1、系 部： 信电学院任课教师： 课时安排： 理论 4 课时课题第 1 章 绪论 课型 新知课教学目标1.本书内容简介、重点、教辅书籍、考核方式。2.使学生了解通信的发展历史与发展前景，培养学习兴趣。3.讲述通信系统的构成，包括香农模型、数字通信系统模型、模拟通信系统模型，已及通信网的构成。4.给出通信系统有效性与可靠性的目标，介绍熵、带宽、波特率、比特率、频谱效率、误符号率、误比特率、信噪比(功率信噪比、归一化信噪比)的基本概念。重点1 通信系统的构成，数字通信系统构成、模拟通信系统构成2 有效性：带宽、频谱效率及其相关物理量，熵、波特率、比特率3 可靠性：信噪比、误码率(误比特率、误符号率)难
2、点1 培养学生的学习兴趣2 区分通信系统的不同模型的适用范围与内部基本功能模块间的关系3 区分模拟通信系统、数字通信系统的有效性与可靠性参数4 掌握熵的计算、两种信噪比间的换算教学手段、方法 理论讲解 教具教学过程1.课程简介与教学要求1.1 课程简介1.讲授内容：主要讲授通信的基本原理，以点对点的数字传输理论和技术为主。主要内容包括(随机信号分析 )、传输信道、模拟调制、数字基带传输、模拟信号数字化、正弦载波数字调制、最佳接收理论、差错控制、同步原理等。2.教材：樊昌信 等，人民邮电出版社3.参考教材：参考教材：曹志刚，钱亚生，现代通信原理，北京：清华大学出版社， 1992；樊昌信 等，通信
3、原理，第六版，北京：国防工业出版社，2006。4.先修课程要求：高等数学、复变函数、概率论、通信电子线路、信号与系统、 (随机信号分析)5.对教材讲授内容的说明：(1)第 2 章信号分析确知信号部分在信号与系统课程中有详细讲授，不深入讲解。信号的时域分析和频域分析方法是必须掌握的基本理论知识，在本课程和其他后续课程都会大量运用。随机信号多在先修课程随机信号分析中详细讲授，亦不深入讲解，如未讲这里作简要讲解。随机信号分析同确知信号分析有密切联系，但又有其自身特点概率统计特性。主要内容：随机过程数字特征、平稳与各态历经、相关函数、功率谱、通过线性系统、窄带随机过程等。在本课程中的主要应用：噪声分析
4、、通信系统差错特性分析。(2)第 8 章差错控制在后续课程编码技术中深入讲授。差错控制编码已广泛应用于现代通信系统中。(3)第 9 章同步原理同步原理的深入会涉及到不少锁相环知识，在锁相与频率合成课程深入讲授。1.1.2 课程重要性1. 课程重要性 专业基础课程，是由基础进入实用的一门重要专业基础，是毕业后进入工作的一道桥梁。 承前启后：是前面所学基础知识的总检验和应用，是后续通信工程专业课程的先修基础。2. 课程目标充分理解、熟练掌握教材的内容。熟练掌握基本的数学概念和定理。熟练掌握通信与信息工程中基本研究对象的数学描述。通过学习和习题练习，具备一定的解决问题分析问题的能力。掌握一定的科学思
5、想方法。3. 学习要求 课前：课前要对将讲到的内容进行预习，明确哪些是自己明白的，哪些是自己还不懂的。涉及到以前所学知识时，要勤于翻书，复习巩固以前所学知识。 课上：带着问题认真听讲，在课堂上注意学习解决问题的思路。注意严格执行课堂纪律，不得迟到、早退、缺课，上课时请关闭手机。 课后：课后认真复习消化、巩固所学知识。作业是对所学新知识掌握程度的检验和考核，是对知识的进一步深化，一定要认真独立完成。对不明白之处要多提问，不要听之任之。经常进行阶段复习。注意作业不得用纸片信纸之类，必须使用作业本，逾期未交的作业及纸片做的作业恕不批改。1.1.3 考核方式平时成绩占 15%，实验成绩占 15%，期终
6、考试成绩占 70%。2. 绪论2.1 通信与通信系统的一般概念1. 通信：传输与交换消息的过程。专业术语解释：通信是在传输媒体上 (即信道 Channel)将信息 (Information)由一点 (发信方) 传输到另一点 (收信方) 的过程。显然由于通过存在噪声和干扰的信道，收信方无法完全准确再现原始信息。2. 电通信：用电信号携带所要传递的消息，然后经过各种电信道进行传输与交换，以达到通信的目的。 3. 通信系统：为完成通信任务所需的一切技术设备和传输媒质所构成的总体。 4. 需要解决的概念问题1. 信息是什么？与信息有何差别？信息消息2. 用电信号传输信息，电信号形式？如何携带信息？3.
