通信原理课件2第一章绪论

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1、第一章 绪论,1,数字通信原理,主讲人：吴玉成 重庆大学 通信工程学院 2012年9月,第一章 绪论,2,课 程 介 绍,是通信工程、无线电工程、电子信息工程、计算机通信、图像处理与传输等专业的必修专业基础课。 本课程主要介绍现代通信系统所涉及的基础理论、通信中常用的信号及噪声分析、通信系统的构成、原理及性能分析。 本课程在本学科的知识体系中处于承上启下的核心地位,是电子通信类专业的标志性课程。 理论与实践并重。,第一章 绪论,3,参考教材及辅导书,教材 吴资玉、韩庆文，蒋阳，通信原理，电子工业出版社，2008年 参考教材 樊昌信 通信原理 国防工业出版社 曹志刚 现代通信原理 清华大学出版

2、社 国外经典教材 (美) John G. Proakis著，张力军等译，数字通信（第四版），电子工业出版社，2003年 辅导书 王福昌，通信原理学习指导与题解 ，华中科技大学出版社 达新宇，通信原理典型题解析及自测试题，西北工业大学出版社,第一章 绪论,4,参 考 网 站,通信原理学习网站 重庆大学数字通信原理 http:/:8008/index.html 西安电子科技大学通信原理网站 http:/ 东南大学通信原理网站 http:/ 北京交通大学通信原理网站 http:/ 南京邮电大学通信原理网站 http:/202.119.236.185/tongxin/index.aspx 通信原理扩展

3、知识网站 移动通信在线 http:/ 通信人家园 http:/ 研学论坛 http:/ 通信世界网 http:/ 中国通信资源网 http:/ 通信原理网站及国家精品课程网站链接 http:/ 绪论,5,学 习 方 法,基本要求 熟练掌握教材内容 通过习题深化知识点，消除模糊概念 完成课程实验 深入要求 从物理概念和信息论角度深入理解学习内容的本质 利用仿真软件（MATLAB/Simulink）进行仿真实验，建立直观印象、理解各部分关系、掌握系统构造方法 利用FPGA、DSP进行编程调试实验，理论与实际动手结合、提高分析设计能力 通过课程学习及后期努力，将前期数学、专业基础课、后期专业课融会贯

4、通，系统掌握本专业知识，培养专业素质 阅读相关学术论文，撰写调研报告，提高综合认知水平,第一章 绪论,6,学 习 方 法,培养正确的专业知识学习方法 从课本教材学习，但知识不限于教材内容，与实际应用结合 主观能动性、钻研精神,第一章 绪论,7,考 核 方 式,闭卷考试 50% 实验 15% 平时成绩 15% 课程综合实践 20%（3个实践环节，1个学术调研报告）,第一章 绪论,8,课 程 内 容,信息论基础 模拟信息的数字化传输 基带传输系统 调制与解调 （数字调制解调技术） 差错控制技术 （另开课学习） 同步技术 （基本同步方式，深入内容见锁相环课程）,第一章 绪论,9,课程学习目的,掌握数

5、字通信的基本原理，对信息的表示、信道通信能力、信息的传输、信源编译码、信道编译码以及同步原理有深入认识。 掌握对通信系统的有效性和可靠性的分析，并能根据一定的参数要求，设计相应的数字通信系统。,第一章 绪论,10,第一章 绪论,1.1 引言 1.2 通信系统的基本模型 1.3 通信系统分类与通信方式 1.4 信息及其度量 1.5 通信系统的主要性能指标,第一章 绪论,11,第一章学习目标,常用通信术语 模拟信号与数字信号的区别 通信系统的组成和分类、通信方式 数字通信系统的主要特点 离散消息的信息量，平均信息量（信源熵） 通信系统的主要性能指标,第一章 绪论,12,1、几个概念 通信: 信息（

