通信原理第一章

11通信原理通信原理授课教师：陈新锐授课教师：陈新锐桂林电子科技大学北海职业技术学院桂林电子科技大学北海职业技术学院22《《通信原理通信原理》》课程的重要性课程的重要性nn通信类专业的基础课，也是通信技术的入通信类专业的基础课，也是通信技术的入门课。门课。nn这门课至关重要，直接决定后续课程的学这门课至关重要，直接决定后续课程的学习，因此务必重视。习，因此务必重视。nn主要介绍通信系统的基本原理、基本技主要介绍通信系统的基本原理、基本技术、基本性能和基本分析方法。侧重介绍术、基本性能和基本分析方法。侧重介绍数字通信技术的发展趋势和新技术。数字通信技术的发展趋势和新技术。桂林电子科技大学北海职业技术学院33本章内容和重点本章内容和重点内容内容::nn通信系统的组成通信系统的组成nn通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式nn通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标nn信号、信道与噪声信号、信道与噪声重点重点::nn通信的基本概念通信的基本概念nn通信系统的分类通信系统的分类nn通信系统的性能指标通信系统的性能指标nn信道容量信道容量桂林电子科技大学北海职业技术学院44现代通信的理念（现代通信的理念（4W4W））nnWhoeverWhoever----无论是谁或与谁进行通信（通信无论是谁或与谁进行通信（通信自由选择性）；自由选择性）；nnWhateverWhatever----无论采用什么方式进行通信（通无论采用什么方式进行通信（通信服务多样性）；信服务多样性）；nnWheneverWhenever----无论在什么时间进行通信（通信无论在什么时间进行通信（通信随时性）；随时性）；nnWhereverWherever----无论在哪里与哪里进行通信（通无论在哪里与哪里进行通信（通信全方位、无约束性）；信全方位、无约束性）；桂林电子科技大学北海职业技术学院55现代通信的趋势现代通信的趋势nn数字化：数字技术数字化：数字技术nn综合化：技术综合化、业务综合化综合化：技术综合化、业务综合化nn宽带化：高速数据传输与交换（例如宽带化：高速数据传输与交换（例如GSMGSM网络的速率网络的速率为为50Kbit/s50Kbit/s左右，而目前左右，而目前TDTD--SCDMASCDMA网络的下行速率网络的下行速率为为3.6Mbit/s3.6Mbit/s（实际速度也可达（实际速度也可达11～～3Mbit/s3Mbit/s））;;CDMA20001xEVCDMA20001xEV--DODORev.ARev.A系统理论上能提供下载系统理论上能提供下载和上行峰值速率分别达和上行峰值速率分别达3.1Mbit/s3.1Mbit/s、、1.8Mbit/s1.8Mbit/s的无线的无线数据带宽数据带宽））nn智能化：计算机及其软件技术智能化：计算机及其软件技术nn网络化：互联网网络化：互联网桂林电子科技大学北海职业技术学院66通信的概念通信的概念nn通信按照传统的理解，就是指信息的传输通信按照传统的理解，就是指信息的传输与交换。更简单的理解，就是把信息从一与交换。更简单的理解，就是把信息从一个地方有效地传递到另一个地方。个地方有效地传递到另一个地方。桂林电子科技大学北海职业技术学院77历史上通信方式举例历史上通信方式举例nn烽火传军情烽火传军情nn书信的传输方式书信的传输方式现代通信方式举例现代通信方式举例nn移动通信移动通信nn红外通信红外通信nn蓝牙通信蓝牙通信桂林电子科技大学北海职业技术学院88nn18371837年莫尔斯发明了电码和有线电报年莫尔斯发明了电码和有线电报nn18761876年贝尔发明电话年贝尔发明电话nn18951895年马可尼发明无线电报年马可尼发明无线电报通信进入通信进入““电电””通信时代通信时代本课程介绍的就是本课程介绍的就是““电电””通信系统的基本原理通信系统的基本原理桂林电子科技大学北海职业技术学院99nn消息：语音、文字、图形、图像消息：语音、文字、图形、图像……nn信息：可理解为消息中包含的有意信息：可理解为消息中包含的有意义的内容。