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1、通信原理教案通信原理教案信息工程学院三系信息工程学院三系欧阳喜欧阳喜课程主要内容课程主要内容第一部分：第一部分：15章通信基础知识、回顾部分先修课程内章通信基础知识、回顾部分先修课程内容、介绍信道特性、模拟通信的原理容、介绍信道特性、模拟通信的原理第二部分：第二部分：610章模拟信号数字化、数字信号的基带传章模拟信号数字化、数字信号的基带传输、数字调制、最佳接收输、数字调制、最佳接收第三部分：第三部分：1114章数字通信中的同步和编码等技术章数字通信中的同步和编码等技术（在其它相关课程中介绍）（在其它相关课程中介绍）课程相关问题课程相关问题学时数学时数学位课；学位课；60学时理论；学时理论；2
2、0学时课程设计学时课程设计作业和考试作业和考试先修课程先修课程通信电子线路、随机信号分析、信号与系统、通信电子线路、随机信号分析、信号与系统、数字信号处理数字信号处理 参考书参考书通信原理，周炯槃、庞沁华等编著，北京邮电通信原理，周炯槃、庞沁华等编著，北京邮电大学出版社，大学出版社，2005年年通信原理教案通信原理教案信息工程学院三系信息工程学院三系李天昀李天昀1.1.通信相关概念通信相关概念2.2.通信系统组成模型通信系统组成模型3.3.通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式4.4.信息及其度量信息及其度量5.5.通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标一、通信的概念一、通信的
3、概念信息的传输与交换。信息的传输与交换。从一地向另一地信息的传递过程。从一地向另一地信息的传递过程。电通信：以电信号的形式来传递信息电通信：以电信号的形式来传递信息的过程。的过程。二、通信的发展二、通信的发展第第一一阶阶段段的的通通信信方方式式是是语语言言，人人们们通通过过人人力力、马马力力以以及及烽烽火火台台等等原原始始通通信信手段传递信息。手段传递信息。第第二二阶阶段段从从发发明明文文字字以以及及邮邮政政通通信信开开始。始。第三阶段以发明印刷术为标志。第三阶段以发明印刷术为标志。第第四四阶阶段段从从电电报报、电电话话和和广广播播的的发发明明开开始始，从从此此人人们们进进入入了了电电气气通通
4、信信的的时时代，通信技术得到了迅速的发展。代，通信技术得到了迅速的发展。第第五五阶阶段段为为信信息息时时代代，随随着着现现代代科科学学技技术术和和现现代代经经济济的的发发展展，社社会会对对信信息息传传递递、储储存存和和处处理理的的要要求求愈愈来来愈愈高高，信信源源的的种种类类愈愈来来愈愈多多，不不仅仅有有语语言言，还包括数据、图象和文本等还包括数据、图象和文本等 。现代通信系统是信息时代的生命线。现代通信系统是信息时代的生命线。现现代代通通信信网网已已不不再再是是单单一一的的电电话话网网或或电电报报文文字字通通信信网网，而而是是一一个个综综合合性性的的为为多多种种信信息息服服务务的的通通信信网
5、网，并并且且是是世世界性的全球通信网（地球村）。界性的全球通信网（地球村）。在在这这个个通通信信网网上上，可可以以传传输输多多种种多多样样的的消消息息：文文字字、语语音音、图图像像、视视频频、数据等等。数据等等。 当当前前，能能源源、汽汽车车、钢钢铁铁、通通信信与与农农业是世界五大行业业是世界五大行业包包括括通通信信在在内内的的信信息息技技术术服服务务行行业业将将超超过过汽汽车车、能能源源，成成为为世世界界上上最最大大的的行业。行业。现现代代通通信信已已成成为为最最重重要要的的信信息息技技术术服服务。务。三、电通信发展回顾三、电通信发展回顾1844 莫尔斯发明有线电报通信莫尔斯发明有线电报通信
