通信原理歷史組成分類方式

專業(yè)樓2336第二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三前期課程要求基本理論課程高等數(shù)學線性代數(shù)概率論與隨機過程信號與系統(tǒng)工程類課程模擬電路數(shù)字電路高頻電子線路第三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三課程地位通信專業(yè)課的基礎(chǔ)第四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三為什么學習通信？個人愛好？工作需要？取得學分？……本質(zhì)的原因：通信技術(shù)實際上已經(jīng)進入到我們?nèi)粘Ｉ钪械拿恳环矫?；從專業(yè)、教育的用途到純粹的娛樂。第五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三課程內(nèi)容安排第1章 緒論準備知識 第2章 確知信號第4章 信道第5章 模擬調(diào)制系統(tǒng)第6章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)第7章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)第9章 模擬信號的數(shù)字傳輸復習 知識回顧第六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三課程學習目標了解現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展概況掌握通信技術(shù)的基本原理，通信系統(tǒng)的組成，各種通信方式的性能及其基本分析方法具有進行現(xiàn)代通信技術(shù)研究、開發(fā)和通信工程設(shè)計與調(diào)測能力；第七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三參考書目現(xiàn)代通信原理清華大學 曹志剛 經(jīng)典、版本舊通信原理教程電子工業(yè) 樊昌信 經(jīng)典、模擬部分少通信原理簡明教程清華大學 南利平 清晰簡潔、深度稍淺現(xiàn)代通信原理與技術(shù)西電 張輝 清晰簡捷通信原理學習指導西電 張輝 便于作題和考研第八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三結(jié)課方式期末考試：占70%實驗成績：占20%平時成績：占10%第九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三歷史回顧通信技術(shù)的發(fā)展概況第十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三古代的通信第十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三烽火、驛站、飛鴿烽火狼煙、擊鼓鳴金、搖旗吶喊、驛站傳遞、飛鴿傳信…古代的通信第十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三杜甫：春望國破山河在，城春草木深。感時花濺淚，恨別鳥驚心。烽火連三月，家書抵萬金。白頭搔更短，渾欲不勝簪。第十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三電磁式電報機1837年，美國科學家莫爾斯（Morse）在紐約表演他制成的電磁式電報機。他以電流的有、無表示傳號和空號，并利用傳號和空號的長短進行電報符號的編碼。第十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三麥克斯韋方程1864年Maxwell提出了變化的電場產(chǎn)生磁場的假設(shè)，并全面總結(jié)了電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，即麥克斯韋方程，也稱電磁輻射方程。第十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三電話－貝爾1876年美國科學家貝爾（GrahamBell）發(fā)明電話。是利用電信號的傳輸以互通語言信息的通信方式。A.G.Bell第十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三無線電報機意大利發(fā)明家兼工程師馬可尼（G.Marconi，1874--l937）和他的第一臺無線電發(fā)報機。（1909年諾貝爾物理學獎獲得者）第十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三Shannon1948年Shannon發(fā)表信息論，奠定了現(xiàn)代通信理論的基礎(chǔ)第十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三人造地球衛(wèi)星1957年10月4日，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標志著航天時代的開始，也意味著一個利用衛(wèi)星進行通信的時代的到來。

