通信原理_第1讲_绪论

第1页2020/3/29DepartmentofElectronicsandInformation,NCUTSongPeng通信原理（第一讲）唐加能[e-mail]第2页2020/3/29《通信原理》PPT教学课件说明采用教材：普通高校“十一五”国家级规划教材通信原理（第6版）樊昌信曹丽娜编著国防工业出版社2006年9月第6版教学专业：电子信息类及相关专业课堂学时：56～64第3页2020/3/29前言课程类型：专业必修课学时：64教材：通信原理（第6版），樊昌信，国防工业出版社参考教材：现代通信原理，曹志刚，清华大学出版社考核：统考第4页2020/3/29教材与参考书第5页2020/3/29知识体系数学离散.概率.线性代数信号与系统数字信号处理电子电路模拟.数字.高频理论教学实验教学通信原理通信原理实验信息论与编码通信原理课程设计移动通信微波通信卫星通信光纤通信多媒体通信…先修基础课专业基础课后续专业课第6页2020/3/29前言《通信原理》课程特点理论性（概念性）、系统性（实践性）强与先行课程联系紧密第7页2020/3/29关于学习方法建议三个重要环节看书、消化教材是学习好本课程的主要方式上完课及时复习，学完一章进行小结；做习题加深概念和理解经常进行阶段复习掌握知识的窍诀：反复思维实践第8页2020/3/29关于学习方法建议Youhear,youforgetYoudo,yourememberYouthink,youunderstand如果你只是听，那么你会忘记如果你去做，你就会记住如果你思考，你才能明白第9页2020/3/29其他约定上课时间：周五下午1-4节，综合楼325教室不得迟到、早退、缺课，有事请假上课时请关闭手机或调为静音状态第10页2020/3/29内容第一章绪论（3）第二章确知信号（2）第三章随机过程（5）第四章信道（2）第五章模拟调制系统（10）第六章数字基带传输系统（8）第七章数字带通传输系统（6）第八章新型数字调制技术（3）第九章模拟信号的数字传输（8）第十章数字信号的最佳接收（4）第十三章同步原理（4）总结（2）第11页2020/3/29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通信系统分类与通信方式1.4信息及其度量1.5通信系统主要性能指标1.6小结第12页2020/3/29中国联通第1章绪论1.1通信的基本概念一、通信技术的当前状况(1)移动通信己成为通信的主要方式二代（GSM、CDMA）；三代（WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA)(2)IP网正成为多媒体（语音、文字、图像）通信的综合通信平台IP电话、IPTV(3)三网（电话网、计算机网、电视网）正走向融合(4)无线接入正快速发展，与IP网结合进入移动IP新时代中国移动中国电信第13页2020/3/29人类对通信的需求：学校教育、个人与家庭、政府管理、医疗、企业、商贸、娱乐等无处不在！个人与家庭市场与营销学校与教育金融与理财政府与管理固定电话网移动电话网互联网IPTVHDTV医疗卫生第14页2020/3/29通信网络四通八达！TheInternetIPbackboneBillingVHESignallingGatewayWAPAccountingUMTSBroadcastNetworks(DAB,DVB-T)SatelliteFESGSM/GPRSContext-awareinformationCentreIP-basedmicro-mobilityWirelessLANsISPSIPProxyServer第15页2020/3/29发展下一代网络(NGN)推进网络融合！下一代光网络：MSTP智能光网下一代数据网：NGI,IPV6下一代交换网：软交换体系下一代移动网：3G,3G后NGN伞第16页2020/3/29网络正走向融合！Internet网无线移动互联网广电网固定电信网卫星网IPIPIPIP技术提供了各网统融合的基础IP语言、数据、视频信息于一网之中各网合一为人类工作和生活提供方便提供统一解决方案网络融合示意模型第17页2020/3/29小结信息来源信息传输信源信息获取数字化信息传递与分配信息检测与存储信息利用(控制)语言、文字、图像、音乐遥测、遥感、医疗、军事生产控制社会管理存储信息产业传感设备、雷达、摄影器材广播器材、电视设备计算机设备、网络设备集成电路电话、通信系统软件系统信息理论通信理论与技术（编码理论、调制理论、检测理论）计算机科学与技术、人工智能、模式识别信息科学与技术网络理论、信息安全与控制信号处理论与技术（语音、图像、数据）信息科学与技术是科学技术现代化的支柱之一；掌握《通信原理》就获取了打开这一科学殿堂大门的钥匙！第18页2020/3/29第1章绪论1.1通信的基本概念二、通信技术发展回顾1838莫尔斯有线电报1948晶体管香农IT通信统计理论建立1864麦克斯韦尔电磁辐射方程1950时分多路通信应用于电话1876贝尔电话1956越洋电话铺设1896马克尼无线电报1957第一颗人造卫星发射1906真空管1958第一颗通信卫星发射1918调幅广播超外差接收机1960发明激光1925三路明线载波电话多路通信1961发明集成电路1936调频广播1962第一颗同步通信卫星PCM进入实用1937脉冲编码调制1960彩电数字传输理论高速计算机1938电视广播1970LSI商用卫星程控交换光纤通讯1940二战刺激雷达和微波系统发展1980SLSI长波光纤通信ISDN3G第19页2020/3/29第1章绪论塞缪尔·莫尔斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872），作为一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。