1、通 信 原 理,主讲：侯世敏 三系301教研室,教员联系方式,电 话： 13673972513 办 公 室： 专业楼2336,前期课程要求,基本理论课程 高等数学 线性代数 概率论与随机过程 信号与系统 工程类课程 模拟电路 数字电路 高频电子线路,课程地位,通信专业课的基础,为什么学习通信？,个人爱好？ 工作需要？ 取得学分？ 本质的原因： 通信技术实际上已经进入到我们日常生活中的每一方面； 从专业、教育的用途到纯粹的娱乐。,课程内容安排,第1章 绪论 准备知识 第2章 确知信号 第4章 信道 第5章 模拟调制系统 第6章 数字基带传输系统 第7章 数字带通传输系统 第9章 模拟信号的数字传
2、输 复习 知识回顾,课程学习目标,了解现代通信技术的发展概况 掌握通信技术的基本原理，通信系统的组成，各种通信方式的性能及其基本分析方法 具有进行现代通信技术研究、开发和通信工程设计与调测能力；,参考书目,现代通信原理 清华大学 曹志刚 经典、版本旧 通信原理教程 电子工业 樊昌信 经典、模拟部分少 通信原理简明教程 清华大学 南利平 清晰简洁、深度稍浅 现代通信原理与技术 西电 张辉 清晰简捷 通信原理学习指导 西电 张辉 便于作题和考研,结课方式,期末考试：占70%实验成绩：占20%平时成绩：占10%,历史回顾,通信技术的发展概况,古代的通信,烽火、驿站、飞鸽,烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊
3、、 驿站传递、 飞鸽传信,古代的通信,杜甫：春望 国破山河在，城春草木深。 感时花溅泪，恨别鸟惊心。 烽火连三月，家书抵万金。 白头搔更短，浑欲不胜簪。,电磁式电报机,1837年，美国科学家莫尔斯（Morse）在纽约表演他制成的电磁式电报机。他以电流的有、无表示传号和空号，并利用传号和空号的长短进行电报符号的编码。,麦克斯韦方程,1864年 Maxwell提出了变化的电场产生磁场的假设，并全面总结了电磁现象的基本规律，即麦克斯韦方程，也称电磁辐射方程。,电话贝尔,1876年美国科学家贝尔（Graham Bell）发明电话。是利用电信号的传输以互通语言信息的通信方式。,A.G.Bell,无线电报
4、机,意大利发明家兼工程师马可尼（G.Marconi，1874-l937）和他的第一台无线电发报机。（1909年诺贝尔物理学奖获得者 ）,Shannon,1948年Shannon发表信息论，奠定了现代通信理论的基础,人造地球卫星,1957年10月4日，原苏联发射了第一颗人造地球卫星，地球上第一次收到了来自人造卫星的电波。它不仅标志着航天时代的开始， 也意味着一个利用卫星进行通信的时代的到来。,计算机的出现,1964年世界上第一台电子数字计算机在美国问世。 计算机的出现开创了现代通信新纪元。 国际互联网（因特网）把不同国家和地区的计算机连在一起，成为信息传输高速公路，人们可以足不出户畅游世界,光纤
5、通信系统,1977年第一个光纤通信系统在芝加哥开始运行。,现代通信的一个成功范例,1837年开始发明电磁电报机 1864年Maxwell预言电磁辐射 1876年ell发明电话 1894年无线通信试验 1918年发明超外差接收 1920年首次开始无线广播 1924年Nyquist的研究开始现代数字通信 1933年发明调频信号 1936年开始电视广播 1937年提出脉冲编码调制 1948年Shannon发表信息论 1950年提出汉明编码 1963-66纠错编码理论的提出 1964年电子电话交换机投入使用,通信史重要事件回顾,每一次进步都是在需求的推动下，理论研究、工程实践相辅相成。 从Maxwel
6、l到无线广播与无线通信； 从傅立叶到频谱的认识和广泛利用； 从高斯、瑞利、莱斯、多普勒到克服噪声、多径和快速移动对通信的影响； 从Nyquist到数字通信； 从电话的发明到现代程控交换机； 从Shannon定理到现代调制与编码技术； 从Winer到现代信号检测与估计； 从控制论的提出到通信中同步系统的完善。,历史回顾启示（一）,了解需求、学习基础知识、熟悉本领域的进展情况、在工程实践和理论研究中思考并发现问题、建立数学模型进行深入的研究和推证、设计并建立系统。 数学基础、理论研究、工程实践各环节，缺一不可。,历史回顾启示（二）,通信方法,运动通信 利用人力或机械的方式传递信息； 常规的邮政。
7、电通信 利用电（包括电流、无线电波或光波等）传递信息； 电话、电视、计算机,通 信 原 理,第一章 绪论,通信系统的组成 通信系统的分类与通信方式 信息及其度量 通信系统的主要性能指标,第1章 绪论,本章学习目标,掌握： 模拟信号与数字信号的区别 通信系统的组成、分类和通信方式 数字通信系统的优缺点 离散信源的信息量、平均信息量（熵）的计算 通信系统的主要性能指标 码元速率、信息速率和频带利用率的定义、计算及其关系 误码率和误信率的定义及其关系,通信的目的： 传递消息中所包含的信息。 消息 ：信源所产生的信息的物理表现形式。 如语音、文字、音乐、图片或活动图像等。 信息：是消息中包含的有效内容
