通信原理第一章教案

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1、2017年9月,西南交通大学电气工程学院,1,主 讲： 向 军教案编写： 向 军专 业： 电子信息工程,通信原理,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,2,教材和参考书目,1 黄葆华通信原理西安电子科技大学出版社，2007 （教材）2 樊昌信等通信原理（第5版）国防工业出版社，20013 南利平通信原理简明教程清华大学出版社，20004 陈生潭等信号与系统（第二版） 西安电子科技大学出版社，2001.5 高吉祥广播电视技术概论 西南交通大学出版社，2011.,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,3,目 录,第一章 绪论第二章 确定信号的分析第三章 随机信号的分析第五章 模拟调制系统第

2、六章 模拟信号的数字传输第七章 数字基带传输第八章 数字调制技术,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,4,第1章 绪 论,主要内容通信及通信系统的基本概念模拟和数字通信的概念通信系统的基本组成通信系统的质量指标及其计算,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,5,1.1 通信的概念及系统模型,通 信,从广义上讲，通信就是将消息从一个地方传递到另一个地方。 （电通信）,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,6,1.1 通信的概念及系统模型,通信系统及其基本模型,实现消息传递所需的所有设备、传输媒质和通信协议的总和。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,7,1.1 通信的概念及系

3、统模型,信源即原始电信号的来源，其主要作用是将消息转换成相应的电信号。常见的信源设备有：电话机、摄像机、计算机等。这种直接由消息转换得到的电信号通常称做基带信号，也叫原始信号。它们有一个很重要的特点，就是信号的主要功率或能量大多集中在低频段，也就是说基带信号的频率比较低，如话音基带信号的频率范围一般在3003400 Hz之间，电视图像信号的频率在06 MHz范围之内。由计算机等设备转换所得的原始数据信号的频率范围与码元传输速率有关，其最低频率也是非常低的。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,8,1.1 通信的概念及系统模型,发送设备对信源所产生的原始电信号进行各种加工处理和变换，使它适

4、合在信道中传输。不同通信系统中，发送设备对信源输出信号的处理方式不同，所以发送设备所包含的部件也不同。如在无线通信系统中，发送设备需要由调制器、振荡器、放大器、滤波器等部件组成。而在数字基带传输系统中，发送设备则由码型变换器和波形变换器组成。但不管进行什么样的处理，目的只有一个：使信源输出的信号适合在信道上传输。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,9,1.1 通信的概念及系统模型,信道就是发送设备和接收设备之间用于传输信号的传输媒质。目前常用的信道有双绞线、电缆、光纤等有线信道，以及短波电离层反射信道、超短波无线电中继信道、卫星中继信道等无线信道。信号在信道中传输时，不可避免地会混入噪

5、声。此外，通信系统的其它各部件也会产生噪声。噪声源模块是信道中的噪声和通信系统其它部件所产生噪声的集中表示。这样表示并不影响通信过程中主要问题的研究，而且可以给分析问题带来许多方便。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,10,1.1 通信的概念及系统模型,由于经信道传送到接收端的信号是除有用信号外叠加有噪声的混合信号，因此接收设备的主要作用是从接收到的混合信号中，最大限度的提取有用信号，抑制噪声，以便恢复出原始信号。信宿即原始信号的最终接收者。它的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，如通过扬声器将话音信号转换成声音；通过荧光屏将电视信号转换成电视图像等。信宿可以是人，也

6、可以是包括计算机在内的各种终端设备。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,11,1.1 通信的概念及系统模型,模拟和数字通信,所有不同的消息，都可以被归结成两类：数字消息(离散消息)和模拟消息(连续消息)。消息的状态是可数的或离散型的，比如符号、文字或数据等，称为数字消息。消息的状态是连续变化的，例如，强弱连续变化的语声， 亮度连续变化的图像等，称为模拟消息。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,12,1.1 通信的概念及系统模型,为了实现消息的传输与交换， 消息通常被寄托在电信号的某一参量上(如电信号的幅度、频率和相位等)。如果电信号的参量携带离散消息，则该参量必将取有限个数值，

7、这样的信号称为数字信号。如果电信号的参量携带着连续消息，则该参量必将是连续取值的，这样的信号称为模拟信号或连续信号。 根据通信系统中所传送信号的类型，把通信系统分成模拟通信系统与数字通信系统。信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,13,1.1 通信的概念及系统模型,模拟信号,AM信号,数字信号,ASK信号,数字通信,模拟通信,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,14,1.1 通信的概念及系统模型,需要说明的是，模拟通信与数字通信是按照信道中所传送信号的差异来区分的，而不是根据信源输出的信号划分的。因

8、为，数字通信系统也可以用来传送模拟信号，只不过在发送端需要先把模拟信号变换成数字信号(模/数转换，即A/D转换)，然后用数字通信方式进行传输。当然，在这种系统中，接收端需要把数字信号再变换成模拟信号(数/模转换，即D/A转换)，最后就可以还原成原始的模拟信号。这种通信方式通常称为模拟信号的数字化传输。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,15,1.1 通信的概念及系统模型,模拟信息源,调制器,解调器,受信者,信道,噪声源,A/D,D/A,模拟通信系统的基本组成,模拟信号的数字化传输,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,16,1.1 通信的概念及系统模型,数字通信系统的特点,抗噪声性

