通信原理課件-第一章概論

第一章

概論

主要內(nèi)容：通信系統(tǒng)的基本概念及模型。通信網(wǎng)的基本概念。通信系統(tǒng)的技術(shù)指標。重點：通信系統(tǒng)模型。通信系統(tǒng)的任務(wù)。1.1引言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主要性能指標及其發(fā)展1.1引言2、通信系統(tǒng)：以電信號作為信息轉(zhuǎn)換和傳輸系統(tǒng)。3、通信網(wǎng)：多用戶通信系統(tǒng)互聯(lián)的通信體系。（多點中的任意兩點間的雙向傳輸）包括電信網(wǎng)，CATV網(wǎng)，計算機網(wǎng)，移動通信網(wǎng)，廣播電視網(wǎng)等框圖一、基本概念1、通信:完成信息的轉(zhuǎn)換和傳輸。

信道

交換機電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖:構(gòu)成網(wǎng)的基本要素：終端設(shè)備，傳輸鏈路，交換設(shè)備。（硬件）

交換機終端終端噪聲局間傳輸局內(nèi)傳輸局內(nèi)傳輸

通信:信息（或消息）的傳輸和交換。（要求準確、迅速）

消息：信息的物理表現(xiàn)形式。如語言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等。

信息：消息的內(nèi)涵，即信息是消息中所包含的人們原來不知而待知的內(nèi)容。

電通信：是利用電（電流或電波，包括光）來傳遞信息?，F(xiàn)代通信一般均是指“電通信”。信號：消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，電信號是消息傳遞的物質(zhì)載體。

通信系統(tǒng)：是完成傳遞信息任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體?；鶐盘枺侯l率比較低，最高頻率與最低頻率的比值較大（>>1）的電信號。頻帶信號：基帶信號經(jīng)過調(diào)制以后，頻譜搬移到較高的頻率范圍的信號。特點是：1、便于攜帶信息；2、適合在信道中傳輸；3、信號的頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠離零頻?；鶐鬏敚夯鶐盘栐谛诺乐兄苯觽鬏?shù)囊环N方式。頻帶傳輸：頻帶信號在信道中傳輸?shù)姆绞?。語言文字

印刷術(shù)

計算機網(wǎng)絡(luò)不可存儲；速度低；廣泛性低?？纱鎯?；廣泛性低。

表情動作可存儲；速度低；廣泛性高。

電報電話在任何時刻可以在網(wǎng)上獲得有效信息。通信系統(tǒng)總模型：通信系統(tǒng)由四部分組成。通信原理的討論是圍繞通信系統(tǒng)的模型而展開的根據(jù)具體的通信形式有具體的系統(tǒng)模型與之對應(yīng)

各處的噪聲之和信號源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源

發(fā)送端接收端模擬系統(tǒng)框圖：

信號源調(diào)制器解調(diào)器受信者噪聲源信道基帶信號頻帶信號頻帶信號基帶信號數(shù)字系統(tǒng)框圖：

編碼器

噪聲源

加密器信息源調(diào)制器信道受信者解密器譯碼器

解調(diào)器注：缺省同步系統(tǒng)。模擬信號與數(shù)字信號模擬信號：凡信號的某一參量（如連續(xù)波的振幅、頻率、相位、脈沖波的振幅、寬度、位置等）可以取無限多個數(shù)值，且直接與消息相對應(yīng)。數(shù)字信號：凡信號的某一參量只能取有限個數(shù)值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)。1.2通信系統(tǒng)的組成一、通信系統(tǒng)模型（總模型）描述點對點的通信二、模擬通信與數(shù)字通信系統(tǒng)模型1、模擬系統(tǒng)

2、數(shù)字系統(tǒng)

傳輸?shù)男盘柺恰半x散”的強調(diào)已調(diào)參量和基帶信號之間的一一對應(yīng)性。數(shù)字通信的特點

1）數(shù)字信號傳輸中所受的干擾可通過差錯控制編碼控制并消除。增加編碼器、解碼器

2）需要保密時可對基帶信號人為“擾亂”加密、解密

3）傳輸中是按節(jié)拍逐個傳送脈沖單元信號，稱之為碼元。收發(fā)須同步控制：包括碼元同步、幀同步、群同步等。數(shù)字通信系統(tǒng)的具體模型也根據(jù)其設(shè)計方法有所不同常用的方式分兩大類：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字通信的優(yōu)點：

