)小，從而使流過碳粒的電

14、流時(shí)小時(shí)大，這樣，流過碳粒的電流時(shí)小時(shí)大，這樣，話話筒把聲信號(hào)變成電信號(hào)。筒把聲信號(hào)變成電信號(hào)。 1877年，愛迪生取得了發(fā)明碳粒送年，愛迪生取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。話器的專利。2）聽筒結(jié)構(gòu)聽筒結(jié)構(gòu)：聽筒里有一個(gè)永：聽筒里有一個(gè)永磁鐵，它的兩個(gè)磁極上套有螺線磁鐵，它的兩個(gè)磁極上套有螺線管，磁極前有薄鐵片管，磁極前有薄鐵片. 話筒傳來的電流，通過電話線，話筒傳來的電流，通過電話線，傳入聽筒的電流流過電磁鐵。電傳入聽筒的電流流過電磁鐵。電流時(shí)大時(shí)小，電磁鐵對(duì)膜片的吸流時(shí)大時(shí)小，電磁鐵對(duì)膜片的吸引力也時(shí)大時(shí)小，使膜片發(fā)生不引力也時(shí)大時(shí)小，使膜片發(fā)生不同的振動(dòng)，在空氣中形成聲波。同的振動(dòng)，在空氣中

15、形成聲波。這樣，這樣，聽筒把電信號(hào)變成聲信號(hào)。聽筒把電信號(hào)變成聲信號(hào)。通信的發(fā)展簡(jiǎn)史通信的發(fā)展簡(jiǎn)史v18871887年年3 3月月2121日，德國(guó)物理學(xué)家赫茲日，德國(guó)物理學(xué)家赫茲(1857(18571894 ) 1894 ) 在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過空間傳到遠(yuǎn)處。這是人類歷史上能夠越過空間傳到遠(yuǎn)處。這是人類歷史上第一次證實(shí)了電磁波的存在。但赫茲斷然第一次證實(shí)了電磁波的存在。但赫茲斷然否認(rèn)選用電磁波進(jìn)行通信的可能性。他認(rèn)否認(rèn)選用電磁波進(jìn)行通信的可能性。他認(rèn)為如要利用電磁波進(jìn)行通信的話，需要有為如要利用電磁波進(jìn)行通信的話，需要有一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R

16、。一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R。v1864年，麥克斯韋解決了電磁波的理論問題，預(yù)言電磁波的存在。通信的發(fā)展簡(jiǎn)史通信的發(fā)展簡(jiǎn)史v18951895年年5 5月月7 7日，日，3636歲的波波夫在彼德堡的俄歲的波波夫在彼德堡的俄國(guó)物理化學(xué)會(huì)的物理分會(huì)上，宣讀了關(guān)于國(guó)物理化學(xué)會(huì)的物理分會(huì)上，宣讀了關(guān)于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文，并當(dāng)眾的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收機(jī)。當(dāng)他的助手展示了他發(fā)明的無線電接收機(jī)。當(dāng)他的助手在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)生器時(shí)，在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)生器時(shí)，波波夫的無線電接收機(jī)便響起鈴來；斷開電波波夫的無線電接收機(jī)便響起鈴來；斷開電

17、波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了紀(jì)念波波夫在這一天的劃時(shí)代創(chuàng)舉，當(dāng)時(shí)的紀(jì)念波波夫在這一天的劃時(shí)代創(chuàng)舉，當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)政府便把蘇聯(lián)政府便把5 5月月7 7日定為日定為“無線電發(fā)明日無線電發(fā)明日”。最早的無線通信最早的無線通信 波波夫?qū)嶒?yàn)用的無線電接收機(jī) 通信的發(fā)展簡(jiǎn)史通信的發(fā)展簡(jiǎn)史v18971897年年5 5月月1818日日, ,意大利人馬可尼進(jìn)行橫跨布里斯托爾海意大利人馬可尼進(jìn)行橫跨布里斯托爾海峽的無線電通信取得成功，通信距離為峽的無線電通信取得成功，通信距離為1414公里。公里。人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理

18、論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論v19061906年年, ,福雷斯特發(fā)明了真空三極管放大器。福雷斯特發(fā)明了真空三極管放大器。v19251925年，英國(guó)發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成年，英國(guó)發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成了世界上第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的電視機(jī)了世界上第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的電視機(jī). .v19351935年，英國(guó)的沃森年，英國(guó)的沃森. .瓦特研制成功了世界上第一部雷達(dá)。瓦特研制成功了世界上第一部雷達(dá)。v19411941年，馮年，馮. .諾依曼發(fā)明第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。諾依曼發(fā)明第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。v1947.121947.12月，貝爾實(shí)驗(yàn)室肖克利等發(fā)明了取代電子管的晶月，貝爾實(shí)驗(yàn)室肖克

