第1章-緒論(xjt-2017)分析

通信原理與系統(tǒng)電子科技高校電子工程學(xué)院引言為什么要學(xué)這門課？引言為什么要學(xué)這門課？通信：將來的一個重要發(fā)展方向。需求確定應(yīng)用方向的發(fā)展。目前我們處于信息時代，通信很熱，我們到處離不開通信；作為將來的設(shè)計師或探討人員，我們必需駕馭通信的基本原理。本科階段：打好基礎(chǔ)。將來的工作難免與通信相關(guān)，在本科階段應(yīng)當(dāng)打好基礎(chǔ)；把本門課作為必修課不是隨意選擇的，而且基于目前的技術(shù)發(fā)展趨勢。引言這門課能學(xué)到什么？引言這門課能學(xué)到什么？凹凸頻、數(shù)字電子線路課程：從底層，從物理層面了解駕馭電子技術(shù)；是具體的更實實在在的東西。信號與系統(tǒng)課程：更多的是從純粹數(shù)學(xué)的角度，站在系統(tǒng)的角度去描述信號，描述系統(tǒng)，并對系統(tǒng)和信號綻開分析。本課程：主要是從數(shù)學(xué)模型的角度對通信系統(tǒng)綻開分析，學(xué)習(xí)通信的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成，以及各種通信系統(tǒng)的性能優(yōu)劣等等。課程教學(xué)大綱課程介紹：《通信原理與系統(tǒng)》是電子信息工程、電磁場與無線技術(shù)、信息對抗等專業(yè)本科生一門重要的學(xué)科專業(yè)課程。本課程系統(tǒng)深化地闡述了現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本方法，其中包括了數(shù)字通信和模擬通信，并與數(shù)字通信為主。本課程通過課堂教學(xué)、習(xí)題練習(xí)、試驗等教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在使學(xué)生系統(tǒng)駕馭通信系統(tǒng)基本原理及其性能的基本分析方法，了解現(xiàn)代通信技術(shù)與理論的發(fā)展?fàn)顩r。課程教學(xué)大綱基本目標(biāo)：駕馭通信系統(tǒng)的組成、分類、性能度量及所要解決的基本問題；系統(tǒng)駕馭現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本方分析及設(shè)計方法；了解現(xiàn)代通信技術(shù)與理論的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢；具備現(xiàn)代通信技術(shù)的學(xué)術(shù)探討、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計的專業(yè)理論和工程實力學(xué)時數(shù)：48學(xué)時（其中課程教學(xué)40學(xué)時，課程試驗8學(xué)時）學(xué)分?jǐn)?shù)：3學(xué)分課程教學(xué)大綱課程支配：參考教材：《現(xiàn)代通信原理與技術(shù)》(第三版)，張輝、曹麗娜，西安電子科技高校出版社，2013年出版參考書籍：《ModernDigitalandAnalogCommunicationSystems》(3rdEdition),B.P.Lathi,OxfordUniversityPress,1998《現(xiàn)代通信原理》，曹志剛、錢亞生著，清華高校出版社網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂：:///index.html電子科技高校課程中心百度、google、wiki、論壇課程教學(xué)大綱教材及參考資料：課程教學(xué)大綱課程內(nèi)容支配：(講解并描述7章)第1章、緒論第3章、信道與噪聲第4章、模擬調(diào)制系統(tǒng)第5章、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)第6章、模擬信號的數(shù)字傳輸?shù)?章、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)第8章、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)課程內(nèi)容支配第1章、緒論(3學(xué)時)通信系統(tǒng)的組成(駕馭)通信系統(tǒng)的分類與通信方式(理解)信息及其度量(駕馭)主要性能指標(biāo)(駕馭)課程內(nèi)容支配第3章、信道與噪聲(2學(xué)時)信道定義與數(shù)學(xué)模型(駕馭)恒參信道及傳輸特性(理解)隨參信道及傳輸特性(理解)加性噪聲(理解)信道容量的概念(駕馭)課程內(nèi)容支配第4章、模擬調(diào)制系統(tǒng)(7學(xué)時)幅度調(diào)制(線性調(diào)制)原理及方法(駕馭)線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(駕馭)非線性調(diào)制(角度調(diào)制)原理及方法(駕馭)調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能(駕馭)各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較(理解)課程內(nèi)容支配第5章、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)(7學(xué)時)數(shù)字基帶傳輸概述(理解)數(shù)字基帶信號及其頻域特性(駕馭)基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