项目一 通信系统概论分解

通信原理授课人：曾苑机电与信息工程学院目录第一章通信系统概论第二章模拟信号数字化与信源编码第三章数字信号的基带传输第四章数字信号的频带传输第五章信道编码技术第六章信道复用与多址技术第七章同步原理第八章数字信号的最佳接收课程介绍明确：为什么要学？学什么？如何学？哪里可学？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。课程介绍课程定位通信类专业的一门重要专业基础课程是必修课、核心主干课是一门专业的标志性课程是“信息与通信工程”学科研究生入学考试课程起着承前启后的作用占有重要的教学地位二、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课程介绍课程特点具有理论性强、知识综合、难度大等特点；是一门理论性和实践性都很强的专业基础课学习时要注意数学分析方法，更要注意数学分析所得结论的物理意义、物理概念；学习时要注意用系统的观点、模型的观点、工程的观点、辩证的观点，思考问题、分析问题、解决问题。课程介绍课程目标使学生掌握通信系统的基本概念、基本理论、基本技术和系统性能分析方法；掌握基本的系统设计思想和方法；熟悉仿真工具的应用；了解现代通信技术的发展状况；使学生具备动手实践的能力；为本领域的进一步学习和研究奠定坚实基础课程介绍课程学习理论教学：48学时实验教学：16学时总课学时：64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。课程介绍课程考核方式最终总成绩包括：平时成绩：20%实验成绩：15%作业成绩：15%考试成绩：50%第一章通信系统概论1.1通信的基本概念与通信系统1.2通信系统的主要性能指标1.3信道容量与香农公式年代经历时间相关事件1826~189771年欧姆定律、有线电报、电磁辐射方程、电话、麦克斯韦理论、无线电报等1904~194036年二极管、空中辐射传输声音信号、信号放大器、有线电话传输、超外差无线接收机、抽样定律、电传机、频率调制、调频无线电广播、脉冲编码调制（PCM）、电视广播1940~196020年雷达和微波系统、晶体三极管、香农“通信的数学理论”、通信统计理论、时分多路通信、越洋电话电缆1960~197010年激光、第一颗通信卫星、PCM实验、激光通信、集成电路（IC）、数字信号处理（DSP）、探月电视实况转播、高速数字计算机、1970~198010年商用接力卫星通信（音频和数字）、Gbit数字传输速率、大规模集成电路（LSIC）、通信集成电路、陆地间的计算机通信网络、低损耗光纤、光通信系统、分组交换数字数据系统、星际间大型漫游发射、微处理器、计算机断层成像、超级计算机1980~199010年卫星“空间接线总机”、移动/蜂窝电话系统、多功能数字显示、每秒20亿取样数字示波、桌面印刷系统、可编程数字信号处理器、自动扫描数字调音接收机、芯片加密技术、单片数字编码器和解码器、红外数据/控制链、音频播放压缩盘、200000字光存储媒体、以太网、远距贝尔系统、数字信号处理器1990~今10多年全球定位系统（GPS）、高分辨率电视（HDTV）、甚小天线口径卫星（VSAT）、全球蜂窝卫星系统、综合业务数字网（ISDN）、蜂窝电话、商用因特网第1章绪论实现通信的方式和手段：非电的：烽火台文字消息树旌旗……我国古代最早的通信方式是烽火狼烟。文字发明后，利用驿站传递文书。第1章绪论电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等。移动通信基站基站基站第1章绪论电通信发展史1837年：莫尔斯发明有线电报消息——“点、划、空格”金属线发报收报第1章绪论1876年：贝尔发明有线电话1876年贝尔电话℡话筒耳机℡第1章绪论无线通信：《电磁场力学的理论》。电磁波的传播速度等于光速（3.0×108米/秒）。1864年麦克斯韦从理论上预言了电磁波的存在1887年赫兹用实验证实了电磁波的存在第1章绪论1906年德弗雷斯特发明了电子管晶体管集成电路大规模可编程器件第1章绪论1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世1936年：商业电视广播开播收音机卫星通信卫星地面站电视长途电话20世纪60年代以后通信技术的发展呈爆炸之态势。卫星通信、光纤通信、通信网（ISD）第1章绪论后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”包括光通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。1.1.2通信技术的发展与展望电缆通信:电话、传真、电报等各用户终端与交换机的连接全靠市话电缆。1.1.2通信技术的发展与展望微波中继通信:主要用于传输长途电话和电视节目。1.1.2通信技术的发展与展望光纤通信:光纤通信是以光导纤维(简称光纤)为传输媒质、以光波为载波的通信方式。1.1.2通信技术的发展与展望卫星通信:卫星通信的特点是通信距离远,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。1.1.2通信技术的发展与展望移动通信：2G、3G、4G中国移动：GSM（2G）、TD-SCDMA（3G）中国联通：GSM（2G）、WCDMA（3G）中国电信：CDMA1X（2G）、CDMA2000（3G）中国移动4G:TD-LTE通信：人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递。2通信的分类常用的通信分类方法有以下几种。1.按传输媒质分按消息由一地向另一地传递时传输媒质的不同，通信可分为两大类：一类称为有线通信，另一类称为无线通信。所谓有线通信，是指传输媒质为导线、电缆、光缆、波导等形式的通信，其特点是媒质能看得见，摸得着。导线可以是架空明线、电缆、光缆及波导等。所谓无线通信，是指传输消息的媒质为看不见、摸不着的媒质(如电磁波)的一种通信形式。通常，有线通信亦可进一步再分类，如明线通信、电缆通信、光缆通信等。无线通信常见的形式有微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信等。2.按信道中所传信号的不同分信道是传输信号的通路。通常信道中传送的信号可分为数字信号和模拟信号，由此，通信亦可分为数字通信和模拟通信凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值，且直接与消息相对应的，称为模拟信号。