通信原理第一章绪论

2019/8/171通信原理主讲教师：常静邮箱：[e-mail]2019/8/172《通信原理》教学大纲一、课程介绍《通信原理》是信息工程专业本科生一门重要的专业基础课程，本课程系统深入的阐述现代通信的基本原理，包括模拟通信和数字通信。本课程通过课堂教学，习题作业，实验等教学环节，旨在使学生系统的掌握通信系统基本原理及其性能的基本分析方法，并了解现代通信技术的发展状况。2019/8/173二、课程的基本要求1、掌握通信系统组成、分类、性能度量及所需要解决的基本问题2、系统掌握通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法3、了解现代通信技术与理论的发展状况及趋势2019/8/174三、课程教学基本内容（一）绪论1、通信系统的组成2、通信系统的分类3、通信系统发展史4、通信系统的质量（性能）指标5、通信系统要解决的基本问题2019/8/175（二）模拟线性调制1、双边带调幅2、单边带调幅3、残留边带调制4、线性调制的一般模型5、线性调制系统的抗噪声性能6、频分多路复用原理2019/8/176（三）模拟角调制（非线性调制）1、角调制的基本概念2、窄带角调制3、宽带角调制4、调频信号的产生与解调5、调频系统的抗噪声性能2019/8/177（四）脉冲调制系统1、抽样定理及脉冲振幅调制2、脉冲编码调制原理3、自适应差分脉冲编码调制4、增量调制5、时分复用原理2019/8/178（五）数字信号的基带传输1、数字基带信号的码型2、数字基带信号的功率谱3、数字基带传输系统的模型及码间干扰概念4、数字基带传输系统的理想传输函数5、数字基带传输的误码率2019/8/179（六）数字信号的频带（调制）传输1、二进制数字调制2、二进制数字调制的误码率3、多进制数字调制4、恒包络调制5、各种数字调制的比较2019/8/1710（七）数字信号的最佳接收1、匹配滤波器2、相关器3、二进制信号的最佳接收及误码率2019/8/1711（八）差错控制技术与同步技术1、差错控制方式2、差错控制编码3、几种实用的简单检错码4、线性分组码5、卷积码2019/8/1712四、《通信原理》与各课程的关系先修课程《信号与系统》《概率论与数理统计》《信息论基础》《模拟与数字电路》等2019/8/1713五、学习本课程的几点建议1、本课程对通信系统一般原理进行全面研究分析，一切分析研究都是建立在“信号分析”和“随机过程”基础上。2、本课程从系统的物理模型、数学模型着手分析不从具体电路出发，要求掌握好基本概念。3、本课程概念性和理论性较强，要适当的多做练习，加深对概念的理解。4、本课程作为一门承上启下的专业课，要求有一定的知识面且和计算机有紧密联系。通信原理，通信技术，通信系统构成了通信的全部，所以需要进行一定的实验和实践。2019/8/1714第一章绪论本章学习目标﹡掌握常用通信术语﹡区别模拟信号和数字信号﹡掌握通信系统的组成和分类，通信方式﹡叙述数字通信系统的主要特点﹡分析离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）﹡识别码元速率、信息速率、频带利用率、误码率2019/8/1715通信与信息社会﹡通信的任务﹡交流方式或技术的划分历史﹡现代通信系统是信息时代的生命线﹡电信的社会作用（有线、无线结合）﹡第一类电信事业与第二类电信事业﹡现代通信与经济的发展密切相关2019/8/1716通信的目的是传递消息,包括传输和交换信息通信（communication）：消息的传递和交换通信的目的：传递消息电通信：利用电流或电波来传递信息通信系统：为完成通信任务所需要的一切技术设备和传输媒质所构成的总体1.1通信和通信系统的一般概念2019/8/1717图1-1通信系统的一般模型2019/8/1718信源原始电信号的来源。作用是将原始消息转换成相应的电信号（消息信号，基带信号），如电话机、话筒、摄像机、计算机及各种数字终端设备。