通信原理(第一章)课件

陈泽宗：Chenzzwhu.edu.cn 13307118527,通信原理（第6版）,作 者：樊昌信、曹丽娜 出版社：国防工业出版社,参考书： 1、现代通信原理 曹志刚、钱亚生。清华大学出版社 2、通信系统原理 沈振元、聂志泉。西安电子科技大学出版社,第一章 主要讲解,一、教学大纲内容 二、几点学习建议 三、通信发展简史 四、发展现状和趋势 五、通信系统模型 六、通信系统的分类及通信方式 七、通信系统的主要性能指标等基本概念,一、教学大纲内容,第一章：绪论 第二章：确知信号 第三章：随机过程 第四章：信 道 第五章：模拟调制系统 第六章：数字基带传输系统 第七章：数字带通传输系统 第八章：新型数字带通调制系统,一、教学大纲内容（续）,第九章：模拟信号的数字传输 第十章：数字信号的最佳接收 ： 确知信号的最佳接收问题及匹配滤波 第十一章：差错控制编码： 基本原理及线性分组码 第十二章：正交编码与伪随机序列： m序列及其应用(1.11.4) 第十三章：同步原理 第十四章：通信网,二、几点学习建议,基 础：“信号分析”、“随机过程”、“电子电路”(数模) 原理和性能： 注重基本概念和分析方法，抓住本质，然后上升到理论 熟悉基本特点和性能指标 理论实践相结合：强调基本原理和实现方案，系统的组成和整体性能 多练习 现场参观学习,三、通信发展简史,19世纪30年代： 莫尔斯实现有线电报通信方式 19世纪70年代： 电磁感应理论的形成和发展，发明了电话，形成了有线电话通信。 19世纪末： 利用电磁波幅射原理发明无线电报。 20世纪初： 电子管等器件开始出现，电报和电话通信获得了迅速的发展。较高水平的有线通信及长波、中波和短波一类的无线通信得到广泛的应用,三、通信发展简史（续）,1948年： 晶体管出现，香农定理（Shannon），先后形成了“信号与噪声理论”、“滤波与预测理论”、“香农信息论”、“纠错编码理论”以及“信号统计特性与信源编码理论”等等。 1970-1980： 大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理机等迅速发展 1980年以后： 超大规模集成电路、长波长光纤通信系统广泛应用、综合业务数字网迅速崛起,四、发展现状和趋势,电缆通信： 主要采用模拟单边带调制和频分多路复用(SSBFDM)，有逐渐被光纤电缆取代的趋势。 微波中继通信： 主要采用SSB/FM/FDM调制方式，由于架设方便、容量大，仍将是长途通信的一个重要传输手段。 光纤通信： 容量大、成本低、不怕电磁干扰、节约大量有色金属和能源。自1977年以来发展极为迅速，新器件、新工艺、新技术不断涌现，性能日臻完善。主要发展方向是单模长波长光纤通信、大容量数字传输技术和相干光通信,四、发展现状和趋势（续）,卫星通信： 特点：通信距离远，覆盖面积大，不受地形条件限制，传输容量大，建设周期短，可靠性高。已成为国际通信的主要传输手段。 发展方向：也是数字调制、时分多路和时分多址。卫星通信正向更高频段发展、采用多波束卫星和星上处理等新技术，地面系统的主要发展趋势是小型化。近年来蓬勃发展的VSAT(甚小口径终端)小站技术集中反映了调制解调、纠错编码译码、数字信号处理、通信专用超大规模集成电路、固态功放和低噪声接收、小口径低旁瓣天线等多项新技术的进步。,四、发展现状和趋势（续）,移动通信 现代通信中发展最为迅速的一种通信手段，近十年来，在微电子技术和计算机技术的推动下，移动通信从过去简单的无线对讲或广播方式发展成为一个有线、无线融为一体，固定、移动相互连通的全国规模的通信系统。在电信工业中，移动通信设备所占比例已名列第三，仅次于电话、数据通信。 发展方向是数字化、微型化和标准化。目前世界上存在多种不向的技术体制，互不兼容，急需标准化。数字化的关键是调制方式、纠错编码和数字电话语音编码方式的确定。微型化的目标是研制重量仅数十克的个人携带的移动电话,四、发展现状和趋势（续）,通信专家预言： 面向21世纪的通信技术将朝着网络化和个人化的方向发展，实现全球化、个人化、信息综合化,五、通信系统模型,通信：信息的传输和交换 一般通信系统模型：,信 源,发送设备,接收设备,信宿,噪声,六、通信系统的分类及通信方式（）,由传输信号的性质来划分： 、模拟通信系统 又分为模拟基带、频带传输系统 、数字通信系统 又分为模拟基带、频带传输系统 、模拟信号的数字传输系统 又分为模拟基带、频带传输系统 何为基带、频带信号？