通信原理教程PPT.ppt

1、1,數(shù)字通信原理,2,課程定位,是電信類專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程， 也是 該專業(yè)的一門核心主干課。 是“信息與通信工程”學(xué)科研究生入學(xué)考試課。,3,課程目標(biāo),掌握通信系統(tǒng)的基本概念、基本理論、 基本技術(shù)和系統(tǒng)性能分析方法；為本領(lǐng)域 的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究奠定基礎(chǔ)。,4,教 材 通信原理教程 （第二版） 作者：樊昌信 出版社：電子工業(yè)出版,5,理論教學(xué)內(nèi)容(54學(xué)時(shí)) 第一章 概論 第五章 基帶數(shù)字信號(hào)的表示和傳輸 第六章 基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng) 第三章 模擬調(diào)制系統(tǒng) 第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化 第七章 同步 第九章 多路復(fù)用和多址技術(shù) 第十章 信道編碼和差錯(cuò)控制,6,實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容(18學(xué)時(shí)) 基帶數(shù)字

2、信號(hào) 數(shù)字調(diào)制 模擬信號(hào)的數(shù)字化 模擬調(diào)制 同步 信道編碼和差錯(cuò)控制,7,成績(jī)?cè)u(píng)定 平 時(shí) 30% 期末考試 70%,8,作業(yè) 雙周周一上交,1.1 通信的發(fā)展 1.2 消息、信息和信號(hào) 1.3 數(shù)字通信 1.4 信道 1.5 信道中的噪聲,第一章,9,1.1 通信的發(fā)展,烽火臺(tái),光信號(hào)的應(yīng)用- 最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù)字（光）通信,11,“上帝創(chuàng)造了何等的奇跡!”,塞繆爾莫爾斯 （Samuel Finley Breese Morse，1791-1872）,1838年 莫爾斯-有線電報(bào),12,貝爾（1847-1922）美國(guó)電話發(fā)明者,13,1864年 麥克斯韋爾 電磁輻射方程,麥克斯韋在物理學(xué)中的最大

3、貢獻(xiàn)是建立了統(tǒng)一的經(jīng)典電磁場(chǎng)理論和光的電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在。,麥克斯韋(James Clerk Maxwel 18311879)英國(guó)物理學(xué)家,14,赫茲 驗(yàn)證了電磁波的存在,赫茲 （1857-1894）德國(guó)物理學(xué)家,1888年，赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。為了紀(jì)念他在電磁波發(fā)現(xiàn)中的卓越貢獻(xiàn)，后人將頻率的單位命名為赫茲。,15,15,利用電磁波技術(shù)的發(fā)展,無(wú)線電報(bào) （1894年） 無(wú)線電廣播 （1906年） 無(wú)線電導(dǎo)航 （1911年） 無(wú)線電話 （1916年） 短波通訊 （1921年） 無(wú)線電傳真 （1923年） 電視 （1929年） 微波通訊 （1933年） 雷達(dá) （1935年）,1

4、.1 通信的發(fā)展,17,1.2 消息、信息和信號(hào),1.消息 表現(xiàn)形式：語(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像.,天氣預(yù)報(bào) “明天是晴天”,字幕“明天是晴天” 文字,播音員說(shuō)“明天是晴天” 語(yǔ)音, 圖形,2.信號(hào)-運(yùn)載消息的工具。 例如：電信號(hào)、光信號(hào).,18,-是指消息中所包含的對(duì)接收消息者有意義的內(nèi)容（或有效內(nèi)容）。,3. 信息,用不同形式表現(xiàn)的同一消息載有相同的信息； 消息中所包含的信息量與消息發(fā)生的不確定程度 有關(guān)，而與消息的重要程度無(wú)關(guān)。,19,如何度量信息？,信息量的定義,設(shè) P(x)為消息發(fā)生的概率，I是從該消息獲悉的信息量，則, a= 2時(shí)， 信息量的單位為比特(bit)； a= e時(shí)，