第十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三計算機的出現(xiàn)1964年世界上第一臺電子數(shù)字計算機在美國問世。計算機的出現(xiàn)開創(chuàng)了現(xiàn)代通信新紀元。國際互聯(lián)網(wǎng)（因特網(wǎng)）把不同國家和地區(qū)的計算機連在一起，成為信息傳輸高速公路，人們可以足不出戶暢游世界第二十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三光纖通信系統(tǒng)1977年第一個光纖通信系統(tǒng)在芝加哥開始運行。第二十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三現(xiàn)代通信的一個成功范例第二十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三局域網(wǎng)基臺有線電視網(wǎng)廣播網(wǎng)地面站電話局尋呼臺同步衛(wèi)星低軌衛(wèi)星公用電信網(wǎng)電話機計算機電視機計算機電視機收音機尋呼機計算機衛(wèi)星手機(765KM)(35860KM)手機(全球星系統(tǒng))第二十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三1837年開始發(fā)明電磁電報機1864年Maxwell預言電磁輻射1876年Ｂell發(fā)明電話1894年無線通信試驗1918年發(fā)明超外差接收1920年首次開始無線廣播1924年Nyquist的研究開始現(xiàn)代數(shù)字通信1933年發(fā)明調(diào)頻信號1936年開始電視廣播1937年提出脈沖編碼調(diào)制1948年Shannon發(fā)表信息論1950年提出漢明編碼1963-66糾錯編碼理論的提出1964年電子電話交換機投入使用通信史重要事件回顧第二十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三每一次進步都是在需求的推動下，理論研究、工程實踐相輔相成。從Maxwell到無線廣播與無線通信；從傅立葉到頻譜的認識和廣泛利用；從高斯、瑞利、萊斯、多普勒到克服噪聲、多徑和快速移動對通信的影響；從Nyquist到數(shù)字通信；從電話的發(fā)明到現(xiàn)代程控交換機；從Shannon定理到現(xiàn)代調(diào)制與編碼技術(shù)；從Winer到現(xiàn)代信號檢測與估計；從控制論的提出到通信中同步系統(tǒng)的完善。歷史回顧啟示（一）第二十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三了解需求、學習基礎(chǔ)知識、熟悉本領(lǐng)域的進展情況、在工程實踐和理論研究中思考并發(fā)現(xiàn)問題、建立數(shù)學模型進行深入的研究和推證、設(shè)計并建立系統(tǒng)。數(shù)學基礎(chǔ)、理論研究、工程實踐各環(huán)節(jié)，缺一不可。歷史回顧啟示（二）第二十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三通信方法運動通信利用人力或機械的方式傳遞信息；常規(guī)的郵政。電通信利用電（包括電流、無線電波或光波等）傳遞信息；電話、電視、計算機……第二十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三通信原理第一章緒論第二十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的分類與通信方式信息及其度量通信系統(tǒng)的主要性能指標

第1章緒論第二十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三本章學習目標掌握：模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別通信系統(tǒng)的組成、分類和通信方式數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點離散信源的信息量、平均信息量（熵）的計算通信系統(tǒng)的主要性能指標碼元速率、信息速率和頻帶利用率的定義、計算及其關(guān)系誤碼率和誤信率的定義及其關(guān)系第三十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息：信源所產(chǎn)生的信息的物理表現(xiàn)形式。如語音、文字、音樂、圖片或活動圖像等。信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。不同消息可有相同內(nèi)容。信號：傳輸消息的手段（媒介）通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖切盘?。基本概念第三十一頁，共七十六頁，編輯?023年，星期三1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)一般模型1.2.2模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.2.3數(shù)字通信的特點第三十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三1.2.1通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)：實現(xiàn)通信過程的全部技術(shù)設(shè)備和信道(媒質(zhì))的總和。信源。顧名思義，指信息產(chǎn)生的源頭，可以是人或設(shè)備。其發(fā)出的信息也可以是多種多樣的，如語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等。這些信息可以是離散的，也可以是連續(xù)的。發(fā)送器。種類及其功能多樣化，如編碼、調(diào)制、放大、濾波、發(fā)射等。發(fā)送器含有與傳輸線路匹配的接口，其基本作用是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)哪撤N信號。模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩者的發(fā)送器功能有很大差異。信道。即信息傳輸通道，也是傳遞物質(zhì)信號的媒介。信道可以是明線、電纜、波導、光纖、無線電波等。噪聲源。是整個系統(tǒng)噪聲與干擾的總折合，用以表征信息在信道中傳輸時遭受的干擾情況。在任何通信系統(tǒng)中，干擾的性質(zhì)與強弱都是影響系統(tǒng)性能的重要因素。接收器。其作用主要是接收信道中的信號，并轉(zhuǎn)換成發(fā)送前相同表示形式的信息傳遞給信宿，與發(fā)送器功能正好相反。對接收器的要求是盡可能地從受干擾的信號中精確地提取和還原來自信源的信息。信宿。信息傳輸?shù)哪康牡?，即接收消息的人或機器。第三十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三1.2.2通信系統(tǒng)模型

模擬通信系統(tǒng)

——用來傳送模擬信號的通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)

