通信原理-第1章

1、通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院通通 信信 原原 理理第第 1 1 章章 緒論緒論通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院一、發(fā)展歷史與趨勢一、發(fā)展歷史與趨勢（1）通信通信 ：信息傳輸或消息傳輸。：信息傳輸或消息傳輸。通信歷史回顧通信歷史回顧 ： l非電的通信系統(tǒng)非電的通信系統(tǒng)： 旌旗、烽火臺、飛鴿傳書等。旌旗、烽火臺、飛鴿傳書等。l電通信系統(tǒng)電通信系統(tǒng) ： 電話、電視、因特網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等。電話、電視、因特網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等。以傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)為例以傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)為例：電話通信業(yè)務(wù)：電話通信業(yè)務(wù)l18371837年年 莫爾斯發(fā)明電報(bào)。莫爾斯發(fā)明電報(bào)。l18761876年年 貝爾為他發(fā)明的

2、電話機(jī)申請了專利。貝爾為他發(fā)明的電話機(jī)申請了專利。l19261926年年 貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了橫越大西洋的無線電話機(jī)，紐約和倫敦貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了橫越大西洋的無線電話機(jī)，紐約和倫敦 之間首次開通無線電話業(yè)務(wù)之間首次開通無線電話業(yè)務(wù)。l19621962年年 貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成第一顆國際通信衛(wèi)星，擔(dān)負(fù)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成第一顆國際通信衛(wèi)星，擔(dān)負(fù)600600路電話路電話 通信并首次將電話信號從美國傳到大西洋彼岸的歐洲。通信并首次將電話信號從美國傳到大西洋彼岸的歐洲。l8080年代年代 數(shù)字程控電話業(yè)務(wù)的開展直到現(xiàn)在數(shù)字程控電話業(yè)務(wù)的開展直到現(xiàn)在IPIP網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)絡(luò)電話。l l 通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息

3、與通信工程學(xué)院一、發(fā)展歷史與趨勢一、發(fā)展歷史與趨勢（2） 圖像通信業(yè)務(wù)：開始普遍應(yīng)用。圖像通信業(yè)務(wù)：開始普遍應(yīng)用。l1843年年 美國人美國人 Alexander Bain 發(fā)明了屬于圖像通信范圍的傳真機(jī)發(fā)明了屬于圖像通信范圍的傳真機(jī)。l1925年年 Bell 實(shí)驗(yàn)室完成了現(xiàn)代傳真的研制工作，并于次年設(shè)了橫越美實(shí)驗(yàn)室完成了現(xiàn)代傳真的研制工作，并于次年設(shè)了橫越美 國大陸的照片傳真業(yè)務(wù)。國大陸的照片傳真業(yè)務(wù)。 l1925年年 美國人美國人 J . L . Baird 發(fā)明了電視。發(fā)明了電視。l1931年年 在美國紐約、洛杉磯開始電視試播。在美國紐約、洛杉磯開始電視試播。l60年代年代 逐漸形成了目

4、前世界上逐漸形成了目前世界上 NTSC、PAL 和和 SECAM 三大模擬電視制三大模擬電視制 式標(biāo)準(zhǔn)。式標(biāo)準(zhǔn)。 l70年代年代 日本開始高清晰度電視（日本開始高清晰度電視（HDTV）的研究。）的研究。l至今至今 70年代以來，數(shù)字圖像業(yè)務(wù)廣泛發(fā)展起來，年代以來，數(shù)字圖像業(yè)務(wù)廣泛發(fā)展起來，VOD、遠(yuǎn)程醫(yī)療、教學(xué)視、遠(yuǎn)程醫(yī)療、教學(xué)視 頻會議、數(shù)字視頻廣播頻會議、數(shù)字視頻廣播DVB、高清晰度電視。、高清晰度電視。通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院一、發(fā)展歷史與趨勢一、發(fā)展歷史與趨勢（3）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)7070年代末年代末8080年代初期的計(jì)算機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)通信年代初期的計(jì)算機(jī)點(diǎn)對點(diǎn)通信-