型(理解)無碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性(駕馭)眼圖(了解)均衡技術(shù)(駕馭)課程內(nèi)容支配第6章、模擬信號的數(shù)字傳輸(7學(xué)時)抽樣定理(駕馭)脈沖幅度調(diào)制(PAM)(駕馭)脈沖編碼調(diào)制(PCM)(駕馭)自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)(駕馭)課程內(nèi)容支配第7章、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)(7學(xué)時)二進制數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理(駕馭)二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗干擾性能(駕馭)二進制調(diào)制系統(tǒng)的性能比較(理解)課程內(nèi)容支配第8章、數(shù)字信號的最佳接收(7學(xué)時)匹配濾波器(駕馭)最小差錯概率接收準(zhǔn)則(駕馭)確知信號的最佳接收器(駕馭)最佳接收機性能比較(了解)最佳基帶傳輸系統(tǒng)(了解)平?？己?課程設(shè)計+試驗+期末考試成果比例平?？己?作業(yè)、考勤)等：10%課程設(shè)計(作業(yè)、考勤)等：10%課程試驗：20%期末考試：60%考核方式課程學(xué)習(xí)建議溫習(xí)先修課程學(xué)問：本課程全面闡述現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本原理及性能，它的一切分析探討都是在“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“隨機信號分析”、“電路分析”等課程學(xué)問基礎(chǔ)上；理解基本概念：本課程不是從具體通信系統(tǒng)動身，而是從系統(tǒng)的物理模型及數(shù)學(xué)模型著手進行分析，要求留意駕馭好所要求的基本概念；多看多練習(xí)：本課程概念性、理論性較強，要適當(dāng)?shù)亩嗫磿?、多做?xí)題、多對比總結(jié)，加深對基本概念的理解；了解實際應(yīng)用：本課程是一門專業(yè)課程，須要進行確定的試驗和參觀實踐，了解通信技術(shù)和通信系統(tǒng)實際應(yīng)用現(xiàn)狀。第1章、緒論通信系統(tǒng)的組成(駕馭)通信系統(tǒng)的分類與通信方式(理解)信息及其度量(駕馭)主要性能指標(biāo)(駕馭)課程內(nèi)容第1章、緒論通信系統(tǒng)的組成(駕馭)通信系統(tǒng)的分類與通信方式(理解)信息及其度量(駕馭)主要性能指標(biāo)(駕馭)課程內(nèi)容通信系統(tǒng)的組成提一個問題：常說的移動通信3G、4G和5G是什么？通信(communication)的概念是什么通信系統(tǒng)的組成Wikipedia

(維基百科)Communicationistheactofconveyingintendedmeaningsfromoneentityorgrouptoanotherthroughtheuseofmutuallyunderstoodsignsandsemioticrules.s:///wiki/Communication通信(communication)的概念是什么通信系統(tǒng)的組成百度百科通信，指人與人或人與自然之間通過某種行為或媒介進行的信息溝通與傳遞，從廣義上指須要信息的雙方或多方在不違反各自意愿的狀況下接受隨意方法，隨意媒質(zhì)，將信息從某方精確平安地傳送到另方。://baike.baidu/item/%E9%80%9A%E4%BF%A1/300982通信基本概念：通信系統(tǒng)的組成通信的實質(zhì)是實現(xiàn)信息的傳輸與交換本課主要是探討信息的傳輸，交換在其他課程中探討。傳輸?shù)男畔谡Z音、圖像、數(shù)據(jù)等消息媒體中,通過電(光)信號形式由一方傳輸?shù)搅硪环剑ㄍǔＪ沁h距離）。幾個名詞：信息、消息、信號通信系統(tǒng)的組成信息是一種不確定度的描述，是內(nèi)在的實質(zhì)的東西；消息中包含了信息，消息有不同的形式，如符號、文字、語音、數(shù)據(jù)、圖象等，依據(jù)所傳的消息不同分成了目前的各種通信業(yè)務(wù)，不同的消息中可以包含相同的信息，我們可以從消息中提取信息；信號為消息的表示形式，在通信系統(tǒng)中傳遞的實際是各種消息的電信號，因此信號分析是本課的基礎(chǔ)。通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)：指傳輸信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總合，可用下面的一般模型加以概括信息源發(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）圖通信系統(tǒng)的一般模型信息源(簡稱信源)：消息的發(fā)源地,其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(稱為消息信號或基帶信號)。依據(jù)消息種類不同,信源可分為模擬信源和數(shù)字信源；模擬信源送出的是模擬信號,如麥克風(fēng)(聲音→音頻信號)、攝像機(圖像→視頻信號);數(shù)字信源輸出離散的數(shù)字信號,如電傳機(鍵盤字符→數(shù)字信號)、計算機等各種數(shù)字終端。