8、。 不同消息可有相同内容。 信号：传输消息的手段（媒介） 通信系统中传输的是信号。,基本概念,1.2 通信系统的组成,1.2.1 通信系统一般模型 1.2.2 模拟和数字通信系统模型 1.2.3 数字通信的特点,1.2.1 通信系统一般模型,通信系统：实现通信过程的全部技术设备和信道(媒质)的总和。,信源。顾名思义，指信息产生的源头，可以是人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散的，也可以是连续的。,发送器。种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。发送器含有与传输线路匹配的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信号。
9、模拟与数字通信系统两者的发送器功能有很大差异。,信道。即信息传输通道，也是传递物质信号的媒介。信道可以是明线、电缆、波导、光纤、无线电波等。,噪声源。是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要因素。,接收器。其作用主要是接收信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。,信宿。信息传输的目的地，即接收消息的人或机器。,1.2.2 通信系统模型,模拟通信系统用来传送模拟信号的通信系统 数字通信系统用来传送数
10、字信号通信系统,信号的分类（一）,模拟信号： 代表消息的信号参量取值连续； 例如麦克风输出电压。,信号的分类（二）,数字信号： 代表消息的信号参量取值为有限个； 例如电报信号、计算机输入输出信号。,信号的分类（三）,模拟信号波形,(a) 连续信号； (b) 抽样信号,模拟通信,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，均称为模拟信号。如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续。,模拟通信,模拟通信系统 把模拟信号作为载体传送消息的通
11、信系统。,原始电信号 调制信号,原始电信号,频带信号,模拟通信,基带信号,已调信号,载波信号 射频信号 频带信号,已调信号有三个基本特征： 携带有信息； 适合在信道中传输； 信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频。,模拟通信,模拟通信系统,研究的主要问题 对基带信号（原始电信号）的分析 调制解调器的原理与性能 噪声特性及对信号的影响 信道特性及对信号的影响,模拟通信,主要特点： 抗干扰能力差； 不易于保密通信； 设备不易于大规模集成； 不适应飞速发展的数字通信的要求； 简单、易于实现。,通信系统模型,模拟通信系统用来传送模拟信号的通信系统 数字通信系统用来传送数字信号通信系统,(a) 二进制
12、波形； (b) 2PSK波形,数字信号波形,数字通信,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，均称为数字信号。如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。,数字通信,数字通信系统组成(数字电话通信系统为例)：,数字通信,信源编/译码,信源编码的目的： 提高信息传输的有效性； 模/数转换。 信源编码的方法： PCM、ADPCM、DM 信源译码是信源编码的逆过程。,数字通信模型,信道编码和译码,信道编码的目的： 提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。 信道编码： 信道编码器对传输的信息
13、码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓抗干扰编码。 线性分组码、卷积码、循环码 信道译码： 信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误。,数字通信模型,数字调制与解调,数字调制的目的： 形成适合在信道中传输的带通信号。 数字调制： 把数字基带信号的频谱搬移到高频处； ASK、FSK、PSK、DPSK 数字解调： 对这些信号采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。,数字通信模型,加密的目的： 保证所传信息的安全。 加密： 人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码。 解密： 在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原始信息。,加、解密,数字通
