通信原理第1章-課件

教學(xué)內(nèi)容：以電氣通信為主，講授現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本原理和方法（通信方式）。教學(xué)要求：理解和掌握有關(guān)基本概念理解和掌握各種通信方式的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法能獨(dú)立的分析和解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問題通信原理第1章第一章緒論通信原理第1章1.1通信技術(shù)及發(fā)展史通信：克服距離上的障礙，進(jìn)行信息的傳遞與交換的過程?！巴ㄐ诺幕締栴}就是在一點(diǎn)重新準(zhǔn)確地或近似的再現(xiàn)另一點(diǎn)所選擇的消息。”通信原理第1章通信目的：傳輸信息任務(wù)：迅速、準(zhǔn)確的進(jìn)行信息的傳輸。意義：軍用民用通信原理第1章按照社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中通信方式的不同，人類的文明史可分為：原始通信時(shí)代郵政通信時(shí)代電氣通信時(shí)代信息時(shí)代以語音為主以文字發(fā)明為標(biāo)志電報(bào)、電話信息多樣化、方式多樣化、與計(jì)算機(jī)相結(jié)合通信原理第1章通信發(fā)展史1838年摩爾斯電報(bào)塞繆爾·莫爾斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872）1844年5月24日，在華盛頓國會(huì)大廈聯(lián)邦最高法院會(huì)議廳里，進(jìn)行電報(bào)發(fā)收試驗(yàn)。年過半百的莫爾斯在預(yù)先約定的時(shí)間，興奮地向巴爾的摩發(fā)出人類歷史上的第一份電報(bào)。上帝創(chuàng)造了何等的奇跡通信原理第1章通信發(fā)展史1876年貝爾電話貝爾（1847-1922），美國電話發(fā)明者1876年3月10日，他發(fā)明了有線電話，貝爾通過送話機(jī)與實(shí)驗(yàn)室的助手沃森首次通話成功。

1877年，建成從波士頓到紐約之間長(zhǎng)距離電話線通話。第一份用電話發(fā)出的新聞電訊稿被發(fā)送到波士頓《世界報(bào)》，標(biāo)志著電話為公眾所采用。1878年，貝爾電話公司正式成立。通信原理第1章1876年3月10日，美國發(fā)明家貝爾發(fā)明世界上第一部電話，并獲美國專利局批準(zhǔn)的電話專利。這是2005年8月11日拍攝的美國新澤西州默里山貝爾實(shí)驗(yàn)室博物館內(nèi)的世界第一部電話。通信原理第1章通信發(fā)展史理論上1864年麥克斯韋方程1888年電磁波1937年P(guān)CM原理1948年香農(nóng)定理通信原理第1章在發(fā)現(xiàn)電磁波不到6年，意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實(shí)現(xiàn)廠無線電傳播，并很快投人實(shí)際使用。其他利用電磁波的技術(shù)，也像雨后春筍般相繼問世。無線電報(bào)（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(dá)（1935年），以及遙控、遙感、衛(wèi)星通訊、射電天文學(xué)……它們使整個(gè)世界面貌發(fā)生了深刻的變化。

通信原理第1章1.2通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的一般簡(jiǎn)化模型通信原理第1章信息：是指消息中所包含的對(duì)受信者有意義的內(nèi)容（或有效內(nèi)容）。不同形式表現(xiàn)（漢字、符號(hào)、圖形等）的同一消息，載有相同的信息。消息：

通信系統(tǒng)所傳輸?shù)膶?duì)象，如語音、文字、圖形、圖像等。是指信源所產(chǎn)生的信息的物理表現(xiàn)。通信原理第1章信號(hào)：