1)數(shù)字傳輸?shù)目垢蓴_能力強,尤其在中繼時,數(shù)字信號可以再生而消除噪聲的積累

2)傳輸差錯可以控制,從而改善了傳輸質(zhì)量

3)便于使用數(shù)字信號處理技術(shù)來對數(shù)字信息進行處理

4)數(shù)字信息易于作高保密性的加密處理

5)數(shù)字信息可以綜合傳遞各種消息,使通信系統(tǒng)功能增強其優(yōu)點的實現(xiàn)是用占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。在系統(tǒng)頻帶緊張的場合這將成為其缺點。1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式

1、按消息的物理特征分類（業(yè)務(wù)）

2、按調(diào)制方式分類

信號數(shù)字：PCM

、?M等脈沖數(shù)字調(diào)制AM、DSB、SSB、VSBFM、PM模擬調(diào)制信號數(shù)字：ASK、FSK、PSK、DPSK

數(shù)字調(diào)制信號模擬信號模擬：PAM、PDM、PPM脈沖模擬調(diào)制正弦波調(diào)制脈沖調(diào)制兩類一、通信系統(tǒng)分類3、按信號特征分類

4、按傳輸媒介分類

5、按信號復(fù)用方式分類頻分復(fù)用時分復(fù)用碼分復(fù)用二、通信方式1、單工、半雙工、全雙工串序傳輸并序傳輸2、數(shù)字通信1.4主要性能指標及其發(fā)展

接續(xù)質(zhì)量：迅速性傳輸質(zhì)量：清晰度穩(wěn)定質(zhì)量：可靠性涉及系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、標準性、經(jīng)濟性及維護使用有效性、可靠性的具體體現(xiàn)是消息傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量問題誤差形式：1）加性干擾產(chǎn)生的誤差通常由噪聲引起

2）乘性干擾產(chǎn)生的誤差通常由信道傳輸特性不理想引起。信息量：衡量單位時間內(nèi)傳送消息中有效內(nèi)容的能力一、模擬系統(tǒng)性能指標：信息量和均方誤差均方誤差：衡量發(fā)送和接收信號之間的誤差程度二、數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標：

傳輸速率和差錯率數(shù)字信號的描述：二進制：0、1兩個狀態(tài)

N進制：0、1、2…N-1N個狀態(tài)進制之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系：例：N=4

表示4進制的每個狀態(tài)可用2位二進制狀態(tài)描述；若為小數(shù)，則取大于此值的第一個整數(shù)。

碼元的概念：在二進制中，用相同的時間間隔表示一位二進制數(shù)字，這個時間間隔稱為碼元長度。在碼元長度內(nèi)的信號稱為二進制碼元。所以二進制的每個碼元時間上等長。同理