6、1876 贝尔利用电磁感应原理发明了电话机贝尔利用电磁感应原理发明了电话机1864 麦克斯韦预言电磁波辐射的存在麦克斯韦预言电磁波辐射的存在1887 赫兹通过实验加以证实赫兹通过实验加以证实20世世纪纪初初，电电子子管管等等器器件件出出现现，电电报报和和电电话话通通信信获获得得迅迅速速发发展展，相相继继有有了了较较高高水水平平的的有有线线通通信信及及长长波波，中中波波和和短短波波一一类类的的无无线线电通信。电通信。 以人为本，和谐发展以人为本，和谐发展快捷、优质和方便的服务快捷、优质和方便的服务数字化、宽带化、智能化、个人数字化、宽带化、智能化、个人化、标准化化、标准化四、通信的未来四、通信的
7、未来信源发送设备信道接收设备信宿干扰一、通信系统：传递信息所需的一切技一、通信系统：传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。术设备的总和称为通信系统。信信道道信信号号原原始始电电信信号号消消息息信信道道信信号号原原始始电电信信号号消消息息变换成适合在信变换成适合在信道中传输的信号道中传输的信号模模拟拟信信源源调调制制器器解解调调器器信信宿宿干干扰扰信信道道原始电信号原始电信号基带信号基带信号已调信号已调信号频带信号频带信号频带信号频带信号原始电信号原始电信号二、模拟通信系统二、模拟通信系统模拟通信系统研究的主要问题模拟通信系统研究的主要问题对基带信号（原始电信号）的分析对基带信号（原始电
8、信号）的分析调制解调器的原理与性能调制解调器的原理与性能噪声特性及对信号的影响噪声特性及对信号的影响信道特性及对信号的影响信道特性及对信号的影响数数字字信信源源信信源源编编码码调调制制器器信信 道道解解调调器器信信 宿宿干干扰扰信信道道编编码码信信道道译译码码信信源源译译码码三、数字通信系统三、数字通信系统加密加密解密解密数字通信系统研究的主要问题数字通信系统研究的主要问题信源编、译码信源编、译码信道编、译码信道编、译码加、解密技术加、解密技术调制、解调技术调制、解调技术同步技术同步技术抗噪声性能抗噪声性能数字基带传输数字基带传输数字通信的优点数字通信的优点抗干扰能力强、可靠性高（可利用中继再
9、抗干扰能力强、可靠性高（可利用中继再生去除噪声积累）生去除噪声积累）可以综合传递各种信息可以综合传递各种信息易于加密易于加密便于用现代数字信号处理技术对信号进便于用现代数字信号处理技术对信号进行处理、滤波、存储、变换等行处理、滤波、存储、变换等传输中的差错容易控制，改善了传输质量传输中的差错容易控制，改善了传输质量容易集成化容易集成化压缩频带压缩频带提高频带利用率提高频带利用率缺点：占用频带宽缺点：占用频带宽克服办法：克服办法：选用宽频带的传输介质选用宽频带的传输介质数字通信的缺点数字通信的缺点缺点：同步要求高，系统设备比较复杂缺点：同步要求高，系统设备比较复杂1、按消息的物理特征分：、按消息
10、的物理特征分：电话、电报、数据、电话、电报、数据、图象等通信系统。图象等通信系统。2、按信道中的信号特征分：、按信道中的信号特征分：模拟通信系统、模拟通信系统、数字通信系统。数字通信系统。3、按传输介质分：、按传输介质分：有线通信系统、无线通信有线通信系统、无线通信系统。系统。4、按有无调制器分：、按有无调制器分：基带传输系统、频带传基带传输系统、频带传输系统。输系统。调制的目的：调制的目的： 将消息变换为便于传送的形式。如无线将消息变换为便于传送的形式。如无线传输时必须将消息载在高频上才能在自传输时必须将消息载在高频上才能在自由空间发射出去。又如在数字电话中将由空间发射出去。又如在数字电话中