,六、通信系统的分类及通信方式（）,模拟通信系统模型（图1-2）,信 源,调制器,解调器,信宿,噪声,各部件的功能？ 优缺点？,六、通信系统的分类及通信方式（）,数字频带通信系统模型（图1-a）,信 源,编码器,信宿,噪声,加密器,解密器,解码器,调制器,解调器,各部件的功能？ 数字基带通信系统模型（图1-b）,六、通信系统的分类及通信方式（）,数字通信系统的优点 、抗噪声性能好，接力通信时能消除噪声的积累 、数字通信中可以采用信道编码技术使误码率降低，即传输差错可以控制 、数字通信便于加密 、数字信号便于用现代数字技术进行处理、存贮、交换，便于和计算机等联接 、可以综合传递各种消息。 、高度的灵活性和通用性，便于集成化、微型化 主要缺点： 占用的频带比较宽,六、通信系统的分类及通信方式（）,按消息的物理特征分类： 电报、电话、数据、图象通信系统等 按调制方式分类： 连续波调制 、线性调制：AM、SSB、DSB、VSB 、非线性调制：FM、PM 、数字调制：ASK、FSK、PSK、DPSK、QAM、MSK 脉冲调制 脉冲模拟调制：PAM、PDM、PPM 脉冲数字调制：PCM、DM、DPCM、ADPCM 按传输媒体分类：有线和无线 按信号复用分式分类：频分、时分、码分复用,六、通信系统的分类及通信方式（）,按消息传送的方向和时间关系： 单工、半双工、全双工 按信号码元排列方式： 串序（行）、并序（行） 按通信对象： 专线、通信网,七、性能指标等基本概念 （）,信息量的性质： 、消息中所含信息量I是出现此消息概率的函数 、消息出现的概率越小，所含信息量越大 、若干独立消息之和的信息量应该是每个消息所含信息量的线性叠加，即信息具有相加性。 哈特莱首先提出来信息量的定义： 设消息x出现的概率是P(x)，则该消息x所含的信息量为,七、性能指标等基本概念 （）,假设某一消息由一串符号,则根据信息相加性概念，整个消息所含的信息量为：,且各符号的出现互相统计独立，其出现的概率分别为,构成，,其中,是符号,在消息中出现的次数,七、性能指标等基本概念 （）,为简化计算信息量，引入平均信息量概念 平均信息量：,假设某一消息由一串符号,则定义每个符号所含信息量的统计平均值叫平均信息量（又叫信息源的熵）：,构成，,且各符号的出现互相统计独立，其出现的概率分别为,例.4.1,七、性能指标等基本概念 （4） 模拟通信系统的主要性能指标,有效性：消息传输的速度。使单位时间内传输更多的消息或一定频带范围内传输更多的消息 可靠性：信噪功率比、失真度、均方误差。 信噪功率比越大，通信质量越高。 一般无线通信，S/N26dB，听清95以上，S/N40dB 电视节目，看起来很清楚，S/N 40一60 dB 原因：传输及处理过程中引起的失真、各种干扰、噪声决定,七、性能指标等基本概念 （5） 数字通信系统的主要性能指标,有效性： 码元速率RB ：单位为波特 。 信息速率Rb ：单位为比特/秒。 N进制下，信息速率和码元速率的关系为： RbN = RBN log2N (bit/s),频带利用率：单位频带内的传输速率 =符号传输速率/频带宽度（B/Hz） Rb越大，有效性越好,误码率Pe越小，可靠性越高 如何提高数字通信的有效性和可靠性是最主要的问题。,可靠性：各种干扰 、噪声 、调制和解调方式,七、性能指标等基本概念 （6） 性能指标的例子,一个二进制数字信号一分钟传送了18000bit的信息量 (1)其码元速率多大? (2)如果每分钟传送的信息量仍为18000bit,但改用8进制数字信号, 其码元速率多大?,(1)码元速率,（2）根据RbN = RBN log2N (bit/s) 8进制数字信号, 其码元速率：,七、数字通信系统主要部分 （7）,信源编码与解码：为提高有效性，减少原信息多余度，进行压缩信号频带的编码 加密与解密：人为地将输入明文数字序列进行扰乱 信道编码与解码：为提高通信抗干扰能力，尽可能地控制差错 调制与解调：把各种数字信息脉冲转换成适于信道传输的调制信号波形 多路与多址 ：频分、时分、码分、空分和极化波分 信道与噪声：消除或补偿信道引起的信号失真、尽可能地抑制和减小噪声的不良影响 同步与数字复接：复接就是依据时分复用基本原理完成码流合并,作 业,第1章作业： 思考题：1-1、1-9、1-10 习 题：1-2、1-4、1-6 补充： 第2章习题： 思考题：2-2，2-5，2-7 习 题：2-5，2-9,