7、 如何对抗噪声和干扰 = 抗干扰技术4. 适当的传输方式，保证：大的信息容量、安全可靠、远距离2.2 通信系统的组成 1. 信源：原始信号的来源，其作用是将消息转换成相应的电信号。(如电话机、话筒、摄像机、计算机以及各种数字终端设备) 2. 发送设备：对原始电信号进行各种处理和变换，使它变换成适合于信道中传输的形式。( 调制、放大、滤波及数字发送设备中的编码功能等) 3. 信道( 传输媒介) ：发送设备和接收设备之间用于传输信号的媒介(有线和无线两大类) 4. 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信号(放大、滤波、解调及数字接收设备中的译码等功能) 5. 信宿 (
8、收信者)：原始信号的最终接收者，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(人、各种终端设备、计算机 )6. 噪声源：是信道中的噪声和通信系统中其他部分所产生的噪声的集中表示。2.3 模拟通信与数字通信 1. 模拟信号：凡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 2. 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。3. 模拟信号与数字信号的区别：模拟( 连续)信号不一定在时间上也连续；数字(离散)信号不一定在时间上也离散4. 电信号的载体 正弦信号 A cos( 0t +) ，包括振幅 A、频率 0 和相位 三个可变的电参量 脉冲信号
9、：有幅度、脉冲宽度(脉宽) 、脉冲出现的时间位置 (脉位)三个可变的电参量。5. 数字通信系统与模拟通信系统相比，其主要优点在于： 抗噪声性能好； 数字接力通信(中继)时可以消除噪声的积累； 可以采用信道编码降低误码率，提高通信质量； 便于加密，实现保密通信； 便于处理、存储、交换； 便于和计算机等连接，综合传递各种消息，使通信系统功 能增强。 5. 数字通信的主要缺点：它比模拟通信占据数倍甚至数十倍宽的系统频带。(以电话为例，一路模拟电话通常占据 4KHz 的带宽，但一路数字电路所要占据20KHz60KHz 的带宽，因此在频带时分紧张而对通信质量没有特殊要求的场合，仍将沿用模拟通信。其优点是
10、以占据更多系统频带为代价的。) 问题 1 语音信号为模拟信号，所以传输语音信号的系统一定是模拟通信系统，此说法正确吗？为何？答：不对。因为语音信号可以转换为数字信号，然后通过数字通信系统进行传输。问题 2 数字电话与模拟电话有什么区别？ 答：区别在于数字电话是数字通信系统，语音信号在信道中已经转换为数字信号；而模拟电话是模拟通信系统，语音信号在信道中仍然为模拟信号。2.4 通信系统模型2.4.1 模拟通信系统1. 信源(Source)：将连续消息变换成模拟电信号 (基带 Baseband 信号)的设备模拟信源；信宿(Destination)：逆变换设备。2. 调制(Modulation) ：匹
11、配信道传输的信号变换器，使传输信号的已调参量与基带信号成线性关系。目的：保证传输，优点：效率高、损耗小；安全可靠、抗干扰性强。因此调制主要用于频带信道传输。调制后的信号称为已调信号、带通信号、频带信号。3. 解调(Demodulation)：调制的逆变换。调制解调统称为 MODEM。4. 信道 (Channel)：由传输媒质与相应交换、中继、收发信机与天馈线等构成的信号传输通道。 若信源信号直接传送，则为基带信道，主要是低频基带信号；若用信源信号经调制后的已调信号( 频带信号) 进行传输，则为频带信道。2.4.2 数字通信系统1. 信源编码(Source coding)：信源编码是数字信源具备
12、的功能，其主要目的是提高信息传输的有效性 (Efficiency)(提高信息的传输速率)，如数字压缩编码。2. 信道编码(Channel coding)： 包括抗干扰的纠错编码和用于信息安全的加密 (Encryption)，目的是提高信息传输的可靠性 (Reliability)。3. 调制：载波数字调制，使已调参量与基带信号的状态一一对应。注意与模拟调制之间的区别！在数字通信系统中，针对不同的传输信道形式有不同的调制思想。对于基带信道，调制主要是码型变换；对于频带信道，以载波数字调制/解调为主。2.5 通信系统的分类1、按消息的物理特征分类(业务 ) 如电报、电话、数据、图像通信系统 2、按调