N進制的每個碼元時間上也等長。

傳輸速率：碼元傳輸速率。又稱碼元速率或傳碼率定義：每秒鐘傳送碼元的數(shù)目。不同進制的碼元速率轉(zhuǎn)換關(guān)系已知N進制信號（），碼元速率為，單位：符號/秒若將其轉(zhuǎn)化為二進制信號，碼元速率為，單位：波特則差錯率：誤碼率、誤信率誤碼率：碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率。即接收的錯誤碼元數(shù)在傳送總碼元數(shù)中所占的比例誤信率：碼元的信息量在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率。即接收中丟失信息量在傳送信息總量中所占的比例三、通信發(fā)展的概況1838莫爾斯有線電報1948晶體管香農(nóng)IT通信統(tǒng)計理論建立1864麥克斯韋爾電磁輻射方程1950時分多路通信應(yīng)用于電話1876貝爾電話1956越洋電話鋪設(shè)1896馬克尼無線電報1957第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射1906真空管1958第一顆通信衛(wèi)星發(fā)射1918調(diào)幅廣播超外差接收機1960發(fā)明激光1925三路明線載波電話多路通信1961發(fā)明集成電路1936調(diào)頻廣播1962第一顆同步通信衛(wèi)星PCM進入實用1937脈沖編碼調(diào)制1960彩電數(shù)字傳輸理論高速計算機1938電視廣播1970LSI商用衛(wèi)星程控交換光纖通訊1940二戰(zhàn)刺激雷達和微波系統(tǒng)發(fā)展1980SLSI長波光纖通信ISDN3G塞繆爾·莫爾斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872），作為一名畫家是成功的。莫爾斯曾兩度赴歐洲留學(xué)，在肖像畫和歷史繪畫方面成了當時公認的一流畫家。1826年至1842年任美國畫家協(xié)會主席。在一次遠洋旅途中，莫爾斯結(jié)識了杰克遜。杰克遜是波士頓城的一位醫(yī)生，也是一位電學(xué)博士。閑聊中，杰克遜把話題轉(zhuǎn)到電磁感應(yīng)現(xiàn)象上。從此，莫爾斯走上了科學(xué)發(fā)明的崎嶇道路。為了維持生活，莫爾斯于1836年不得不重操舊業(yè)，擔任紐約大學(xué)藝術(shù)及設(shè)計教授。課余時間，他仍然繼續(xù)從事電報發(fā)明工作。終于在1837年9月4日，莫爾斯制造出了一臺電報機。1844年5月24日，在華盛頓國會大廈聯(lián)邦最高法院會議廳里，進行電報發(fā)收試驗。年過半百的莫爾斯在預(yù)先約定的時間，興奮地向巴爾的摩發(fā)出人類歷史上的第一份電報。他的助手很快收到那份只有一句話的電報：“上帝創(chuàng)造了何等的奇跡!”1862年31歲，麥克斯韋發(fā)表了第二篇論文《論物理力線》，不但進一步發(fā)展了法拉第的思想，擴充到磁場變化產(chǎn)生電場，而且得到了新的結(jié)果：電場變化產(chǎn)生磁場，由此預(yù)言了電磁波的存在，并證明了這種波的速度等于光速，揭示了光的電磁本質(zhì)。這篇文章包括了麥克斯韋研究電磁理論達到的主要結(jié)果。1864年他的第三篇論文《電磁場的動力學(xué)理論》，從幾個基本實驗事實出發(fā)，運用場論的觀點，以演繹法建立了系統(tǒng)的電磁理論。1873年出版的《電學(xué)和磁學(xué)論》一書是集電磁學(xué)大成的劃時代著作，全面地總結(jié)了19世紀中葉以前對電磁現(xiàn)象的研究成果，建立了完整的電磁理論體系。這是一部可以同牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》、達爾文的《物種起源》和賴爾的《地質(zhì)學(xué)原理》相媲美的里程碑式的著作。麥克斯韋的主要科學(xué)貢獻在電磁學(xué)方面，同時在天體物理學(xué)、氣體分子運動論、熱力學(xué)、統(tǒng)計物理學(xué)等方面，都作出了卓越的成績。正如量子論的創(chuàng)立者普朗克（MaxPlankl858—1947）指出的：“麥克斯韋的光輝名字將永遠鐫刻在經(jīng)典物理學(xué)家的門扉上，永放光芒。從生地來說，他屬于愛丁堡；從個性來說，他屬于劍橋大學(xué)；從功績來說，他屬于全世界”。赫茲是一個短命的物理學(xué)家。他于1894年逝世時，年僅37歲。1886年29歲發(fā)現(xiàn)電磁波，其后不到6年，意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實現(xiàn)廠無線電傳播，并很快投人實際使用。其他利用電磁波的技術(shù)：無線電報（1894年）、無線電廣播（1906年）、無線電導(dǎo)航（1911年）、無線電話（1916年）、短波通訊（1921年）、無線電傳真（1923年）、電視（1929年）、微波通訊（1933年）、雷達（1935年），以及遙控、遙感、衛(wèi)星通訊、射電天文學(xué)……它們使整個世界面貌發(fā)生了深刻的變化。

赫茲關(guān)于電磁波的實驗，為無線電技術(shù)的發(fā)展開拓了新的道路，構(gòu)成了現(xiàn)代文明的骨架，后人為了紀念他，把頻率的單位定為赫茲。信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)Shannon，1916年生于美國，大學(xué)時代在美國密執(zhí)安大學(xué)和麻省理工學(xué)院學(xué)習，修過布爾代數(shù)課，并曾在發(fā)明微分分析儀的數(shù)學(xué)家布什的指導(dǎo)下使用微分分析儀，這使他對繼電器電路的分析產(chǎn)生興趣。他認為這些電路的設(shè)計可用符號邏輯來實現(xiàn)，并意識到分析繼電器的有效數(shù)學(xué)工具正是布爾代數(shù)。1938年，香農(nóng)發(fā)表了著名的論文《繼電器和開關(guān)電路的符號分析》，首次用布爾代數(shù)進行開關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運算，可以通過繼電器電路來實現(xiàn)，明確地給出了實現(xiàn)加、減、乘、除等運算的電子電路的設(shè)計方法。這篇論文成為開關(guān)電路理論的開端。后來，香農(nóng)到貝爾實驗室工作，他進一步證明了可以采用能實現(xiàn)布爾代數(shù)運算的繼電器或電子元件來制造計算機，香農(nóng)的理論還為計算機具有邏輯功能奠定了基礎(chǔ)，從而使電子計算機既能用于數(shù)值計算，又具有各種非數(shù)值應(yīng)用功能，使得以后的計算機在幾乎任