通信系統(tǒng)的組成信息源發(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）發(fā)送設(shè)備：將信源和信道匹配，對原始信號完成某種變換（如調(diào)制或編碼），再送入信道發(fā)送。比如：放大、調(diào)制、編碼等通信系統(tǒng)的組成信息源發(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）信道：指傳輸信號的物理媒質(zhì)，可以是有線的，也可以是無線的，而有線和無線又都有多種傳輸媒質(zhì)。包括：大氣（自由空間）、明線、電纜或光纖。通信系統(tǒng)的組成信息源發(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）接收設(shè)備：功能是放大和反變換(如濾波、譯碼、解調(diào)等)，其目的是從受到干擾和減損的接收信號中正確復(fù)原出原始電信號。通信系統(tǒng)的組成信息源發(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）噪聲：不是人為加入的設(shè)備,而是信道中的噪聲以及通信系統(tǒng)其他各處噪聲的集中表示。噪聲通常是隨機的,其形式是多種多樣的,可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，它的存在干擾了正常信號的傳輸。噪聲在任何系統(tǒng)中必定存在，對通信的質(zhì)量（牢靠性）產(chǎn)生影響。因此通信系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)就是：克服噪聲影響，快速、牢靠地傳遞信息通信系統(tǒng)的組成信息源發(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）受信者：傳輸信息的歸宿點，也稱為信宿，是傳送消息的目的地，其功能與信源相反，即將復(fù)原的原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚聲器等。通信系統(tǒng)的組成信息源發(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）通信系統(tǒng)的組成消息形式：信源發(fā)出的消息雖有多種形式，但可分為兩大類：連續(xù)消息和離散消息連續(xù)消息是指消息狀態(tài)連續(xù)變更或是不行數(shù)的，如語音、活動圖片等離散消息則是指消息狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號、數(shù)據(jù)等消息傳遞：通過它的物質(zhì)載體——電信號來實現(xiàn)的，即把消息寄予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）。按信號參量的取值方式不同可把信號分為兩類，即模擬信號和數(shù)字信號。通信系統(tǒng)的組成消息形式：信源發(fā)出的消息雖有多種形式，但可分為兩大類：連續(xù)消息和離散消息連續(xù)消息：指消息狀態(tài)連續(xù)變更或是不行數(shù)的，如語音、活動圖片等離散消息：指消息狀態(tài)是可數(shù)或離散的，如符號、數(shù)據(jù)等消息傳遞：通過它的物質(zhì)載體——電信號來實現(xiàn)的，即把消息寄予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）。信號形式：按信號參量的取值方式不同可把信號分為兩類，即模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號：凡信號參量取值是連續(xù)的或取無窮多個值的，且干脆與消息相對應(yīng)的信號；數(shù)字信號：凡信號參量只能取有限個值，并且常常不干脆與消息相對應(yīng)的信號。通信系統(tǒng)的組成模擬信號波形(a)連續(xù)信號；(b)抽樣信號通信系統(tǒng)的組成數(shù)字信號波形(a)二進制波形；(b)2PSK波形通信系統(tǒng)的組成數(shù)字信號波形(a)二進制波形；(b)2PSK波形通信系統(tǒng)的組成依據(jù)信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可把通信系統(tǒng)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)：模擬信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源（發(fā)送端）（接收端）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)，信源發(fā)出的原始電信號是基帶信號。模擬通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)的組成基帶信號：指頻譜從零頻旁邊起先的信號，如語音為300～3400Hz，圖像為0～6MHz。由于具有頻率很低的頻譜重量，不宜干脆傳輸，要么傳輸距離較近，要么質(zhì)量差。調(diào)制器：把原始基帶信號變換成適合信道傳輸?shù)男盘?；從信號與系統(tǒng)的角度：調(diào)制器=頻帶搬移，調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號、頻帶信號。已調(diào)信號有三個基本特征：攜帶有完整的基帶信息；適合在信道中傳輸；信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻，因而已調(diào)信號又稱頻帶信號。解調(diào)：調(diào)制的逆過程。把頻帶信號變換到基帶信號。