現(xiàn)代通信原理概論

1、現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理 第一章第一章 緒論緒論 現(xiàn)代通信與信息社會(huì)現(xiàn)代通信與信息社會(huì) 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 通信系統(tǒng)的分類(lèi)通信系統(tǒng)的分類(lèi) 通信技術(shù)發(fā)展概況通信技術(shù)發(fā)展概況 通信系統(tǒng)的性能度量通信系統(tǒng)的性能度量1.1 現(xiàn)代通信與信息社會(huì)現(xiàn)代通信與信息社會(huì)語(yǔ)言語(yǔ)言文字文字圖像圖像人力人力馬力馬力電話(huà)、廣播電話(huà)、廣播信鴿、郵政信鴿、郵政電報(bào)電報(bào)Email烽火臺(tái)烽火臺(tái)電視電視 視頻會(huì)議視頻會(huì)議信息社會(huì)信息社會(huì)信號(hào)彈信號(hào)彈1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成信源信源信道調(diào)制傳輸媒介信宿信源信道解調(diào)連續(xù)波連續(xù)波脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制ASK，F(xiàn)SK，PSK，QAM線(xiàn)性線(xiàn)性 AM，SSB，VSB非線(xiàn)性非線(xiàn)

2、性 FM，PM模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字PAM，PPMPCM，ADPCM，CVSD，M1.3 通信系統(tǒng)的分類(lèi)通信系統(tǒng)的分類(lèi)1.4 通信技術(shù)發(fā)展概況通信技術(shù)發(fā)展概況 塞繆爾塞繆爾莫爾斯（莫爾斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872），），作為一名畫(huà)家是成功的。莫爾斯曾兩度赴歐洲留作為一名畫(huà)家是成功的。莫爾斯曾兩度赴歐洲留學(xué)，在肖像畫(huà)和歷史繪畫(huà)方面成了當(dāng)時(shí)公認(rèn)的一流畫(huà)家。學(xué)，在肖像畫(huà)和歷史繪畫(huà)方面成了當(dāng)時(shí)公認(rèn)的一流畫(huà)家。1826年至年至1842年任美國(guó)畫(huà)家協(xié)會(huì)主席。年任美國(guó)畫(huà)家協(xié)會(huì)主席。 在在一一次次遠(yuǎn)洋遠(yuǎn)洋旅途中，莫爾斯結(jié)識(shí)了杰克遜。杰克遜是旅途中，莫爾

3、斯結(jié)識(shí)了杰克遜。杰克遜是波士頓城的一位醫(yī)生，也是一位電學(xué)博士。閑聊中，杰克波士頓城的一位醫(yī)生，也是一位電學(xué)博士。閑聊中，杰克遜把話(huà)題轉(zhuǎn)到電磁感應(yīng)現(xiàn)象上。遜把話(huà)題轉(zhuǎn)到電磁感應(yīng)現(xiàn)象上。 從此，莫爾斯走上了科學(xué)發(fā)明的崎嶇道路。為了維持生活，莫爾斯于從此，莫爾斯走上了科學(xué)發(fā)明的崎嶇道路。為了維持生活，莫爾斯于1836年不得不重操舊業(yè)，擔(dān)任紐約大學(xué)藝術(shù)及設(shè)計(jì)教授。課余時(shí)間，他仍年不得不重操舊業(yè)，擔(dān)任紐約大學(xué)藝術(shù)及設(shè)計(jì)教授。課余時(shí)間，他仍然繼續(xù)從事電報(bào)發(fā)明工作。終于在然繼續(xù)從事電報(bào)發(fā)明工作。終于在1837年年9月月4日，莫爾斯制造出了一臺(tái)電日，莫爾斯制造出了一臺(tái)電報(bào)機(jī)。報(bào)機(jī)。 1844年年5月月24日，在