11、将连续信号变换为脉冲编码调制信号，以连续信号变换为脉冲编码调制信号，以便于在数字信道中传输。便于在数字信道中传输。提高性能，特别是抗干扰能力。提高性能，特别是抗干扰能力。有效地利用频带（复用等方式）。有效地利用频带（复用等方式）。 常用调制方式和用途常用调制方式和用途调制方式调制方式用途举例用途举例线性调制线性调制常规双边带调幅常规双边带调幅AM广播广播单边带调制单边带调制SSB载波通信、短波无线电话通载波通信、短波无线电话通信信双边带调制双边带调制DSB立体声广播立体声广播残留边带调制残留边带调制VSB电视广播、传真电视广播、传真非线性调制非线性调制频率调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广
12、播微波中继、卫星通信、广播相位调制相位调制PM中间调制方式中间调制方式数字调制数字调制振幅键控振幅键控ASK数据传输数据传输频移键控频移键控FSK数据传输数据传输相移键控相移键控PSK、DPSK数据传输数据传输其他高效数字调制其他高效数字调制QAM、MSK等等数字微波、空间通信数字微波、空间通信A 连续波调制常用调制方式和用途常用调制方式和用途脉冲模拟调制脉冲模拟调制调制方式调制方式用途举例用途举例脉幅调制脉幅调制PAM中间调制方式遥测中间调制方式遥测脉宽调制脉宽调制PDM中间调制方式中间调制方式脉位调制脉位调制PPM遥测、光纤传输遥测、光纤传输脉冲数字调制脉冲数字调制增量调制增量调制DM（A
13、M）军用、民用数字电话军用、民用数字电话差分脉调制差分脉调制DPCM电视电话、图象编码电视电话、图象编码其他编码方式其他编码方式ADPCM等等中速数字电话中速数字电话B 脉冲调制频率范围频率范围波长范围波长范围表示符号表示符号主要用途或场合主要用途或场合3Hz30kHz108104mVLF（甚低频）（甚低频）音频、电话、数据终音频、电话、数据终端端30300kHz104103mLF（低频）（低频）导航、信标、电力线导航、信标、电力线通信通信300k3MHz 103102mMF（中频）（中频）AM广播、业余无线广播、业余无线电电330MHz10210mHF（高频）（高频）移动电话、短波广播移动电
14、话、短波广播业余无线电业余无线电30300MHz 101mVHF（甚高频）（甚高频）FM广播、广播、TV、导航、导航移动通信移动通信5、按工作波段分：、按工作波段分：频率范围频率范围波长范围波长范围表示符号表示符号主要用途或场合主要用途或场合300M3GHz10010cmUHF（特高频）（特高频）TV 、遥控遥感、雷、遥控遥感、雷达、移动通信达、移动通信330GHz101cmSHF（超高频）（超高频） 微波通信、卫星通微波通信、卫星通信、雷达信、雷达30300GHz101mmEHF（极高频）（极高频） 微波通信、雷达、微波通信、雷达、射电天文学射电天文学105107GHz310-4310-6c
15、m紫外、红外、紫外、红外、可见光可见光光通信光通信6、按复用方式分：、按复用方式分：频分复用频分复用FDM、时分复用、时分复用TDM、码分复用、码分复用CDM。复用：同时传送多路信号的方法。其目的复用：同时传送多路信号的方法。其目的是为了提高频带利用率。是为了提高频带利用率。7、按传输方向与时间关系分：、按传输方向与时间关系分：单工、双工和单工、双工和半双工通信方式。半双工通信方式。时分复用时分复用TDM：用脉冲调制的方法，使不同用脉冲调制的方法，使不同信号占据不同的时间区间。信号占据不同的时间区间。码分复用码分复用CDM：用一组相互正交的脉冲序列：用一组相互正交的脉冲序列分别携带不同的信息。
