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1、通信原理 Fundamentals of Information Transmission,南京航空航天大学信息科学与技术学院 通信原理教研组,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,2,信息学科特点,信息学科是当代科学的前沿学科 对几乎所有其他学科都有很强的渗透性，生动体现出整个学科在信息时代科技进步中的先导作用 从20世纪末到21世纪中叶，人类处在一个科学高度分化又高度综合的时代。信息科学和技术在整个科学之中，依然是发展最迅速的学科,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,3,进度安排,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,4,教材与参考书目,教
2、材： 樊昌信等，通信原理(第版)，国防工业出版社 参考书: (1)John G.Proakis，通信系统原理，电子工业出版社 (2) 现代通信原理，曹志刚，清华大学出版社 (3)John G.Proakis， 数字通信(第四版)，电子工业出版社 (4) 现代通信原理，宋祖顺，宋晓勤等，电子工业出版社,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,5,成绩分布,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,6,先修和后续课程,概率论与随机过程 信号与系统，电子线路,后续课程,卫星通信 移动通信 光纤通信 数字通信 扩频通信 信息论 纠错编码 软件无线电,先修课程,copyrigh
3、t 信息科学与技术学院通信原理教研组,7,课程任务,通信的过程： 1) 信息的采集 2) 信息的加工/处理 3) 信息的传输 4) 信息的交换 5) 信息的利用 本课程主要介绍信息端到端的传输系统，重点讨论系统的组成原理、实现方法和性能指标！,雷达获取来犯敌机或导弹信息 对信息进行加工处理，如编码、经纬度转换 信息从雷达站向上级传送 信息经逐级交换传送至中央 由中央决定对来犯者实施打击或驱逐,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,8,课程内容,模拟系统,模拟调制 AM，DSB，SSB，VSB，PM，FM,复合和多级调制,数字系统,基带系统,频带系统,工具：信号、噪声和信道的分析
4、 信息论知识,模/数变换：脉冲调制 PAM，PCM，DPCM,多路传输、同步技术、 最佳接收、纠错编码,改善性能,ASK，FSK，PSK，DPSK,基本原理、实现方法、性能分析！,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,9,学习方法,在“信号分析”和“随机过程”的基础上研究通信系统的一般原理和性能。 不从具体电路出发，而从系统的物理模型或数学模型着手进行分析，强调基本原理和概念。 本课程是一门概念性和理论性较强的课程，要适当地多做习题，加深对基本概念的理解。,本课程是一门呈上启下的专业基础课，要求有一定的知识面，需要进行一定的实验和实践等，在掌握通信原理的基础上，了解现代通信技术
5、和通信系统。,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,10,引言,1,通信系统的组成,2,通信系统的分类及通信方式,3,信息及其度量,4,主要性能指标,5,第一章 绪论,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,11,1.1 引言,2、消息：信息的载体。 如包含有信息的语言、文字和图像等。同一信息可以用不同的消息来载荷，如某一事件，可以用语言来表达，也可以用文字来描述。,1、信息：对接收者来说事先不确定的事件。 接收者在收到信息之前，对它的内容是不知道的，所以信息是新知识、新内容； 信息的获得能使某一事件的不确定性减少； 信息是可以量度的。,3、信号：表示消息的物理量
6、。电信号，光信号。,单从传输的角度，三者是等价的。,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,12,4、信息传输（通信）：将信息从一地传输至另一地的过程。,5、信息传输的目的：传输含有信息的消息。,点 点 点 多点 多点 多点,大多数的消息都是非电量，不宜于在信道中进行远距离传输，为此需要将它们变换成电/光信号（信息信号）！,基本概念,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,13,1 、频域：大多数的信息信号是低通型的带限信号，频谱集中在低频段，称为基带信号或低通型信号。 电话3003400Hz 电视 06MHz 调幅广播 300KHz3MHz 2、时域： 模拟基带信
7、号 数字基带信号,信号的某一个参量可以取无限多个值，且与消息直接对应。,信号的某一个参量只能取有限个值，且通常不直接与消息对应。,信息信号的特点,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,14,信号举例,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,15,信号举例,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,16,引言,1,通信系统的组成,2,通信系统的分类及通信方式,3,信息及其度量,4,主要性能指标,5,第一章 绪论,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,17,1.2 通信系统的组成,通信系统：完成信息传输功能的所有技术设备的总和。,通信系统简
8、化模型,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,18,消息传输的目的地,产生需传输的消息,存在于发信机、信道、收信机,通常用等效噪声源来表示,发送设备：将消息转换为合适在信道传输的信号,接收设备：把信号转换为消息。使收信者能够接受,信道：传输媒介(有线信道&无线信道),1.2.1 通信系统模型,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,19,AM DSB SSB VSB FM PM,模拟信源,信道,声噪,变换器,调制器,发射机,接收机,解调器,反变换器,受信者,解调：从已调信号中还原出被传输的低频信息信号。,调制：将基带信号变换成另一信号，以提高系统传输信息的效率和质
