1、通信技术原理,课程简介 课程名称：通信技术原理 讲课教师：付松涛 课内总学时：48课程目的 以数字通信为背景，介绍现代通信及系统的原理和技术，为从事这一领域研究的学生提供最基本的入门知识。,课程概况,参考书目,曹志刚、钱亚生编写的现代通信原理 樊昌信等编写的通信原理 李宗豪编写的基本通信原理 王秉钧等编写的现代通信系统原理,课程内容,一、 绪论 二、 香农定理 三、 模拟调制技术 四、 模拟信号数字化技术 五、 数字基带传输技术 六、 数字频带传输技术 七、 复用技术与同步原理 八、 差错控制技术,第1章 绪论,1.1 通信的基本知识 1.2 通信系统的组成及分类 1.3 通信系统的性能度量
2、1.4 通信技术的发展概况,1.1 通信的基本知识,通信：克服距离上的障碍，交换和传递信息 消息：用于被传输的文字、符号、数据和语音、活动图片等 信号：指消息的电量形式，与消息是一一对应的 信息：指消息中的有效内容，可以用量化的形式来表示，它与消息出现的概率密切相关,信号波形的中心频率及其带宽。信号波形的功率和能量。信号波形的抗干扰能力如何？在发送端：产生该波形的代价如何？在接收端：检测该波形的代价又如何？,信号波形设计取决于如下几个因素：,1.2 通信系统的组成及分类,通信系统的一般模型,模拟通信系统模型,数字基带通信模型,数字信源: 产生的消息的状态（取值）数是有限的如：计算机的输出 模拟
3、信源: 产生的消息的状态（取值）是连续变化的、数目无限的。,一、 数字与模拟信源,如：键盘。,如：语音源。,2. 数字与模拟信源,1. 信息、消息与信号,Digital and analog information source,如：汉字集。,消息符号（message symbol）：数字消息的每一种状态或者取值称为一种消息符号,消息符号集：数字消息源的所有状态或者取值的集合,如：具有N种取值的数字信源,数字消息源: 消息符号、消息符号集、数字消息序列（数字信号）,数字消息序列：,其中 xm 取 中 N个值之一。,图1.3.1 数字消息信号示例,3. 数字与模拟信源的基本指标,符号速率：,M元
4、数字信源：指数字信源具有M种符号,最基本的是二元数字信源：具有2种符号，可以用1位二进制编码表示，称为1bit.,多元数字信源：如M元，可以用n位二进制编码表示,数字信源的基本指标:,消息符号,数字信源的元数：,一般，,例：假设计算机的终端键盘上有 110 字符 ，每个字符用二进制代码组来表示。 问每个字符需要用几位二进制代码?,解:,故需要 7bits代码来表示每个字符.,习题： 考虑手机短消息通信，以你自己或其他某人的经验，试估计（1）按键速率；（2）假定每个中文字符转换为2字节表示，短消息的二元符号速率是多少？,解：,（1）经过多次试验，按键速率为2.03 key/s,（2）短消息的二元
5、符号速率为,模拟信源的基本指标:,频带的宽度（赫或赫兹，Hz）,如：语音的音量 电信号,电信号,二、数字波形与模拟波形（传输波形）,对于数字信源,可以用二元（二进制）波形（信号）传输，也可以用多元（多进制）波形（信号）传输。,数字波形：信号的传信息的参量只取有限个值。,二进制（binary）信号: 1 bit二进制代码用一个脉冲传，故 在一个 Ts 时隙内传两种不同的脉冲之一.,Ts：Time slot,例1：二进制波形（二电平波形）,电平A和0抽象为符号 和 ，两个符号称为二元（二进制）符号。,符号周期或码元宽度,数字基带信号,信道符号,频谱在零频附近,多进制 (M-ary) 信号 : n
6、bit二进制代码用一个脉冲传， 在一个 Ts 时隙内传M种不同的脉冲之一. 一般，,例2：4进制波形,4个电平抽象为符号 ，4个符号称为4元（4进制）符号。,数字基带信号,符号周期或码元宽度,信道符号,传输速率：,比特率 : Rb 每秒传输的bit数单位: bits/s b/s bps 符号速率（波特率）: Rs 每秒传输的脉冲数 （符号数）单位 : symbol/s Baud B Rb 和 Rs的关系:,信道符号,对于模拟信源,模拟波形：信号的传信息的参量的取值是连续变化的,模拟波形在模拟通信系统中传输。模拟波形经过A/D变换变成数字波形，也可以在数字通信系统中传输。,数字通信系统模型,信源