1826年至1842年任美国画家协会主席。在一次远洋旅途中，莫尔斯结识了杰克逊。杰克逊是波士顿城的一位医生，也是一位电学博士。闲聊中，杰克逊把话题转到电磁感应现象上。从此，莫尔斯走上了科学发明的崎岖道路。为了维持生活，莫尔斯于1836年不得不重操旧业，担任纽约大学艺术及设计教授。课余时间，他仍然继续从事电报发明工作。终于在1837年9月4日，莫尔斯制造出了一台电报机。1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，进行电报发收试验。年过半百的莫尔斯在预先约定的时间，兴奋地向巴尔的摩发出人类历史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句话的电报：“上帝创造了何等的奇迹!”第20页2020/3/29第1章绪论1862年31岁，麦克斯韦发表了第二篇论文《论物理力线》，不但进一步发展了法拉第的思想，扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三篇论文《电磁场的动力学理论》，从几个基本实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克（MaxPlankl858—1947）指出的：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界”。第21页2020/3/29第1章绪论赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁。1886年29岁发现电磁波，其后不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术：无线电报（1894年）、无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。第22页2020/3/29第1章绪论•1876-------------贝尔发明电话贝尔制成的电话机贝尔于1875年制成上图电话的原型。这个装置由一圈电线、一个磁臂和一块张紧薄膜组成。声音震动薄膜，再振动磁臂。磁石的移动令线圈产生波动的电流。这个电讯号可利用线路另一端的相同装置再转换回声音。第23页2020/3/29第1章绪论信息论的创始人香农Shannon，1916年生于美国，大学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过布尔代数课，并曾在发明微分分析仪的数学家布什的指导下使用微分分析仪，这使他对继电器电路的分析产生兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代数。1938年，香农发表了著名的论文《继电器和开关电路的符号分析》，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。后来，香农到贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应用。无失真变长信源编码定理(香农第一定理)有噪信道编码定理(香农第二定理)保真准则下信源编码定理(香农第三定理)第24页2020/3/29第1章绪论1965-------------发明程控电话交换机1991-------------GSM商用1995-------------CDMA（IS-95）商用移动通信2.5代（2.5G）、三代（3G）；移动通信快速普及，移动电话用户数超过固定电话网络化无线化随时随地、上网无线，个人通信新时代正在到来！多媒体化第25页2020/3/29从有线到无线，正走向随时随地，上网无线！个人通信：5WWhenever无论何时Wherever无论何地Whoever无论是谁Whatever无论什么内容Whomever能找到对方多媒体：语音、数字、视频、音乐第26页2020/3/29今天的程控交换机----发展出了软交换系统！核心分组网软交换智能网增值业务认证及计费服务器应用服务器策略服务器信令网关FHXS5000中继媒体网关FHXT3000H.323网关FHX800无线接入网关FHXW4000SS7PSTN/ISDNH.323网关FHX800IP专用小交换机FHX600综合接入设备FHXI1000智能小区/学校媒体服务器FHXM6000IP专用小交换机FHX600综合接入设备FHXI1000商业用户C4/C5局特点：分层的网络体系构架综合的设备接入能力平滑扩展，无缝融合基于策略的统一网络管理策略网管FHXX8000FHXP7000第27页2020/3/29第1章绪论1.2通信系统的组成一、通信系统的一般模型信息源发送设备信道接收设备收信者噪声源图1-1(a)经典通信系统模型发送端接收端描述了消息由发送至接收的流程1.经典模型第28页2020/3/29第1章绪论1.2通信系统的组成一、通信系统的一般模型图1.1(b)现代通信系统功能模型2.现代通信系统功能模型第29页2020/3/29第1章绪论1.2通信系统的组成二、通信原理中主要名词定义信源／source：消息的来源，消息的产生者、接收者消息／message：通信系统传送的对象