5、 -計(jì)算機(jī)簡單組網(wǎng)計(jì)算機(jī)簡單組網(wǎng)InternetInternet數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為主流通信媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為主流通信媒體通信手段而言通信手段而言l衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 地面微波中繼通信的繼承和發(fā)展。衛(wèi)星通信承擔(dān)了地面微波中繼通信的繼承和發(fā)展。衛(wèi)星通信承擔(dān)了1/3以上的遠(yuǎn)以上的遠(yuǎn) 洋通信業(yè)務(wù)，并提供了幾乎世界上所有的遠(yuǎn)洋電視，體育節(jié)目洋通信業(yè)務(wù)，并提供了幾乎世界上所有的遠(yuǎn)洋電視，體育節(jié)目 轉(zhuǎn)播。轉(zhuǎn)播。l光纖通信光纖通信 長途干線通信長途干線通信l移動通信移動通信 l數(shù)據(jù)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 局域網(wǎng)（局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（）和廣域網(wǎng)（WAN）。）。通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信

6、息與通信工程學(xué)院一、發(fā)展歷史與趨勢一、發(fā)展歷史與趨勢（4）通信網(wǎng)通信網(wǎng)由于歷史和技術(shù)上的原因，網(wǎng)絡(luò)有其獨(dú)立性，諸如公共電話網(wǎng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)以及有由于歷史和技術(shù)上的原因，網(wǎng)絡(luò)有其獨(dú)立性，諸如公共電話網(wǎng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)以及有線電視網(wǎng)，導(dǎo)致資源利用率低線電視網(wǎng)，導(dǎo)致資源利用率低網(wǎng)絡(luò)綜合化，將各類業(yè)務(wù)綜合在同一數(shù)字通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)綜合化，將各類業(yè)務(wù)綜合在同一數(shù)字通信網(wǎng)中，中，ISDN、B-ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)）。三網(wǎng)融合（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)）。三網(wǎng)融合通信發(fā)展將要達(dá)到通信發(fā)展將要達(dá)到“4A” ： Anybody、Anyplace、Anytime、Anyservice。新技術(shù)新技術(shù) 寬帶網(wǎng)核心技術(shù)（寬帶網(wǎng)核心技術(shù)（

7、IP與與ATM） 接入網(wǎng)技術(shù)接入網(wǎng)技術(shù)WIFI、WIMAX 光纖接入技術(shù)光纖接入技術(shù) 第五代移動通信技術(shù)第五代移動通信技術(shù) 超寬帶等無線通信技術(shù)（超寬帶等無線通信技術(shù)（UWB ） 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)zigbee 電力通信網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)電力通信網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng) 光通信、量子通信光通信、量子通信通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院二、通信系統(tǒng)的組成二、通信系統(tǒng)的組成（1）l 信息源信息源： 把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，如麥克風(fēng)。信源可分為把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，如麥克風(fēng)。信源可分為 模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源和數(shù)字信源。l 發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備： 產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?。產(chǎn)生適

8、合于在信道中傳輸?shù)男盘?。l 信道信道： 將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為 有線信道和無線信道兩大類。有線信道和無線信道兩大類。l 噪聲源噪聲源： 集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。l 接收設(shè)備接收設(shè)備： 從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。l 受信者受信者： 把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器等。把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器等。（信源）（信源）（信宿）（信宿）通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院二、通信系統(tǒng)的組成二、

