1.1通信系统的组成.ppt

通信原理,哈尔滨理工大学,主要内容,􀂄 课程简介：通信的一般处理规则􀂄 考核方式：30%平时+70%笔试􀂄 主要参考书：张辉，《现代通信原理与技术》（第2版）西安电子科技大学出版社 樊昌信， 《通信原理》(第6版) 国防工业出版社周炯槃，通信原理，北京邮电大学出版社Simon Haykin, Communication Systems, 电子工业出版社（影印版：通信系统）,2017/8/2,哈尔滨理工大学,课程的基本内容,绪论􀂄 随机过程 信道与噪声􀂄 模拟通信系统􀂄 数字信号的基带传输􀂄 数字信号的频带传输 模拟信号的数字传输 数字信号的最佳接收,2017/8/2,哈尔滨理工大学,关于本课程,通信原理为专业技术基础课程，要求重点掌握通信系统的基本概念和分析方法，以及信息传输的基本原理；熟悉各种通信技术的基本特点以及性能；在此基础上，研究通信系统的设计，了解通信发展方向2017/8/2,哈尔滨理工大学,1.1 通信系统基本概念及组成 1.2 通信系统分类与通信方式 1.3 信息及其度量 1.4 通信系统性能指标 1.5 通信发展趋势,第 1 章 绪论,2017/8/2,哈尔滨理工大学,1.1 通信的基本概念及组成,通信的目的：传递消息中所包含的信息。

消息：是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等信息：是消息中包含的有效内容实现通信的方式和手段：非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等1. 通信的基本概念,2017/8/2,哈尔滨理工大学,18世纪，提出用电流进行通信的设想1838年，F.B. Morse 发明有线电报1864年，J.C. Maxwell提出电磁辐射方程1876年，A. G. Bell 发明1896年，G. Marconi发明无线电报1901年，横跨大西洋的无线通信成功1906年，Lee deForst 发明真空管1918年，E.H. Armstrong发明AM广播，超外差接收机1925年，开始采用三路明线载波，多路通信1936年，E. H. Armstrong发明FM广播1937年，A. Reeves发明PCM调制原理,2. 通信发展简史,2017/8/2,哈尔滨理工大学,1938年，电视广播开始1940-45年，二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展1948年，发明了晶体三极管；统计理论建立；Shannon发表《通信的数学理论》1950年，时分多路通信应用于1953年，敷设了第一条越洋电缆(36话路)1957年，前苏联发射第一颗人造地球通信卫星1958年，发明第一块集成电路（TI）1961年，FM立体声广播开播1964年，第一台全电子系统问世1972年，Motorola发明蜂窝1989年，GPS发明1990－，超大规模集成电路的大量使用，计算机和通信正向着兼容互补的方向发展,2017/8/2,哈尔滨理工大学,（1）通信系统的一般模型　　通信系统的作用就是将信息从信源传送到一个或多个目的地。

实现信息传递所需的一切技术设备(包括信道)的总和称为通信系统通信系统的一般模型如下图所示3. 通信系统的组成,图 1 – 1 通信系统一般模型,2017/8/2,哈尔滨理工大学,图中各部分的功能简述如下:　　信息源(简称信源)是消息的发源地,其作用是把各种消息转换成原始电信号(称为消息信号或基带信号)根据消息种类的不同,信源可分为模拟信源和数字信源模拟信源送出的是模拟信号,如麦克风(声音→音频信号)、摄像机(图像→视频信号);数字信源输出离散的数字信号,如电传机(键盘字符→数字信号)、计算机等各种数字终端并且,模拟信源送出的信号经数字化处理后也可送出数字信号 发送设备：产生适合于在信道中传输的信号2017/8/2,哈尔滨理工大学,噪声源不是人为加入的设备,而是信道中的噪声以及通信系统其他各处噪声的集中表示噪声通常是随机的,其形式是多种多样的,它的存在干扰了正常信号的传输关于信道与噪声的内容将在第3章中讨论　　接收设备的功能是放大和反变换(如滤波、译码、解调等),其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号　　受信者(信宿)是传送消息的目的地其功能与信源相反,即将复原的原始电信号还原成相应的消息,如扬声器等。

