《通信原理 中国通信学会普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt李世银 宋金玲 Ch 1 绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理 中国通信学会普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt李世银 宋金玲 Ch 1 绪论（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,1,通信原理,通信与信息工程研究所 李世银 答疑地点：信电B430 Tel: 051683884819 or 13805208576 E-mail: L,教材,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,2,教材： 李世银等通信原理,人邮2009； 参考书： 曹志刚等，现代通信原理，清华，第2版； 樊昌信等，通信原理(第6版)， 罗伟雄等，通信原理与电路，北理； 浙大高等数学教研室，概率论与数理统计； 于洪珍，通信电子电路，电子工业出版社； 其他合适的参考书及网络。,本课程的地位,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,3
2、,现在我们讲人类社会进入了信息社会，其基础是海量信息的产生、获取、分析处理与传输。可以说其支撑基础是电路电子技术、信息技术和通信技术：,本课程的地位,几门课程的关系,电路电子技术为信息社会提供了基石，是物质基础，实现信息处理、信息传输的基础； 信息技术为信息的获取、存储、处理、使用提供了理论、方法、手段； 通信技术则为信息的传输、共享、交换提供技术和理论保障。,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,4,发展方向,通信原理,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,5,学习方法要求,初步了解通信的概念、组成、发展 熟悉随机信号的分析方法 掌握模拟信号的数字化基本原理和方法
3、 掌握数字基带传输的原理 熟练掌握信号的调制传输理论和原理方法 熟悉通信系统的基本性能及分析方法 能够分析一般通信系统的构成和原理,教学内容,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,6,学习方法要求,建立系统的观点和方法 熟练掌握基本概念，原理和性能/结论 注意相关知识的回顾 注意复习，及时答疑 作业，独立做懂，至少要抄 会！ 上课纪律 尊 重,第一章 绪论,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,7,第一章 绪 论,1.1 通信概念 1.2 通信系统组成 1.3 信息及其度量 1.4 通信系统的性能指标,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,8,概述,从
4、时间上来讲，通信伴随着信息而产生，是一个非常古老的概念，可以说古老到远远超过人类的历史。 从范围上来讲，除了我们通常熟悉的书信往来、烽火狼烟、电话交流、上网等等外，考古研究其实也是一种信息的获取与传递，甚至于眉目传情、鸟语花香、诗词歌赋无一不和通信休戚相关； 从重要性来讲，通信不仅是现代信息社会的基本支撑条件之一，也深刻影响着人类社会的整个历程，众所周知的拿破仑的滑铁卢战役（格鲁希），试想如果当时有现在先进的通信指挥手段，拿破仑会战败吗？同样人与人之间之所以会有误会，历史上国与国之间的一些矛盾冲突往往也是由于沟通不畅所致。 马克思指出“劳动是人的第一需要”，我们同样可以说通信是人的基本需要，是
5、人类社会形成发展的一个基础，试想人与人之间没有通信交流何以能形成社会、社会又何以能发展进步。,两例,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,9,周幽王烽火戏诸侯 源于奴隶制国家在政治和军事方面对通信的需要，早在三千多年前，我国就有了利用烽火台通信的方法。 良夜颐宫奏管簧，无端烽火烛穹苍。 可怜列国奔驰苦，止博褒妃笑一场！ 这个历史故事不仅生动的描绘了当时利用烽火台通信的情况，同时也告戒后人，通信是非常重要的。 “烽火连三月，家书抵万金”,通信的概念,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,10,广义上，通信就是克服时间、空间、距离以及干扰等障碍，进行信息的可靠、快速的传
6、输与交换。 或者简单地说，通信的实质就是进行信息的传输和交换、共享。,1.1 通信概念,本书主要讨论现代通信技术原理，即通过电/电磁波的形式进行信息的传输和交换，通常称之为现代通信、电气通信或电信，简称为“通信”，实际就是狭义的通信。,通信系统组成,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,11,挑战,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,12,需要相关的、新的通信理论、原理、技术来解决,课程内容,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,13,1.2 通信系统的组成,噪声及基本模型,无论何种通信系统，其目的都是要完成从一点到另一点的信息的传递和交换。 在一次
7、有效的通信中，必然包含三个最基本的参与者：通信的双方参与者即信息发送者（信源）和信息的接收者（信宿），以及传递信息的通道（信道）。 缺了信源是无源之水，少了信宿是对牛弹琴，没有信道就只能成为没有鹊桥的牛郎织女。 因此，一个通信系统总是包含三个必须的基本要素：信源、信宿和信道。,1.2.1 基本组成,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,14,在任何一个实际通信中，总是不可避免地客观存在着各种阻碍、影响通信准确、快速进行的干扰，这些干扰包括来自于大自然、宇宙的风雪雨雾雷电，包括人为的有意无意的破坏，包括通信系统本身的技术设备存在的缺陷，包括实现通信的设备内部产生的噪音等等。 各种干
8、扰汇总在一起合成为一个通信中不受欢迎而又必然存在的必然因素：噪声源。,因此，一个通信系统的基本组成我们可用图1-1的模型来概括。,一般模型,在选定传输介质之后，系统所受干扰的特性一般也就是确定的了。,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,15,为实现快速、可靠的信息传输，要对原始的电信号进行必要的处理和变换，以将传输的信号特性和传输媒介及干扰特性匹配起来，变换方式是多种多样的，最常用的有调制解调（即频谱搬移）、编解码、复用等等。 完成各种变换的设备统称为发送接、收设备。实际通信系统的一般模型可用图1-2表示。,分类,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,16,调制方