——用來傳送數(shù)字信號通信系統(tǒng)第三十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三信號的分類（一）模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)；例如麥克風輸出電壓。第三十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三信號的分類（二）數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個；例如電報信號、計算機輸入輸出信號。第三十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三信號的分類（三）第三十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三模擬信號波形(a)連續(xù)信號；(b)抽樣信號模擬通信第三十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三凡信號參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個值的，且直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為模擬信號。如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出的圖像信號等。模擬信號有時也稱連續(xù)信號，這個連續(xù)是指信號的某一參量可以連續(xù)變化，或者說在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個值，而不一定在時間上也連續(xù)。模擬通信第三十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三模擬通信系統(tǒng)把模擬信號作為載體傳送消息的通信系統(tǒng)。原始電信號調(diào)制信號原始電信號信源調(diào)制器解調(diào)器信宿干擾信道頻帶信號模擬通信基帶信號已調(diào)信號載波信號射頻信號頻帶信號第四十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三已調(diào)信號有三個基本特征：攜帶有信息；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。模擬通信第四十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三模擬通信系統(tǒng)研究的主要問題對基帶信號（原始電信號）的分析調(diào)制解調(diào)器的原理與性能噪聲特性及對信號的影響信道特性及對信號的影響第四十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三模擬通信主要特點：抗干擾能力差；不易于保密通信；設(shè)備不易于大規(guī)模集成；不適應(yīng)飛速發(fā)展的數(shù)字通信的要求；簡單、易于實現(xiàn)。第四十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三通信系統(tǒng)模型

模擬通信系統(tǒng)

——用來傳送模擬信號的通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)

——用來傳送數(shù)字信號通信系統(tǒng)第四十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三(a)二進制波形；(b)2PSK波形

數(shù)字信號波形數(shù)字通信第四十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三

凡信號參量只能取有限個值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為數(shù)字信號。如電報信號、計算機輸入/輸出信號、PCM信號等。數(shù)字信號有時也稱離散信號，這個離散是指信號的某一參量是離散變化的，而不一定在時間上也離散。數(shù)字通信第四十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字通信系統(tǒng)組成(數(shù)字電話通信系統(tǒng)為例)：數(shù)字通信第四十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三信源編/譯碼信源編碼的目的：提高信息傳輸?shù)挠行?；?數(shù)轉(zhuǎn)換。信源編碼的方法：PCM、ADPCM、DM……信源譯碼是信源編碼的逆過程?！獢?shù)字通信模型第四十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三信道編碼和譯碼信道編碼的目的：提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實現(xiàn)可靠通信。信道編碼：信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護成分（監(jiān)督元），組成所謂抗干擾編碼。線性分組碼、卷積碼、循環(huán)碼信道譯碼：信道譯碼器按一定規(guī)則進行解碼，從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤?！獢?shù)字通信模型第四十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制的目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?。?shù)字調(diào)制：把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處；ASK、FSK、PSK、DPSK……數(shù)字解調(diào)：對這些信號采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號?！獢?shù)字通信模型第五十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三加密的目的：保證所傳信息的安全。加密：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)送端相同的密碼復制品對收到的數(shù)字序列進行解密，恢復原始信息。加、解密——數(shù)字通信模型第五十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三信道加密與信源加密——數(shù)字通信模型第五十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三同步與數(shù)字復接同步：使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致；同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準確、可靠工作的不可缺少的前提條件；載波同步、位同步、群同步、網(wǎng)同步……數(shù)字復接：依據(jù)時分復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。強調(diào)模擬通信系統(tǒng)也存在同步問題，如模擬電視傳輸系統(tǒng)。第五十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字通信研究的主要問題信源編、譯碼信道編、譯碼加、解密技術(shù)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)同步技術(shù)抗噪聲性能數(shù)字基帶傳輸最佳接收理論第五十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字通信優(yōu)點：第二級抗干擾能力強、可靠性高（可利用再生中繼去除噪聲積累）可以綜合傳遞各種信息易于加密便于用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對信號進行處理、濾波、存儲、變換等傳輸中的差錯容易控制，改善了傳輸質(zhì)量容易集成化第五十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字通信缺點：系統(tǒng)設(shè)備復雜，對同步要求高，占用頻帶寬?？朔k法：壓縮頻帶提高頻帶利用率選用寬頻帶的傳輸介質(zhì)第五十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.1通信系統(tǒng)分類按通信業(yè)務(wù)、調(diào)制方式、信號特征、傳輸媒質(zhì)等分類。1.3.2通信方式單工、半雙工、全雙工通信并行和串行傳輸?shù)谖迨唔?，共七十六頁，編輯?023年，星期三1.3.1通信系統(tǒng)分類按通信業(yè)務(wù)分類：電報通信、電話通信、數(shù)據(jù)通信、圖像通信等按調(diào)制方式分類：基帶傳輸、帶通傳輸按信號特征分類：數(shù)字通信、模擬通信按傳輸媒質(zhì)分類：有線通信（雙絞線、同軸電纜、光通信）、無線通信（移動通信、衛(wèi)星通信）等按工作波段分類：中波通信、短波通信、光波通信等按信號復用方式分類：頻分、時分、碼分系統(tǒng)等第五十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三文字——電報通信系統(tǒng)傳送數(shù)碼與字母語音——語音通信系統(tǒng)電話數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)計算機通信圖像——圖像通信系統(tǒng)傳真，電視1、按通信業(yè)務(wù)分類第五十九頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三基帶傳輸帶通傳輸（頻帶或調(diào)制）2、按調(diào)制方式分類第六十頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三基帶傳輸：

