[信息与通信]通信原理.ppt

课程名称——通信系统原理Communication Systems Concepts开场白一、本课的重要性：1、 入专业之门2、 垫专业之底3、 领专业之路通信系统原理是一门介绍信息传输基本原理 （理论和技术）的课程 它的研究对象是通信系统二、目的要求： 三、学习要领：1、明白原理 1、求真知2、学会计算 2、常复习3、联系实际 3、重自学通信网中涉及传输（Transmission）、复用（Multiplexing）、交换（Switching）、网络（Network）四大技术，通信系统原理重点介绍传输和复用教材及参考书教材——《通信原理教程》达新宇等 北京邮电大学出版社参考书v《通信原理（第5版）》 樊昌信等 国防工业出版社v《通信原理》 马海武等 北京邮电大学出版社v《现代通信原理》 曹志刚、钱亚生 清华大学出版社v《通信系统（第四版）》英文版 〔加〕Simon Haykin 电子工业出版社v《Digital and Analog Communication Systems》（第五版） Leon W. Couch II 清华大学出版社（影印版 )v《通信原理－学习与考研指导》 沙济彰等 科学出版社v《通信原理考研指导》 信息通信专业考研指导丛书郝建军、尹长川 北京邮电大学出版社v《通信原理习题集》 杨鸿文、桑林 北京邮电大学出版社 第1章 绪 论本章教学要求：1、掌握信息量和通信系统主要性能指标的计算；掌握恒参信道和随参信道特性及对信号传输的影响。

2、熟悉通信基本概念（通信、消息、信号、信息等）3、理解信道的定义和模型4、了解通信系统模型、分类和通信方式主要外语词汇通信（Communication） 电信（Telecommunication） 消息(Message) 信号(Signal) 信息（Information）模拟通信（Analog Communication） 数字通信（Digital Communication）信息量（Amount of Information）信道（Channels） 信道容量（Channel Capacity）信噪比（Signal-to-noise ratio，简写 SNR）噪声（Noise） 信息熵（Information Entropy）作业P21 3，4，7，8，18，19本章主要内容1.1 通信的基本概念1.2 通信系统的组成 1.3 通信发展概况1.4 信息及其量度1.5 通信系统的主要性能指标 1.6 信道1.6.1 信道的分类和有关概念￿￿1.6.2 恒参信道特性及其对信号传输的影响1.6.3 随参信道特性及其对信号传输的影响§ 1.1 通信的基本概念一、 通信的定义• 通信（communication）————指从一个地方向另一个地方进行消息的有效传递与交换。

•电信（Telecommunication）————利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递与交换二、现代通信的业务内容1、电报 4、广播2、 5、电视3、 6、因特网未来的个人通信——任何人（Whoever）在任何时候（Whenever）和 任何地方（Wherever）与另一人（Whomever） 以任何方式（Whatever）进行信息的实地实时全 天候的交互 三、消息、信号和信息1、消息（message）——有待传输的符号、文字、数据和语声等2、信号（signal）——与消息相对应的电或光的波形，是消息的物质载体3、信息（information）——消息中包含的有意义（有用 ）的内容不同形式的消息可包含相同信息四、 通信系统的分类1、 按信号形式分： 模拟通信和数字通信2、 按传输媒介分： 有线通信和无线通信3、 按通信业务分： 电报、、、 数据传输、 可视、无线寻呼等4、按调制方式分： 基带传输和频带传输5、按复用方式分： 频分复用、时分复用、码分复用6、按工作频段分：长波通信、中波通信、短波通信和微波通信7、 按收信者是否运动分：移动通信和固定通信五、通信方式1. 按消息传送的方向与时间分 图 1-1 按消息传送的方向和时间划分的通信方式￿￿ (a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式 2. 按数字信号排序分 图 1-2 按数字信号排序划分的通信方式￿￿ (a) 串行传输方式 ； (b) 并行传输方式 3. 按通信网络形式分 图 1-3 按网络形式划分的通信方式￿￿ (a) 两点间直通方式； (b) 广播方式； (c) 交换方式 § 1.2 通信系统的组成一、通信系统模型：图 1-4 通信系统的模型 数字信号与模拟信号l模拟信号：代表消息的参量是连续的或在某一范 围内可以取无穷多个值，时间上不一定连续；l数字信号：代表消息的参量是离散或可数的，时 间上不一定离散；模拟信号波形 数字信号波形￿￿ (a)连续信号 (a) 二进制波形 (b) 抽样信号 (b) 2PSK波形二、模拟通信系统（第3章） （Analog Communication） 信源调制信道解调信宿噪声源图 1-5 模拟通信系统的模型 三、数字通信系统（Digital Communication ） 1、数字基带传输系统（第4章）信源编码信道解码信宿噪声 源图 1-6 数字基带通信系统的模型 2、数字频带传输系统（第5章）图 1-7 数字频带通信系统的模型 四、数字通信系统优点与模拟通信比较，数字通信主要有以下五大好处：1、 通信质量好，噪声不累积。