19、利等發(fā)明了取代電子管的晶體管。體管。v19481948年，年，Claude E.ShannonClaude E.Shannon發(fā)表了信息論。發(fā)表了信息論。影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論v19571957年年1010月月4 4日，第一顆人造地球衛(wèi)星上天，地球上第一日，第一顆人造地球衛(wèi)星上天，地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航天時(shí)代次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航天時(shí)代的開始，的開始， 也意味著衛(wèi)星通信的時(shí)代即將到來。也意味著衛(wèi)星通信的時(shí)代即將到來。 v19581958年，基爾比和諾依斯分別發(fā)明了集成電路。年，基爾比和諾依斯分別發(fā)明了集成電路。

20、v19801980年，貝爾公司推出年，貝爾公司推出FT3FT3光纖通信光纖通信系統(tǒng)。系統(tǒng)。v7070年代末至年代末至8080年代中，美、歐、日本建立第一代蜂窩年代中，美、歐、日本建立第一代蜂窩移移動(dòng)通信動(dòng)通信系統(tǒng)系統(tǒng) v19891989年，美國(guó)衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（年，美國(guó)衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）完成部署）完成部署 。v19931993年，美國(guó)政府提出了建設(shè)國(guó)家年，美國(guó)政府提出了建設(shè)國(guó)家“信息高速公路信息高速公路”的的建設(shè)計(jì)劃，從此進(jìn)入建設(shè)計(jì)劃，從此進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。時(shí)代。信息之路信息之路微波通信微波通信頻率在頻率在30MHz30MHz3310105 5MHzMHz衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信用通

21、信衛(wèi)星轉(zhuǎn)為微波中用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)為微波中繼站繼站光纖通信光纖通信激光在光導(dǎo)纖維中傳播激光在光導(dǎo)纖維中傳播網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信把計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起進(jìn)行把計(jì)算機(jī)聯(lián)在一起進(jìn)行通信通信1.2 通信的基本概念通信的基本概念1.2.11.2.1消息、信號(hào)和信息消息、信號(hào)和信息通信的目的：通信的目的：為了獲取信息為了獲取信息信息：信息：是人類社會(huì)和自然界中需要傳遞、是人類社會(huì)和自然界中需要傳遞、 交換、存儲(chǔ)和提取的抽象內(nèi)容交換、存儲(chǔ)和提取的抽象內(nèi)容消息：消息：表示信息的語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)表示信息的語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)信號(hào)：信號(hào)：運(yùn)載消息的聲、光、電等物理量運(yùn)載消息的聲、光、電等物理量 信號(hào)的分類及描述信號(hào)的分類及

22、描述（1 1）確知信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)）確知信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)確知信號(hào)：確知信號(hào)：指能夠以確定的時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，它指能夠以確定的時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，它在定義域內(nèi)任意時(shí)刻都有確定的函數(shù)值。在定義域內(nèi)任意時(shí)刻都有確定的函數(shù)值。 隨機(jī)信號(hào)：隨機(jī)信號(hào)：具有隨機(jī)性的信號(hào)。具有隨機(jī)性的信號(hào)。（2 2）周期信號(hào)與非周期信號(hào)）周期信號(hào)與非周期信號(hào)周期信號(hào)：周期信號(hào)：滿足下列條件滿足下列條件( )(),0, 1, 2, 3,f tf tnTnt 式中式中T T為周期為周期非周期信號(hào)：非周期信號(hào)：不具有重復(fù)性的信號(hào)。不具有重復(fù)性的信號(hào)。（3）模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)）模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是指代表消息的信號(hào)參量（幅度、模

23、擬信號(hào)是指代表消息的信號(hào)參量（幅度、頻率或相位）隨消息連續(xù)變化的信號(hào)。數(shù)字頻率或相位）隨消息連續(xù)變化的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是指它不僅在時(shí)間上離散，而且在幅度信號(hào)是指它不僅在時(shí)間上離散，而且在幅度取值上也是離散的信號(hào)。取值上也是離散的信號(hào)。 圖1-20模擬信號(hào)模擬信號(hào) 幅度在某一范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的信號(hào)，稱為模擬信號(hào)。典型的模擬信號(hào)如下： 數(shù)字信號(hào) 幅度僅能夠取有限個(gè)離散值的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。典型的數(shù)字信號(hào)如下：數(shù)字信號(hào)or 模擬信號(hào)：信號(hào)弧度的取值是否離散.模擬信號(hào)數(shù)字化：抽樣量化編碼信號(hào)的頻域特性 信號(hào)的頻域特性表達(dá)的是信號(hào)幅度和相位隨頻率變化的規(guī)律。周期脈沖信號(hào)的頻譜分析 根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)理論，任