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(即可以取无限多个值)，例如强弱连续变化的语音信号，亮度连续变化的电视图像信号等都是模拟信号。凡信号的某一参量只能取有限个数值，并且常常不直接与消息相对应的，称为数字信号。数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某参量是离散(不连续)变化的，而不一定在时间上也离散。3.按工作频段分根据通信设备的工作频率不同，通信通常可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。为了比较全面地对通信中所使用的频段有所了解，下面把通信使用的频段及说明列入表1－2中。频率范围(f)波长(λ)符号常用传输媒介用途3Hz~30kHz108~104m甚低频VLF有线线对、长波无线电音频、电话、数据终端、长距离导航、时标30~300kHz104~103m低频LF有线线对、长波无线电导航、信标、电力线通信300kHz~3MHz103~102m中频MF同轴电缆、中波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3~30MHz102~10m高频HF同轴电缆、短波无线电移动无线电话、短波广播、定点军用通信、业余无线电30~300MHz10~1m甚高频VHF同轴电缆、米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航、集群通信、无线寻呼300MHz~3GHz100~10cm特高频UHF波导、分米波无线电电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移动通信3~30GHz10~1cm超高频SHF波导、厘米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达30~300GHz10~1mm极高频EHF波导、毫米波无线电雷达、微波接力、射电天文学105~107GHz3×10-3~3×10-5mm紫外、可见光红外光纤、激光空间传播光通信通信中工作频率和工作波长可互换，公式为式中，λ为工作波长；f为工作频率；C为电波在自由空间中的传播速度，通常认为C=3×10^8m/s。fC(1-1)4.根据消息在送到信道之前是否采用调制，通信可分为基带传输和频带传输。所谓基带传输是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的一种方式，而频带传输是指信号经过调制后再送到信道中传输，收端有相应解调措施的通信系统。表1-3常用的调制方式调制方式用途常规双边带调幅AM广播抑制载波双边带调幅DSB立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传线性调制残留边带调幅VSB电视广播、数传、传真频率调制FM微波中继、卫星通信、广播非线性调制相位调制PM中间调制方式幅度键控ASK数据传输频率键控FSK数据传输相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信连续波调制数字调制其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM中间调制方式脉冲模拟调制脉位调制PPM遥测、光纤传输脉码调制PCM市话、卫星、空间通信增量调制DM军用、民用电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码脉冲调制脉冲数字调制其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC中低速数字电话3通信的方式1.按消息传送的方向与时间分通常，如果通信仅在点对点之间进行，或一点对多点之间进行，那么，按消息传送的方向与时间不同，通信的工作方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信。所谓单工通信，是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式，如图1－1(a)所示。单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等，这里，信号(消息)只从广播发射台、遥控器和无线寻呼中心分别传到收音机、遥控对象和BP机上。所谓半双工通信方式，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的形式，如图1－1(b)所示。例如对讲机、收发报机等都是这种通信方式。所谓全双工通信方式，是指通信双方可同时进行收发信息的工作方式。如图1-1（c）所示。例如普通电话、手机都是这种通信方式。图1-1(a)单工方式；(b)半双工方式；(c)全双工方式2.按数字信号排序分在数字通信中，按照数字信号排列的顺序不同，可将通信方式分为串行传输和并行传输。发送方01100100接收方01100100并行/串行转换器串行/并行转换器011001008比特依次发送所谓串行传输，即是将代表信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输的方式，如图1－2(a)所示；优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施发送方接收方同时发送8比特01101100如果将代表信息的数字信号序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时并行在信道上传输，则称为并行传输通信方式优点：节省传输时间，速度快：不需要字符同步措施缺点：需要n条通信线路，成本高3.按通信网络形式分通信的网络形式通常可分为三种：点到点通信方式、点到多点通信(分支)方式和多点到多点通信(交换)方式，它们的示意图如图1－3所示。点到点通信方式是通信网络中最为简单的一种形式，终端A与终端B之间的线路是专用的；在点到多点通信(分支)方式中，它的每一个终端(A,B,C,…,N)经过同一信道与转接站相互连接，此时，终端之间不能直通信息，而必须经过转接站转接，此种方式只在数字通信中出现；多点到多点通信(交换)方式是终端之间通过交换设备灵活地进行线路交换的一种方式，即把要求通信的两终端之间的线路接通(自动接通)，或者通过程序控制实现消息交换，即通