通信原理教程1

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1、1,通信原理,厦门大学通信工程系王德清 ,2,第0章 本课程介绍,3,0.1本课程在信息学科的位置,4,0.2本课程的教学目的,掌握通信原理的基本知识、系统构成及通信系统的基本分析方法；初步建立通信系统的概念；了解提高通信系统性能的基本措施方法，为后续专业课程的学习打下良好的基础。,5,0.3本课程的要求,同学们一定要理解通信系统的基本概念；基本构成和信息传输的基本原理。请同学们课堂上注意听讲做好课堂笔记，认真独立完成作业，做好课前预习和课后复习。,6,1） 回顾前修课程： 数学基础：高等数学、概率论与随机过程 专业基础：信号与系统、模拟电路及数字电路,0.4本课程的学习方法,2）首先从概念上

2、去理解通信系统，其次才用数学的方 法去推导论证,3）学会归纳总结 ：不同的通信系统有不同的指标,7,第三章-模拟调制系统：调制的目的，线性调制与非线性调制系统的模型及分析方法,第四章模拟信号的数字化：模拟信号的抽样、量化与编码,0.5本课程内容组织,第一章-绪论：通信的基本概念术语、组成及分类，性能指标,第二章-信号分析：确定信号基本概念和分析 随机过程有关的基本概念和统计特性,8,第十章-差错控制编码：分组码、卷积码,第七章-同步原理：位同步、载波同步、群同步的概念 及实现方法,0.5本课程内容组织,第五章-基带数字信号的表示和传输：数字基带信号与频谱特性，各种码型介绍； 无码间干扰基带系统

3、分析； 改善系统特性的方法。,第六章-基本的数字调制系统：,第八章-数字信号的最佳接收：匹配滤波器等,9,主要参考书,现代通信系统原理 张会生 高等教育出版社通信原理教程 樊昌信 电子工业出版社,10,第一章 概论1.1 通信的发展古代通信的起源两类通信方式近代通信的发展,11,我们所知道的通信,古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信 这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信问题。 我们的先人常以无法实时互通的浪漫诗句和思念之情来代替通信。 现代：电话、电视、广播、邮政、因特网、其他方式,目前的这些现代的通信方法和手段已为我们大家所熟知，并成为我们社会生活中一个不可或缺的组成部

4、分。随着科学技术与社会的发展，对通信的要求也越来越高。,12,近代深空通信的一个成功范例,美国宇航局2005年1月12日发射了用来探测彗星的“深度撞击”号探测器，它的目标是“坦普尔一号”彗星的彗核。 “深度撞击”发射了一发“炮弹”于7月4日与彗星TEMPEL1在距地球1.32亿公里处相撞，并将观测到的宝贵图像和数据传回地球（延时大约74分钟）。,13,海上舰船通信,14,海上舰船通信,对空通信、卫星通信编队通信、对岸通信对潜通信（水声）通信侦察、通信对抗内部通信（语音、数据、图像）甲板话音通信,15,通信的发展简史,按照人类交流方式与技术的不同，可以把通信历史划分以下几个阶段： 第一阶段 语言

5、 第二阶段 文字、邮政 第三阶段 印刷术、出版物 第四阶段 电报、电话、广播 第五阶段 通信与计算机的结合、网络,16,最早的电通信设想,1753年2月17日，苏格兰人杂志上发表了一封署名C.M的书信。在这封信中，作者提出了用电流进行通信的大胆设想。他建议：把一组金属线从一个地点延伸到另一个地点，每根金属线与一个字母相对应。在一端发报时，便根据报文内容将一条条金属线与静电机相连接，使它们依次通过电流。电流通过金属线上的小球便将挂在它下面的写有不同字母或数字的小纸片吸了起来，从而起到远距离传递信息的作用。,17,最早的有线电报,1844年5月24日，莫尔斯从华盛顿到巴尔的摩拍发人类历史上的第一份

6、电报。在座无虚席的国会大厦里,莫尔斯用激动得有些颤抖的双手,操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机, 发出了:“上帝创造了何等奇迹!”一语。,莫尔斯发出第一封电报设备的复制品,18,最早的有线电话,1875年6月2日，美国人亚力山大.格雷厄姆.贝尔(Bell,Alekander Graham)发明了电话。至今美国波士顿法院路109号的门口，仍钉着块镌有：1875年6月2日电话诞生在这里的铜牌。1876年2月14日，贝尔申请了那个著名的他和沃森一直研究着的装置电话的专利。同一天另一个发明家格雷（1835-1901）也向美国专利局递交了相似设备的专利申请书，只因比贝尔晚了几个小时而痛失电话发明权。,

7、贝尔获得电话的专利证书,19,电磁波的发现,1887年3月21日，德国物理学家赫兹（Hertz）在实验中发现，电火花的能量能够越过空间传到远处。这是人类历史上第一次证实了电磁波的存在。但赫兹断然否认选用电磁波进行通信的可能性。他认为如要利用电磁波进行通信的话，需要有一面面积与欧洲大陆相当的巨型反射镜。,20,最早的无线通信,1895年5月7日，36岁的波波夫在彼德堡的俄国物理化学会的物理分会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系”的论文，并当众展示了他发明的无线电接收机。当他的助手在大厅的另一端接通火花式电波发生器时，波波夫的无线电接收机便响起铃来；断开电波发生器，铃声立即中止。几十年后，为了纪