24、意周期函數(shù)u(t)均可分解為直流分量和無限多個(gè)正弦及余弦分量之和。正弦信號(hào)諧波分量疊加逼近矩形波信號(hào)基波3次諧波5次諧波)14sin(71)10sin(51)6sin(31)2sin()(ftftftftAtfTf/1基波3次諧波5次諧波7次諧波(1+3+5)(1+3+9)(1+3+27)信號(hào)的帶寬一個(gè)信號(hào)所包含諧波的最高頻率與最低頻率之差，即該信號(hào)所擁有的頻率范圍，即為該信號(hào)的帶寬。 例如，單一頻率的正弦波帶寬為0，而周期脈沖方波帶寬是最高次諧波與最低次諧波之差。 數(shù)字通信傳輸近似周期方波信號(hào)，因此分析其帶寬具有重要現(xiàn)實(shí)意義。為信號(hào)比特速率寬一般，數(shù)字信號(hào)雙邊帶bbRRB,2信號(hào)的衰耗與增益

25、 信號(hào)在傳輸過程中若輸出端功率小于輸入端功率，則稱信號(hào)受到了衰耗（減）；若輸出端功率大于輸入端功率，則稱信號(hào)得到了增益，定義為：10 lg()dBinoutPdP 例如，把10mW功率信號(hào)加到輸入端并在輸出端測(cè)得功率5mW，得衰耗約為3dB。（分貝）噪聲與失真 疊加在有用信號(hào)之上并對(duì)其產(chǎn)生有害影響的成分，稱為噪聲。噪聲是一種隨機(jī)信號(hào) 經(jīng)過傳輸后的信號(hào)，由于受到各種因素的影響可能會(huì)發(fā)生畸變，稱為信號(hào)失真。 36噪聲疊加導(dǎo)致信號(hào)幅度失真1.3、信息的度量、信息的度量v通信的目的在于信息的傳遞和交換。 v信息是對(duì)事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述。用數(shù)學(xué)語言來講，不確定性就是隨機(jī)性，具有不確定性

26、的事件就是隨機(jī)事件 。因此可運(yùn)用研究隨機(jī)事件的數(shù)學(xué)工具概率來測(cè)度不確定性的大小。我們把消息用隨機(jī)事件表示，而發(fā)出這些消息的信源則用隨機(jī)變量來表示。 我們把某個(gè)消息 出現(xiàn)的不確定性的大小定義為該消息 所攜帶的信息量，用 表示。在信息論中， 與消息 出現(xiàn)的概率 的關(guān)系式為 ixixix( )iP x( )iI x( )iI x1( )loglog( )( )iaaiiI xP xP x 信息量 同時(shí)也表示這個(gè)消息 所包含的信息量，也就是能夠提供給收信者的最大信息量。 ( )iI xix例例 設(shè)英文字母設(shè)英文字母E出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為0.105，X出現(xiàn)的概率為0.002。試求E及X的信息量。解：

27、解：英文字母英文字母E出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為 ， 其信息量為其信息量為 ( )0.105P E 221loglog 0.1053.25( )EIbitP E 字母X的信息量為221loglog 0.0028.97( )xIbitP x 例：仍硬幣，例：仍硬幣，“正面正面”出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為0.5，“反面”出現(xiàn)的概率為0.5。試求信息量。bitII15 . 01log2反正例：某地明天例：某地明天“地震地震”的概率為的概率為0.0001,，“不不地震地震” 的概率為的概率為0.9999，試求信息量。bitIbitI00014. 09999. 01log23.130001. 01log22