通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)：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)主要包括信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等。數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道（發(fā)送端）（接收端）信息源信源編碼加密信道編碼數(shù)字調(diào)制解密信道譯碼數(shù)字解調(diào)信源譯碼受信者噪聲源通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型：信道（發(fā)送端）（接收端）信息源信源編碼加密信道編碼數(shù)字調(diào)制解密信道譯碼數(shù)字解調(diào)信源譯碼受信者噪聲源信源編碼與譯碼：信源編碼：作用之一是設(shè)法削減碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將干脆影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又干脆反映了通信的有效性。作用之二是，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，以實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸。信源譯碼：是信源編碼的逆過程，進行解壓縮或還原模擬信號。通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型：信道（發(fā)送端）（接收端）信息源信源編碼加密信道編碼數(shù)字調(diào)制解密信道譯碼數(shù)字解調(diào)信源譯碼受信者噪聲源信道編碼與譯碼：信道編碼：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。為了減小差錯，信道編碼器對傳輸信息碼元按確定的規(guī)則加入愛護成分(監(jiān)督元)，組成所謂“抗干擾編碼”。信道譯碼：接收端信道譯碼器按確定規(guī)則進行解碼，從解碼過程中發(fā)覺錯誤或訂正錯誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾實力，實現(xiàn)牢靠通信。通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型：信道（發(fā)送端）（接收端）信息源信源編碼加密信道編碼數(shù)字調(diào)制解密信道譯碼數(shù)字解調(diào)信源譯碼受信者噪聲源數(shù)字調(diào)制與解調(diào)：數(shù)字調(diào)制：數(shù)字調(diào)制是把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、確定相移鍵控PSK、相對(差分)相移鍵控DPSK。數(shù)字解調(diào)：復(fù)原數(shù)字基帶信號，可以接受相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號。對高斯噪聲下的信號檢測，一般用相關(guān)器接收機或匹配濾波器。通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)模型：信道（發(fā)送端）（接收端）信息源信源編碼加密信道編碼數(shù)字調(diào)制解密信道譯碼數(shù)字解調(diào)信源譯碼受信者噪聲源加密與解密：加密：在須要實現(xiàn)保密通信的場合，為了保證所傳信息的平安，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼。解密：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)字序列進行解密，復(fù)原原來信息。通信系統(tǒng)的組成同步與數(shù)字復(fù)接：同步：使收、發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一樣。依據(jù)同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。數(shù)字復(fù)接：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，以擴大傳輸容量和提高傳輸效率。實際數(shù)字通信系統(tǒng)不確定包括前面數(shù)字通信系統(tǒng)一般化模型的全部環(huán)節(jié)，如在某些有線信道中，數(shù)字基帶信號無需調(diào)制就可以干脆傳送，稱之為數(shù)字信號的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)；模擬信號經(jīng)過數(shù)字編碼后可在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，如數(shù)字電話系統(tǒng)就是以數(shù)字方式傳輸模擬話音信號，又如干脆基帶傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)；數(shù)字信號也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸，如計算機數(shù)據(jù)可以通過傳統(tǒng)電話網(wǎng)來傳輸，但這時必需運用調(diào)制解調(diào)器(Modem),以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性。