通信原理教案-ch1-緒論

系 部： 信電學(xué)院任課教師：課時(shí)安排： 理論4課時(shí)課題

第1章緒論 課型

知課本書內(nèi)容簡介、重點(diǎn)、教輔書籍、考核方式。教2.使學(xué)生了解通信的進(jìn)展歷史與進(jìn)展前景，培育學(xué)習(xí)興趣。學(xué)3.表達(dá)通信系統(tǒng)的構(gòu)成，包括香農(nóng)模型、數(shù)字通信系統(tǒng)模型、模擬通信系統(tǒng)模型，已及通目信網(wǎng)的構(gòu)成。標(biāo)4.給出通信系統(tǒng)有效性與牢靠性的目標(biāo)，介紹熵、帶寬、波特率、比特率、頻譜效率、誤符號(hào)率、誤比特率、信噪比(功率信噪比、歸一化信噪比)的根本概念。重1通信系統(tǒng)的構(gòu)成，數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成、模擬通信系統(tǒng)構(gòu)成3牢靠性：信噪比、誤碼率(誤比特率、誤符號(hào)率)3牢靠性：信噪比、誤碼率(誤比特率、誤符號(hào)率)1培育學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣難2區(qū)分通信系統(tǒng)的不同模型的適用范圍與內(nèi)部根本功能模塊間的關(guān)系點(diǎn)3區(qū)分模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與牢靠性參數(shù)4把握熵的計(jì)算、兩種信噪比間的換算教學(xué)手段、方法 理論講解 教具課程簡介與教學(xué)要求課程簡介講授內(nèi)容要內(nèi)容包括(隨機(jī)信號(hào)分析)、傳輸信道、模擬調(diào)制、數(shù)字基帶傳輸、模擬信號(hào)數(shù)字化、正弦載波數(shù)字調(diào)制、最正確接收理論、過失掌握、同步原理等。教材：樊昌信等，人民郵電出版社參考教材1992；樊昌信等，通信原理，第六版，北京：國防工業(yè)出版社，2023。先修課程要求(隨教機(jī)信號(hào)分析)學(xué) 5.對(duì)教材講授內(nèi)容的說明：過 (1)第2章信號(hào)分析程 確知信號(hào)局部在信號(hào)與系統(tǒng)課程中有具體講授，不深入講解。信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析方法是必需把握的根本理論學(xué)問，在本課程和其他后續(xù)課程都會(huì)大量運(yùn)用。隨機(jī)信號(hào)多在先修課程隨機(jī)信號(hào)分析中具體講授，亦不深入講解，如未講這里作簡要講解。隨機(jī)信號(hào)分析同確知信號(hào)分析有親熱聯(lián)系，但又有其自身特點(diǎn)—概率統(tǒng)計(jì)特性。主要內(nèi)容：隨機(jī)過程數(shù)字特征、平穩(wěn)與各態(tài)歷經(jīng)、相關(guān)函數(shù)、功率譜、通過線性系統(tǒng)、窄帶隨機(jī)過程等。在本課程中的主要應(yīng)用：噪聲分析、通信系統(tǒng)過失特性分析。(2)8在后續(xù)課程編碼技術(shù)中深入講授。過失掌握編碼已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信系統(tǒng)中。(3)9同步原理的深入會(huì)涉及到不少鎖相環(huán)學(xué)問，在鎖相與頻率合成課程深入講授。課程重要性課程重要性專業(yè)根底課程，是由根底進(jìn)入有用的一門重要專業(yè)根底，是畢業(yè)后進(jìn)入工作的一道橋梁。承前啟后：是前面所學(xué)根底學(xué)問的總檢驗(yàn)和應(yīng)用，是后續(xù)通信工程專業(yè)課程的先修根底。課程目標(biāo)充分理解、嫻熟把握教材的內(nèi)容。嫻熟把握根本的數(shù)學(xué)概念和定理。嫻熟把握通信與信息工程中根本爭論對(duì)象的數(shù)學(xué)描述。通過學(xué)習(xí)和習(xí)題練習(xí)，具備肯定的解決問題分析問題的力量。