28、不地震地震事件發(fā)生的可能性越小，其發(fā)生時(shí)獲得的信息就會(huì)越多. 如某一信源有多個(gè)符號(hào)組成，則每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量為21( )( )log( )(/niiiH xP xP xbit 符號(hào)）當(dāng)離散信源的每一符號(hào)等概率出現(xiàn)時(shí)，即 （1.2-11）( )1/ (1,2, )iP xn in符號(hào)）則：/(log)(2bitnxH此時(shí)每個(gè)符號(hào)的平均信息量達(dá)到最大。例：某例：某“0”，“1”組成的符號(hào)集合，組成的符號(hào)集合，“0”出現(xiàn)出現(xiàn)的概率為的概率為0.5，“1”出現(xiàn)的概率為0.5。求該信息源“0”，”1”符號(hào)的平均信息量。符號(hào)/15 . 0log5 . 05 . 0log5 . 0)(log)()(2

29、2210bitxpxpxHiii例：某地明天地震例：某地明天地震“1”的概率為的概率為0.0001，不地震不地震“0” 的概率為的概率為0.9999，求該信息源，求該信息源“0”，”1”符號(hào)的平均信息量。符號(hào)的平均信息量。符號(hào)/0015. 09999. 01log9999. 00001. 01log0001. 0)(log)()(22210bitxpxpxHiii0.0001440.0013例例1.2-4 某信息源的符號(hào)集由A，B，C，D和E組成，設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。試求該信息源符號(hào)的平均信息量。解：該信息源符號(hào)的平均信息量為解：該信

30、息源符號(hào)的平均信息量為212222( )( )log( )11113355log2logloglog2.23/448816161616niiiH xP xP xbit 符號(hào)+0.5 +20.375 +0.4529 +0.52431、通信系統(tǒng)的一般模型 把實(shí)現(xiàn)消息傳輸所需一切設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體稱為通信系統(tǒng)。1.2.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成圖1-26通信系統(tǒng)的一般模型 信源（信息源）的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，該原始電信號(hào)稱為基帶信號(hào)。 發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。 信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，按傳輸媒介的不同，可分為有線信道和無

31、線信道兩大類。 通信系統(tǒng)還要受到系統(tǒng)內(nèi)外各種噪聲干擾的影響。 在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)。 信宿（受信者）是將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息 。 1、模擬通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是指信源是模擬信號(hào)，信道中傳輸?shù)囊彩悄M信號(hào)的系統(tǒng)。 按照信道中所傳信號(hào)的形式不同，通信系統(tǒng)可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)模型語音通信過程 模擬通信系統(tǒng)，它主要包含兩種重要變換： 第一種是在發(fā)送端將連續(xù)消息變換成原始電信號(hào)，或在接收端進(jìn)行相反的變換，它是由信息源或受信者完成；經(jīng)第一種變換得到的原始電信號(hào)（基帶信

32、號(hào)）具有頻率較低的頻譜分量，一般不能直接作為傳輸信號(hào)而送到信道中去。 因此模擬通信系統(tǒng)常常需要第二種變換，即將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)，這一變換由調(diào)制器完成。在收端同樣需經(jīng)相反的變換，將信道中傳輸?shù)男盘?hào)恢復(fù)成原始電信號(hào)，這一過程由解調(diào)器完成。 經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特性：一是攜帶有消息，二是適合在信道中傳輸，三是頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。因而已調(diào)信號(hào)又常稱為頻帶信號(hào)。 實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。 模擬通信系統(tǒng)在信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，其占有頻帶一般都比較窄，因此其頻帶利用率較高。缺點(diǎn)是抗干擾能力差，不易保密，設(shè)備元器件

33、不易大規(guī)模集成，不能適應(yīng)飛速發(fā)展的數(shù)字通信的要求。3、數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。 數(shù)字通信系統(tǒng)可進(jìn)一步細(xì)分為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)和數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。(沒有調(diào)制/解調(diào)器)u模擬通信系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀；缺點(diǎn)是抗干擾能力弱，噪聲積累無法徹底消除；不易集成。u數(shù)字通信系統(tǒng)：1.2.3 通信系統(tǒng)的分類v按照不同的分法，通信可分成許多類別。按照不同的分法，通信可分成許多類別。1、按傳輸媒質(zhì)分類、按傳輸媒質(zhì)分類 可分為有線通信和無線通信兩大類。可分為有線通信和無線通信兩大類。 2、按信號(hào)的特征分類、按信號(hào)的特征分類 按照攜帶信息的信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，按照攜帶信