2017/8/2,哈尔滨理工大学,4. 模拟通信模型和数字通信模型 上图中，信源发出的消息虽然有多种形式， 但可分为两大类： 一类称为连续消息；另一类称为离散消息连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、活动图片等离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的， 如符号、数据等 消息的传递是通过它的物质载体——电信号来实现的， 即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频率或相位； 脉冲波的幅度、宽度或位置）按信号参量的取值方式不同可把信号分为两类，即模拟信号和数字信号2017/8/2,哈尔滨理工大学,凡信号参量的取值连续(不可数,无穷多),则称为模拟信号如机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等模拟信号有时也称连续信号,这个连续是指信号的某一参量可以连续变化,或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值,而不一定在时间上也连续,如图1-2(b)所示的抽样信号2017/8/2,哈尔滨理工大学,图 1 – 2 模拟信号波形 (a)连续信号; (b)抽样信号,2017/8/2,哈尔滨理工大学,图 1 -3数字信号波形 (a) 二进制波形； (b) 2PSK信号波形,2017/8/2,哈尔滨理工大学,（1）模拟通信系统模型 模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。

我们知道，信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为300~3400Hz， 图像信号为0~6MHz由于这种信号具有频率很低的频谱分量， 一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收端进行反变换完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器经过调制以后的信号称为已调信号已调信号有三个基本特征：一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号2017/8/2,哈尔滨理工大学,需要指出,消息从发送端到接收端的传递过程中,不仅仅只有连续消息与基带信号、基带信号与频带信号之间的两种变换,实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程由于以上两种变换对信号的变化起决定性作用,而其他过程对信号不会发生质的变化,因此,本书中关于模拟通信系统的研究重点是:调制与解调原理以及噪声对信号传输的影响(详见第4章)2017/8/2,哈尔滨理工大学,图 1-4 模拟通信系统模型,模拟通信系统两种变换： 模拟消息  原始电信号（基带信号） 基带信号  已调信号（带通信号）,2017/8/2,哈尔滨理工大学,（2） 数字通信系统模型,图 1 – 5 数字通信系统模型,2017/8/2,哈尔滨理工大学,1) 信源编码与译码 信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。

码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性作用之二是，当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输第6章中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)信源译码是信源编码的逆过程2017/8/2,哈尔滨理工大学,2)信道编码与译码　　数字信号在信道传输时,由于噪声、衰落以及人为干扰等,将会引起差错为了减小差错,信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分(监督元),组成所谓“抗干扰编码”接收端的信道译码器按一定规则进行解码,从解码过程中发现错误或纠正错误,从而提高通信系统抗干扰能力,实现可靠通信2017/8/2,哈尔滨理工大学,3)加密与解密　　在需要实现保密通信的场合,为了保证所传信息的安全,人为将被传输的数字序列扰乱,即加上密码,这种处理过程叫加密在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密,恢复原来信息2017/8/2,哈尔滨理工大学,4)数字调制与解调　　数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处,形成适合在信道中传输的频带信号基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对(差分)相移键控DPSK。

对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号对高斯噪声下的信号检测,一般用相关器接收机或匹配滤波器2017/8/2,哈尔滨理工大学,5)同步　　同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件　　需要说明的是,图1-5是数字通信系统的一般化模型,实际的数字通信系统不一定包括图1-5中的所有环节,如在某些有线信道中,数字基带信号无需调制就可以直接传送,称之为数字信号的基带传输,其模型中就不包括调制与解调环节,详见第5章　　应该指出的是,模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输,数字系统就是以数字方式传输模拟话音信号的例子当然,数字信号也可以在模拟通信系统中传输,如计算机数据可以通过传统的网来传输,但这时必须使用调制解调器(Modem),以适应模拟信道的传输特性2017/8/2,哈尔滨理工大学,（3） 数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用但是，数字通信的发展速度已明显超过模拟通信，成为当代通信技术的主流与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求， 其特点是：,2017/8/2,哈尔滨理工大学,抗干扰能力强,且噪声不积累。

以二进制为例,数字信号的取值只有两个,这样接收端只需判别两种状态信号在传输过程中受到噪声的干扰,必然会发生波形畸变,接收端对其进行抽样判决,以辨别是两个状态中的哪一个只要噪声的大小不足以影响判决的正确，就能正确接收而模拟通信系统中传输的是连续变化的模拟信号，它要求接收机能够高度保真地重现信号波形，如果模拟信号叠加上噪声后，即使噪声很小，也很难消除它此外，在远距离传输，如微波中继通信时，各中继站可利用数字通信特有的判决再生接收方式，对数字信号波形进行整形再生而消除噪声积累2017/8/2,哈尔滨理工大学,差错可控可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性 易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网 易于集成化，从而使通信设备微型化 易于加密处理，且保密强度高2017/8/2,哈尔滨理工大学,但是， 数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的以为例，一路模拟通常只占据4kHz带宽，但一路接近同样话音质量的数字可能要占据 20～60kHz的带宽，因此数字通信的频带利用率不高另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。

不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、 窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用，数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模拟通信而占主导地位。