把握肯定的科學(xué)思想方法。學(xué)習(xí)要求課前：課前要對(duì)將講到的內(nèi)容進(jìn)展預(yù)習(xí)，明確哪些是自己明白的，哪些是自己還不懂的。涉及到以前所學(xué)學(xué)問時(shí)，要勤于翻書，復(fù)習(xí)穩(wěn)固以前所學(xué)學(xué)問。課上：帶著問題認(rèn)真聽講，在課堂上留意學(xué)習(xí)解決問題的思路。留意嚴(yán)格執(zhí)行課堂紀(jì)律，不得遲到、早退、缺課，上課時(shí)請關(guān)閉手機(jī)。課后：課后認(rèn)真復(fù)習(xí)消化、穩(wěn)固所學(xué)學(xué)問。作業(yè)是對(duì)所學(xué)學(xué)問把握程度的檢驗(yàn)和考核，是對(duì)學(xué)問的進(jìn)一步深化，肯定要認(rèn)真獨(dú)立完成。對(duì)不明白之處要多提問，不要聽之任之。常常進(jìn)展階段復(fù)習(xí)。留意作業(yè)不得用紙片信紙之類，必需使用作業(yè)本，逾期未交的作業(yè)及紙片做的作業(yè)恕不批改?？己朔绞?5%15%70%。2.緒論通信與通信系統(tǒng)的一般概念通信：傳輸與交換消息的過程。專業(yè)術(shù)語解釋：通信是在傳輸媒體上(即信道Channel)將信息(Information)由一點(diǎn)(發(fā)信方)傳輸?shù)搅硪稽c(diǎn)(收信方)的過程。明顯由于通過存在噪聲和干擾的信道，收信方無法完全準(zhǔn)確再現(xiàn)原始信息。以到達(dá)通信的目的。通信系統(tǒng)：為完成通信任務(wù)所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的總體。需要解決的概念問題信息是什么？與信息有何差異？信息消息用電信號(hào)傳輸信息，電信號(hào)形式？如何攜帶信息？如何對(duì)抗噪聲和干擾= 抗干擾技術(shù)適當(dāng)?shù)膫鬏敺绞?，保證：大的信息容量、安全牢靠、遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)的組成(如機(jī)、話筒、攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)以及各種數(shù)字終端設(shè)備)發(fā)送設(shè)備：對(duì)原始電信號(hào)進(jìn)展各種處理和變換，使它變換成適合于信道中傳輸?shù)男问健?調(diào)制、放大、濾涉及數(shù)字發(fā)送設(shè)備中的編碼功能等)信道(傳輸媒介)：發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間用于傳輸信號(hào)的媒介(有線和無線兩大類)接收設(shè)備：對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)展處理和變換，以便恢復(fù)出對(duì)應(yīng)于發(fā)送端的原始信號(hào)(放大、濾波、解調(diào)及數(shù)字接收設(shè)備中的譯碼等功能)信宿(收信者)：原始信號(hào)的最終接收者，其作用是把接收設(shè)備恢復(fù)出來的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息(人、各種終端設(shè)備、計(jì)算機(jī))噪聲源：是信道中的噪聲和通信系統(tǒng)中其他局部所產(chǎn)生的噪聲的集中表示。模擬通信與數(shù)字通信模擬信號(hào)：凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個(gè)值的，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)分：模擬(連續(xù))信號(hào)不肯定在時(shí)間上也連續(xù)；數(shù)字(離散)信號(hào)不肯定在時(shí)間上也離散電信號(hào)的載體正弦信號(hào)Acos(ω