34、息的信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可以相應(yīng)地把通信分為模擬通信與數(shù)字通信。可以相應(yīng)地把通信分為模擬通信與數(shù)字通信。3、按工作頻段分類、按工作頻段分類 按通信設(shè)備的工作頻段不同，通信可分為長(zhǎng)波通按通信設(shè)備的工作頻段不同，通信可分為長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。信、中波通信、短波通信、微波通信等。4、按調(diào)制方式分類 根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過調(diào)制，可將通信可分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。5、按通信業(yè)務(wù)類型分類 根據(jù)通信業(yè)務(wù)類型的不同，通信可分為電報(bào)通信、電話通信、數(shù)據(jù)通信和圖像通信等。6、按終端用戶移動(dòng)性分類 按終端用戶是否移動(dòng)分為移動(dòng)通信和固定通信。 另外，還有其他一些分類方法，如

35、按多地址方式可分為頻分多址通信、時(shí)分多址通信、碼分多址通信等；按用戶類型可分為公用通信和專用通信等。 1.2.4 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)中最主要的性能指標(biāo)?？煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)中最主要的性能指標(biāo)。v1 有效性有效性：是指消息傳輸?shù)模菏侵赶鬏數(shù)摹八俣人俣取眴栴}。問題。v2 可靠性可靠性：主要是指消息傳輸?shù)模褐饕侵赶鬏數(shù)摹百|(zhì)量質(zhì)量”問題。問題。 在實(shí)際通信系統(tǒng)中，對(duì)有效性和可靠性這在實(shí)際通信系統(tǒng)中，對(duì)有效性和可靠性這兩個(gè)指標(biāo)的要求經(jīng)常是矛盾的兩個(gè)指標(biāo)的要求經(jīng)常是矛盾的，提高系統(tǒng)的，提高系統(tǒng)的有效性會(huì)

36、降低可靠性，反之亦然。有效性會(huì)降低可靠性，反之亦然。 一、模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 有效性指標(biāo)有效性指標(biāo)：用所傳信號(hào)的有效傳輸帶寬來表征。當(dāng)信道容許傳輸帶寬一定，而進(jìn)行多路頻分復(fù)用時(shí)，每路信號(hào)所需的有效帶寬越窄，信道內(nèi)復(fù)用的路數(shù)就越多。顯然，信道復(fù)用的程度越高，信號(hào)傳輸?shù)挠行跃驮胶谩?信號(hào)的有效傳輸帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。同樣的信號(hào)用不同的方法調(diào)制得到的有效傳輸帶寬是不一樣的。 可靠性指標(biāo)：可靠性指標(biāo)：用通信系統(tǒng)接收端的輸出信噪比來衡量。信噪比是信號(hào)的平均功率S與噪聲的平均功率N之比。信噪比越高，說明噪聲對(duì)信號(hào)的影響越小。顯然，信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。

37、二二 、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1、有效性指標(biāo)、有效性指標(biāo) 用傳輸速率和頻帶利用率來表征。 （1）傳輸速率）傳輸速率 傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率和信息傳輸速率。 碼元傳輸速率(碼元速率RBN)，簡(jiǎn)稱傳碼率，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位是波特(Baud)。 信息傳輸速率(信息速率Rb)，簡(jiǎn)稱傳信率，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送的信息量，單位是比特/秒，常用符號(hào)“bit/s”表示。 ( )(/ )bBNRRH xbit s（2）頻帶利用率）頻帶利用率 頻帶利用率有兩種表示方式：碼元頻帶利用率和信息頻帶利用率。 碼元頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即

38、信息頻帶利用率是指每秒鐘在單位頻帶上傳輸?shù)男畔⒘?，?/)BRBaudHzB/()bRbits HzB2、可靠性指標(biāo)、可靠性指標(biāo) （1）誤碼率：指接收到的錯(cuò)誤碼元數(shù)和總的傳輸碼元個(gè)數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤碼元的概率，記為 （1.2-18） （2）誤信率：又叫誤比特率，是指接收到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)和總的傳輸比特?cái)?shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤信息量的概率，記為 （1.2-19） 傳輸總碼元數(shù)接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)eP傳輸總比特?cái)?shù)接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)bP例例1.2-6 已知某八進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為 3000bit/s ，在收端10分鐘內(nèi)共測(cè)得出現(xiàn)18個(gè)錯(cuò)誤碼元，試求該系統(tǒng)的誤碼率。 解：解： 依題意 則由式（

