西南交大通信考研輔導(dǎo)班課件

近代信息論和編碼理論奠基人

ClaudeElwoodShannonShannon(1916－2001)美國人1916年4月30日生于Michigan州Gaylord

。1936年于密歇根大學(xué)(UniversityofMichigan)獲數(shù)學(xué)和電氣工程學(xué)位。1940年于MIT獲數(shù)學(xué)博士學(xué)位。1941-1972，AT&TBellLabinNewJersey。1956年，MIT，并于1958年被聘為DonnerProfessorofScience。1948年，C.E.Shannon在BellSystemTechnicalJournal(vol.27,pp.379-423)上發(fā)表了“通信的數(shù)學(xué)理論”(Amathematicaltheoryofcommunication)，為通信系統(tǒng)與編碼技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。光纖之父高錕CharlesK.Kao1933年11月4日生于上海1948年，舉家遷往香港1957年英國倫敦大學(xué)理學(xué)士

1965年英國倫敦大學(xué)哲學(xué)博士1957年工作于英國國際電話電報公司1966年，高錕提出了用玻璃代替銅線的大膽設(shè)想,發(fā)明了石英玻璃，制造出世界上第一根光導(dǎo)纖維1987年擔(dān)任香港中文大學(xué)校長，1996年退休2009年獲得諾貝爾物理學(xué)獎美國耶魯(Yale)大學(xué)校長在授予他“榮譽科學(xué)博士學(xué)位”的儀式上說：“你的發(fā)明改變了世界通訊模式，為信息高速公路奠下基石。把光與玻璃結(jié)合后，影像傳送、電話和電腦有了極大的發(fā)展……”20世紀(jì)80年代移動通信系統(tǒng)迅速發(fā)展1G模擬移動系統(tǒng):

AMPS(1982,USA)TACS(Europe,1980）2G數(shù)字移動系統(tǒng):GSM(Europe,1992)IS-95CDMA(SouthKorea,1993;USA,1996)D-AMPS(IS-136)(USA,1996)3G數(shù)字移動系統(tǒng)(3G):GSMWCDMA(Europe,Japan)IS-95CDMAcdma2000(USAetal.)TD-SCDMA(China)B3G和4G移動通信系統(tǒng)LTE,WiMAX4G:LTE-Advanced(研究中)通信技術(shù)的發(fā)展歷史(3)通信系統(tǒng)：完成通信任務(wù)的各種設(shè)備和傳輸介質(zhì)構(gòu)成的總體通信系統(tǒng)的一般模型信源(含輸入變換器)發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿(輸出變換器)噪聲與干擾發(fā)送端接收端消息原始電信號變換信號接收信號原始電信號消息噪聲電信號1.2通信系統(tǒng)的組成信息源（簡稱信源）把消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，即完成“非電量”到“電量”的變換。模擬信源和離散信源之分模擬信源模擬信號（話筒：聲音音頻電信號）離散信源數(shù)字信號（電傳機：鍵盤字符數(shù)字信號）信源輸出信號為基帶信號基帶信號：信號的頻譜從零頻附近開始發(fā)送設(shè)備：將信源輸出信號變成適合在信道傳輸?shù)男盘栃问?有時也可以由輸入變換器把信號直接送入信道傳輸變換方式：根據(jù)信號類型、傳輸媒質(zhì)和質(zhì)量要求等決定可能的變換處理：放大器、濾波器、編碼、調(diào)制器等信道：信號傳輸?shù)奈锢砻劫|(zhì)包括有線信道和無線信道信號在信道中傳輸時會受到衰減和畸變接收設(shè)備將信道中送來的帶有噪聲和干擾的接收信號變換成與發(fā)送端信源發(fā)出的原始電信號完全一樣的或基本一樣的電信號接收設(shè)備是發(fā)送設(shè)備的反變換

受信者（也稱信宿）：信息的終點將原始電信號還原成消息對于收、發(fā)信者，不管中間經(jīng)過什么樣的變換和傳輸，都不應(yīng)該將二者所傳遞的消息改變收、發(fā)消息相同程度越高，通信系統(tǒng)性能越好噪聲源：信道中或通信系統(tǒng)眾干擾的集中表示，為了分析方便，我們把噪聲和干擾理想化，并認(rèn)為是從信道中引入的。模擬通信系統(tǒng)組成

