通信原理课件：第1章-绪论

信息科学与工程学院通信教研室通信原理PrinciplesofCommunications《通信原理》教学组信息科学与工程学院通信教研室课程介绍通信原理是通信工程专业一门重要的专业基础理论课程。本课程系统深入地阐述现代通信系统的基本原理，其中包括模拟通信和数字通信，并以数字通信为主。一、课程性质本课程通过课堂教学、习题练习、实验等教学环节，旨在使学生系统地掌握通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法，了解现代通信技术与理论的发展状况。信息科学与工程学院通信教研室二、与其它课程的关系课程介绍先修课程：后续课程：信号与线性系统移动通信系统概率论与随机过程光纤通信系统信息论基础SDH技术模拟电子技术卫星通信系统数字电子技术现代通信网高频电子线路接入网技术信息科学与工程学院通信教研室三、教学内容第1章绪论3学时第2章确知信号3学时第3章随机过程6学时第4章信道4学时第5章模拟调制系统6学时第6章数字基带传输系统8学时第7章数字带通传输系统8学时第8章新型数字带通调制技术第9章模拟信号的数字传输8学时第10章数字信号的最佳接收6学时第11章差错控制编码第12章正交编码与伪随机序列第13章同步原理第14章通信网复习：2学时信息科学与工程学院通信教研室课程介绍课程学习课堂教学：54学时实验教学：10学时注意：充分利用课程网站、图书馆、数字图书馆资源，做好预习、复习；认真做作业、认真做实验。既要打好基础，又要提高能力。信息科学与工程学院通信教研室课程介绍课程考核方式：闭卷考试最终总成绩包括：平时成绩：15%实验成绩：15%考试成绩：70%信息科学与工程学院通信教研室课程介绍四、教材与参考资料《通信原理（第六版）》，樊昌信等编著，国防工业出版社2006.5《现代通信原理》，曹志刚等编著，清华大学出版社，1992《数字与模拟通信系统》，L.W.Couch编著，电子工业出版社2007.11信息科学与工程学院通信教研室课程介绍西安电子科技大学通信原理：北京邮电大学通信原理网站：东南大学通信原理网站：北京交通大学通信原理网站：南京邮电大学通信原理网站：麻省理工学院移动通信在线无线资讯网：中国通信资源网通信人家园信息科学与工程学院通信教研室通信原理电子教案第1章绪论信息科学与工程学院通信教研室第1章绪论1.1通信的基本概念1.2通信系统的组成1.3通信系统的分类及通信方式1.4信息及其度量1.5通信系统主要性能指标信息科学与工程学院通信教研室本章学习目标了解通信技术的发展；掌握消息、信息、信号的定义；掌握数字通信的概念，理解数字通信的优点；掌握通信系统模型及其主要性能指标；重点：1.信息的度量；2.数字通信系统模型的理解与掌握。难点：数字通信系统性能指标的理解与计算；信息科学与工程学院通信教研室1.1通信的基本概念通信:信息（或消息）的传输和交换。（要求准确、迅速）消息：信息的物理表现形式。如符号、文字、话音、数据或图像等。信息：消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。信息科学与工程学院通信教研室1.1通信的基本概念电通信：是利用电（电流或电波，包括光）来传递信息。现代通信一般均是指“电通信”。信号：消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。通信系统：是完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。信息科学与工程学院通信教研室1.1通信的基本概念通信系统与电力系统的主要区别在电力系统中，信号的波形是确定的，设计电力系统时主要考虑如何尽量减少电能的损失。通信系统中，接收端在没有收到信号之前是不知道信号波形的，否则就没有可传输的信息，也就没必要进行通信了。思考：信息科学与工程学院通信教研室图1-1通信系统的一般模型信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端1.2通信系统的组成1.2.1通信系统一般模型把各种可能的消息转换成原始电信号。如麦克风等。对原始电信号进行变换，使其适合在信道中传输。信号传输的通道，有无线和有线两种方式。与发送设备作用相反，从接收信号中恢复出相应的原始电信号。将恢复的原始电信号转换成相应的消息。包括信道中的噪声和分散在通信系统其他各处的噪声。基于点到点之间的通信信息科学与工程学院通信教研室信源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号(基带信号)。1.2通信系统的组成发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来,即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号(如已调信号）。发送信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆、光纤。信息科学与工程学院通信教研室电梯用综合电缆75Ω射频同轴电缆室外非金属光缆金属光缆信息科学与工程学院通信教研室噪声源是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表现。接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来。信宿是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。1.2通信系统的组成信息科学与工程学院通信教研室1.2.2模拟通信系统与数字通信系统1.2通信系统的组成通信传输的消息类型多种多样，即有不同的业务需求连续消息（模拟消息）：是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、图像等。