16、分别携带不同的信息。频分复用频分复用FDM：用频谱搬移的方法，使不同：用频谱搬移的方法，使不同的信号占据不同的频率范围。的信号占据不同的频率范围。一、信息的概念一、信息的概念A、概念：、概念：信息与消息不同，信息是消息中包信息与消息不同，信息是消息中包含的有意义的内容。含的有意义的内容。B、信息与消息的区别、信息与消息的区别消息以具体信号形式表现出来，消息以具体信号形式表现出来，而信息则是抽象的、本质的内容而信息则是抽象的、本质的内容 二、信息的度量二、信息的度量信息是可以度量的。消息中所含信息的信息是可以度量的。消息中所含信息的量的多少称为信息量。量的多少称为信息量。消息中所含信息量的大小与
17、消息所出现消息中所含信息量的大小与消息所出现的可能性（概率）有关。的可能性（概率）有关。I = I p(x) 几个相互独立的事件所构成消息的信息几个相互独立的事件所构成消息的信息量是各个独立事件的信息量之和。量是各个独立事件的信息量之和。 Ip(x1)p(x2)=Ip(x1)+Ip(x2)+1、如何表示消息的信息量？、如何表示消息的信息量？事件事件x：出现概率为：出现概率为p(x)则：则：单位：单位：a=2比特比特bit, b a=e奈特奈特nit a=10 哈特莱哈特莱2、若干相互独立事件（符号）组成的、若干相互独立事件（符号）组成的 一串消息的信息量一串消息的信息量每个符号出现次数分别为每
18、个符号出现次数分别为n1，n2, ,nN。则则(bit)3、信源的平均信息量（信源熵）、信源的平均信息量（信源熵）每个符号出现次数分别为每个符号出现次数分别为n1，n2, ,nN。每个事件（符号）所含信息量的统计平均值每个事件（符号）所含信息量的统计平均值称为信源熵。称为信源熵。消息的长度为消息的长度为n= n1+n2+ +nN 。则。则(bit/符号符号)熵熵 的的 性性 质：质：（1）非负性）非负性（2）极值性）极值性(bit/符号符号)时，有极大值时，有极大值举例：一个信息源由举例：一个信息源由4个符号个符号0,1,2,3组成，组成，出现概率为出现概率为3/8,1/4,1/4,1/8，且
19、各符号的，且各符号的出现相互独立。求消息出现相互独立。求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。的信息量。有效性有效性在给定信道内能传输的信息内容的多少在给定信道内能传输的信息内容的多少即传输速度。即传输速度。可靠性可靠性接收信息的准确程度即传输质量。接收信息的准确程度即传输质量。1、模拟通信系统中的有效性、模拟通信系统中的有效性用有效传输频带来衡量。同样的消息用不用有效传输频带来衡量。同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。同的调制方式，则需要不同的频带宽度。2、数字通信系统中的有效性、数字通信
20、系统中的有效性（1）码元传输速率）码元传输速率RB 波特波特(Baud)（2）信息传输速率）信息传输速率Rb bit/s, bps（3）频带利用率）频带利用率 或或一、有效性指标一、有效性指标1、模拟通信系统中的可靠性、模拟通信系统中的可靠性输出信噪比。不同的调制方式，在系统信输出信噪比。不同的调制方式，在系统信道中，解调后得到的输出信噪比可能不同。道中，解调后得到的输出信噪比可能不同。2、数字通信系统中的可靠性、数字通信系统中的可靠性（1）误码率）误码率Pe（2）误信率（误比特率）误信率（误比特率）Pb二、可靠性指标二、可靠性指标1.1.卷积与相关卷积与相关2.2.傅氏变换和傅氏级数傅氏变换和傅氏级数3.3.平稳随机过程及其功率谱密度平稳随机过程及其功率谱密度4.4.高斯随机过程及其特性高斯随机过程及其特性5.5.窄带高斯随机过程的各种特性窄带高斯随机过程的各种特性6.6.正弦波加窄带高斯过程正弦波加窄带高斯过程7.7.希尔波特希尔波特(Hilbert)(Hilbert)变换及性质变换及性质8.8.随机过程通过线性系统随机过程通过线性系统作业：1-2、1-4、1-8
