現(xiàn)代通信原理教程 課件 ch1 緒論

第1章緒論內(nèi)容1.1通信的發(fā)展1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)分類及通信方式

1.4信息及其度量1.5數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.6模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.7通信系統(tǒng)仿真工具簡(jiǎn)介1.1通信的發(fā)展消息、信息和信號(hào)通信通信發(fā)展概況通信發(fā)展概況1.古代：

公元前800年(周朝)，周幽王烽火戲諸侯。應(yīng)用光通信的見(jiàn)證－最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù)字通信。通信發(fā)展概況2.近代：

1837年：莫爾斯發(fā)明電報(bào)系統(tǒng)。

1876年：貝爾發(fā)明電話。通信發(fā)展概況

3.現(xiàn)代

20世紀(jì)60年代以后：數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展階段。近20多年：數(shù)字通信迅猛發(fā)展；光纖通信也攜手同行。兩者都成為現(xiàn)代通行網(wǎng)的主要支柱。

通信發(fā)展概況塞繆爾·莫爾斯（SamuelFinleyBreeseMorse1791-1872）通信發(fā)展概況貝爾（1847-1922）美國(guó)電話發(fā)明者通信發(fā)展概況

1876年3月10日，美國(guó)發(fā)明家貝爾發(fā)明世界上第一部電話，并獲美國(guó)專利局批準(zhǔn)的電話專利。這是2005年8月11日拍攝的美國(guó)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。

通信發(fā)展概況

麥克斯韋在物理學(xué)中的最大貢獻(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。1873年，麥克斯韋完成巨著《電磁學(xué)通論》，這是一部可以同牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》相媲美的書，具有劃時(shí)代的意義，是牛頓以后科學(xué)史上的又一座豐碑。

麥克斯韋(JamesClerkMaxwel1831～1879)英國(guó)物理學(xué)家通信發(fā)展概況赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。

赫茲（1857-1894）德國(guó)物理學(xué)家

這個(gè)證明成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開創(chuàng)了無(wú)線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。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。

1.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)一般模型模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型

一、通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)：完成通信這一過(guò)程的全部設(shè)備和傳輸媒介。消息的產(chǎn)生地，作用為把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，可以是模擬信號(hào)也可以是數(shù)字信號(hào)。如：攝象機(jī)、光驅(qū)、。將信源和信道匹配起來(lái)。變換方式多樣，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。如廣播電臺(tái)、傳輸信號(hào)的物理媒質(zhì)。包括無(wú)線信道：和有線信道。通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。將噪聲源看成各處噪聲集中加入到信道的。完成發(fā)送設(shè)備的反轉(zhuǎn)換，進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。如收音機(jī)、電視機(jī)。傳輸信息的歸宿點(diǎn)，作用為將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。如喇叭、顯示器。信道中的信號(hào)(a)時(shí)間連續(xù)模擬信號(hào)(b)時(shí)間離散模擬信號(hào)(a)幅度離散數(shù)字信號(hào)(b)幅度連續(xù)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)二、模擬通信系統(tǒng)模型

頻譜搬移，將基帶信號(hào)變換成頻帶信號(hào)將頻帶信號(hào)恢復(fù)成基帶信號(hào)三、數(shù)字通信系統(tǒng)模型噪聲源信源信道編碼信源編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信宿信道譯碼信源譯碼提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠行?、?數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)擾亂、數(shù)據(jù)加密進(jìn)行差錯(cuò)控制三種數(shù)字通信系統(tǒng)：數(shù)字頻帶、數(shù)字基帶、模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸四、數(shù)字通信系統(tǒng)特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高體積小，功耗低，易于集成便于進(jìn)行各種數(shù)字信號(hào)處理有利于實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)傳輸便于保密

缺點(diǎn)：占用頻帶寬對(duì)同步要求高、系統(tǒng)和設(shè)備比較復(fù)雜

1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式按消息的物理特征按調(diào)制方式按信號(hào)特征按傳輸媒介按復(fù)用方式

一、通信系統(tǒng)的分類1、按消息的物理特征電報(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)。。。。2、按調(diào)制方式分類將未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)電話?；鶐鬏敚侯l帶傳輸：對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q，常見(jiàn)的調(diào)制方式見(jiàn)表1–1。表1-1常見(jiàn)的調(diào)制方式

調(diào)制方式用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM廣播雙邊帶調(diào)幅DSB立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、短波無(wú)線電殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、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)制振幅鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制方式用途數(shù)字調(diào)制相移鍵控PSK、DPSK等數(shù)據(jù)傳輸其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖調(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ΔM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(yǔ)言編碼方式ADPCM中低速數(shù)字電話續(xù)表模擬通信系統(tǒng)3、按信號(hào)特征分類數(shù)字通信系統(tǒng)

4、按傳輸媒質(zhì)分類有線通信系統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)

5、按信號(hào)復(fù)用方式分類頻分復(fù)用通信系統(tǒng)時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)