通信系統(tǒng)的組成特殊說明：目前，數(shù)字通信發(fā)展速度已明顯超過模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會對通信技術(shù)越來越高的要求，其優(yōu)點是：通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的主要特點：抗干擾實力強、且噪聲不積累；差錯可控，可以接受信道編碼技術(shù)使誤碼率降低，提高傳輸?shù)睦慰啃?；易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計算技術(shù)對信號進行處理、加工、變換、存儲；易于集成化，從而使通信設(shè)備小型化；易于加密處理。數(shù)字通信的缺點：占用帶寬寬；由于同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較困難。第1章、緒論通信系統(tǒng)的組成(駕馭)通信系統(tǒng)的分類與通信方式(理解)信息及其度量(駕馭)主要性能指標(biāo)(駕馭)課程內(nèi)容目前，通信系統(tǒng)的分類沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)，通常依據(jù)以下幾種方式進行分類：通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類：調(diào)制方式用途連續(xù)波調(diào)制現(xiàn)性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控數(shù)據(jù)傳輸通信系統(tǒng)的分類與通信方式常見的調(diào)制方式：通信系統(tǒng)的分類與通信方式常見的調(diào)制方式：調(diào)制方式用途脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他語言編碼方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信波段與常用傳輸媒質(zhì)：頻率范圍波長符號傳輸媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對長波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長距離導(dǎo)航、時標(biāo)30~300kHz103~104m低頻LF有線線對長波無線電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無線電調(diào)幅廣播、移動陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無線電移動無線電話、短波廣播定點軍用通信、業(yè)余無線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)、分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)、厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)、毫米波無線電雷達、微波接力、射電天文學(xué)107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可見光紅外光纖、激光空間傳播光通信通信系統(tǒng)的分類與通信方式前沿通信技術(shù)太赫茲通信：太赫茲是0.1~10THz的電磁輻射，從頻率上看，在無線電波和光波，毫米波和紅外線之間；從能量上看，在電子和光子之間；在電磁頻譜上，太赫茲波段兩側(cè)的紅外和微波技術(shù)已經(jīng)特別成熟，但是太赫茲技術(shù)基本上還是一個空白。太赫茲通信集成了微波通信與光通信的優(yōu)點，具有傳輸速率高、容量大、方向性強、平安性高及穿透性好等諸多特性，在軍事通信應(yīng)用上的前景迷人，已成為各國挖掘開發(fā)的熱點。太赫茲頻段比現(xiàn)有微波通信要高出l～4個數(shù)量級，意味著它可以承載更大的信息量，輕松解決目前戰(zhàn)場信息傳輸受制于帶寬的問題，滿足大數(shù)據(jù)傳輸速率的通信要求。2012年日本東京工業(yè)高校預(yù)料利用太赫茲通信技術(shù)進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，理論上可以高達每秒100千兆位，日本就支配在2020年東京奧運會上，通過太赫茲技術(shù)實現(xiàn)100個GBPS的傳輸；富士通最近宣布實現(xiàn)了16GBPS的太赫茲智能手機，要在2020年前實現(xiàn)商用，將來利用太赫茲無線網(wǎng)絡(luò)傳輸高清影像資料，或許只在彈指一揮間。通信系統(tǒng)的分類與通信方式前沿通信技術(shù)量子通信：量子通信是指利用量子糾纏效應(yīng)進行信息傳遞的一種新型的通信方式。量子通信是近二十年發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的探討領(lǐng)域。量子通信主要基于量子糾纏態(tài)的理論，運用量子隱形傳態(tài)（傳輸）的方式實現(xiàn)信息傳遞，故經(jīng)典通信較光量子通信相比，其平安性和高效性都無法與之同日而語。量子通信具有傳統(tǒng)通信方式所不具備的確定平安特性，不但在國家平安、金融等信息平安領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價值和前景。2016年8月16日凌晨1時40分，我國科學(xué)家在酒泉衛(wèi)星放射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)試驗衛(wèi)星“墨子號”放射升空，成功入軌運行。