4、華盛頓國(guó)會(huì)大廈聯(lián)邦最高法院會(huì)議廳里，進(jìn)行電報(bào)日，在華盛頓國(guó)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(guò)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)出人發(fā)收試驗(yàn)。年過(guò)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(lèi)歷史上的第一份電報(bào)。他的助手很快收到那份只有一句話(huà)的電報(bào)：類(lèi)歷史上的第一份電報(bào)。他的助手很快收到那份只有一句話(huà)的電報(bào)：“上帝上帝創(chuàng)造了何等的奇跡創(chuàng)造了何等的奇跡!”1862年年31歲，麥克斯韋發(fā)表了第二篇論文論歲，麥克斯韋發(fā)表了第二篇論文論物理力線(xiàn)，不但進(jìn)一步發(fā)展了法拉第的思想，物理力線(xiàn)，不但進(jìn)一步發(fā)展了法拉第的思想，擴(kuò)充到磁場(chǎng)變化產(chǎn)生電場(chǎng)，而且得到了新的結(jié)擴(kuò)充到磁場(chǎng)變

5、化產(chǎn)生電場(chǎng)，而且得到了新的結(jié)果：電場(chǎng)變化產(chǎn)生磁場(chǎng)，由此預(yù)言了電磁波的果：電場(chǎng)變化產(chǎn)生磁場(chǎng)，由此預(yù)言了電磁波的存在，并證明了這種波的速度等于光速，揭示存在，并證明了這種波的速度等于光速，揭示了光的電磁本質(zhì)。這篇文章包括了麥克斯韋研了光的電磁本質(zhì)。這篇文章包括了麥克斯韋研究電磁理論達(dá)到的主要結(jié)果。究電磁理論達(dá)到的主要結(jié)果。1864年他的第三年他的第三篇論文電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論，從幾個(gè)基本篇論文電磁場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)理論，從幾個(gè)基本實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，運(yùn)用場(chǎng)論的觀點(diǎn)，以演繹法建實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，運(yùn)用場(chǎng)論的觀點(diǎn)，以演繹法建立了系統(tǒng)的電磁理論。立了系統(tǒng)的電磁理論。1873年出版的電學(xué)和年出版的電學(xué)和磁學(xué)論一書(shū)是集電磁學(xué)大成

6、的劃時(shí)代著作，磁學(xué)論一書(shū)是集電磁學(xué)大成的劃時(shí)代著作，全面地總結(jié)了全面地總結(jié)了19世紀(jì)中葉以前對(duì)電磁現(xiàn)象的研世紀(jì)中葉以前對(duì)電磁現(xiàn)象的研究成果，建立了完整的電磁理論體系。這是一究成果，建立了完整的電磁理論體系。這是一部可以同牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理、達(dá)部可以同牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理、達(dá)爾文的物種起源和賴(lài)爾的地質(zhì)學(xué)原理爾文的物種起源和賴(lài)爾的地質(zhì)學(xué)原理相媲美的里程碑式的著作。相媲美的里程碑式的著作。 麥克斯韋的主要科學(xué)貢獻(xiàn)在電磁學(xué)方面，同時(shí)在天體物理學(xué)、氣體分子運(yùn)麥克斯韋的主要科學(xué)貢獻(xiàn)在電磁學(xué)方面，同時(shí)在天體物理學(xué)、氣體分子運(yùn)動(dòng)論、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等方面，都作出了卓越的成績(jī)。正如量子論的創(chuàng)立動(dòng)論、