6、或消息）的传输和交换。（要求准确、迅速） 消息：信息的物理表现形式。如语言、文字、 数据或图像等。 信息：消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。,1.1 引 言,第一章 绪论,13,1.1 引言,第一章 绪论,14,电通信：是利用电（电流或电波，包括光）来传递信息。现代通信一般均是指“电通信”。 信号：消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。 通信系统：是完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。,1.1 引言,第一章 绪论,15,语言,文字,印刷术,计算机网络,云计算,2、通信的发展,不可存储 速度低； 广泛性低,可存储； 广泛

7、性低,表情动作,可存储； 速度低； 广泛性高,电报电话,在任何时刻可以在网上获得有效信息。,1.1 引言,第一章 绪论,16,1.2.1 通信系统的一般模型,1.2 通信系统的基本模型,图 1 -1 通信系统的一般模型,信道,第一章 绪论,17,信源是消息的产生地， 其作用是把各种消息转换成原始电信号(基带信号)。 电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。 前者属于模拟信源，输出的是模拟信号； 后者是数字信源，输出离散的数字信号。,1.2.1 通信系统的一般模型,第一章 绪论,18,发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信

8、号(如已调信号）。 信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆、光纤。,1.2.1 通信系统的一般模型,第一章 绪论,19,噪声源是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表现。 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来。,1.2.1 通信系统的一般模型,第一章 绪论,20,信宿是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。 图 1-1 概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性，因此称之为通信系统的一般模型。,1.2.1 通信系统的一般

9、模型,第一章 绪论,21,1、连续消息和离散消息 连续消息：是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、图像等。 离散消息：是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据、文字等。,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,22,2、模拟信号和数字信号 按信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号和数字信号.,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,23,（1）模拟信号 取值是连续的或取无穷多个值的信号。 参量（幅度、频率或相位）连续 时间上可连续也可不连续 如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。 连续是指信号的某一参量可以连续变化或取

10、无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如图 1 - 2(b)所示的脉冲振幅调制抽样信号脉冲振幅调制信号。,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,24,图 1 -2 模拟信号波形 (a) 连续信号； (b) 抽样信号,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,25,（2）数字信号 只能取有限个值的信号。如电报信号、计算机输入/输出信号等。 信号的某一参量（幅度、频率或相位）离散 时间上不一定离散 幅度离散、时间离散。即函数形式表现为自变量和函数值都离散取值的函数。,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,26,按照信道中传输的

11、是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,27,模拟通信系统是传输模拟信号的通信系统。 信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为3003400Hz， 图像信号为06MHz。 模拟信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。,3、 模拟通信系统模型,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,28,已调信号有三

12、个基本特征： 携带有信息 适合在信道中传输 信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。 ,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,29,模拟通信系统模型可由图 1-1 略加演变而成，如图 1-3 所示。图中的调制器和解调器就代表图 1-1 中的发送设备和接收设备。,图 1-3 模拟通信系统模型,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,30,4、 数字通信系统模型,图 1 4 数字通信系统模型,数字通信系统是传输数字信号的通信系统， 如图 1 -4 所示。,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,3

13、1,数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、 同步以及加密等。,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,32,信源编码的作用： 一是将模拟信号转换成数字信号，即模/数转换。后续章节中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制(PCM)和增量调制(M)。 二是设法减少码元数目和减少冗余信息，即数据压缩。,（1）信源编码与译码,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,33,信源译码是信源编码的逆过程。,码元：数字通信中传输的一个接一个按节拍传送的数字信号单元。,1.2.2 模拟通信系统模型

14、与 数字通信系统模型,第一章 绪论,34,数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。 为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。 接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。 ,（2） 信道编码与译码,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,35,在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原

15、来信息，叫解密。,（3） 加密与解密,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,36,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。,S(t) Acos(t+) S(t)Acos(t+) 信源 载波信号 已调信号,（4） 数字调制与解调,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,37,同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。,（5） 同步,1.2.2 模拟通信系统模型与 数字通信系统模型,第一章 绪论,38,实际的数字通信系统不一定包括图 1-1中的所有环节。 如在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，可以直接传送，称之为数字信