7、编码和信源译码信源编码: 为了改善传输效率（压缩编码）信源译码: 为了恢复原始信号，作相反的变换,信道编码和信道译码 信道编码: 为了改善传输的可靠性（信道纠错编码）信道译码: 为了恢复原始信号，作相反的变换,调制的目的,提高信号频率以便天线辐射 改变信号占用带宽 实现信道复用 改善系统性能,收发两端结构基本对称，相应的单元彼此互逆。,发格式化：把来自信源的消息信号整理为二进制序列。,收格式化：把收到的二进制序列还原为原始消息信号。,格式化：,对于模拟信源，格式化还包括A/D和D/A变换。,脉冲基带调制和基带检测 脉冲基带调制: 把二进制序列变换成二元或多元传输波形 基带检测:把二元或多元传输
8、波形还原为二进制序列。通过对基带波形进行抽样和判决实现。,同步单元 为整个数字传输系统提供各种定时时钟，使各个单元能够正确、有序地工作。,数字通信系统的主要优缺点,优点： 更好的抗失真和干扰的能力 容易实现，成本低，更具灵活性 差错控制编码 容易实现保密通信 更适合数字业务，容易实现多网合一 缺点： 数字信号具有更宽的频带 同步设备复杂,通信系统的分类,按照通信的业务和用途 常规通信 控制通信 按照调制方式 基带通信 调制通信 按照传输信号特征 模拟通信 数字通信,按照传输信号的复用方式 频分复用 时分复用 码分复用,按照通信方式 单工通信 半双工通信 全双工通信,按照传输媒介 有线通信（明线
9、、对称电缆、同轴电缆、光线） 无线通信（微波中继通信、卫星通信、移动通信） 按照工作波长 长波通信 中波通信 短波通信 微波通信,同轴电缆截面示意图,有线电信道电气特性,通信频率分布,电磁波传播：地波、天波、视线传播,地 波,频率：2MHz 以下 绕射：发生在波长障碍物尺寸可比时 通信距离：可达数百数千 km,D层：高60 80 km E层：高100 120 km F层：高150 400 km F1层：140 200 km F2层：250 400 km 晚上：D层、F1层消失E层、F2层减弱,电离层的结构,天 波电离层高度：60 300 km 单跳最大距离：4000 km 多跳可以环球 频率：
10、2 30 MHz,频率： 30 MHz 传播距离: d2 + r2 =(h+r)2, 或h D2/50 (m) 式中 D km,视线传播,h,r,地面,无线电中继,静止卫星中继通信,大气对电磁波传播的影响,散射通信,电离层散射 频率: 30 60 MHz 对流层散射 频率: 100 4000 MHz 流星余迹散射 频率: 30 100 MHz,数字微波中继通信系统,数字卫星通信系统,蜂窝移动通信系统,平流层中继通信系统,计算机通信网络,1.3 通信系统的性能度量,模拟通信系统 有效性：传输带宽 可靠性：接收端的信噪比 数字通信系统 有效性：传输速率（信息传输速率、码元传输速率） 可靠性：误码率
11、、误比特率,数字通信的传输速率,码元传输速率(Rs):单位时间内传输码元的个数。单位为波特Baud 信息传输速率（Rb）：单位时间内传输的信息量。单位为比特每秒（bps) 关系： Rb Rs log2N,例：已知某八进制数字传输系统，发送端在3秒钟内共发送9600个码元。计算该系统的码元传输速率和信息传输速率。,误码率与误比特率的定义,误码率误比特率,例：已知某四进制数字传输系统，其信息传输速率为2400bit/s，接收端在一小时内共接收到216个错误码元，计算该系统的误码率和误比特率。,1.4 通信技术的发展概况,Telegraph Radio Telephone Television Digital Communications Computer Networks Satellite Communications Optical Communications,数字频带系统传输技术,主要内容,模拟通信调制解调技术,数字基带系统传输技术,差错控制与加解密技术,通信系统一般组成框图,