7、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等方面，都作出了卓越的成績(jī)。正如量子論的創(chuàng)立者普朗克（者普朗克（Max Plank l8581947）指出的：指出的：“麥克斯韋的光輝名字將永遠(yuǎn)鐫麥克斯韋的光輝名字將永遠(yuǎn)鐫刻在經(jīng)典物理學(xué)家的門(mén)扉上，永放光芒。從生地來(lái)說(shuō)，他屬于愛(ài)丁堡；從個(gè)性刻在經(jīng)典物理學(xué)家的門(mén)扉上，永放光芒。從生地來(lái)說(shuō)，他屬于愛(ài)丁堡；從個(gè)性來(lái)說(shuō)，他屬于劍橋大學(xué)；從功績(jī)來(lái)說(shuō)，他屬于全世界來(lái)說(shuō)，他屬于劍橋大學(xué)；從功績(jī)來(lái)說(shuō)，他屬于全世界”。赫茲是一個(gè)短命的物理學(xué)家。赫茲是一個(gè)短命的物理學(xué)家。他于他于1894年逝世時(shí)，年僅年逝世時(shí)，年僅37歲。歲。 1886年年29歲發(fā)現(xiàn)電磁波，其后歲發(fā)現(xiàn)電磁波，其后不到不到6年，意

8、大利的馬可尼、俄國(guó)年，意大利的馬可尼、俄國(guó)的波波夫分別實(shí)現(xiàn)廠無(wú)線(xiàn)電傳播，的波波夫分別實(shí)現(xiàn)廠無(wú)線(xiàn)電傳播，并很快投人實(shí)際使用。其他利用并很快投人實(shí)際使用。其他利用電磁波的技術(shù)：無(wú)線(xiàn)電報(bào)（電磁波的技術(shù)：無(wú)線(xiàn)電報(bào)（1894年）、無(wú)線(xiàn)電廣播（年）、無(wú)線(xiàn)電廣播（1906年）、年）、無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航（無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航（1911年）、無(wú)線(xiàn)電年）、無(wú)線(xiàn)電話(huà)（話(huà)（1916年）、短波通訊（年）、短波通訊（1921年）、無(wú)線(xiàn)電傳真（年）、無(wú)線(xiàn)電傳真（1923年）、年）、電視（電視（1929年）、微波通訊年）、微波通訊（1933年）、雷達(dá)（年）、雷達(dá)（1935年），年），以及遙控、遙感、衛(wèi)星通訊、射以及遙控、遙感、衛(wèi)星通訊、射電天

9、文學(xué)電天文學(xué)它們使整個(gè)世界面它們使整個(gè)世界面貌發(fā)生了深刻的變化。貌發(fā)生了深刻的變化。赫茲關(guān)于電磁波的實(shí)驗(yàn)，為赫茲關(guān)于電磁波的實(shí)驗(yàn)，為無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)展開(kāi)拓了新的道無(wú)線(xiàn)電技術(shù)的發(fā)展開(kāi)拓了新的道路，構(gòu)成了現(xiàn)代文明的骨架，后路，構(gòu)成了現(xiàn)代文明的骨架，后人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定人為了紀(jì)念他，把頻率的單位定為赫茲。為赫茲。信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)Shannon，1916年生于美國(guó)，大年生于美國(guó)，大學(xué)時(shí)代在美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)和麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)，修過(guò)學(xué)時(shí)代在美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)和麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)，修過(guò)布爾代數(shù)課，并曾在發(fā)明微分分析儀的數(shù)學(xué)家布什的布爾代數(shù)課，并曾在發(fā)明微分分析儀的數(shù)學(xué)家布什的指導(dǎo)下使用微

10、分分析儀，這使他對(duì)繼電器電路的分析指導(dǎo)下使用微分分析儀，這使他對(duì)繼電器電路的分析產(chǎn)生興趣。他認(rèn)為這些電路的設(shè)計(jì)可用符號(hào)邏輯來(lái)實(shí)產(chǎn)生興趣。他認(rèn)為這些電路的設(shè)計(jì)可用符號(hào)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)，并意識(shí)到分析繼電器的有效數(shù)學(xué)工具正是布爾代現(xiàn)，并意識(shí)到分析繼電器的有效數(shù)學(xué)工具正是布爾代數(shù)。數(shù)。1938年，香農(nóng)發(fā)表了著名的論文繼電器和開(kāi)關(guān)年，香農(nóng)發(fā)表了著名的論文繼電器和開(kāi)關(guān)電路的符號(hào)分析，首次用布爾代數(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)電路分電路的符號(hào)分析，首次用布爾代數(shù)進(jìn)行開(kāi)關(guān)電路分析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算，可以通過(guò)繼電器電析，并證明布爾代數(shù)的邏輯運(yùn)算，可以通過(guò)繼電器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，明確地給出了實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除等運(yùn)算路來(lái)實(shí)現(xiàn)，明確地給出了

