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1、通信原理,(第6版) 樊昌信,国防工业出版社,教材：,学时安排,48学时（讲课）1-11周（4月29日结课） 第12周考试（5月11-15） 第13-16周通信系统综合实验,每章交一次作业，希望同学们按时交作业。,作业20%，平时10%，期末考试70%。,作业,成绩,是一门重要的专业技术基础课，也是一门概念及原理性较强的课程。主要学习通信的基本原理和基本概念，为后续专业课程的学习打基础。,课程特点,第1章 绪 论(4学时) 第3章 随机过程(4学时) 第4章 信 道(2学时) 第6章 数字基带传输系统(16学时) 第7章 数字带通传输系统(8学时) 第9章 模拟信号的数字传输(8学时) 第11
2、章 差错控制编码(4学时),本课程讲述的主要内容及学时分配：,第1章 绪 论,为了对通信和通信系统有一个初步的了解与认识，本章将概括介绍有关的基础知识，包括通信的基本概念、通信系统的组成、通信系统的分类与通信方式、信息及其度量以及通信系统的主要性能指标等。,第1章 绪 论,1.1 通信的基本概念 1.2 通信系统的组成 1.3 通信系统分类与通信方式 1.4 信息及其度量 1.5 通信系统主要性能指标 1.6 小结,1.1 通信的基本概念,一、通信的定义 二、通信技术发展概述,一、通信的定义,谈到通信，我们每个人都不陌生。 古代的烽火报警，就是把敌人入侵的消息通过烽火传达给远方的人们(类似的例
3、子还有抗日战争时期的“消息树”)；舰船上的灯语和旗语通过灯的闪烁和旗子的挥动与另一舰船或港口进行无声的对话； 传统的信函以文字形式把游子的思乡之情，利用邮政媒体送达家人； 在电影电视中经常看到军人或警察利用无线电台进行作战指挥；,还有电报、电话、广播、电视等当代最为普及的通信手段，都是现实生活中我们所熟悉的通信实例。 在上述实例中我们发现，无论是远古狼烟滚滚的烽火，还是今天四通八达的电话，无论是饱含情谊的书信，还是绚丽多彩的电视画面，尽管通信的方式各种各样，传递的内容千差万别，但都有一个共性，那就是进行信息的传递。因此，我们对通信下一个简练的定义：所谓通信，就是信息的传递。,几点说明： 通信的
4、方式多种多样，在这里我们所讨论的通信不是广义上的通信，而是特指利用各种电信号作为通信信号的电通信。作为一门科学、一种技术，现代通信所研究的主要问题概括地说就是：如何把信息大量地、快速地、准确地、方便地、经济地、安全地从信源通过传输介质传送到信宿。通信原理就是介绍支撑各种通信技术的通信基本概念和数学理论基础。,自19世纪初电通信技术问世以来，通信技术的发展可谓日新月异。“千里眼”、“顺风耳”等古人的梦想不但得以实现，而且还出现了许多人们过去想都不曾想过的新技术。根据各种通信技术在通信发展史上的地位、作用以及对人类社会的影响，我们对过去的100多年通信技术的发展历史进行了概括性的总结，认为有10项
5、重大通信技术值得人们纪念。,二、通信技术发展概述,(1)莫尔斯发明有线电报（1837年左右）。有线电报开创了人类信息交流的新纪元。(2)马克尼发明无线电报(1897年左右)。无线电报为人类通信技术开辟了一个崭新的领域。(3)载波通信。载波通信的出现，改变了一条线路只能传送一路电话的局面，使一个物理介质上传送多路音频电话信号成为可能。(4)电视。电视极大地改变了人们的生活，使传输和交流信息从单一的声音发展到实时图像。(5)电子计算机。计算机被公认为是20世纪最伟大的发明，它加快了各类科学技术的发展进程。,(6)集成电路。集成电路为各种电子设备提供了高速、微小、功能强大的“心”，使人类的信息传输能
6、力和信息处理能力达到了一个新的高度。(7)光纤通信。光导纤维的发明，使人们寻求到一种真正能够承担起构筑未来信息化基础设施传输平台重任的通信介质。(8)卫星通信。卫星通信将人类带入了太空通信时代。(9)蜂窝移动通信。蜂窝移动通信为人们提供了一种前所未有、方便快捷的通信手段。(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到来，使地球变成了一个没有距离的小村落-“地球村”。,目前，通信技术的一个重大发展成就就是：包括话音、数据和视频传输在内的个人通信业务的出现和应用，而通信卫星和光纤网络正为全世界提供高速通信业务。,1.2 通信系统的组成,一、通信系统的一般模型 二、模拟通信系统与数字通信系统模型 三