是指消息的物理載體，是傳輸消息的手段。消息必須轉(zhuǎn)換成信號(hào)，才能在通信系統(tǒng)中傳輸。表現(xiàn)形式取決于媒體。消息與信號(hào)一一對(duì)應(yīng)?？煞譃槟M信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。通信原理第1章通信系統(tǒng)模型信道發(fā)送端接收端信源發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備信宿噪聲信號(hào)消息通信原理第1章模擬信源（連續(xù)信源）：輸出的消息狀態(tài)是連續(xù)變化的；數(shù)字信源（離散信源）：輸出的消息狀態(tài)是離散的、可數(shù)的。模擬信號(hào)：信號(hào)參量的取值是連續(xù)的；數(shù)字信號(hào)：攜帶信息的參量?jī)H可取有限個(gè)數(shù)值。模擬通信系統(tǒng)：信道中傳送的是模擬信號(hào)；數(shù)字通信系統(tǒng)：信道中傳送的是數(shù)字信號(hào)。通信原理第1章數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源發(fā)送端接收端信道編碼調(diào)制信道壓縮編碼解調(diào)信宿保密解碼信道解碼壓縮解碼保密編碼噪聲同步信源編碼信源解碼通信原理第1章數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)：可作信源編碼，壓縮冗余度，提高信道利用率?？刹捎脭?shù)字加密技術(shù)，保密性好?？刹捎眉m錯(cuò)和檢錯(cuò)技術(shù)，差錯(cuò)可控制。便于存儲(chǔ)和處理。可綜合傳輸各種模擬和數(shù)字輸入消息，便于復(fù)用。易于設(shè)計(jì)、制造，體積更小、重量更輕?？垢蓴_能力強(qiáng)，可中繼再生。通信原理第1章數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)：(a)失真的數(shù)字信號(hào)(b)恢復(fù)的數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)波形的失真和恢復(fù)通信原理第1章數(shù)字通信的主要缺點(diǎn)：占用帶寬大

設(shè)備復(fù)雜同步要求高

寬帶通信、壓縮編碼VLSI、SOC、ASIC信號(hào)處理技術(shù)通信原理第1章應(yīng)用實(shí)例：數(shù)字傳輸技術(shù)：電話、電視、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)等信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。模擬傳輸技術(shù)：有線電話環(huán)路、無線電廣播、電視廣播等。通信原理第1章通信系統(tǒng)的分類按信號(hào)特征分類數(shù)字通信

電話、電視、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)等信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸。模擬通信

有線電話環(huán)路、無線電廣播、電視廣播等。通信原理第1章按數(shù)字信號(hào)碼元排列次序串行遠(yuǎn)程并行近程、高速通信原理第1章按調(diào)制方式分類調(diào)

制

方

式用途連續(xù)載波調(diào)制線性調(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(tái)、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?cái)?shù)據(jù)傳輸

通信原理第1章

調(diào)

制

方

式

用途

連續(xù)載波調(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

脈沖數(shù)字調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、

遙測(cè)

脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式

脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、

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

通信原理第1章按信號(hào)復(fù)用方式分類頻分復(fù)用（FDM）：FrequencyDivisionMultiplexing 模擬通信的基本形式時(shí)分復(fù)用（TDM）：TimeDivisionMultiplexing 數(shù)字通信的基本形式波分復(fù)用（WDM）：WaveDivisionMultiplexing 光纖通信的基本形式碼分復(fù)用（CDM）：CodeDivisionMultiplexing 擴(kuò)頻通信、移動(dòng)通信的基本形式通信原理第1章專用通信公用通信固定通信移動(dòng)通信按用途分按通信者是否運(yùn)動(dòng)分有線通信無線通信按傳輸媒質(zhì)分按工作頻率分長(zhǎng)波通信中波通信短波通信微波通信光波通信通信原理第1章通信方式單工半雙工全雙工信道發(fā)端發(fā)端收端收端信道信道發(fā)端發(fā)端收端收端發(fā)端信道收端通信原理第1章如何度量信息？通信原理第1章1948年發(fā)表《通信的數(shù)學(xué)理論》，提出負(fù)熵概念。1949年發(fā)表《噪聲中的通信》，從而奠定了信息論的基礎(chǔ)。1949年發(fā)表《保密系統(tǒng)的通信理論》，密碼學(xué)的先驅(qū)。