碼分復(fù)用通信系統(tǒng)。。。。二、通信方式按消息傳送的方向與時(shí)間分單工通信

半雙工通信全雙工通信按數(shù)字信號(hào)碼元排序方式分串行傳輸并行傳輸演示1.4信息及其度量信息量的概念平均信息量的概念如何度量信息？－－首先要解決的問(wèn)題。一、信息量的概念信息量與消息出現(xiàn)概率之間的關(guān)系信息量是消息出現(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。例1：信息量的概念進(jìn)行一個(gè)具有16個(gè)等可能結(jié)果的隨機(jī)試驗(yàn)。每一個(gè)結(jié)果具有的信息量為多少？例2：信息量的概念設(shè)某消息由a、b、c、d四種符號(hào)組成，其概率分別為求cabacabdacbdaabcadcbabaadcbabaacdbacaacabadbcadcbaabcacba的信息量。二、平均信息量的概念平均信息量——指每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值例3：平均信息量的概念用平均信息量的概念來(lái)計(jì)算例2中消息所含的信息量。例4：平均信息量的概念由二進(jìn)制數(shù)字1、0組成的消息試推導(dǎo)以α為變量的平均信息量，并繪出α從0到1取值時(shí)的曲線。1.5數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性:碼元傳輸速率信息傳輸速率頻帶利用率可靠性:誤碼率（碼元差錯(cuò)率）誤信率（信息差錯(cuò)率）碼元傳輸速率RS：簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率。表示：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳輸碼元(信號(hào))的數(shù)目單位:波特（Baud），記為B。

例如:

若1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為2400B。數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無(wú)關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度T有關(guān):1.傳輸速率信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率。表示：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)；單位：比特/秒，可記為bit/s、

b/s或bps。碼元速率和信息速率的關(guān)系

等概傳輸時(shí)

【例題】

若碼元速率為600Baud，那么等概四進(jìn)制時(shí)的信息速率為1200b/s。相反，若信息速率為1800b/s，那么等概八進(jìn)制時(shí)的碼元速率為600Baud?！纠}】已知四進(jìn)制離散等概信源（0、1、2、3），求發(fā)送每一符號(hào)時(shí)所傳送的信息量。若每個(gè)符號(hào)（碼元）寬度為1ms，求相應(yīng)的碼元速率和信息速率。

2.頻帶利用率η意義：比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即：

或

3.差錯(cuò)率誤碼率（碼元差錯(cuò)率）：指錯(cuò)誤的碼元在總碼元數(shù)中所占的比例，即

誤信率（信息差錯(cuò)率）:指錯(cuò)誤接收的信息量在傳送信息總量中所占的比例，即誤碼率和誤信率的關(guān)系:【例題】有一個(gè)4PSK數(shù)字通信系統(tǒng)，現(xiàn)傳輸20個(gè)碼元，其中錯(cuò)了2個(gè)碼元，那么誤碼率為10%；如果每個(gè)錯(cuò)誤碼元有一個(gè)比特錯(cuò)誤，那么誤比特率為5%；如果每個(gè)錯(cuò)誤碼元有兩個(gè)比特錯(cuò)誤，那么誤比特率為10%；【例題】已知某四進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的信息傳輸速率為2400（bit/s），接收端在半小時(shí)內(nèi)共收到216個(gè)錯(cuò)誤碼元，試計(jì)算該系統(tǒng)的誤碼率。1.6模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是有效性和可靠性。有效性:指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說(shuō)是傳輸?shù)摹八俣取??？煽啃?指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”。1.6模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是有效性和可靠性。有效性:指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說(shuō)是傳輸?shù)摹八俣取??？煽啃?指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”。有效性:用有效傳輸頻帶來(lái)度量?？煽啃?用接收端最終輸出信噪比來(lái)度量。說(shuō)明：不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。兩者是互相矛盾的，也是可互換的。1.7通信系統(tǒng)仿真工具簡(jiǎn)介1.通信系統(tǒng)仿真工具概述

通常情況下，通信系統(tǒng)仿真使用的工具有SystemView和Matlab/Simulink，2.SystemView軟件簡(jiǎn)介

SystemView是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真，它是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)和仿真要求?！拘〗Y(jié)】1.通信系統(tǒng)構(gòu)成①模擬通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及各部分功能簡(jiǎn)介。②數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及各部分功能簡(jiǎn)介，與模擬系統(tǒng)的差異。③數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)2．通信系統(tǒng)分類①常用的分類方法和名稱。②各種通信方式的含義。【習(xí)題與作業(yè)】練習(xí)題1．通信從本質(zhì)上講就是實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，若按傳輸媒質(zhì)進(jìn)行分類，通信可分為（）和（）兩大類。2．通信系統(tǒng)中，信道是個(gè)抽象的概念，即可理解為傳輸信號(hào)的通路，通常信道中傳送的信號(hào)可分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，由此通信可分為（）和（）。3．模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的區(qū)別是什么？4．?dāng)?shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)是什么？5．試畫出數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的模型？6．以無(wú)線廣播系統(tǒng)為例，說(shuō)明通信系統(tǒng)模型中各方框包含的具體內(nèi)容是什么？【習(xí)題與作業(yè)】7.數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是什么？8.設(shè)某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信息傳輸速率為56kbps，試求傳送二進(jìn)制碼元時(shí)的碼元傳輸速率？若用同樣碼元傳輸速率，卻改為16進(jìn)