14、信模型,信道加密与信源加密,数字通信模型,同步与数字复接,同步： 使收发两端的信号在时间上保持步调一致； 同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件； 载波同步、位同步、群同步、网同步 数字复接： 依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号； 以扩大传输容量和提高传输效率。,强调,模拟通信系统也存在同步问题， 如模拟电视传输系统。,数字通信,研究的主要问题 信源编、译码 信道编、译码 加、解密技术 调制、解调技术 同步技术 抗噪声性能 数字基带传输 最佳接收理论,数字通信,优点： 第二级抗干扰能力强、可靠性高（可利用再生中继去除噪声积累） 可以综合传递
15、各种信息 易于加密 便于用现代数字信号处理技术对信号进行处理、滤波、存储、变换等 传输中的差错容易控制，改善了传输质量 容易集成化,数字通信,缺点： 系统设备复杂，对同步要求高，占用频带宽。 克服办法： 压缩频带 提高频带利用率 选用宽频带的传输介质,1.3 通信系统分类与通信方式,1.3.1 通信系统分类 按通信业务、调制方式、信号特征、传输媒质等分类。 1.3.2 通信方式 单工、半双工、全双工通信 并行和串行传输,1.3.1 通信系统分类,按通信业务分类：电报通信、电话通信、数据通信、图像通信等 按调制方式分类：基带传输、带通传输 按信号特征分类：数字通信、模拟通信 按传输媒质分类：有线
16、通信（双绞线、同轴电缆、光通信）、无线通信（移动通信、卫星通信）等 按工作波段分类：中波通信、短波通信、光波通信等 按信号复用方式分类：频分、时分、码分系统等,文字电报通信系统 传送数码与字母 语音语音通信系统 电话 数据数据通信系统 计算机通信 图像图像通信系统 传真，电视,1、按通信业务分类,基带传输 带通传输（频带或调制）,2、按调制方式分类,基带传输： 信号未经调制直接传输如市内电话局间传输，计算机局域网 特点： 实现简便，用于近距离传输； 不需考虑频带利用率问题； 干扰较小，可靠性高，不适用于长距离传输；,2、按调制方式分类,带通传输（频带或调制）：调制：对输入基带信号进行频域变换，
17、将其频带搬移到适合于信道传输的频带上无线通信需要频带传输 特点： 实现较复杂，用于长距离传输； 需将信息转换成便于传输的形式； 增强了抗干扰能力，有效地利用频带。,2、按调制方式分类,常见的调制方式（模拟调制）,常见的调制方式（数字调制）,常见的调制方式（脉冲调制）,3、按传输介质分类,有线通信 电缆、明线、双绞线、光纤 无线通信包括长波、中波、短波、超短波、微波、卫星等,4、按工作波段分类,电 磁 波 频 谱 图,1.3.2 通信方式,1、按消息传递的方向与时间关系 单工传输 半双工传输 全双工传输 2、按数据代码的排列关系 串行传输 并行传输 3、按同步方式 同步传输 异步传输,1、按消息
18、传递的方向与时间关系,单工传输：消息只能单方向传输。 半双工传输：通信双方中至少一方收、发消息时需要在人工或自动的收/发转换装置控制下进行。 全双工传输：通信双方都可以同时收发消息,1.3.2 通信方式,1、按消息传递的方向与时间关系 单工传输 半双工传输 全双工传输 2、按数据代码的排列关系 串行传输 并行传输 3、按同步方式 同步传输 异步传输,串行传输,按数据代码的排列关系,传输特点： 数据被依次逐位送出； 通常最低位b0在先，最高位b7最后。,并行传输,按数据代码的排列关系,传输特点： 每个码元占用相等的数据各位（b0b7）被同时/同步送出； 需要N条数据线； 在单线速率相同情况下，数
19、据传输速率可达串行的N倍。,1.3.2 通信方式,1、按消息传递的方向与时间关系 单工传输 半双工传输 全双工传输 2、按数据代码的排列关系 串行传输 并行传输 3、按同步方式 同步传输 异步传输,同步传输与异步传输,同步传输每个码元占用相等的时隙（time slot）。各码组（帧）之间以及各码元之间均不留间隔，接连传送 。 异步传输 每个码元占用相等的时隙。但各码组（帧）之间间隔不等，传送过程中需要在数据帧的开始和结尾处附加相应的“起始码元”、“终止码元”。常设置有校验码。,小结,通信技术的发展概况 通信系统的组成 一般模型、模拟通信系统模型、数字通信系统模型 通信系统的分类 按通信业务、调制方式、信号特征、传输媒质、工作波段、信号复用方式分类等。 通信方式 按消息传递的方向与时间关系、数据代码的排列、同步方式分类。,