9、通信系統(tǒng)的組成（2）圖圖1-2 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型圖圖1-3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 (a) 二進(jìn)制信號二進(jìn)制信號 (b) 2PSK信號信號圖圖1-4 數(shù)字信號數(shù)字信號通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院二、通信系統(tǒng)的組成二、通信系統(tǒng)的組成（3）模擬通信系統(tǒng)調(diào)制：模擬通信系統(tǒng)調(diào)制： 將信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?，如語音信號將信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?，如語音信號 300Hz 3000Hz調(diào)制到調(diào)制到2G（900MHz) 或或 3G (1.9G- 2.2GHz)的頻段上傳輸。的頻段上傳輸。 信源編碼：信源編碼： 提高信息傳輸?shù)挠行?。提高信息傳輸?shù)?/p>

10、有效性。S101000.6S2110100.2S31111100.2平均碼長平均碼長 3 1.6信道編碼信道編碼 ： 提高信息傳輸?shù)目煽啃浴Ｌ岣咝畔鬏數(shù)目煽啃浴?如奇偶校驗(yàn)，和校驗(yàn)等初級方法。如奇偶校驗(yàn)，和校驗(yàn)等初級方法。加密：加密： 保密通信。保密通信。通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院二、通信系統(tǒng)的組成二、通信系統(tǒng)的組成（4）數(shù)字通信與模擬通信對比數(shù)字通信與模擬通信對比優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：l抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累?？垢蓴_能力強(qiáng)，且噪聲不積累。l傳輸差錯(cuò)可控。傳輸差錯(cuò)可控。l便于處理、變換、存儲。便于處理、變換、存儲。l便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸。便于將來自不同信源的信

11、號綜合到一起傳輸。l易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕。l易于加密處理，且保密性好。易于加密處理，且保密性好。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：l需要較大的傳輸帶寬。需要較大的傳輸帶寬。l對同步要求高。對同步要求高。通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院三、通信系統(tǒng)分類與通信方式三、通信系統(tǒng)分類與通信方式（1）l按通信業(yè)務(wù)分類：按通信業(yè)務(wù)分類： 電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信 系統(tǒng)系統(tǒng)l按調(diào)制方式分類：按調(diào)制方式分類： 基帶傳輸系統(tǒng)和帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)和帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)（調(diào)制傳輸系統(tǒng)調(diào)

12、制傳輸系統(tǒng) 又分為多種調(diào)制，詳見書中表又分為多種調(diào)制，詳見書中表1-11-1）。）。l按信號特征分類：按信號特征分類： 模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。l按傳輸媒介分類：按傳輸媒介分類： 有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。l按工作波段分類：按工作波段分類： 長波通信、中波通信、短波通信長波通信、中波通信、短波通信 l按復(fù)用方式分類：按復(fù)用方式分類： 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用。頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用。 通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院三、通信系統(tǒng)分類與通信方式三、通信系統(tǒng)分類與通信方式（2）調(diào)制方式調(diào)制方式用途舉例用途舉例連

13、續(xù)波調(diào)制連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅常規(guī)雙邊帶調(diào)幅AM廣播廣播雙邊帶調(diào)幅雙邊帶調(diào)幅DSB立體聲廣播立體聲廣播單邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)據(jù)傳輸載波通信、無線電臺、數(shù)據(jù)傳輸殘留邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸、傳輸電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸、傳輸非線性調(diào)制非線性調(diào)制頻率調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制振幅鍵控振幅鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸相移鍵控相移鍵控PSK、DPSK、QPSK數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通

14、信其他高效數(shù)字調(diào)制其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK數(shù)字微波、空間通信數(shù)字微波、空間通信脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制PDM（PWM）中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式脈位調(diào)制脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制增量調(diào)制DM（M）軍用、民用數(shù)字電話軍用、民用數(shù)字電話差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼電視電話、圖像編碼其他話音編碼方式其他話音編碼方式ADPCM中速數(shù)字電話中速數(shù)字電話通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)