這使得我國成為世界上首個實現(xiàn)太空和地面之間量子通信的國家，同時也建成了我國天地一體化的量子保密通信與科學(xué)試驗體系。通信系統(tǒng)的分類與通信方式“墨子號”量子衛(wèi)星與地面站通信試驗紅光與綠光的對接阿里站南山站通信系統(tǒng)的分類與通信方式按消息傳遞的方向與時間關(guān)系分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。單工通信：指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑虼酥徽加靡粋€信道。廣播、遙測、遙控、無線尋呼等是單工通信方式。半雙工通信：指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式。如運用同一載頻的對講機，收發(fā)報機以及問詢、檢索、科學(xué)計算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。全雙工通信：指通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式。一般狀況全雙工通信的信道必需是雙向信道。一般電話、手機都是最常見的全雙工通信方式，計算機之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的通信方式：通信系統(tǒng)的分類與通信方式單工、半雙工和全雙工通信方式示意圖(a)單工；(b)半雙工；(c)全雙工按數(shù)字信號排列依次分在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號代碼排列的依次可分為并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸：將代表信息數(shù)字序列以成組方式在兩條或兩條以上并行信道上同時傳輸。并行傳輸優(yōu)點是節(jié)約傳輸時間，但須要傳輸信道多，設(shè)備困難成本高，故較少接受，一般適用于計算機和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特殊適用于設(shè)備之間的近距離通信，如：IDE、PCI總線等；串行傳輸：將數(shù)字序列以串行方式一個接一個地在一條信道上傳輸。通常，一般的遠距離數(shù)字通信都接受這種傳輸方式，如：UART、SPI、PCI－Express、USB、SATA、LVDS。通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的通信方式：通信系統(tǒng)的分類與通信方式并行傳輸串行傳輸?shù)?章、緒論通信系統(tǒng)的組成(駕馭)通信系統(tǒng)的分類與通信方式(理解)信息及其度量(駕馭)主要性能指標(biāo)(駕馭)課程內(nèi)容信息及其度量信息的度量通信的目的在于傳輸信息，為了衡量通信系統(tǒng)的傳輸實力，須要對被傳輸?shù)男畔⑦M行定量的描述，要涉及信息量的定義。“信息”(information)一詞在概念上與“消息”(message)的意義相像，但它的含義卻更具普遍性、抽象性；信息可被理解為消息中包含的有意義的內(nèi)容；消息可以有各種各樣的形式，但消息的內(nèi)容可統(tǒng)一用信息來表述；傳輸信息的多少可直觀地運用“信息量”進行衡量，信息量就是對消息中不確定性的度量。信息及其度量例1，讓我們從常識的角度來感覺三條消息：①太陽從東方升起；②太陽比往日大兩倍；③太陽將從西方升起。第一條幾乎沒有帶來任何信息，其次條帶來了大量信息，第三條帶來的信息多于其次條；例2，在情人節(jié)那天甲對乙說：“我愛你”，在愚人節(jié)那天甲對乙說：“我愛你”，前一消息包含的信息明顯要比后者少些，對接收者來說，事務(wù)愈不行能發(fā)生，愈會使人感到意外和驚異，則信息量就愈大；消息中信息量與消息發(fā)生的概率緊密相關(guān)，消息出現(xiàn)的概率愈小，消息中包含的信息量就愈大，且概率為零時(不行能發(fā)生事務(wù))信息量為無窮大，概率為1時(必定事務(wù))信息量為0。信息及其度量消息中信息量與消息出現(xiàn)概率之間的關(guān)系應(yīng)反映如下規(guī)律：消息中所含信息量I是消息出現(xiàn)的概率P(x)的函數(shù):

I=I［P(x)］消息出現(xiàn)概率愈小，所含信息量愈大，反之信息量愈小:P=1時I=0P=0時I=∞若干個相互獨立事務(wù)構(gòu)成的消息，其所含信息量等于各獨立事務(wù)信息量的和，即信息及其度量信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系為：其中，信息量的單位與對數(shù)底數(shù)a有關(guān)。a=2時，信息量的單位為比特(bit)；a=e時，信息量的單位為奈特(nit)；a=10時，信息量的單位為叫哈特萊(hartley)；目前廣泛運用的單位為比特。信息及其度量例：設(shè)不同進制離散信源，試計算二進制符號等概率(以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或1)和多進制(M進制)等概率時每個符號的信息量。傳送等概率的二進制波形之一的信息量為1比特傳送等概率的四進制波形之一的信息量為2比特傳送等概率的八進制波形之一的信息量為3比特由此可以得到：二進制時：M進制時：解：信息及其度量例：試計算二進制符號不同等概率(以P(1)=P概率發(fā)送數(shù)字1)時每個符號的信息量。由此可見，對于二進制符號不等概率時，每個符號的信息量不同，同樣可推理到M進制。