13、制方式分类 基带传输：未经调制的信号直接传输(音频和数字基带) 调制传输：对各种信号变换方式后进行传输的总称。 3、按信号特征分类 最常用分为模拟与数字通信系统两大类 4、按信号复用方式分类 频分复用：用频谱搬移使不用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)5、按传输媒介分类 最常用分为有线(包括光纤)与无线 2.6 通信方式分类1、按消息传输的方向与时间关系分 单工：单方向传输(一点发、一点收 )。例如遥控。 半双工：通信双方(两点)均能收发消息但不能
14、同时收发。例如无线对讲机。 全双工：通信双方(两点)能同时收发信号。例如电话。 2、按数字信号码元的排列方式分 串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输，它占用一条通路。适合远距离。 并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，适合近距离2.7 通信发展简史1838 年 有线电报发明，成为使用电通信的标志。 1876 年 有线电话发明，是现代通信的开端。 1878 年 第一个人工交换局，21 个用户。 1896 年 无线电报发明，无线通信的开端。 1906 年 电子管的发明，使有线、无线通信迅速发展。 20 世纪 30 年代 通信理论体系形成。 20 世纪 50 年代 晶体管和集成电
15、路问世，模拟通信高速发展，数字通信方式形成，计算机和通信技术密切结合，人机通信、机器与机器之间的通信逐渐实现。 20 世纪 80 年代 通信网迅速发展，除传统的电话网、电报网以外，其它先进的通信网蓬勃发展，如移动通信网、综合业务数字网、公用数据网、智能网、宽带交换网等。2.8 通信系统的性能指标通信系统的质量指标主要有：有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等。其中最主要的是有效性和可靠性，它们二者是对立统一的。1. 模拟通信系统的质量指标 有效性 有效性可用单位时间内传送的信息量来衡量。模拟通信的有效性是指传输一定的信息量所消耗的信道资源数( 带宽或时间) ，通常用有效传输带宽来衡
16、量。同样的消息采用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。频带宽度越窄，则有效性越好。 可靠性 可靠性是指接收信息的准确程度，模拟通信用均方差来衡量发送的模拟信号与接收端恢复的模拟信号之间的误差程度。在实际的模拟通信系统中，其可靠性是用接收终端的输出信噪比来度量的，这是因为在信道是理想的情况下，误差是由信号传输时的加性噪声产生的，而加性噪声一般用信噪比衡量。信噪比越大，通信质量越高。2. 数字通信系统的质量指标 有效性 数字通信的有效性用传输速率来衡量。(1) 码元速率(传码率 )码元及码元长(宽)度：在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一位 N 进制信号，此时间间隔内的信号称为 N 进制码
17、元，时间间隔的长度称为码元长度。 码元速率：指单位时间传输的码元数，以 Rs 表示，单位：baud(波特，简记 Bd)。Rs=1/Ts，Ts 为码元长度。 码元速率与数字信号进制没有关系，只与码元长度有关。 (2) 信息速率(传信率 ) 单位时间传输的信息量为信息速率，以 Rb 表示，单位 bit/s(比特/秒)。对于一个 M 进制数字信号，Rb=Rs log2 M。所以，信息速率与进制有关。 对于二进制数字信号，Rb=Rs，有时简称它们为数码率。(3)频带利用率 传 输 带 宽BRb,/2. 可靠性数字通信的可靠性用差错率来衡量。(1) 误码率Pe=(错误码元 )/(总码元)(2) 误信率Pb=(错误比特数 )/(总比特数)作业： 一个四进制数字通信系统，码元速率为 1kBd，连续工作1小时后，接收端收到的错码为10个，（1）求误码率；（2）四个符号独立等概且错一个码元时发生1bit信息错误，求误信率。