11、實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除等運(yùn)算的電子電路的設(shè)計(jì)方法。這篇論文成為開(kāi)關(guān)電路理論的電子電路的設(shè)計(jì)方法。這篇論文成為開(kāi)關(guān)電路理論的開(kāi)端。的開(kāi)端。 后來(lái)，香農(nóng)到后來(lái)，香農(nóng)到貝爾貝爾實(shí)驗(yàn)室工作，他進(jìn)一步證明了可以采用能實(shí)現(xiàn)布爾代實(shí)驗(yàn)室工作，他進(jìn)一步證明了可以采用能實(shí)現(xiàn)布爾代數(shù)運(yùn)算的繼電器或電子元件來(lái)制造計(jì)算機(jī)，香農(nóng)的理論還為計(jì)算機(jī)具有邏輯數(shù)運(yùn)算的繼電器或電子元件來(lái)制造計(jì)算機(jī)，香農(nóng)的理論還為計(jì)算機(jī)具有邏輯功能奠定了基礎(chǔ)，從而使電子計(jì)算機(jī)既能用于數(shù)值計(jì)算，又具有各種非數(shù)值功能奠定了基礎(chǔ)，從而使電子計(jì)算機(jī)既能用于數(shù)值計(jì)算，又具有各種非數(shù)值應(yīng)用功能，使得以后的計(jì)算機(jī)在幾乎任何領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用功能，使得以

12、后的計(jì)算機(jī)在幾乎任何領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。 無(wú)失真變長(zhǎng)信源編碼定理無(wú)失真變長(zhǎng)信源編碼定理(香農(nóng)第一定理香農(nóng)第一定理) 有噪信道編碼定理有噪信道編碼定理(香農(nóng)第二香農(nóng)第二定理定理) 保真準(zhǔn)則下信源編碼定理保真準(zhǔn)則下信源編碼定理(香農(nóng)第三定理香農(nóng)第三定理) 1.5 通信系統(tǒng)的性能度量通信系統(tǒng)的性能度量 傳遞信息的有效性和可靠性，是通信系統(tǒng)最主要的質(zhì)量指標(biāo)。有傳遞信息的有效性和可靠性，是通信系統(tǒng)最主要的質(zhì)量指標(biāo)。有效性指給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，而可靠性指接收信息的效性指給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，而可靠性指接收信息的準(zhǔn)確程度。兩者之間，相互矛盾，相互依賴(lài)。準(zhǔn)確程度。兩者之間，相互

13、矛盾，相互依賴(lài)。 模擬通信系統(tǒng)的有效性，可以用有效傳輸頻帶來(lái)衡量，同樣的消模擬通信系統(tǒng)的有效性，可以用有效傳輸頻帶來(lái)衡量，同樣的消息不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度?？煽啃钥梢杂眯旁氡葋?lái)息不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度。可靠性可以用信噪比來(lái)衡量，電話(huà)：衡量，電話(huà)：2040dB，電視：電視：40dB以上。調(diào)頻質(zhì)量好于調(diào)幅，但需以上。調(diào)頻質(zhì)量好于調(diào)幅，但需要傳輸?shù)念l帶卻大于調(diào)幅。要傳輸?shù)念l帶卻大于調(diào)幅。 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性，可以用有效傳輸數(shù)率來(lái)衡量，二進(jìn)制數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性，可以用有效傳輸數(shù)率來(lái)衡量，二進(jìn)制數(shù)字消息的速率用字消息的速率用bps(比特比特/秒秒)表示。當(dāng)信道一定時(shí)，信息速率越高，有表示。當(dāng)信道一定時(shí)，信息速率越高，有