5、信息量的單位為奈特(nat)； a=10時(shí)， 信息量的單位為哈特萊。 目前廣泛使用的單位為比特。,20, P(x)越小，I越大；反之，I越小。 P(x)1時(shí)， I0； P(x)0時(shí)， I,例 設(shè)某消息X出現(xiàn)的概率為P(X)=0.25,試求X的 信息量。 解 X的信息量為: I = 2 ( bit),21,如果消息由若干個(gè)互相獨(dú)立的事件構(gòu)成，則該 消息所含的信息量等于各獨(dú)立事件所含信息量之和， 即：IP(x1)P(x2) = IP(x1)+IP(x2)+,例 某離散信源的符號(hào)集由A、B、C、D和E組成， 設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/16、 l/4、l/16、1/2和1/8，試求該信息

6、源各符號(hào)所 包含的信息量及信源所包含的總信息量。 解 I1 =4 ( bit ), I2 = 2 ( bit ),I3 =4 ( bit ), I4 =1 ( bit ), I5 = 3 ( bit ) ， I =14 ( bit ),22, 若離散信源M個(gè)符號(hào)等概率出現(xiàn)， 即 P(1)= P(2)= P(M)= 1/M 則 I 1 = I2 = = IM = log2 M 當(dāng)M = 2時(shí)，I1=I2= log2 2 =1(bit)。 當(dāng)M = 4時(shí)，I1=I2=I3=I4= log2 4 =2(bit)。 當(dāng)M = 8時(shí)，I1=I2=I3=I4=log2 8=3(bit)。,等概率出現(xiàn)的離散

7、消息的信息量,23,例 某離散信源的符號(hào)集由A、B、C、和D組成， 設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)， （1）若各符號(hào)出現(xiàn)概率分別為1/2、l/4、l/16 和1/16，試求該信息源各符號(hào)所包含的信息量及 信源所包含的總信息量。 （2）若各符號(hào)等概率出現(xiàn)，試求該信息源各 符號(hào)所包含的信息量及信源所包含的總信息量。 解 （1）I1 =1 ( bit ), I2 = 2 ( bit ), I3 =I4 =3 ( bit ), I = 9 ( bit ) （2） I = 8 ( bit ),24,1.3 數(shù)字通信,模擬信號(hào) 例：語(yǔ)音信號(hào)，圖像信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 例：代表文字的編碼，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào),注意：區(qū)分準(zhǔn)繩為：考

8、查取值是否連續(xù)， 而不是看時(shí)間。,1.3.1 基本概念,25,模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),模擬信號(hào),數(shù)字信號(hào),碼元,26,1.3.2 數(shù)字通信的特點(diǎn),一、優(yōu)點(diǎn),取值有限，能正確接收。 可采用糾錯(cuò)和檢錯(cuò)技術(shù)，提高抗干擾性。 可采用數(shù)字加密技術(shù)，提高保密度。 可綜合傳輸各種模擬和數(shù)字輸入消息，且便于存 儲(chǔ)和處理。,27,1.3.2 數(shù)字通信的特點(diǎn),占用帶寬大 解決方法：壓縮、光纖通信。 同步要求高。,二、缺點(diǎn),28,通信系統(tǒng)的一般模型,信源,輸入變換器,信道,輸出變換器,信宿,噪聲源,將消息轉(zhuǎn) 換成原始 電信號(hào),將原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào),傳輸信號(hào)的通道,系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲和干擾,從接收到的信號(hào)

9、中恢復(fù)原始電信號(hào),將原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成消息,29,1.3.3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,30,1. 信源：將消息轉(zhuǎn)換為原始電信號(hào)的設(shè)備。 例：電話話筒,數(shù)字通信系統(tǒng)模型- 發(fā)送端,2. 信源編碼：降低數(shù)字信號(hào)的冗余，提高 數(shù)字信號(hào)的有效性。,31,3. 信道編碼：增加冗余字符，糾錯(cuò)編碼，提高傳輸?shù)目煽啃浴?數(shù)字通信系統(tǒng)模型- 發(fā)送端,4.調(diào)制：使編碼信號(hào)特性與信道特性相適應(yīng)，以通過(guò) 信道傳輸。,32,5. 信道：傳輸信號(hào)的通道。例：光纜，無(wú)線電波等 6. 噪聲：進(jìn)入信道的外部加性噪聲。例：起伏噪聲、 脈沖干擾、人為干擾。 7. 同步：發(fā)端、收端間需要共同的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn) 同步接收,33,模擬通信系統(tǒng)模型,34,35,一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)