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1、绪论绪论 数字通信原理1 1通信原理课件通信原理课件课程定位课程定位 是是电信类专业的一门重要专业基础课程，电信类专业的一门重要专业基础课程， 也是也是 该专业的一门核心主干课。该专业的一门核心主干课。 是是“信息与通信工程信息与通信工程”学科研究生入学考试课。学科研究生入学考试课。 2 2通信原理课件通信原理课件课程目标课程目标 掌握通信系统的基本概念、基本理论、掌握通信系统的基本概念、基本理论、 基本技术和系统性能分析方法；为本领域基本技术和系统性能分析方法；为本领域 的进一步学习和研究奠定基础。的进一步学习和研究奠定基础。3 3通信原理课件通信原理课件教教 材材 通信原理教程 （第二版）
2、 作者：樊昌信 出版社：电子工业出版4 4通信原理课件通信原理课件 理论教学内容(54学时) 第一章第一章 概论概论 第五章第五章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输 第六章第六章 基本的数字调制系统基本的数字调制系统 第三章第三章 模拟调制系统模拟调制系统 第四章第四章 模拟信号的数字化模拟信号的数字化 第七章第七章 同步同步 第九章第九章 多路复用和多址技术多路复用和多址技术 第十章第十章 信道编码和差错控制信道编码和差错控制5 5通信原理课件通信原理课件 实验教学内容(18学时) 基带数字信号基带数字信号 数字调制数字调制 模拟信号的数字化模拟信号的数字化 模拟调制模拟调制
3、 同步同步 信道编码和差错控制信道编码和差错控制6 6通信原理课件通信原理课件成绩评定 平平 时时 3030% % 期末考试期末考试 7 70%0%7 7通信原理课件通信原理课件作业 双周周一上交双周周一上交8 8 1.11.1 通信的发展通信的发展 1.2 1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号 1.3 1.3 数字通信数字通信 1.4 1.4 信道信道 1.5 1.5 信道中的噪声信道中的噪声 第一章第一章 99 91.1 1.1 通信的发展通信的发展l 烽火台烽火台l光信号的应用光信号的应用- - 最简单的二进制数字（光）通信最简单的二进制数字（光）通信11 10 “上帝创造上帝创造了
4、何等的奇迹了何等的奇迹!” !” 塞缪尔塞缪尔莫尔斯莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872）18381838年年 莫尔斯莫尔斯-有线电报有线电报1211贝尔（1847-1922）美国电话发明者 131218641864年年 麦克斯韦尔麦克斯韦尔 电磁辐射方程电磁辐射方程 麦克斯韦在物理学中的麦克斯韦在物理学中的最大贡献是建立了统一的经最大贡献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理典电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。论，预言了电磁波的存在。麦克斯韦麦克斯韦(James (James Clerk Clerk MaxwelMaxwel 1831
5、 18311879)1879)英国物理学家英国物理学家1413赫兹赫兹 验证了电磁波的存在验证了电磁波的存在赫兹赫兹（1857-18941857-1894）德国物理学家德国物理学家 1 18 88888年，赫兹用实验证实了年，赫兹用实验证实了电磁波的存在。为了纪念他在电电磁波的存在。为了纪念他在电磁波发现中的卓越贡献，后人将磁波发现中的卓越贡献，后人将频率的单位命名为赫兹。频率的单位命名为赫兹。 1514 利用电磁波技术的发展利用电磁波技术的发展无线电报无线电报 （18941894年）年）无线电广播无线电广播 （19061906年）年）无线电导航无线电导航 （19111911年）年）无线电话无
6、线电话 （19161916年）年）短波通讯短波通讯 （19211921年）年）无线电传真无线电传真 （19231923年）年）电视电视 （19291929年）年）微波通讯微波通讯 （19331933年）年）雷达雷达 （19351935年）年） 151.1 1.1 通信的发展通信的发展 1838莫尔斯莫尔斯 有线电报有线电报1948晶体管晶体管 香农香农IT 通信统计理论建立通信统计理论建立1864麦克斯韦尔麦克斯韦尔 电磁辐射方程电磁辐射方程1950时分多路通信时分多路通信 应用于电话应用于电话1876贝尔贝尔 电话电话1956越洋电话铺设越洋电话铺设1896马克尼马克尼 无线电报无线电报19
7、57第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星发射1906真空管真空管1958第一颗通信卫星发射第一颗通信卫星发射1918调幅广播调幅广播 超外差接收机超外差接收机1960发明激光发明激光1925三路明线载波电话三路明线载波电话 多路通信多路通信 1961发明集成电路发明集成电路1936调频广播调频广播1962第一颗同步通信卫星第一颗同步通信卫星 PCM进入实进入实用用1937脉冲编码调制脉冲编码调制1960彩电彩电 数字传输理论数字传输理论 高速计算机高速计算机1938电视广播电视广播1970LSI 商用卫星商用卫星 程控交换程控交换 光纤通讯光纤通讯1940二战刺激二战刺激 雷达和微波系统发雷达和微
8、波系统发展展1980SLSI 长波光纤通信长波光纤通信 ISDN 3G17161.2 1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号1.1.消息消息 表现形式：表现形式：语音、文字、数据、图形、图像语音、文字、数据、图形、图像. 天气预报天气预报“明天是晴天明天是晴天”字幕字幕“明天是晴天明天是晴天” 文字文字播音员说播音员说“明天是晴天明天是晴天” 语音语音 图形图形2.2.信号信号-运载消息的工具。运载消息的工具。 例如：电信号、光信号例如：电信号、光信号.1817-是指消息中所包含的对接收消息者有意义的是指消息中所包含的对接收消息者有意义的内容（或有效内容）。内容（或有效内容）。3 3. .