信道中傳輸?shù)氖悄M信號的通信系統(tǒng)信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源發(fā)送端接收端連續(xù)消息電信號已調(diào)信號有擾信號電信號連續(xù)消息噪聲電信號基帶信號頻帶信號基帶信號信息源狀態(tài)連續(xù)的模擬信號一般具有較低的頻譜，大多集中在零頻附近基帶信號一般不宜直接傳輸調(diào)制器進行頻譜搬移，將原始的基帶信號變換成適合在不同信道內(nèi)傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。模擬調(diào)制強調(diào)已調(diào)參量與代表消息的模擬信號之間的比例特性已調(diào)信號有三個基本特征：攜帶有消息適合信道傳輸具有較高頻率成分已調(diào)信號為帶通信號（頻帶信號）帶通信號：信號頻譜具有帶通形式，即中心頻率遠離零頻解調(diào)器將已調(diào)信號還原成基帶信號解調(diào)是調(diào)制的反過程。數(shù)字通信系統(tǒng)組成信道中傳輸數(shù)字信號數(shù)字通信系統(tǒng)分類數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字通信與數(shù)據(jù)通信的區(qū)分利用數(shù)字信號的形式來傳送消息的通信方式稱為數(shù)字通信信源本身發(fā)出的數(shù)字形式的消息，不管用何種形式的信號來傳輸這類消息的通信方式，均稱為數(shù)據(jù)通信信源信宿信源編碼信道編碼調(diào)制器信道干擾與噪聲信源解碼信道譯碼解調(diào)器110101110101同步系統(tǒng)基帶信號頻帶信號基帶信號壓縮編碼保密編碼信源編碼數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)信源編/譯碼器：信源編碼器的作用包括提高消息傳輸?shù)陌踩浴⒂行?，將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號從而實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。信源譯碼器是信源編碼器的逆處理。信源編/譯碼器通過采用加密技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)，提高數(shù)字信息傳輸?shù)陌踩?，減少數(shù)字信息的冗余度，從而提高傳輸效率通過采用模數(shù)(A/D)變換，可以將模擬信息源輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。信道編/譯器：信道編碼器的目的是提高信號傳輸?shù)目煽啃园凑找欢ǖ囊?guī)則在數(shù)字信號中添加一些保護成分(冗余信息），從而提高數(shù)字信息對抗噪聲和干擾的能力。信道譯碼器按照對應(yīng)的規(guī)則進行解碼，從解碼的過程中發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，從而提高數(shù)字信息的傳輸可靠性。調(diào)制：使經(jīng)過編碼的信號特性與信道的特性相適應(yīng)，使信號經(jīng)過調(diào)制后能夠順利通過信道傳輸。強調(diào)已調(diào)參量與代表消息的數(shù)字信號之間一一對應(yīng)數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中，去掉數(shù)字調(diào)制器和解調(diào)器波形變換也可能包括編碼器、加密器接收濾波器也可能包括譯碼器、解密器等信源信宿波形變換接收濾波器基帶信號基帶信號信道干擾與噪聲數(shù)字通信的特點數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點抗干擾能力強，且噪聲不積累。容易實現(xiàn)，成本低，更具靈活性差錯控制：差錯控制編碼來實現(xiàn)加解密方便更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易實現(xiàn)多網(wǎng)合一數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點同步設(shè)備復(fù)雜占用帶寬較寬發(fā)端放大收端發(fā)端再生收端通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類電話通信：傳送消息是語音信號電報通信：傳送的消息是文字、符號圖象通信：靜止圖象（傳真）和活動圖象（視頻）數(shù)據(jù)通信：一種總稱，傳送數(shù)據(jù)流（語音、圖象、文字等）按調(diào)制方式分類基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送頻帶（調(diào)制）傳輸連續(xù)波調(diào)制（載波為連續(xù)信號）模擬線性調(diào)制(AM、DSB、SSB、VSB）、模擬非線性調(diào)制(FM、PM）數(shù)字調(diào)制（FSK、PSK、ASK）脈沖調(diào)制（載波為矩形脈沖）脈沖模擬調(diào)制（PAM）、脈沖數(shù)字調(diào)制（PCM、DPCM）1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式數(shù)字微波、空間通信其它如QAM，MSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK、DPSK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸振幅鍵控ASK數(shù)字調(diào)制中間調(diào)制方式相位調(diào)制PM微波中繼，衛(wèi)星通信頻率調(diào)制FM非線性調(diào)制立體聲廣播雙邊帶DSB載波通信，短波無線電單邊帶SSB線性調(diào)制廣播常規(guī)雙邊帶AM用途調(diào)制方式載波調(diào)制市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信脈碼調(diào)制PCM脈沖數(shù)字調(diào)制遙測、光纖傳輸脈位調(diào)制PPM中間調(diào)制方式脈寬調(diào)制PDM脈沖模擬調(diào)制中間調(diào)制方式，遙測脈幅調(diào)制PAM用途調(diào)制方式脈沖調(diào)制電視電話、圖象編碼差分脈碼調(diào)制DPCM軍用、民用數(shù)字電話增量調(diào)制DM中速數(shù)字電話其它編碼方式ADPCM按信道中所傳信號特征分類模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號按信號復(fù)用方式頻分復(fù)用（FDM）時分復(fù)用（TDM）碼分復(fù)用（CDM）按傳輸媒介分類有線（光纖）無線f2f3tft1tt2t3ff1tfc1c2c3FDMTDMCDM頻率范圍波長符號傳輸媒介用途108—104m

甚低頻VLF有線線對長波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端等30kHz-300kHz104—103m低頻LF有線線對長波無線電導(dǎo)航、電力線通信等300kHz-3MHz103—102m中頻MF同軸電纜中波無線電調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電等3MHz-30MHz102—10m高頻HF同軸電纜短波無線電短波廣播等30MHz-300MHz10—1m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調(diào)頻廣播等3Hz-30kHz按工作頻段分長波、中波、短波、微波頻率范圍波長符號傳輸媒介用途100—10