2、可以通过编码进行差错控制，改善传输质量3、可利用现代数字信号处理技术处理数字信息4、可加密，保安全 5、可实现综合业务，使通信功能增强 图1-8 两类通信方式抗干扰性能比较￿￿ (a)模拟信号；(b)数字信号 模拟信号数字化通信系统（第6章）模拟 信源A/D数 字 通 信 系 统D/A模拟 信宿A/D转换（Analog—digital conversion）：模拟——数字转换 D/A转换（Digital—analog conversion）：数字——模拟转换 图 1-9 模拟信号数字化通信系统的模型 § 1.3 通信技术发展概况一、 通信发展简史 表 1-1 通信重大事件表二、 通信技术的现状和发展趋势（第11章） 1. 光纤通信￿￿光纤通信具有容量大、成本低等优点，且不怕电磁干扰，与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源因此，自1977年世界上第一个光纤通信系统在芝加哥投入运行以来，光纤通信发展极为迅速，新器件、新工艺、新技术不断涌现，性能日臻完善由于长波长激光器和单模光纤的出现 ，使每芯光纤通 话路数可高达百万路，中继距离将达到100 km，市话中继光纤成本也连续大幅度下降。

我国近几年来光纤通信已得到了快速发展，目前光缆长度累计近几十万km我国已不再敷设同轴电缆，新的工程将全部采用光纤通信新技术2. 卫星通信￿￿卫星通信的特点是通信距离远， 覆盖面积广， 不受地理条件限制，可以大容量传输，建设周期短，可靠性高等自1960年第一颗卫星发射成功以来，卫星通信发展特别迅猛 目前， 卫星通信的使用范围已遍及全球，仅国际卫星通信组织就拥有数十万条话路卫星通信的广泛应用，使国际间重大活动能及时得以实况转播， 它使全世界人与人之间的“距离”缩短 3. 移动通信￿移动通信是现代通信中发展最为迅速的一种通信手段，它是随着汽车、飞机、轮船、火车等交通工具的发展而同步发展 起来的 近10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把有线、 无线融为一体，固定、移动相互连通的全国规模，甚至 全球范围的通信系统 ￿￿移动通信的发展方向是数字化、微型化和标准化20世纪90年代是蜂窝迅速普及的年代但目前世界上存在多种不同的技术体制，互不兼容，因此标准化成为当务之急数字化的关键是调制、纠错编码和话音编码方式的确定微型化的目 标是研制重量非常轻的个人携带的。

4. 微波中继通信￿￿微波中继通信始于20世纪60年代，它较一般电缆通信具有易架设，建设周期短等优点它是目前通信的主要手段之一，主要用来传输长途和电视节目，其调制主要采用SSB/FM/FDM等方式 ￿￿微波中继通信的主要发展方向是数字微波，同时要不断增加系统容量，增加容量的途径是向多电平调制技术发展目前采用的调制方式有16QAM和64QAM，并已出现256QAM、1024QAM等超多电平调制的方式采用多电平调制，在40 MHz的标准频道间隔内，可传送1920至7680路PCM数字 § 1.4 信息及其量度我们定义能够衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用 I 表示 这说明信息有量值可言，并且信息所包含的事件越不可发生，人们就越感兴趣，信息量就越大显然，信息量与事件发生的概率有关，事件出现的概率越小，信息量就越大；必然事件的概率为1，则它传递的信息量就为0一、信息量的定义：1、信息是消息（信号）的不确定性的度量有不确定性，才有“惑”要解确定事物不含信息通信是消除不确定性的过程 可用通信所消除的 不确定性的多少来定义所传输信息的多少2、不确定性来自客观事物本身的随机性，可以用概 率统计来定量描述之。

3、概率为1的事件，不存在不确定性；概率越小，不确定性越大用不确定性的大小表达信息，应与概率的倒数有关 I ∝ 1 / P4、若干独立事件的总信息量应等于各事件信息量 的总和；而独立事件联合概率是各事件概率的乘积 为此定义： I＝log（1 / P）＝－log P则有：当P＝P1P2……Pn 时，I=I1+I2+……+In5、对数以2为底时，信息量的单位叫“比特” （bit ）对数以e为底时，信息量的单位叫“奈特”nit）对数以10为底时，信息量的单位叫“哈特莱” hartley）通常广泛使用的单位为比特二 、信息熵（平均信息量）所谓平均信息量是指每个符号所含信息量的统计平均值 1．离散信源的熵已知信源发出M个不同消息（符号）的概率分别为Pi， （i＝1、2、3……M） 则发不同消息（符号）时各信息量不同：（i＝1、2、3……M） 平均而言，发出一个符号的信息量为 ：2．离散信源的最大熵H H0 0= =H Hmaxmax=log=log2 2M M发生在 P P1 1=P=P2 2= =…………=P=PMM=1/M=1/M 的等概情况下二元等概信源 H H0 0=log=log2 22=12=1 ，，每位码元所含信息量为1比特。

3．连续信源的熵（相对熵）式中f(x)为连续消息x出现的概率密度函数例 1设由5个符号组成的信息源，相应概率为 § 1.5 通信系统的主要性能指标一、一般通信系统的性能指标：1、有效性 5、保密性2。