义的内容。nn信息需要度量信息需要度量nn信号：传输消息的手段（媒介）信号：传输消息的手段（媒介）（比如电信号、或光信号）（比如电信号、或光信号）消息、信息和信号消息、信息和信号桂林电子科技大学北海职业技术学院1010频域和时域的概念频域和时域的概念描述一个信号，分别可以从时域和频描述一个信号，分别可以从时域和频域来描述。域来描述。nn时域：横轴是时间时域：横轴是时间,,纵轴是信号的变化。其动态信纵轴是信号的变化。其动态信号号xx（（tt）是描述信号在不同时刻取值的函数。）是描述信号在不同时刻取值的函数。nn频域：横轴是频率频域：横轴是频率,,纵轴是该频率信号的幅度纵轴是该频率信号的幅度,,也就也就是通常说的频谱图。频谱图描述了信号的频率结是通常说的频谱图。频谱图描述了信号的频率结构及频率与该频率信号幅度的关系。构及频率与该频率信号幅度的关系。桂林电子科技大学北海职业技术学院1111信号频谱信号频谱nn任何一个时域信号，不论它是周期性的还是非周期任何一个时域信号，不论它是周期性的还是非周期性的，都可以分解为一系列频率不同的正弦（或余性的，都可以分解为一系列频率不同的正弦（或余弦弦))分量。分量。()211sinsin3sin5235ssoooVVvtttt⎛⎞=++++⋅⋅⋅⎜⎟⎝⎠oTwp/2=p/2Vsp3/2Vsp5/2Vsowow5ow3ow桂林电子科技大学北海职业技术学院1212基带信号基带信号◆基带信号：消息转换成的电信号。这种基带◆基带信号：消息转换成的电信号。这种基带信号的频谱特点是：处于较低的频率范围信号的频谱特点是：处于较低的频率范围内。内。例如：语音信号的频率范围：例如：语音信号的频率范围：300~3400Hz300~3400Hz图像信号的频率范围：图像信号的频率范围：0~6MHz0~6MHz◆◆带宽：指的是信号频谱范围的宽度。带宽：指的是信号频谱范围的宽度。例如：语音信号的带宽：例如：语音信号的带宽：3000Hz3000Hz图像信号的带宽：图像信号的带宽：6MHz6MHz桂林电子科技大学北海职业技术学院1313信息的度量信息的度量如同运输货物的多少，是用如同运输货物的多少，是用““货运量货运量””来衡量来衡量的。传输信息的多少，是用的。传输信息的多少，是用““信息量信息量””来衡量的。来衡量的。消息的信息量与该消息出现的概率有关系，消消息的信息量与该消息出现的概率有关系，消息的出现概率越小，它所含的信息量越大；消息的息的出现概率越小，它所含的信息量越大；消息的出现概率越大，它所含的信息量越小。出现概率越大，它所含的信息量越小。例如：某个事件是必然的（概率为例如：某个事件是必然的（概率为11），则它），则它传输的信息量为零；某个事件是不可能发生的（概传输的信息量为零；某个事件是不可能发生的（概率为率为00），则它传输的信息量是无穷的。），则它传输的信息量是无穷的。桂林电子科技大学北海职业技术学院1414()1logaIPx=某消息所包含的信息量某消息所包含的信息量II与该消息发生的概率与该消息发生的概率PP（（xx）的关系如下式所示：）的关系如下式所示：通常情况下，通常情况下，ɑɑ=2=2，信息量的单位为比特（，信息量的单位为比特（bitbit）。）。在数字通信系统中，我们传输的通常是二进制在数字通信系统中，我们传输的通常是二进制代码代码00和和11，它们各自出现的概率为，它们各自出现的概率为1/21/2，因此可以计，因此可以计算出一个二进制码元所包含的信息量为算出一个二进制码元所包含的信息量为221loglog21()12Ibit===因此，一个二进制码元所包含的信息量为因此，一个二进制码元所包含的信息量为1bit1bit，，NN个二进制码元所包含的信息量为个二进制码元所包含的信息量为NbitNbit。。桂林电子科技大学北海职业技术学院1515通信系统模型发送端接收端噪声发送设备信道接收设备信宿信源桂林电子科技大学北海职业技术学院1616模拟通信系统与数字通信系统模拟通信系统与数字通信系统nn模拟信号：信号的参量是连续的。