离散消息（数字消息）：是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据、文字等。为传递消息，必须将各种消息转换成（电）信号消息与信号之间必须建立一一的对应关系信息科学与工程学院通信教研室模拟信号：凡信号的某一参量可以取无限多个值，并且该参量直接反映消息的状态变化。如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。连续是指信号中携带消息的参量可以连续变化或取无穷多个值，而不一定在时间上也连续。如图1-2(b)所示的脉冲振幅调制抽样信号就属于模拟信号。1.2通信系统的组成按信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号和数字信号。信息科学与工程学院通信教研室图1–2模拟信号(a)话音信号；(b)抽样信号1.2通信系统的组成Ot(a)tPAM信号(b)O连续信号抽样信号信息科学与工程学院通信教研室数字信号信号中携带消息的参量只能取有限个值。如电报信号、计算机输入/输出信号等。1.2通信系统的组成并不是模拟信号只能在模拟通信系统传输，数字信号只能在数字通信系统传输，如Modem按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。信息科学与工程学院通信教研室1.2通信系统的组成100110111001Of(nT)t00111001数字信息PSK波形(a)(b)图1-3数字信号(a)二进制信号；(b)2PSK信号信息科学与工程学院通信教研室模拟通信系统是传输模拟信号的通信系统。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。模拟信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，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。1.模拟通信系统模型1.2通信系统的组成信息科学与工程学院通信教研室携带有信息适合在信道中传输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。1.2通信系统的组成已调信号有三个基本特征：模拟通信系统模型可由图1-1略加演变而成，如图1-4所示。信息科学与工程学院通信教研室图中的调制器和解调器就代表图1-1中的发送设备和接收设备。噪声源调制器信道解调器受信者信息源图1-4模拟通信系统模型1.2通信系统的组成信息科学与工程学院通信教研室2、数字通信系统模型图1－5数字通信系统模型1.2通信系统的组成受信者信息源噪声源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。信息科学与工程学院通信教研室一、将模拟信号转换成数字信号，即模/数转换二、设法减少码元数目和减少冗余信息，即数据压缩。（1）信源编码与译码1.2通信系统的组成码元：数字通信中传输的一个接一个按节拍传送的数字信号单元。信源译码是信源编码的逆过程。信源编码的作用：信息科学与工程学院通信教研室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。为了减少差错，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。（2）信道编码与译码1.2通信系统的组成信息科学与工程学院通信教研室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，叫解密。（3）加密与解密1.2通信系统的组成（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。信源载波信号已调信号S(t)Acos(ωt+φ)S(t)·Acos(ωt+φ)信息科学与工程学院通信教研室同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。（5）同步1.2通信系统的组成图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中的所有环节。如在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，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。信息科学与工程学院通信教研室抗干扰能力强，通过再生，可消除噪声积累；采用信道编码技术可使误码率降低，提高传输的可靠性，即差错可控；通过超大规模集成电路和现代数字信号处理技术，设备易于集成化、微型化、低功耗化。易于加密处理，且保密强度高。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、变换、存储，从而形成智能网。数字通信的主要优点1.2通信系统的组成信息科学与工程学院通信教研室数字通信的主要不足占用带宽大；一路模拟电话4KHz，一路数字电话64KHz系统同步要求高。1.2通信系统的组成随着光纤、数字微波等宽带信道的使用以及数字频带压缩技术的发展，第一个缺点的影响已减小。信息科学与工程学院通信教研室1、按通信业务分类按通信业务，可分为话务通信和非话务通信。非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信及图像通信、会议电视等。1.3通信系统分类及通信方式2、按调制方式分类根据是否采用调制，可将通信系统分为：基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。频带(调制)传输是对各种信号调制后传输的总称一、通信系统分类信息科学与工程学院通信教研室调制方式用途连续波调制线性调制常规双边带调幅广播抑制载波双边带调幅立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边