解：因為數(shù)字1的概率P(1)=P，故P(0)=1-P，則信息及其度量描述每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值；平均信息量等于各個符號的信息量乘以各自出現(xiàn)的概率之和。平均信息量：設(shè)離散信源是一個由n個符號組成的符號集，其中每個符號xi(i=1,2,3,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有ΣP(xi)=1,則x1,x2,…,xn所包含的信息量分別為-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)，則平均信息量為信息及其度量描述每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值；平均信息量等于各個符號信息量乘以各自出現(xiàn)的概率之和。平均信息量：設(shè)離散信源是一個由n個符號組成的符號集，每個符號xi(i=1,2,…,n)出現(xiàn)概率為P(xi)，且ΣP(xi)=1,則平均信息量為由于H同熱力學(xué)中熵形式一樣，故通常又稱它為信息源的熵，其單位為bit/符號信息及其度量當(dāng)離散信息源中每個符號等概出現(xiàn)，而且各符號的出現(xiàn)為統(tǒng)計獨立時，該信息源的信息量最大，此時最大熵（平均信息量）為平均信息量：信息及其度量例：設(shè)由5個符號組成的信息源，其相應(yīng)概率為。解：依據(jù)平均信息量公式，得到試求信源的平均信息量。若5個符號等概率出現(xiàn)時，平均信息量為信息及其度量例：設(shè)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201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量以及每個符號的平均信息量。解：此消息中，0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，故該消息的信息量為比較算術(shù)平均法和熵計算2種方法的平均信息量信息及其度量若用熵的概念來計算，由平均信息量公式，得到接受算術(shù)平均法計算，每個符號的算術(shù)平均信息量為可見，兩種算法結(jié)果有確定誤差，但當(dāng)消息很長時，用熵的概念來計算比較便利，隨著消息序列長度的增加，兩種計算誤差將趨于零。

I=57×1.906=108.642(bit)信息及其度量對于連續(xù)消息，信息論中有一個重要結(jié)論，就是任何形式的待傳信息都可以用二進制形式表示而不失主要內(nèi)容。抽樣定理告知我們：一個頻帶受限的連續(xù)信號，可以用每秒確定數(shù)目的抽樣值代替，而每個抽樣值可以用若干個二進制脈沖序列來表示。因此，以上信息量的定義和計算同樣適用于連續(xù)信號連續(xù)信號的信息量：信源熵：第1章、緒論通信系統(tǒng)的組成(駕馭)通信系統(tǒng)的分類與通信方式(理解)信息及其度量(駕馭)主要性能指標(biāo)(駕馭)課程內(nèi)容主要性能指標(biāo)一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)：有效性：在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}，要求通信系統(tǒng)高效率地傳輸消息，即以最合理、最經(jīng)濟的方法傳輸最大數(shù)量的消息；牢靠性：要求通信系統(tǒng)牢靠地傳輸消息，接收信息的精確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題；適應(yīng)性保密性標(biāo)準(zhǔn)性修理性工藝性有效性和牢靠性兩個問題相互沖突而又相對統(tǒng)一，一般狀況下，要增加系統(tǒng)的有效性，就得降低牢靠性，反之亦然。主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的有效性和牢靠性特別籠統(tǒng)，不夠具體，沒法數(shù)字化衡量，針對模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)給出更具體的衡量指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)：有效性：可用有效傳輸頻帶來度量牢靠性：可用接收端最終輸出信噪比來度量數(shù)字通信系統(tǒng)：有效性：可用傳輸速率來衡量牢靠性：可用差錯率來衡量主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性和牢靠性指標(biāo)：主要性能指標(biāo)碼元傳輸速率RB簡稱傳碼率，又稱符號速率等，它表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud）(為了紀(jì)念電報碼的獨創(chuàng)者法國人波特)，記為Bd。例如，若1秒內(nèi)傳2400個碼元，則傳碼率為2400B；數(shù)字信號有多進制和二進制之分，但碼元速率與進制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度T有關(guān)。碼元傳輸速率：主要性能指標(biāo)但通常在給出碼元速率時有必要說明碼元的進制。由于M進制的一個碼元可以用log2M個二進制碼元去表示，因而在保證信息速率不變的狀況下，M進制的碼元速率RBM與二進制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：碼元傳輸速率：主要性能指標(biāo)信息傳輸速率Rb簡稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù)，單位是比特/秒，可記為bit/s，或b/s，或bps；