通信原理課件第一章

通信原理

主講：劉晨晨

1本課程的地位《通信原理》是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課。主要學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信的基本理論，是學(xué)習(xí)通信系統(tǒng)和技術(shù)的必備基礎(chǔ)和先行課程。核心內(nèi)容

以現(xiàn)代通信系統(tǒng)為背景，介紹通信系統(tǒng)的工作原理。通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的工作原理通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2本課程前期基礎(chǔ)通信系統(tǒng)是如何工作的？

微積分運(yùn)算及其性質(zhì)傅里葉變換及性質(zhì)卷積變換及性質(zhì)通信系統(tǒng)在有噪聲的情況下性能如何？

定量分析干擾對(duì)通信系統(tǒng)的影響概率論、隨機(jī)過程、特殊函數(shù)解決方法

提高有效性、可靠性的技術(shù)3教材、參考書教材

《通信原理》(第6版)．樊昌信，曹麗娜．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007．參考書《現(xiàn)代通信原理》.曹志剛，錢亞生．北京：清華大學(xué)出版社，2003．《通信原理》.沈越泓，高媛媛，魏以民．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．《通信原理》.王秉鈞，馮玉珉，田寶玉．北京：清華大學(xué)出版社，2008．《通信系統(tǒng)原理教程》.王興亮．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007．4本課程的主要內(nèi)容本課程主要討論模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成、工作原理、性能指標(biāo)及其分析方法。模擬調(diào)制系統(tǒng)（課本第5章）模擬通信收音機(jī)廣播（中波、短波）：調(diào)幅收音機(jī)廣播（調(diào)頻）：調(diào)頻電臺(tái)通信：邊帶調(diào)制5本課程的主要內(nèi)容數(shù)字帶通傳輸/調(diào)制系統(tǒng)（課本第7、8章）模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸（課本第9章）數(shù)字通信近距離數(shù)據(jù)通信（計(jì)算機(jī)串行通信）遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)通信數(shù)字程控電話交換機(jī)數(shù)字信號(hào)的最佳接收（課本第10章）差錯(cuò)控制編碼（課本第11章）同步原理（課本第13章）ASKFSKPSK數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（課本第6章）6本課程的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)本課程的關(guān)鍵掌握通信系統(tǒng)的組成和工作原理框圖數(shù)學(xué)模型時(shí)域波形頻譜掌握通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)及性能分析方法模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)注重公式推導(dǎo)過程獨(dú)立、認(rèn)真完成課后作業(yè)——抗噪性能——誤碼率7本課程的學(xué)習(xí)考試方式閉卷考試題目以課后習(xí)題內(nèi)容為基礎(chǔ)平時(shí)成績(jī)（30%）卷面成績(jī)（70%）8緒論第1章《通信原理》

9本章主要內(nèi)容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)分類與通信方式1.4信息其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)101.1通信的基本概念通信的目的消息信息通信方式和手段

——傳遞消息中所包含的信息——物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映（形式）——消息中包含的有效內(nèi)容（本質(zhì)）非電手勢(shì)語(yǔ)言旌旗消息樹烽火臺(tái)擊鼓傳令電電報(bào)電話電視因特網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信遙控遙測(cè)111.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)一般模型

發(fā)送端接收端121.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型

信息源：

把各種可能消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。話筒、攝像機(jī)數(shù)據(jù)記錄、光驅(qū)、軟盤。131.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型發(fā)送設(shè)備：將原始電信號(hào)變換成利于在信道傳輸?shù)男盘?hào)。

廣播電臺(tái)、電視發(fā)射塔、計(jì)算機(jī)COM口。（變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制）141.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型信道：信號(hào)傳輸通道。

空間（無(wú)線）電線、電纜、光纖（有線）151.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型噪聲源：信道中噪聲及分散在通信系統(tǒng)其它各處的噪聲集中表示。161.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型接收設(shè)備：從受到損失的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。

將信號(hào)放大和反變換

收音機(jī)、電視機(jī)、計(jì)算機(jī)COM口。171.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型受信者：將原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成消息。喇叭、TV顯像管、顯示器。181.2通信系統(tǒng)的組成模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