7、、数字通信的特点,一、 通信系统的一般模型1、通信系统的定义用于进行通信的硬件设备、软件和传输介质的集合叫做通信系统。需要强调的是，过去对通信系统的定义没有软件部分，但随着计算机进入通信系统，通信软件就成为组成通信系统的基本要素，因此我们在定义中加入软件这一模块。,2、通信系统的一般模型（点对点通信）,（1）信息源：把各种消息转换成原始电信号。根据消息的种类不同，信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源输出连续的模拟信号（如话筒、摄像机）；数字信源则输出离散的数字信号（如电传机，计算机等各种数字终端） 。,（2）发送设备：将信源产生的信号转换为适合信道传输的信号形式。可能包含放大、滤波、编码、调
8、制等过程。,（3）信道：信号传输的媒介或途径。它即给信号以通路，也会对信号产生各种干扰和噪声。图中的噪声源是信道中噪声及分散在通信系统其它各处噪声的集中表示。目的是为了分析问题的方便。关于信道与噪声的问题将在第4章讨论。,（4）接收设备：与发送设备作用相反，其目的是从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。对于多路复用信号，接收设备中还包括解除多路复用，实现正确分路的功能。,（5）受信者：简称信宿，是传送消息的目的地，其功能与信源相反，是将恢复的原始电信号转换成相应的消息。,上面所示的模型是对各种通信系统的简化和概括，它反映通信系统的共性。根据所研究对象或关心的问题不同，相应有不同形式的更具
9、体的通信模型。今后的讨论就是围绕着通信系统的模型而展开的。,二、 模拟通信系统模型与数字通信系统模型,1、模拟通信系统和数字通信系统,消息的传递是通过它的物理载体-电信号来实现的，即把消息寄托在电信号的某个参量上。按信号参量的取值方式不同，可把信号分为两类：模拟信号和数字信号。模拟信号：电信号的参量取值连续（不可数，无穷多）。（如普通电话机送出的语音信号等）数字信号：电信号的参量仅可能取有限个值。（电报信号、FSK信号等）,信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。如大家熟悉的电话、广播和电视系统。信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。如数字电话通信系统。,2、模拟通信系统模型,模拟通信系
10、统需要两种变换： 1、发送端的连续消息要变换成原始电信号（常称为基带信号），接收端收到的信号要反变换成连续消息。,2、将原始电信号变换成频带适合信道传输的信号，并在接收端进行反变换。这种变换和反变换常称为调制和解调。经过调制以后的信号称为已调信号。它有两个特征：一是携带信息；二是适应在信道中传输。由于它的频谱具有带通形式，因此又称带通信号或频带信号。,基带信号,基带信号,频带信号,频带信号,3、数字通信系统模型,（1）信源编码与译码：信源编码有两个功能：一是提高信息传输的有效性。即通过某种压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率。二是完成模/数转换以实现模拟信号的数字化传输。信源译码是信源编码的
11、逆过程。,（2）信道编码与译码:信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力，即提高数字信号传输的可靠性。基本做法：是在信息码组中按一定规则加入保护成分（监督元），组成所谓的“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。,（3）加密与解密：为了提高所传信息的安全性。在传输重要信息时，按照某加密算法，即密钥，对明文进行加密，使其变成密文后再发送出去。接收时，利用密钥进行解密，从而恢复原来信息。,（4）数字调制与解调:数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。在接收端解调出原来的数字基带信号。,（5）同步：
