山东大学《通信原理》课件01绪论

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1、通信原理通信原理山东大学信息科学与工程学院山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ G Proakis Communication Systems Engineering(英文版、中译本)?通信原理樊昌信等，国防工业出版社?现代通信原理曹志刚等，清华大学出版社?数字通信基础仇佩亮等，电子工业出版社山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 绪 论?第二章 随机信号分析?第三章 通信信道?第四章 模拟调制系统?第五章 数字基带传输系统?第六章 正弦载波数字调制系统?第七章 模拟信号的数字传输?第八章 数字信号的最佳接收山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:

2、/ 1章章 绪论绪论?本章以模拟通信及数字通信为例，阐述现代通信系统的组成、基本工作原理，然后介绍通信系统的分类、信息的度量、通信系统的主要性能指标。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 1.1 引言引言?通信：传统理解：信息的传输与交换当今信息社会：与传感、计算技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”?教材主要内容：讨论信息的传输、交换及通信网的基本原理，但侧重信息传输原理山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端噪声山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 高保真度?准则 信号噪声功率（电压）比

3、?手段 参量估值方法数字通信系统?要求 正确?准则 错误率?手段 统计判决理论山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 声同步信道估计与均衡数字通信系统模型山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 1.3 通信系统通信系统的的分类及通信方式分类及通信方式?1.3.1 通信系统分类按消息的物理特征分类-电报、电话、数 据、图像通信按调制方式分类-基带、频带传输系统按信号特征分类-模拟、数字通信按传输媒质分类-有线、无线通信按信号复用方式分类-FDM、TDM、CDM.山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 通信方式按通信范围分：点对点、一点对多点、网络通

4、信等。?通信方式有：按消息传递的方向和时间分：?双工、半双工、单工通信按数字信号码元排列方法分?串行、并行传输?实际通信系统：?专线、通信网山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 1）单工、半双工和全双工）单工、半双工和全双工?(1)单工（Simplex)特点：仅能进行一个方向的数据传送A站B站发送器接收器单工方式示意图山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 半双工（Half Duplex）特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不能同时进行。【双向，但不同时】每端需有一个收/发切换电子开关发送器接收器发送器接收器A站B站半双工方式示意图山东大学通信原

5、理课程山东大学通信原理课程(http:/ 2）串行通信与并行通信）串行通信与并行通信?并行通信：将数据的各位同时在多根并行传输线上进行传输。数据的各位同时由源到达目的地。适合近距离、高速通信。状态控制D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7计算机外设或计算机并行通信：数据各bit同时传送山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 0 0 1 0 0 1 0 山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 1.4 信息信息及其度量及其度量?消息中的信息量与消息发生的概率成反比?离散消息的信息量某离散消息x发生的概率为P(x)，则它所携带的信息量为I=-

6、loga p(x)当a=e时，信息量的单位为奈特(nit)；当a=2时，信息量的单位为比特(bit)、当a=10时，信息量的单位为哈莱特。目前广泛使用的单位为bit。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ ,Mx xxL)(),(),(21MxPxPxPL21( )log( )Miiip xp x=?离散信源的平均信息量(信源熵)?设信源输出M个统计独立的符号，它们出现的概率分别为， 则每个符号所含信息量的统计平均值即离散信源的平均信息量为H(x)= (bit/符号)?信源的平均信息量又被称为信源熵。信息论已经证明，最大信源熵发生在信源的每个符号等概独立出现时，最大信源熵为Hm

7、ax(x)=log2M (bit/符号)山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ RB表示每秒钟传输的码元数目，单位为波特(Bd)，又称RB为符号速率。Rb表示每秒钟传输的信息量，单位为每秒比特(bit/s或bps)，又称Rb为传信率。码元宽度(或码元周期)为T秒时，RB= （Bd）信息速率与码速率之间的关系为Rb= RBH(x) (bit/s)当信源各个符号等概独立时，Rb= RBlog2M (bit/s)山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ (1) 信源熵为H(X)=（log24+log28+log2+log2）bit/符号=2.23 bit/符号平均信息速

8、率为Rb=RBH(X)=(10002.23)bit/s=2.23103bit/s1小时传输的信息量为I=(2.231033600)bit=8.028 Mbit(2) 等概时信源熵为最大值，即Hmax(x)=(log25)bit/符号=2.322 bit/符号1小时传输的最大信息量为Imax=(2.32210003600)bit=8.359 Mbit?某信源的符号集由A、B、C、D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、1/8、1/8、3/16和5/16；信源以1000Bd速率传送信息。(1)求传送1小时的信息量；(2)求传送1小时可能达到的最大信息量。山东大学通信原理课程山东大学

9、通信原理课程(http:/ 1.5 主要主要性能指标性能指标?指标：有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等?通信的目的是快速、准确地传输信息。快速可以用有效性来描述，准确可以用可靠性来描述。山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ b=Blog2M山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 。?误码率(Pe )与误比特率(Pb)的定义如下：Pe=Pb=山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ 失真的数字信号失真的数字信号(b) 恢复的数字信号恢复的数字信号数字信号波形的失真和恢复数字信号波形的失真和恢复山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程