如话音、图片模拟信号：信号的参量是连续的。如话音、图片等。等。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。可将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。桂林电子科技大学北海职业技术学院1717nn数字信号：信号的参量是离散取值的。如符号、数字信号：信号的参量是离散取值的。如符号、数据等。数据等。ll值得注意的是：我们可以把模拟信号（如语值得注意的是：我们可以把模拟信号（如语音、图片）转换成数字信号，然后通过数字音、图片）转换成数字信号，然后通过数字通信的方式传输。通信的方式传输。桂林电子科技大学北海职业技术学院1818模拟通信系统模型模拟通信系统模型发送端接收端噪声调制信道解调信宿信源桂林电子科技大学北海职业技术学院1919数字通信系统模型数字通信系统模型发送端接收端信源信道编码调制信道压缩编码解调信宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪声同步信源编码信源解码桂林电子科技大学北海职业技术学院2020数字通信系统的优势数字通信系统的优势ll抗干扰能力比较强，可采用差错控制编码改善通抗干扰能力比较强，可采用差错控制编码改善通信传输的质量。数字信号在传输过程中受到干扰信传输的质量。数字信号在传输过程中受到干扰可能出错，可以利用差错控制编码纠正错误。可能出错，可以利用差错控制编码纠正错误。ll在数字通信中便于使用现代数字信号处理技术对在数字通信中便于使用现代数字信号处理技术对数字信息做加密处理。数字信息做加密处理。ll数字通信系统便于利用计算机技术、数字存储技数字通信系统便于利用计算机技术、数字存储技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术，对信息进行处理、存储、交换。术，对信息进行处理、存储、交换。ll便于集成化，使通信设备微型化。便于集成化，使通信设备微型化。桂林电子科技大学北海职业技术学院2121数字通信系统的缺点数字通信系统的缺点nn数字信号占用的频带宽。数字信号占用的频带宽。模拟电话信号带宽：模拟电话信号带宽：4KHz4KHz数字电话信号带宽：数字电话信号带宽：20~64KHz20~64KHz((为模拟电话信号带宽的为模拟电话信号带宽的5~155~15倍倍))nn数字通信系统对同步要求高，系统设备比较复数字通信系统对同步要求高，系统设备比较复杂。杂。随着科学技术的不断发展，数字通信的缺点越来越随着科学技术的不断发展，数字通信的缺点越来越不明显，优势日益突出，数字通信技术是现代通信的不明显，优势日益突出，数字通信技术是现代通信的发展方向！发展方向！桂林电子科技大学北海职业技术学院2222通信系统的分类通信系统的分类图像通信系统图像通信系统数据通信系统数据通信系统电报通信系统电报通信系统电话通信系统电话通信系统按提供的业务类型分类按提供的业务类型分类桂林电子科技大学北海职业技术学院2323卫星通信卫星通信微波通信微波通信移动通信移动通信无线通信系统无线通信系统电缆通信电缆通信光纤通信光纤通信有线通信系统有线通信系统按传输媒介分类按传输媒介分类桂林电子科技大学北海职业技术学院2424码分复用（码分复用（CDMACDMA））时分复用（时分复用（TDMTDM））频分复用（频分复用（FDMFDM））按信号复用方式分类按信号复用方式分类频带传输系统频带传输系统基带传输系统基带传输系统按调制方式分类按调制方式分类数字通信系统数字通信系统模拟通信系统模拟通信系统按信号特征分类按信号特征分类桂林电子科技大学北海职业技术学院2525通信方式通信方式nn单工通信单工通信nn半双工通信半双工通信nn全双工通信全双工通信对于点对点之间的通信，按照消息传送的方向与时间关对于点对点之间的通信，按照消息传送的方向与时间关系，通信