发送设备对原始电信号进行各种处理和变换，使之变成适合于信道中传输的形式。包括调制、放大、滤波及数字发送设备中的编码功能。2019/8/1719信道（传输媒质）发送设备和接收设备之间，用于传输信号的传输媒质（有线和无线两大类）。接收设备对接收的信号进行处理和变换，以便恢复出对应于发送端的原始电信号。包括解调、放大、滤波及数字接收设备中的译码等功能。信宿（收信者）原始电信号的最终接受者，其作用是把接收设备恢复出来的原始电信号转换成相应的消息。如电话机的听筒、各种终端设备、计算机等。噪声源是信道中的噪声和通信系统中其它部分所产生的噪声的集中表示。2019/8/17201.2模拟通信与数字通信按信号参量取值方式：模拟信号，数字信号模拟信号：凡是信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。图1-2模拟信号波形我是模拟信号！2019/8/1721数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号（通过一定的编码表征信息）。图1-3数字信号波形我是数字信号！2019/8/1722模拟信号、数字信号的区别模拟（连续）信号——在时间上不一定连续。数字（离散）信号——在时间上不一定离散。电信——消息传递的载体是电信号。通信是基于电信号的，如何用参量表征传递的信息，即怎样用电信号的特征参量描述传递的信号？2019/8/1723通信系统数字通信系统基带传输系统调制传输系统基带传输系统调制传输系统模拟通信系统按信道中传输信号的差异：2019/8/1724模拟通信系统模型如下:已调信号三个基本特征：1、携带信息2、适合在信道中传输3、信号的频谱具有带通形式，且中心频率远离零频，因此已调信号又称频带信号图1-4模拟通信系统模型调制的目的？1)将消息变换为便于在信道中传输的形式（基带信号传输距离有限）2)提高抗干扰能力（FM比AM好）3)有效利用频带（频谱搬移，频分多路）2019/8/1725数字通信系统模型如下:图1-5数字通信系统模型信源编码的目的是降低信息冗余度，提高传输有效性。信道编码的目的是提高信息冗余度，提高传输可靠性。2019/8/1726数字通信的优点:(P4)1、抗干扰能力强2、便于加密3、易于实现集成化，使通信设备体积小，功耗低4、数字信号便于处理、存储，交换，便于和计算机连接和管理按消息传递的方向与时间关系单工通信（单向通信）半双工通信双工通信（双向通信）2019/8/1727图1-6单工、半双工、全双工通信方式示意图(a)单工(b)半双工(c)全双工2019/8/1728内容回顾1、通信的目的、任务、通信系统的概念2、区分模拟信号和数字信号3、通信系统的一般模型及通信方式4、数字通信系统的主要特点2019/8/17291.3通信发展简史1、通信(communication)作为电通信（telecommunication)是从19世纪30年代开始的2、进入80年代以来，随着通信技术的发展，卫星技术、光纤技术、数字蜂窝技术、宽带接入技术等最新技术融入通信构成了现代通信的主要表现。3）20世纪30年代通信理论获得突破性进展：脉冲编码原理、信息论、通信统计理论4)进入80年代现代通信朝着综合化、宽带化、自动化和智能化方向发展。2019/8/17301.3通信发展简史初级阶段（110年）1838有线电报（sos）1876电话1894无线电报1918AM广播1936FM广播1938TV广播1940～1945雷达、微波通信2019/8/1731近代通信阶段（35年）1948香农“信息论”1958通信卫星60年代IC、彩电、数字通信、电子计算机70年代LSI（大规模集成电路）、商用通信卫星、数字程控交换机、分组交换网协议2019/8/1732现代通信阶段（22年）80年代VLSI、光纤通信、移动通信、ISDN网研制、因特网主干网90年代各种先进的通信网络类型多样化、规模大型化、业务综合化信息高速公路21世纪电信网将发生革命性变化NGN:下一代网络新一代网络技术上更为先进的网络提供更为先进业务的网络NGN后面还有NGN!!!