10、(http:/ 数字通信的优点?数字通信与模拟通信相比有许多优点：（1）在良好设计的数字通信链路上，中继转发不会产生误差积累；（2）在数字通信中可以通过纠错编码技术极大提高抗干扰性能；（3）数字通信系统中容易采用保密措施，大大提高通信安全性；（4）在数字通信中，可以通过各种方式把语音、图像和文字都变换成数字，在同一信道中传输多种媒体信息；并便于存贮和处理；（5）数字信号可以通过信源压缩编码，减少冗长度，提高信道利用率；（6）数字通信系统可采用大规模数字集成电路，使设备重量轻，体积小，功耗省。（7）数字通信系统更加适合于信息论的理论框架，有利于在信息论理论指导下发展新技术，新体制。山东大学通信原

11、理课程山东大学通信原理课程(http:/ 通信技术发展历史回顾山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ (1) 有线通信有线通信有线通信有线通信?1799年 Volta 发明电池；?1837年 S. Morse发明电报（变长度信源码）；?1844年 华盛顿巴尔的摩电报演示；?1858年 第一条横跨大西洋的越洋电报电缆建成；?1875年 E. Baudet发明定长信源码；?1876年 Bell申请电话专利；?1877年 建立Bell电话公司；山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ De Forest发明电子三极管放大；?1915年 实现横跨美洲大陆的电话；?二次大战

12、和经济大萧条推迟了越洋电话业务；?1953年 建立第一条横越大西洋电话电缆；?1897年 Strowger发明步进制自动交换；?1960年 Bell实验室发明数字交换；?在过去50年中电话有极大发展，光纤代替铜缆；山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ Oersted 发现电流产生磁场；1820年 Oersted 发现电流产生磁场；?1831年 Faraday发现导线作切割磁力线运动产生感应电流；1831年 Faraday发现导线作切割磁力线运动产生感应电流；?1864年 Maxwell提出电磁场方程，预言电磁波存在；1864年 Maxwell提出电磁场方程，预言电磁波存在；1

13、894年 O. Lodge 发明粉末检波器，1894年 O. Lodge 发明粉末检波器，在牛津检测到150码远发出的无线信号；在牛津检测到150码远发出的无线信号；山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ Marconi 发明的无线电报，传输2公里；1897年 Marconi申请无线电报专利，建立无线电报公司；1901年12月12日 Marconi在加拿大纽芬兰岛收到从英国Cornwall发出的无线信号，传输距离1700mile.1900年 专利调谐电话获得批准，专利号为No.7777；同年公司改名为Marconi公司；1907年 获诺贝尔物理奖1895年 Marconi 发明

14、的无线电报，传输2公里；1897年 Marconi申请无线电报专利，建立无线电报公司；1901年12月12日 Marconi在加拿大纽芬兰岛收到从英国Cornwall发出的无线信号，传输距离1700mile.1900年 专利调谐电话获得批准，专利号为No.7777；同年公司改名为Marconi公司；1907年 获诺贝尔物理奖1904年 Flemin发明电子二极管；1904年 Flemin发明电子二极管；1906年 De Forest发明电子三极管放大；1906年 De Forest发明电子三极管放大；1920年 AM广播在美国Pittsburgh开通；1920年 AM广播在美国Pittsbur

15、gh开通；山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ E. Armstrong发明超外差AM接收机；在一次大战中 E. Armstrong发明超外差AM接收机；1933年 E. Armstrong发明FM；1933年 E. Armstrong发明FM；1929年 美国人Zworykin发明电视；1929年 美国人Zworykin发明电视；1933年 英国BBC广播电视开通；1933年 英国BBC广播电视开通；近50年来通信的发展近50年来通信的发展1947年 Brattain, Bardeen, Shockley发明晶体管；1947年 Brattain, Bardeen, Shoc

16、kley发明晶体管；W. SHOCKLEY(1910-1989)J. BARDEEN (1908-1991)W. H. BRATTAIN (1902-1987)山东大学通信原理课程山东大学通信原理课程(http:/ Bell实验室皮尔斯（Pirece）提出卫星通信；1955年 Bell实验室皮尔斯（Pirece）提出卫星通信；1962年 Telstar I卫星发射，转播欧、美之间电视广播；1962年 Telstar I卫星发射，转播欧、美之间电视广播；1965年 发射商用通信卫星；1965年 发射商用通信卫星；1958年 Townes, Schawlow发明激光；1958年 Townes, Schawlow发明激光；1966年 英国学者高昆（K.C.Kao）与霍克汗姆（G.A.Hockham）预言光1966年 英国学者高昆（K.C.Kao）与霍克汗姆（G.A.Hockham）预言光纤损耗可以降到20db/km以下，使光纤通信成为可能；纤损耗可以降到20db/km以下，使光纤通信成为可能；1958年 Kilby发明集成电路；1958年 Kilby发明集成电路；山东大学通信原理课程山东大学