t+θ)，包括振幅A、頻率ω

和相位θ三個(gè)可變的電參量0 0(脈寬)(脈位)三個(gè)可變的電參量。數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)在于：抗噪聲性能好；數(shù)字接力通信(中繼)時(shí)可以消退噪聲的積存；可以承受信道編碼降低誤碼率，提高通信質(zhì)量；便于加密，實(shí)現(xiàn)保密通信；便于處理、存儲(chǔ)、交換；便于和計(jì)算機(jī)等連接，綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)功能增加。5.(以為例，一路模擬通常占據(jù)4KHz的帶寬，但一路數(shù)字電路所要占據(jù)20KHz～60KHz的帶寬，因此在頻帶時(shí)分緊急而對(duì)通信質(zhì)量沒有特別要求的場合，仍將沿用模擬通信。其優(yōu)點(diǎn)是以占據(jù)更多系統(tǒng)頻帶為代價(jià)的。)[問題1]語音信號(hào)為模擬信號(hào)，所以傳輸語音信號(hào)的系統(tǒng)肯定是模擬通信系統(tǒng)，此說法正確嗎？為何？答：不對(duì)。由于語音信號(hào)可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)展傳輸。[2]數(shù)字與模擬有什么區(qū)分？答：區(qū)分在于數(shù)字是數(shù)字通信系統(tǒng)，語音信號(hào)在信道中已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；而模擬是模擬通信系統(tǒng)，語音信號(hào)在信道中仍舊為模擬信號(hào)。通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)信源(Source)：將連續(xù)消息變換成模擬電信號(hào)(基帶Baseband信號(hào))的設(shè)備—模擬信源；信宿(Destination)：逆變換設(shè)備。調(diào)制(Modulation)信號(hào)成線性關(guān)系。目的：保證傳輸，優(yōu)點(diǎn)：效率高、損耗小；安全牢靠、抗干擾性強(qiáng)。因此調(diào)制主要用于頻帶信道傳輸。調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)、帶通信號(hào)、頻帶信號(hào)。解調(diào)(Demodulation)：調(diào)制的逆變換。調(diào)制解調(diào)統(tǒng)稱為MODEM。信道(Channel)：由傳輸媒質(zhì)與相應(yīng)交換、中繼、收發(fā)信機(jī)與天饋線等構(gòu)成的信號(hào)傳輸通道。假設(shè)信源信號(hào)直接傳送，則為基帶信道，主要是低頻基帶信號(hào)；假設(shè)用信源信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的已調(diào)信號(hào)(頻帶信號(hào))進(jìn)展傳輸，則為頻帶信道。數(shù)字通信系統(tǒng)信源編碼(Sourcecoding)信息傳輸?shù)挠行?Efficiency)(提高信息的傳輸速率)，如數(shù)字壓縮編碼。信道編碼(Channelcoding)：包括抗干擾的糾錯(cuò)編碼和用于信息安全的加密(Encryption)，目的是提高信息傳輸?shù)睦慰啃?Reliability)。調(diào)制：載波數(shù)字調(diào)制，使已調(diào)參量與基帶信號(hào)的狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)。留意與模擬調(diào)制之間的區(qū)分！在數(shù)字通信系統(tǒng)中，針對(duì)不同的傳輸信道形式有不同的調(diào)制思想。對(duì)于基帶信道，調(diào)制主要是碼型變換；對(duì)于頻帶信道，以載波數(shù)字調(diào)制/解調(diào)為主。通信系統(tǒng)的分類1、按消息的物理特征分類(業(yè)務(wù)) 如電報(bào)、、數(shù)據(jù)、圖像通信系統(tǒng)2、按調(diào)制方式分類基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳輸(音頻和數(shù)字基帶) 調(diào)制傳輸：對(duì)各種信號(hào)變換方式后進(jìn)展傳輸?shù)目偡Q。3、按信號(hào)特征分類最常用分為模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類4、按信號(hào)復(fù)用方式分類頻分復(fù)用：用頻譜搬移使不用信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍(主要用于模擬通信)(主要用于數(shù)字通信)碼分復(fù)用：用一組正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號(hào)(主要用于擴(kuò)頻通信)5、按傳輸媒介分類最常用分為有線(包括光纖)與無線通信方式分類1、按消息傳輸?shù)姆较蚺c時(shí)間關(guān)系分單工：單方向傳輸(一點(diǎn)發(fā)、一點(diǎn)收)。例如遙控。半雙工：通信雙方(兩點(diǎn))均能收發(fā)消息但不能同時(shí)收發(fā)。例如無線對(duì)講機(jī)。全雙工：通信雙方(兩點(diǎn))能同時(shí)收發(fā)信號(hào)。例如。2、按數(shù)字信號(hào)碼元的排列方式分串序傳輸：將數(shù)字信號(hào)按時(shí)間挨次一個(gè)接一個(gè)的傳輸，它占用一條通路。適合遠(yuǎn)距離。并序傳輸：將數(shù)字信號(hào)碼元序列分割成多路同時(shí)傳輸，適合近距離通信進(jìn)展簡史1838年 有線電報(bào)制造，成為使用電通信的標(biāo)志。1876年 有線制造，是現(xiàn)代通信的開端。1878年 第一個(gè)人工交換局，21個(gè)用戶。1896年 無線電報(bào)制造，無線通信的開端。1906年 電子管的制造，使有線、無線通信快速進(jìn)展。2030年月通信理論體系形成。2050年月晶體管和集成電路問世計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)親熱結(jié)合，人機(jī)通信、機(jī)器與機(jī)器之間的通信漸漸實(shí)現(xiàn)。2080信網(wǎng)蓬勃進(jìn)展，如移動(dòng)通信網(wǎng)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)、智能網(wǎng)、寬帶交換網(wǎng)等。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)主要有：有效性、牢靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性及維護(hù)使用等。其中最主要的是有效性和牢靠性，它們二者是對(duì)立統(tǒng)一的。模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)有效性有效性可用單位時(shí)間內(nèi)傳送的信息量來衡量。模擬通信的有效性是指傳輸肯定的信息量所消耗的信道資源數(shù)(帶寬或時(shí)間)不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度。頻帶寬度越窄，則有效性越好。牢靠性牢靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，模擬通信用均方差來衡量發(fā)送的模擬信號(hào)與接收端恢復(fù)的模擬信號(hào)之間的誤差程度。在實(shí)際的模擬通信系統(tǒng)中，其牢靠性是用接收終端的輸出信噪比來度量的，這是由于在信道是抱負(fù)的狀況下，誤差是由信號(hào)傳輸時(shí)的加性噪聲產(chǎn)生的，而加性噪聲一般用信噪比衡量。信噪比越大，通信質(zhì)量越高。數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)有效性數(shù)字通信的有效性用傳輸速率來衡量。碼元速率(傳碼率)碼元及碼元長(寬)度：在數(shù)字通信中常用時(shí)間間隔一樣的符號(hào)來表示一位N進(jìn)制信號(hào)，此時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)稱為N進(jìn)制碼元，時(shí)間間隔的長度稱為碼元長度。碼元速率：指單位時(shí)間傳輸?shù)拇a元數(shù)，以Rs表示，單位：baud(波特，簡記Bd)。Rs=1/Ts，Ts為碼元長度。碼元速率與數(shù)字信號(hào)進(jìn)制沒有關(guān)系，只與碼元長度有關(guān)。信息速率(傳信率)單位時(shí)間傳輸?shù)男畔⒘繛樾畔⑺俾?，以Rb表示，單位bit/s(比特/秒)