9、式分类 ：基带传输和调制(频带)传输,按传输信号的特征分类,按传输媒介分类,按传输信号的复用方式分类,按通信方式分类,其他,1.2.2 通信系统的分类,调制概念,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,17,调制：按照基带信号(原始消息信号，即待传信号)的变化规律去改变载波某些参数的过程。（专指用一种电信号去表示另一种电信号的过程。区别 一般意义上讲：将一种信息用另一种物体、形式来携带、表示的过程：（最原始的绳子打结记事） 、电话信号携带你的话音、高电平表示“1”）,根据是否对基带信号进行调制把通信系统分为基带传输和调制(频带)传输。,载波：携带基带信号信息的电磁波(作为载体的电信
10、号)。 基带传输：指将未经调制的基带信号直接进行传递，如 音频市话，数字信号基带传输。 调制传输：对各种基带信号进行调制传输的总称。 调制的目的及作用主要有： 将消息变换为便于传输的形式； 提高性能，特别是抗干扰能力； 有效利用频带。,数字通信系统,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,18,请举一通信系统实例的组成？,1.2.2 数字通信系统,各组成部分功能,信源编码：模拟信号转变为数字信号；（信号压缩处理；信号的高效率编码。）,信道编码：检错、纠错编码，提高抗干扰能力； 信息加密，防止信息被窃取。,调制变换：波形编码，信号调制，使基带信号 适合在特定的道中传输。,传输信道：有
11、线、无线信道，网络交互设备。,解调、信道解码、信源解码： 对信号作上述处理相反对变换。,噪声源：信道中以及分散在通信系统中其他各 处的噪声的集中表示。,信源：原始电信号(消息信号或称基带信号) 的来源。如：话筒、摄像头(机)等。,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,19,信源编码：模拟信号转变为数字信号； (信号压缩处理；信号的高效率编码。),信道编码：检错、纠错编码，提高抗干扰能力； 信息加密，防止信息被窃取。,调制：波形编码，信号调制，使基带信号适合在特定的道中传输。,解调、信道解码、信源解码：作上述相反变换。,传输信道：有线、无线信道，网络交互设备。,信息源：原始电信号(
12、消息信号或称基带信号)的来源。,噪声源：信道中以及分散在通信系统中其他各 处的噪声的集中表示。,数字通信特点,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,20,1.2.3 数字通信的特点,信号容易再生，抗干扰能力强；,便于对信号进行处理，便于提高传输对可靠性、有效性和保密性；,器件易于集成化；,有利于实现各种业务的综合传输。,信息的度量,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,21,1.3.1 信息与消息,1.3 信息的度量,消息是由符号、文字、数字、语音或图像组成的序列； 信息是消息中包含的对接收者有意义的内容； 收到一则消息后，所得的信息量，在数量上等于获得消息前后“不
13、确定性”的消除量； 信息量随消息可能发生概率的增大而减小； 消息是以电磁波信号的形式进行存储和传输的，信号是消息的表示形式，是信息的载体，信息是消息的内涵。,信息的度量,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,22,1.3.2 信息的度量,事件Xi出现的概率越小，信息量越大。,采用消息xi出现概率P(xi)的倒数的对数值来度量离散消息的信息量。（哈特莱，香农）,其单位与对数的底有关,可加性,根据经验和直觉我们知道一个消息中包含的信息量随消息概率的增大而减小。发生可能性愈小的事发生了，带给我们的信息和冲击也就愈大。,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,23,信息量的可
14、加性,若干个(N个)相互独立事件所构成的消息，所含的信息量等于各独立事件信息量的总和,信息源的熵离散信源的平均信息量,每个符号所包含信息量的统计平均值。（绝对熵）,最大熵,所谓“博学多才”，“学富五车，才高八斗”，因为读万卷书、行万里路，收到的消息很多，所以获得的知识信息很丰富。,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,24,最大熵,对于M进制数字系统，当每一符号的出现相互独立且等概( P？)时，其总信息量最大。,称，此时每一个符号的平均信息量 (相等)为最大熵。,M=2时，每收到一个符号所包含的信息量为1bit。,连续信号源的平均信息量相对熵,用概率密度()来描述。,例题,200
15、9 Copyright,中国矿业大学 李世银,25,例. 设一信息源由4个符号0,1,2,3组成，它们出现的概率为3/8,1/4,1/4,1/8，且每个符号独立出现。 试求:某个消息“210201302130012032101003210100 321010023102002010120321002”的总信息量和每个符号的平均信息量。,分析：两种方法，一是先计算每一个符号的信息量然后相加的总信息量；二是用熵的概念来计算。 这里，P(0)=3/8,“0”出现23次; P(1)=1/4,“1”出现14次， P(2)=1/4,“2”出现13次; P(3)=1/8,“3”出现7次。,解,2009 Co
16、pyright,中国矿业大学 李世银,26,P(0)=3/8, “0”出现23次; P(1)=1/4, “1”出现14次， P(2)=1/4, “2”出现13次; P(3)=1/8, “3”出现7次。,解：,方法1,总信息量：,平均信息量：,方法2,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,27,方法2,信息源的熵(平均信息量),消息总信息量,性能指标,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,28,1.4 通信系统性能指标,有效性：传输一定信息量所消耗的信道资源(带宽或时间)，即信息传输的“速度”；,模拟通信系统指标： 有效性用有效传输带宽来度量。 可靠性用接收端最终的输出信噪比来度量。 信噪比(S/N):信号平均功率和噪声平均功率之比。,可靠性：接收信息的准确程度，即消息的传输的“质量”。,2009 Copyright,中国矿业大学 李世银,29,数字通信系统性能的度量,(1)