9、能好。数字通信传送的信号是数字信号，它的取值有限，因此，在有噪声的情况下，接收端易于识别。尤其在远距离传输过程中，各中继站可以对数字信号波形进行整形再生而消除噪声的积累。此外，还可以采用各种差错控制编码方法，使抗噪声性能进一步得到提高。便于使用现代计算机技术对所传输的信息进行处理。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,17,1.1 通信的概念及系统模型,(3) 数字信号易于进行加密，有利于实现通信保密。(4) 数字通信系统通用、灵活。(5) 数字通信设备容易做到体积小，功耗低，制造简单，可靠性高。数字通信的主要缺点： 占用的系统带宽要比模拟通信的宽。以电话为例，一路模拟电话通常占据4 k

10、Hz带宽，而一路数字电话要占据2060 kHz的带宽。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,18,1.1 通信的概念及系统模型,由上面的介绍可知，虽然数字通信与模拟通信相比具有一系列的优点，然而这是以占据较宽的信道频带为代价的。考虑到数字通信和模拟通信各自的优缺点，可以预计，在最近若干年内，模拟通信和数字通信这两种通信方式还会同时存在。当频带十分紧张而对通信质量没有特殊要求时，仍将沿用模拟通信。而当有待传输的数据量较多，传输可靠性和保密性要求较高时，往往宁可牺牲一些系统带宽而采用数字通信。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,19,1.2 通信系统的分类,以信道传输的信号特征分类根

11、据信道传输的信号种类的不同，通信系统可以分为两大类：模拟通信系统和数字通信系统。信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，如目前的民用广播系统。信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统，如数字电话系统。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,20,1.2 通信系统的分类,以传输媒质分类按传输媒质的不同，通信可以分为两大类：有线通信和无线通信。 有线通信使用导线作为传输媒质。市话系统、闭路电视、普通的计算机局域网等都是有线通信系统。无线通信则不需要架设导线，而是利用无线电波在空间的传播来传送消息。广播、移动电话、卫星通信等都是无线通信系统。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,21,1

12、.2 通信系统的分类,以传输的信号是否经过调制分类根据传输的信号是否经过调制，通信系统可分为基带通信系统和频带通信系统。信道中传输基带信号的通信系统称为基带通信系统。信道中传输已调制信号的通信系统称为频带通信系统。在基带系统中，将经过放大、滤波等处理后的基带信号直接送入信道传输。在频带系统中，需要对基带信号进行调制，变换成已调制的频带信号，再送入信道传输。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,22,1.2 通信系统的分类,以调制方式分类常规的通信系统根据载波是正弦波还是周期脉冲信号分为连续波调制和脉冲调制。根据基带信号是模拟信号还是数字信号，可分为模拟调制系统、数字调制系统等。根据调制后

13、信号的频谱结构是否发生变化，又可分为线性调制和非线性调制系统。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,23,1.2 通信系统的分类,模拟通信系统 AM、DSB、SSB：模拟调制、线性调制、 FM、PM ：模拟调制、非线性调制、数字通信系统 ASK、FSK、PSK：数字调制、线性调制 QAM、MSK、QPSK：现代数字调制,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,24,通信系统举例电视广播系统,分类,系统组成,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,25,通信系统举例电视广播系统,节目制作与播出 ,节目制作： 录音、录像、编辑、合成 话筒、录音机、摄录像机、 编辑制作设备、演播室、视频切

14、换台节目播出： 录播、直播、转播 节目信号由总编室、播出部负责切换， 并通过电缆、光缆等送到广播电视发射塔、卫星地面转播站、微波中继站等。,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,26,通信系统举例电视广播系统,发送与传输 ,地面无线传输： 利用无线电波开路传输，发射塔、转播台、差转台。 调幅中波广播 (526.51605.5kHz、 调幅短波广播 (5.9526.1MHz) 调频广播 (87108MHz) VHF频段电视广播 (48223MHz，共12个频道） UHF频段电视广播 (470MHz960MHz，共56个频道),2017年9月,西南交通大学电气工程学院,27,通信系统举例电视广

15、播系统,有线传输： 利用同轴电缆、光缆等封闭传输，CATV (Cable TV)。 特点： 不受外界电磁波干扰，信号稳定，收视质量高； 采用邻频传输（频道之间无频率间隔），节目容量大； 可方便地划分出专用频段实现上行传输，以实现交互（视频会议、视频点播、电视购物等）。 频段划分： VHF、UHF频段：标准频道（DS168)+增补频道(Z142),2017年9月,西南交通大学电气工程学院,28,通信系统举例电视广播系统,CATV增补频道,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,29,通信系统举例电视广播系统,卫星传输： 利用地球同步卫星上的卫星转发器实现传输。 中央电视台通过亚洲2号卫星Ku频段转发器传送到全国各地有线电视收视系统； 各地有线电视网卫星地面接收站，接收解扰，再通过有线或无线传输送至收视用户。 我国卫星广播频段：,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,30,通信系统举例电视广播系统,接收与重现 ,接收信号、处理变换、音像重现 地面接收天线、解调、放大、驱动 卫星接收天线、下变频、解调、放大、驱动,2017年9月,西南交通大学电气工程学院,31,通信系统举例电视广播系统,