---只有想不到，没有做不到2019/8/1733电缆通信有线通信可靠性高、距离远、容量大周期长、投资大、受地理条件限制多微波中继通信无线通信（1GHz以上）、视距传输周期短、投资小、受地理条件限制少容量小、维护管理困难通信的种类2019/8/1734光纤通信有线通信光载波（105～107GHz）容量大、原材料成本低、不受电磁干扰周期长、投资大TelTV光纤理论值100亿路100万路光纤实际值4万路100路同轴电缆3千路20路2019/8/1735卫星通信无线通信，微波通信同步卫星，36000km，40%，3点星覆盖面积大、距离远、使用灵活、质量好一次性投资太大管理是全球性问题2019/8/1736移动通信移动对象无线和有线融为一体灵活、方便、服务到个人建网成本高2019/8/1737通信系统的分类与通信方式一、分类1、物理特征（业务的范畴不同）：电报、电话、数据、图像。2、调制方式：基带传输：未经调制的信号直接传输（音频和数字基带传输）调制传输：对各种信号变换方式后进行传输的总称。调制的目的？1)将消息变换为便于在信道中传输的形式2)提高抗干扰能力（FM比AM好）3)有效利用频带（频谱搬移，频分多路）2019/8/17383、传输信号特征：模拟通信系统、数字通信系统4、按工作频率划分VLF,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF光波，在那些带宽比较富裕的场合（如毫米波EHF—300G）会选择数字通信方式。5、传输信号复用方式频分复用：用频谱搬移使不同信号占据不同的频率范围（主要用于模拟通信）时分复用：用脉冲调制使不同信号占据不同的时间区间（主要用于数字通信）码分复用：用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号（主要用于扩频通信）2019/8/17396、按传输媒介分类有线：明线，电缆，波导，光纤无线：无线电波，微波，激光2019/8/1740第1代移动通信系统（1G）模拟移动通信系统(FM，FDMA)第一代（1G）采用FDMA方式存在的主要问题业务量不足（容量不足，用户数目受限）业务种类不足（仅限话音）2019/8/1741第2代移动通信系统（2G）数字移动通信系统GSM(TDMA)欧洲CDMA(CDMA)美国容量扩大2～5倍用户身份识别模块(SIM)，机卡分离提供新业务，短信业务(SMS)业务和功能有很大的提高存在的主要问题制式不统一：影响全球漫游业务种类限于话音和低速数据第2．5代（2.5G）正在改进：分组无线业务(GPRS)－－无线上网2019/8/1742第3代移动通信系统（3G）第三代移动通信系统追求的主要目标：全球漫游；多媒体业务中国电信运营商正在等待发3G牌照现有2张：中国移动、中国联通预计4张：中国移动、中国联通、中国电信、中国网通3个主流标准：1999年11月ITU正式确定了三大主流标准W－CDMA、TD－CDMA、CDMA2000三大主流标准均采用CDMA技术市场前景W－CDMA占有绝大多数的市场份额（80%）CDMA2000势头比较好TD－CDMA非常符合发展方向2019/8/1743第4代移动通信系统（4G）(？年)研究工作正在进行尽可能多的展望4G移动通信的发展前景未来的手机。2019/8/17441.4信息及其度量通信系统传输的具体对象是消息，其最终的目的在于通过消息的传送使收信者获知信息。消息——人或事物情况的报道信号——消息的载体（携带者）信息——指对于接受者来说事先不知道的消息信息与消息的关系：消息是具体的，而信息是抽象的。2019/8/17451.4信息及其度量通信系统传输的具体对象是消息，其最终的目的在于通过消息的传送使收信者获知信息。消息——人或事物情况的报道信号——消息的载体（携带者）信息——指对于接受者来说事先不知道的消息信息与消息的关系：消息是具体的，而信息是抽象的。2019/8/