39、1.2-18）得系統(tǒng)的誤碼率 3000/bRbit s82/log 81000BbRRBaud51036010100018eP1.3 通信網(wǎng)概述v1.3.1 通信網(wǎng)的概念通信網(wǎng)的概念 所謂通信網(wǎng)是指由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)（包括終端設(shè)備和交換設(shè)備）和連接節(jié)點(diǎn)的傳輸鏈路相互有機(jī)地組合在一起，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)規(guī)定點(diǎn)間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。 1、通信網(wǎng)的組成、通信網(wǎng)的組成 現(xiàn)代通信網(wǎng)一般由用戶現(xiàn)代通信網(wǎng)一般由用戶終端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、交終端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、交換設(shè)備換設(shè)備三大部分組成。三大部分組成。 終端設(shè)備是通信網(wǎng)中的源點(diǎn)和終點(diǎn)終端設(shè)備是通信網(wǎng)中的源點(diǎn)和終點(diǎn)。其主要功能。其主要功能是將輸入信息變換為適合在信道中

40、傳送的信號(hào)，并參是將輸入信息變換為適合在信道中傳送的信號(hào)，并參與控制通信系統(tǒng)工作。與控制通信系統(tǒng)工作。 傳輸系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接媒體傳輸系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接媒體，也是信息與信也是信息與信號(hào)的傳輸通路號(hào)的傳輸通路。它由傳輸介質(zhì)和各種通信裝置組成。它由傳輸介質(zhì)和各種通信裝置組成。 交換設(shè)備是通信網(wǎng)的核心交換設(shè)備是通信網(wǎng)的核心。其功能有交換、控制、。其功能有交換、控制、管理及執(zhí)行等。管理及執(zhí)行等。 此外還必須有一套軟件，如信令、協(xié)議和各種標(biāo)準(zhǔn)此外還必須有一套軟件，如信令、協(xié)議和各種標(biāo)準(zhǔn)等。等。(1)信息傳輸信息傳輸。這是通信網(wǎng)的基本功能。這是通信網(wǎng)的基本功能 。(2)差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制?，F(xiàn)實(shí)的通信線路

41、可能會(huì)受到這樣或那樣。現(xiàn)實(shí)的通信線路可能會(huì)受到這樣或那樣的干擾，因此誤碼是不可能完全避免的。所以采用的干擾，因此誤碼是不可能完全避免的。所以采用差錯(cuò)控制措施，將誤碼率控制在一定的范圍內(nèi)是通差錯(cuò)控制措施，將誤碼率控制在一定的范圍內(nèi)是通信網(wǎng)必備的功能。信網(wǎng)必備的功能。(3)尋址和路由尋址和路由。在通信網(wǎng)中，信源的信息到達(dá)信宿一。在通信網(wǎng)中，信源的信息到達(dá)信宿一般不能直接完成，而要經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)。在轉(zhuǎn)般不能直接完成，而要經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)。在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)通常都有多種可能的選擇，這時(shí)通信網(wǎng)必須具發(fā)時(shí)通常都有多種可能的選擇，這時(shí)通信網(wǎng)必須具備選擇最佳路由的功能。備選擇最佳路由的功能。 (4)網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管

42、理。通信網(wǎng)是由軟件和硬件按一定方式組織。通信網(wǎng)是由軟件和硬件按一定方式組織起來的一個(gè)復(fù)雜的通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的起來的一個(gè)復(fù)雜的通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)管理、維護(hù)管理和資源管理，使通信網(wǎng)在各種運(yùn)營(yíng)管理、維護(hù)管理和資源管理，使通信網(wǎng)在各種情況下都能提供良好的服務(wù)質(zhì)量，或?yàn)椴檎液团懦闆r下都能提供良好的服務(wù)質(zhì)量，或?yàn)椴檎液团懦收咸峁椭９收咸峁椭?、通信網(wǎng)的基本功能、通信網(wǎng)的基本功能 1.3.2 通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 通信網(wǎng)的基本組網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要有網(wǎng)狀型網(wǎng)、星型網(wǎng)、復(fù)合型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、總線型網(wǎng)和樹型網(wǎng)等。 1.3.3 通信網(wǎng)的質(zhì)量要求 為了使通信網(wǎng)能快速、有效、可靠地傳遞信息，為了使通信網(wǎng)能快速、有效、可靠地傳遞信息，通常對(duì)通信網(wǎng)提出通常對(duì)通信網(wǎng)提出接通的任意性與快速性接通的任意性與快速性、信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸?shù)耐该餍耘c傳輸質(zhì)量的一致性的透明性與傳輸質(zhì)量的一致性、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性與經(jīng)濟(jì)合理性合理性這這3項(xiàng)要求。項(xiàng)要求。 1、接通的任意性與快速性、接通的任意性與快速性 接通的任意性與快速性是指網(wǎng)內(nèi)的一個(gè)