9、量。通常做频率上的变换。,核心部件为调制解调器,一、模拟通信系统模型,1.2.2 模拟与数字通信系统,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,20,模拟通信系统在信道中传输的是模拟信号。,模拟通信系统各部分功能(),调制器：将频率较低的信息信号调制到频率更高的载波信号上，然后加到发射机。,信源：产生含有信息的消息，是被传输的对象。,发送端,变换器：大多数的消息都是非电量，不宜于在信道中进行远距离传输，为此需要将它们变换成电信号（信息信号）。这种变换由传感器完成，变换关系为单值函数。,发射机：主要作用是使已调载波信号的频率和功率达到实际应用所要求的数值。,copyright 信息科
10、学与技术学院通信原理教研组,21,信道+噪声：信息传输的媒介；信号在传输过程中总会收到客观存在的各种干扰和噪声的影响，我们把它们折合成一个加到信道上的噪声源。,接收机：是一个低电平部件，主要包括低噪声高频放大器、混频器和中频放大器。它将信道传输来的微弱信号（一般为微伏量级）放大到解调器所需强度的信号（一般为伏量级），并最大限度地降低信道噪声的影响。,信道,接收端,模拟通信系统各部分功能(2),copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,22,解调器：从已调的高频载波信号中解调出被传输的低频信息信号。由于经过了信道，信号发生畸变，因而不是解调的逆过程，而是包含了诸多基带处理技术。,反变
11、换器：将电信号还原成消息信号。,信宿：消息的接收者。,模拟通信系统各部分功能(3),copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,23,信道,信源,基带信号成形,信宿,噪声,同步系统,数字基带传输系统,接收滤波器,二、数字通信系统模型（基带）,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,24,数字频带传输系统,二、数字通信系统模型（频带）,信息源,信道,声噪,信源编码,信道编码,调制器,解调器,信道译码,信源译码,受信者,ASK FSK PSK DPSK,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,25,1、信源编（译）码： a）变换信源信号的表达方式，将模拟信号转
12、变为数字基带信号，使其便于传输 b）压缩信源信号的冗余成分，提高系统的传输效率。 A/D转换、波形变换、参数编码等 2、信道编（译）码： 通过有目的的增加信息的冗余度，使系统具有一定的纠检错能力，提高系统传输信息的质量。 分组码、卷积码、级联码等,和模拟通信系统相比较,在发送端加了两个编码器，在接收端相应地增加了两个译码器。,信源、信道编译码,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,26,抗干扰能力强，特别是在中继传输时更为明显。 可以进行差错控制，因而提高了信息传输的可靠性。 便于使用现代计算机技术，对信号进行处理，存储和变换从而提高信息传输的灵活性。 便于加密，实现保密信息传
13、输。 易于和其他系统配合使用，构成一个灵活，通用，多功能的综合业务信息传输网。,数字通信系统的优点,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,27,占用频带较宽 系统复杂。,如：模拟电话 4KHz 传输质量相同的数字电话 2060KHz,数字通信系统的缺点,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,28,三、调制与解调,1、为了有效地辐射电磁波，增加传输距离。 话音300Hz3400Hz，波长1069*104m 2、调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道的要求。 3、调制可将多个信息信号（它们的频谱分量处于同一频带范围内）搬到不同频率或不同时间的各个载波信号上
14、，从而能够实现多路和多址信息传输，提高频谱效率。 4、提高信息传输系统的抗干扰能力和保密能力。 特别是用于现代通信的扩频调制、空时编码、OFDM等广义调制技术。,调制的作用,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,29,调制的分类,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,30,调制的分类,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,31,与调制相反的变换过程称为解调，不同的调制方法通常需要不同的解调方法。 正是由于存在多样的调制和解调方法，才构成了各种不同的信息传输系统。 调制和解调是信息传输技术所包含的最基本的内容！,解调,copyright 信息科学与
15、技术学院通信原理教研组,32,引言,1,通信系统的组成,2,通信系统的分类及通信方式,3,信息及其度量,4,主要性能指标,5,第一章 绪论,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,33,1）按传输信号的特征分,模拟信息传输系统 数字信息传输系统,3) 按工作频率分,长波通信 中波通信 短波通信 微波通信 光波通信,2）按传输媒质分,有线通信 无线通信,1.3.1 通信系统分类,4) 按用途分,专用通信 公用通信,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,34,5)按消息的物理特征分 (通信业务种类）,电报 电话、可视电话 数传 TV 雷达,6)按是否调制分,基带传输
16、频带传输,7）按通信者是否运动分,固定通信 移动通信,8）按信号复用方式分,码分复用 频分复用 时分复用 空分复用,通信系统分类,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,35,通信波段与常用通信媒质,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,36,通信波段与常用通信媒质,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,37,1.3.2 通信方式,1. 按消息传递的方向与时间分 对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。 单工通信， 是指消息只能单方向传输的工作方式， 因此只占用一个信道。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。,copyright 信息科学与技术学院通信原理教研组,38,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。例如