15、信息與通信工程學(xué)院三、通信系統(tǒng)分類與通信方式三、通信系統(tǒng)分類與通信方式（3）頻率范圍頻率范圍/Hz名稱名稱典型應(yīng)用典型應(yīng)用330極低頻（極低頻（ELF） 遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信30300超低頻（超低頻（SLF） 水下通信水下通信3003000特低頻（特低頻（ULF） 遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信3k30k甚低頻（甚低頻（VLF） 遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信、聲納遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信、聲納30k300k低頻（低頻（LF） 導(dǎo)航、水下通信、無線電信標(biāo)導(dǎo)航、水下通信、無線電信標(biāo)300k3000k中頻（中頻（MF） 廣播、海事通信、測向、遇險(xiǎn)求救、海岸警衛(wèi)廣播、海事通信、測向、遇險(xiǎn)求救、海岸警衛(wèi)3M30M高頻

16、（高頻（HF） 遠(yuǎn)程廣播、電報(bào)、電話、傳真、搜尋救生、飛機(jī)與船只間通信、船岸通信、業(yè)余無遠(yuǎn)程廣播、電報(bào)、電話、傳真、搜尋救生、飛機(jī)與船只間通信、船岸通信、業(yè)余無線線 電電30M300M甚高頻（甚高頻（VHF） 電視、調(diào)頻廣播、陸地交通、空中交通管制、出租汽車、警察、導(dǎo)航、飛機(jī)通信電視、調(diào)頻廣播、陸地交通、空中交通管制、出租汽車、警察、導(dǎo)航、飛機(jī)通信0.3G3G特高頻（特高頻（UHF） 電視、蜂窩網(wǎng)、微波鏈路、無線電探空儀、導(dǎo)航、衛(wèi)星通信、電視、蜂窩網(wǎng)、微波鏈路、無線電探空儀、導(dǎo)航、衛(wèi)星通信、GPS、監(jiān)視雷達(dá)、無線、監(jiān)視雷達(dá)、無線 電高度計(jì)電高度計(jì)3G30G超高頻（超高頻（SHF） 衛(wèi)星通信、無

17、線電高度計(jì)、微波鏈路、機(jī)載雷達(dá)、氣象雷達(dá)、公用陸地移動通信衛(wèi)星通信、無線電高度計(jì)、微波鏈路、機(jī)載雷達(dá)、氣象雷達(dá)、公用陸地移動通信30G300G極高頻（極高頻（EHF） 雷達(dá)著陸系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、移動通信、鐵路業(yè)務(wù)雷達(dá)著陸系統(tǒng)、衛(wèi)星通信、移動通信、鐵路業(yè)務(wù)300G3T亞毫米波亞毫米波（0.1mm1mm） 未劃分，實(shí)驗(yàn)用未劃分，實(shí)驗(yàn)用43T430T紅外紅外（7m0.7m） 光通信系統(tǒng)光通信系統(tǒng)430T750T可見光可見光（0.7m0.4m） 光通信系統(tǒng)光通信系統(tǒng)750T3000T紫外線紫外線（0.4m0.4m） 光通信系統(tǒng)光通信系統(tǒng)注：注：1kHz =103Hz, 1MHz =106Hz, 1GHz

18、 =109Hz, 1THz=1012Hz, 1mm =10-3m, 1m=10-6m通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院三、通信系統(tǒng)分類與通信方式（4）單工通信：單工通信：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞健０腚p工通信：半雙工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)收發(fā)的工作方式。通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)收發(fā)的工作方式。全雙工通信：全雙工通信：通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式 。通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院三、通信系統(tǒng)分類與通信方式三、通信系統(tǒng)分類與通信方式（5）并行傳輸：并行傳輸：串行傳輸串行傳輸 ：通信原理課件孫 怡大連理工大學(xué)信息與通信工程學(xué)院四、信息及其度量四、信息及其度量l信息量與事件出現(xiàn)的概率有關(guān)，越不可能發(fā)生的事件，對人感觸越深，信息量越大信息量與事件出現(xiàn)的概率有關(guān)，越不可能發(fā)生的事件，對人感觸越深，信息量越大。 l若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含信息量是各獨(dú)立事件信息量之和。若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)