8、念波波夫在这一天的划时代创举，当时的苏联政府便把5月7日定为“无线电发明日”。,波波夫实验用的无线电接收机,21,人类首次远距离无线电通信,1897年5月18日,马可尼进行横跨布里斯托尔（Bristol）海峡的无线电通信取得成功，通信距离为14公里。,22,影响通信发展的重要发明或理论,1906年,Lee Deforest发明了真空三极管放大器。 1925年，英国发明家贝尔德在前人研究的基础上终于制成了世界上第一台有实用价值的电视机。1941年，John V.Atanasoff在衣阿华州立大学发明数字计算机。1947年，贝尔实验室的Steve O.Rice给出了噪声的统计描述。,23,1948

9、年，贝尔实验室向公众展示了用以取代真空管的晶体管。,1948年，Claude E.Shannon发表了信息论。著名的香农公式：,C 信道容量B 信号带宽S/N 信号与噪声的功率之比,24,1957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即将到来。1958年，发明了集成电路。1964年，电子电话交换机投入使用。1972年，摩托罗拉公司为FCC演示蜂窝电话系统。,25,1976年，出现个人计算机。1979年，64KB随机存储器的出现宣告超大规模集成（VLSI）电路时代的到来。1980年，贝尔

10、公司推出FT3光纤通信系统。1985年，传真机（FAX）广泛使用。1989年，卫星全球定位系统（GPS）完成部署 。1995年，互联网（Internet）及WWW浏览广泛流行。2000年至今，进入基于微处理器的数字信号处理、高速个人计算机、扩频通信系统、数字卫星系统、数字电视、数字广播以及个人通信系统时代。,26,我国通信的历史,1871年，英国、俄罗斯、丹麦敷设的香港至上海、长崎至上海的水线，全长2237海里。于1871年4月，违反清政府不得登陆的规定，由丹麦大北电报公司出面，秘密从海上将海缆引出，沿扬子江、黄浦江敷设到上海市内登陆，并在南京路12号设立报房。于1871年6月3日开始通报。这

11、是帝国主义入侵中国的第一条电报水线和在上海租界设立的电报局。1875年，福建巡抚丁日昌积极倡导创办电报。1875年在福建船政学堂附设了电报学堂，培训电报技术人员。这是中国第一所电报学堂。,27,我国通信的历史,1899年，我国最早使用无线电通信的地区是广州。早在1899年，就在广州督署、马口、前山、威远等要塞以及广海、宝壁、龙骧、江大、江巩等江防军舰上设立无线电机。1908年，英商在上海英租界的汇中旅馆私设了一部无线电台，与海上船舶通报。后由清政府收买，移装到上海电报总局内，这是上海地区最早的无线电台。1921年1月7日，中国加入国际电报公约,28,我国通信的历史,1933年,中国电报通信首次

12、使用打字电报机1950年12月12日，我国第一条有线国际电话电路-北京至莫斯科的电话电路开通。经由苏联转接通往东欧各国的国际电话电路也陆续开通。1958年，上海试制成功第一部纵横制自动电话交换机 ，第一套国产明线12路载波电话机研制成功 1970年，我国第一颗人造卫星（东方红1号）发射成功。,29,我国通信的历史,1984年5月1日，广州用150MHz频段开通了我国第一个数字寻呼系统。程控中文电报译码机通过鉴定并推广使用。首次具备国际直拨功能的编码纵横制自动电话交换机（HJ09型）研制成功。1987年11月，广州开通了我国第一个移动电话局，首批用户有700个。 -我国第一个160人工信息台在上

13、海投入使用。1993年9月19日,我国第一个数字移动电话通信网于在浙江省嘉兴市首先开通。1998年5月15日，北京电信长城CDMA网商用试验网-133网，在北京、上海、广州、西安投入试验。,30,1.2 消息、信息和信号消息：语音、文字、图形、图像信息：消息的有效内容 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,31,信息的度量：*制定度量方法考虑的原则货 物消 息货运量信息量有多种有多种 和种类无关 和类型无关 和贵重程度 和重要程度 无关 无关 总量是单件 总量是单件独立 货运量之和消息的信息量之和,32,*制定度量信息的方法# 消息“量” 信息量# 例：“明

14、天降雨量将有一毫米” - 信息量小 “明天降雨量将达到一米” - 信息量大 “明日太阳将从东方升起” - 信息量零 # 信息量 I = I P(x) ，P(x) - 发生概率 # 定义：I = loga 1/P(x) = -logaP(x) # 通常取 a = 2, 此时单位为“比特”。 # 对于一个等概率、二进制码元： I = log2 1/P(x) = log2 1/(1/2) = 1 比特,33,# 对于一个等概率、M进制码元： I = log2 1/P(x) = log2 1/(1/M) = log2 M比特 若 M = 2k ，则 I = k 比特,34,1.3数字通信1.3.1基本

15、概念两类信号 模拟信号：取值连续，例如语音 数字信号：取值离散，例如数据,35,模拟信号与数字信号,36,两类通信系统 模拟通信系统要求 高保真度准则 信号噪声功率（电压）比手段 参量估值方法 数字通信系统要求 正确准则 错误率手段 统计判决理论,37,1.3.2 数字通信的优点取值有限，能正确接收。,38,可采用纠错和检错技术，大大提高抗干扰性。 可采用高保密性能的数字加密技术。可综合传输各种模拟和数字输入信号易于设计、制造，体积小、重量轻。可作信源编码，压缩冗余度，提高信 道利用率。信噪比随带宽按指数规律增长。,39,1.3.3 数字通信系统模型,40,模拟通信系统模型,发送端,接收端,噪 声,41,1.3.4 数字通信系统的主要性能指标,