香農(nóng)（1916～

2001）

Shannon，Claude

Elwood

美國數(shù)學(xué)家，信息論創(chuàng)始人他解決了過去許多懸而未決的問題：經(jīng)典地闡明了通信的基本問題，提出了通信系統(tǒng)的模型，給出了信息量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，解決了信道容量、信源統(tǒng)計(jì)特性、信源編碼、信道編碼等有關(guān)精確地傳送通信符號(hào)的基本技術(shù)問題。通信原理第1章如何度量信息？度量信息量的方法，必須滿足：能度量任何消息與消息的類型無關(guān)消息的重要程度無關(guān)

與內(nèi)容無關(guān)抽象的用數(shù)學(xué)方式描述與形式無關(guān)文字聲音圖像與接收者無關(guān)重要性是相對(duì)的

通信原理第1章香農(nóng)將信息定義為Uncertainty不確定性的減少。信息量的大小與消息出現(xiàn)的概率有關(guān)。

消息出現(xiàn)的概率越小，所包含的信息量就越大；信息論將以模糊的信息概念用數(shù)學(xué)概念加以定義，用數(shù)學(xué)方法加以定量化，是通信學(xué)發(fā)展的一項(xiàng)重要理論基礎(chǔ)。通信原理第1章信息量的定義：信息量是消息出現(xiàn)概率的函數(shù)；消息出現(xiàn)的概率越小，所包含的信息量就越大；若某消息由若干個(gè)獨(dú)立消息所組成，則該消息所包含的信息量是每個(gè)獨(dú)立消息所含信息量之和。確定性事件的信息量等于零。通信原理第1章信息量的定義若消息出現(xiàn)的概率為，則所含信息量I

可定義為：通信原理第1章信息量的單位：，則為比特（bit），最常用;，則為奈特（nat）;，則為哈特萊（hartley）。通信原理第1章當(dāng)M=2時(shí)，則I=1bit。

工程上，常常不考慮是否為等概率的消息，總認(rèn)為一個(gè)二進(jìn)制波形（或碼元）等于1bit。即通常把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱做1bit。若采用一個(gè)M進(jìn)制的波形，來傳送M個(gè)獨(dú)立的等概離散消息之一，則每一碼元的信息量為：(b)

通信原理第1章熵熵是一個(gè)系統(tǒng)的不確定性或無序的程度，系統(tǒng)的紊亂程度越高，熵就越大；系統(tǒng)越有序，熵就越小?！耙粋€(gè)系統(tǒng)的熵就是它的無組織程度的度量。”－維納所有自然過程都增加熵－克勞修斯任何信息都增加系統(tǒng)的負(fù)熵－布里淵通信原理第1章對(duì)于離散獨(dú)立非等概消息組成的消息源，采用平均（統(tǒng)計(jì)平均）信息量－－熵來描述：熵的單位為：bit/符號(hào)通信原理第1章對(duì)于M個(gè)離散獨(dú)立等概消息組成的消息源，它發(fā)送的每個(gè)消息所包含的信息量為。

等概時(shí)具最大熵：通信原理第1章1.5通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性可靠性速度指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)矛盾通信原理第1章數(shù)字通信系統(tǒng)性能有效性傳碼率：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)baud傳信率：?jiǎn)挝粫r(shí)間傳輸?shù)钠骄畔⒘縝ps通信原理第1章數(shù)字通信系統(tǒng)性能

可靠性誤碼率：信息碼元在傳輸過程中被誤傳的概率誤信率：信息量在傳輸過程中被丟失的概率通信原理第1章誤差模擬通信系統(tǒng)中，誤差是源信號(hào)與接收信號(hào)之間的均方誤差來表示：ｋ：衰減系數(shù)：傳輸時(shí)延若信道為平穩(wěn)信道，ｋ為常數(shù)若誤差為信道引人的加性干擾引起，為接收端噪聲功率通信原理第1章信噪比：與噪聲的功率比，用分貝表示信號(hào)功率噪聲功率有效值方差通信原理第1章1.6連續(xù)信道的信道容量香農(nóng)公式假設(shè)信道的帶寬為B（Hz），信道輸出的功率為加性高斯白噪聲功率為，則該信道的信道容量為：

C:信道容量，信道的最大無失真信息傳輸速率僅當(dāng)傳信率不超過C時(shí)，才有可能實(shí)現(xiàn)無誤碼傳輸通信原理第1