——信號未經(jīng)調(diào)制直接傳輸

——如市內(nèi)電話局間傳輸，計算機局域網(wǎng)特點：實現(xiàn)簡便，用于近距離傳輸；不需考慮頻帶利用率問題；干擾較小，可靠性高，不適用于長距離傳輸；2、按調(diào)制方式分類第六十一頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三帶通傳輸（頻帶或調(diào)制）：

——調(diào)制：對輸入基帶信號進行頻域變換，將其頻帶搬移到適合于信道傳輸?shù)念l帶上

——無線通信需要頻帶傳輸特點：實現(xiàn)較復雜，用于長距離傳輸；需將信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男问?；增強了抗干擾能力，有效地利用頻帶。2、按調(diào)制方式分類第六十二頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三調(diào)制方式用途連續(xù)波模擬調(diào)制模擬線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB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、傳真模擬角度調(diào)制（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)制方式常見的調(diào)制方式（模擬調(diào)制）第六十三頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三調(diào)制方式用途連續(xù)波數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻率鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控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、空間通信常見的調(diào)制方式（數(shù)字調(diào)制）第六十四頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三調(diào)制方式用途脈沖調(diào)制脈沖模擬調(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

其他語音編碼方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話常見的調(diào)制方式（脈沖調(diào)制）第六十五頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三3、按傳輸介質(zhì)分類有線通信

——電纜、明線、雙絞線、光纖無線通信

——包括長波、中波、短波、超短波、微波、衛(wèi)星等第六十六頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三4、按工作波段分類頻率波長范圍縮寫傳輸媒質(zhì)主要用途或場合30~300kHz104~103mLF（低頻）

雙絞線無線電長波導航、信標、電力線通信300k~3MHz103~102mMF中頻Middle同軸電纜無線電中波AM廣播、業(yè)余無線電3~30MHz102~10mHF高頻同軸電纜無線電短波移動電話、短波廣播業(yè)余無線電30~300MHz10~1mVHF甚高頻同軸電纜無線電超短波FM廣播、TV、導航移動電話300M~3GHz100~10cmUHF特高頻Ultra同軸線、波導分米波無線電TV、遙測、雷達、蜂窩電話，GPS3~30GHz10~1cmSHF超高頻波導厘米波無線電微波通信、衛(wèi)星通信、雷達30~300GHz10~1mmEHF極高頻Extra波導毫米波無線電微波通信、雷達、射電天文學105~107GHz3×10-4~3×10-6cm紫外、紅外、可見光光纖激光光通信第六十七頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三電磁波頻譜圖第六十八頁，共七十六頁，編輯于2023年，星期三1.3.2通信方式1、按消息傳遞的方向與時間關(guān)系單工傳輸半雙工傳輸全雙工傳輸2、按數(shù)據(jù)代碼的排列關(guān)系串行傳輸并行傳輸3、按同步方式同步傳輸異步傳輸?shù)诹彭?，共七十六頁，編輯?023年，星