12、是使收发两端的信号在时间上保持步调一致，是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。,实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节。此外模拟信号经模数转换后可以在数字通信系统中传输；当然数字信号也可以通过传统的电话网来传输，但须使用Modem。,三、 数字通信系统的特点,（1）抗干扰能力强,且噪声不积累。数字通信系统中传输的是离散取值的数字波形，接收端的目标不是精确还原被传输的波形，而是从受噪声干扰的信号中判决出发送端发送的是哪一个波形。以二进制为例，信号的取值只有两个，这时要求在接收端能正确判决发送的是两个状态中的哪一个即可。在远距离传输中，如微波中继通信，各中继站可利用数字通信特有的抽
13、样判决再生的接收方式，使数字信号再生且噪声不积累。,（2）传输差错可控。在数字通信系统中，可通过信道编码技术进行检错与纠错，降低误码率，提高传输质量。 （3）便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。 （4）易于集成，使通信设备微型化、重量轻。 （5）易于加密处理，且保密性好。,便于加密处理。例：发送原始数据 发端加密密码送上信道数据 收端解密密码接收原始数据 ,总之，数字通信的优点很多，但事物总是一分为二的。数字通信的许多长处是以增加信号带宽为代价的；而且它对同步要求高，设备较复杂。比如，一路模拟电话信号的带宽为4kHz，而一路数字电话信号大概要占2060kHz的带宽。这说明
14、数字通信的频带利用率低。,但是，随着微电子技术、计算机技术的广泛应用以及超大规模集成电路的出现，数字系统的复杂程度大大降低。同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输媒质的使用正逐步使带宽问题得到解决。因此，数字通信的应用必将会越来越广泛。,1.3 通信系统分类及通信方式,一、通信系统分类 二、通信方式,1.按通信业务分类根据通信业务的不同，通信系统可分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等。,一、通信系统分类,2.按调制方式分类根据信道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分为基带传输系统和频带传输系统。,3.按信号特征分类根据信道传输信号是模拟信号还是数字信号，相应地把
15、通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。,4.按传输介质分类按传输介质，通信系统可分为无线通信系统与有线通信系统。无线通信是依靠电磁波在空间的传播来达到传递信息的目的。如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。有线通信是用导线(包括电缆、光缆和波导等)作为介质的通信系统。如市话系统、有线电视、海底电缆通信等。随着通信技术、计算机技术和网络技术的飞速发展，单纯的有线或无线通信系统越来越少，实际通信系统常常是“无线”中有“有线”，“有线”中有“无线”。,5.按工作波段分类按通信设备的工作频率或波长不同，分为长波通信、中波通信、短波通信、远红外线通信等。表1-2列出了通信使用的频段、常用的传输媒质
16、及主要用途。,6.按信号复用方式分类传送多路信号有三种复用方式,即频分复用、时分复用和码分复用。,注意： 一种通信系统可以分属不同的种类，比如我们所熟悉的无线电调幅广播，既是广播通信系统，调制通信系统、模拟通信系统，也是无线通信系统。,二、通信方式,通信方式指通信双方之间的工作方式或信号传输方式。,1、单工、半双工和全双工通信对于点对点通信，按消息传递的方向与时间关系，可分为：单工、半双工和全双工通信。单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式。通信的双方中，一个只能发送，一个只能接收。如广播电台与收音机，无线寻呼等均属此类。 半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。如对讲机、问询及检索等。全双工通信：是指通信双方能同时收发消息的工作方式。如普通电话、手机。三种通信方式如下图所示。,通信方式示意图,2、并行传输与串行传输在数据通信中，按数据代码排列的方式不同，可分为并行传输与串行传输。,（1）并行传输，是将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。优点是节省传输时间，速度快。缺点是需要多条信道，成本高，一般只用于设备之间的近距离通信，如计算机与打印机之间的数据的传输。,