模擬信號(hào)：攜帶消息的電信號(hào)參量是連續(xù)變化的。語(yǔ)音信號(hào)：攜帶消息的電信號(hào)參量為信號(hào)幅度，連續(xù)變化。電視信號(hào)：攜帶消息的電信號(hào)參量為亮度，連續(xù)變化。(a)話音信號(hào)(b)抽樣信號(hào)191.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字信號(hào)：攜帶消息的電信號(hào)參量是離散變化的。數(shù)據(jù)信號(hào)電報(bào)信號(hào)：通斷信號(hào)電傳信號(hào)：脈沖信號(hào)(a)二進(jìn)制信號(hào)(b)2PSK信號(hào)201.2通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)基帶信號(hào)頻帶信號(hào)——信號(hào)的頻率從零頻附近開始——將基帶信號(hào)調(diào)制在載頻上得到的信號(hào)（已調(diào)信號(hào)、帶通信號(hào)）特征：攜帶信息適合在信道中傳輸211.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)：利用數(shù)字信號(hào)傳輸信息的通信系統(tǒng)。所傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)可以是數(shù)字基帶信號(hào)，也可以是數(shù)字頻帶信號(hào)。221.2通信系統(tǒng)的組成信源編碼信道編碼加密數(shù)字調(diào)制同步：提高傳輸?shù)挠行裕瓿蓴?shù)/模轉(zhuǎn)換：增強(qiáng)抗干擾能力（增加監(jiān)督元）：保證所傳信息的安全：把基帶信號(hào)搬移到高頻處（帶通信號(hào)）：使收發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致，包括載波同步、位同步、幀同步、網(wǎng)同步，是接收端正確恢復(fù)數(shù)字信息所不可缺少的。231.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)1.抗噪性能好數(shù)字信號(hào)可以多次再生數(shù)字通信適合遠(yuǎn)距離傳輸2.可采用信道編碼技術(shù)降低誤碼率3.便于加密4.便于存儲(chǔ)、交換、處理，能與計(jì)算機(jī)連接5.通用、靈活缺點(diǎn)占用帶寬較大頻帶利用率低設(shè)備復(fù)雜度高241.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類電報(bào)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)按調(diào)制方式分類基帶傳輸頻帶傳輸（調(diào)制傳輸）251.3通信系統(tǒng)分類與通信方式按信號(hào)特征分類模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類有線通信無(wú)線通信按工作波段分類長(zhǎng)波通信中波通信短波通信遠(yuǎn)紅外通信261.3通信系統(tǒng)分類與通信方式按信號(hào)復(fù)用方式分類頻分復(fù)用：不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍時(shí)分復(fù)用：不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間范圍碼分復(fù)用：不同信號(hào)采用不同的正交碼271.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信方式對(duì)于點(diǎn)點(diǎn)通信，按消息傳送的方向與時(shí)間關(guān)系分類單工通信

消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞綇V播、電視、無(wú)線尋呼281.3通信系統(tǒng)分類與通信方式半雙工通信通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)收發(fā)的工作方式。對(duì)講機(jī)291.3通信系統(tǒng)分類與通信方式全雙工通信通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式電話、手機(jī)301.3通信系統(tǒng)分類與通信方式在數(shù)據(jù)通信中，按照數(shù)字信號(hào)碼元排列方法分類串行傳輸將數(shù)字信號(hào)碼元序列以串行方式一個(gè)碼元接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸。COMRS232優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省線路鋪設(shè)費(fèi)用缺點(diǎn)：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施311.3通信系統(tǒng)分類與通信方式并行傳輸將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列以成組的方式在兩條或者兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。打印機(jī)口優(yōu)點(diǎn)：速度快，不需要字符同步措施缺點(diǎn)：成本高321.4信息及其度量信息如何度量消息中所含的信息量?原則能度量任何消息，并與消息的種類無(wú)關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無(wú)關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)。：消息中包含的有意義的內(nèi)容。331.4信息及其度量“某客機(jī)墜毀”“今天下雨”哪條消息的信息量大？消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。341.4信息及其度量度量信息的方法一個(gè)獨(dú)立事件的信息量當(dāng)時(shí)，信息量的單位為比特（bit）當(dāng)時(shí)，信息量的單位為奈特（nat）其中：為獨(dú)立事件出現(xiàn)的概率。使用較為廣泛當(dāng)時(shí)，信息量的單位為哈特萊（Hartley）351.4信息及其度量規(guī)律事件出現(xiàn)的可能性愈小，概率愈小，則信息量愈大。事件出現(xiàn)的可能性愈大，概率愈大，則信息量愈小。，。若干獨(dú)立消息之和的信息量是每個(gè)消息所包含信息量的線性疊加，即信息具有相加性。361.4信息及其度量【例1】對(duì)二進(jìn)制的數(shù)字消息：碼元“0”和“1”，當(dāng)“0”、“1”等概率出現(xiàn)時(shí)，求信源每個(gè)輸出的信息含量。工程應(yīng)用中習(xí)慣把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱作1bit。若為四進(jìn)制，信息量為多少？八進(jìn)制呢？十六進(jìn)制呢？。。。。371.4信息及其度量若是2的整冪次，即，則有對(duì)進(jìn)制的數(shù)字消息：一個(gè)碼元有種可能的取值，當(dāng)這種可能的取值等概率出現(xiàn)時(shí)，每個(gè)碼元的信息量381.4信息及其度量非等概率情況設(shè)離散信息源是一個(gè)由個(gè)符號(hào)組成的集合，按獨(dú)立出現(xiàn)，即則各符號(hào)的信息量分別為391.4信息及其度量每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量為信息源的熵每個(gè)符號(hào)等概率獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)信源的熵最大401.4信息及其度量

【例2】設(shè)由5個(gè)符號(hào)A、B、C、D、E組成的信息源，相應(yīng)概率為求信源5條消息的熵（或平均信息量）。411.4信息及其度量連續(xù)消息的平均信息量（或相對(duì)熵）

其中：為連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度421.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性可靠性模擬通信系統(tǒng)度量標(biāo)準(zhǔn)有效性：可靠性：矛盾統(tǒng)一信息傳輸角度：頻帶寬度和時(shí)間間隔，速度問題：準(zhǔn)確程度，質(zhì)量問題有效傳輸頻帶接收端最終輸出信噪比431.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)度量標(biāo)準(zhǔn)有效性碼元傳輸速率信息傳輸速率設(shè)碼元寬度為

每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)目（傳信率）（比特率）每秒傳輸?shù)钠骄畔⒘炕虮忍財(cái)?shù)單位：比特/秒（b/s或bps）單位：波特（B）二進(jìn)制多()進(jìn)制傳輸速率頻帶利用率441.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)碼元速率相同

多進(jìn)制系統(tǒng)的信息速率比較高信息速率相同

多進(jìn)制系統(tǒng)