9、信息信息 用不同形式表现的用不同形式表现的同一消息同一消息载有载有相同的信息相同的信息； 消息中所包含的消息中所包含的信息量信息量与消息与消息发生的不确定程度发生的不确定程度 有关，而与消息的有关，而与消息的重要程度重要程度无关。无关。1918 如何度量信息如何度量信息？ 信息量的定义信息量的定义 设设 P(x)P(x)为消息发生的概率，为消息发生的概率，I I是从该消息获悉的信息量，则是从该消息获悉的信息量，则 a=a= 2 2时，时， 信息量的单位为比特信息量的单位为比特(bit)(bit)； a=a= e e时，时， 信息量的单位为奈特信息量的单位为奈特(nat)(nat)； a=a=1
10、010时，时， 信息量的单位为哈特莱。信息量的单位为哈特莱。 目前广泛使用的单位为比特。目前广泛使用的单位为比特。2019 P(x)P(x)越小，越小，I I越大；反之，越大；反之，I I越小。越小。 P(x)1 P(x)1时，时， I0 I0； P(x)0 P(x)0时，时， I I 例例 设某消息设某消息X X出现的概率为出现的概率为P(X)=0.25,P(X)=0.25,试求试求X X的的 信息量。信息量。 解解 X X的信息量为的信息量为: I = 2 ( bit): I = 2 ( bit) 2120 如果消息由若干个如果消息由若干个互相独立互相独立的事件构成，则该的事件构成，则该消
11、息所含的信息量等于各独立事件所含信息量之和，消息所含的信息量等于各独立事件所含信息量之和， 即：即：I IP(x1)P(x2)P(x1)P(x2) = = I IP(x1)P(x1)+I+IP(x2)P(x2)+ + 例例 某离散信源的符号集由某离散信源的符号集由A A、B B、C C、D D和和E E组成，组成， 设每一符号独立出现，其出现概率分别为设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/1/1616、 l/ l/4 4、l/l/1616、1 1/ /2 2和和1 1/ /8 8，试求该信息源各符号所，试求该信息源各符号所 包含的信息量包含的信息量及信源所包含的总信息量。及信源所包含的总信息
12、量。 解解 I I1 1 =4 ( bit ), I I2 2 = 2 2 ( bit ),I,I3 3 =4 ( bit ), I I4 4 =1 ( bit ), I I5 5 = 3 ( bit ) ， I I =14 ( bit ) 2221 若离散信源若离散信源M M个符号等概率出现，个符号等概率出现， 即即 P(1)= P(2)=P(1)= P(2)= P(= P(M M)= 1/)= 1/M M 则则 I I 1 1 = I = I2 2 = = = I= IM M = log = log2 2 M M 当当M =M = 2 2时，时，I I1 1=I=I2 2= = = log
13、2 2 =1 1( (b bit)it)。 当当M = M = 4 4时，时，I I1 1=I=I2 2= =I I3 3=I=I4 4= = log2 4 =2(2(b bit)it)。 当当M = M = 8 8时，时，I I1 1=I=I2 2= =I I3 3=I=I4 4= =loglog2 2 8 8= =3 3( (b bit)it)。 等概率出现的离散消息的信息量等概率出现的离散消息的信息量2322 例例 某离散信源的符号集由某离散信源的符号集由A A、B B、C C、和、和D D组成，组成， 设每一符号独立出现，设每一符号独立出现， （1 1）若各符号）若各符号出现概率分别为
14、出现概率分别为1/1/2 2、l/l/4 4、l/l/1616 和和1 1/ /1616，试求该信息源各符号所包含的信息量，试求该信息源各符号所包含的信息量及及 信源所包含的总信息量。信源所包含的总信息量。 （2 2）若各符号等概率）若各符号等概率出现出现，试求该信息源各试求该信息源各 符号所包含的信息量符号所包含的信息量及信源所包含的总信息量。及信源所包含的总信息量。 解解 （1 1）I I1 1 =1 ( bit ), I I2 2 = 2 2 ( bit ), , I I3 3 =I I4 4 =3 ( bit ), I I = 9 ( bit ) （2） I I = 8 ( bit )
15、 24231.3 1.3 数字通信数字通信 模拟信号模拟信号 例例：语音信号：语音信号，图像信号，图像信号 数字信号数字信号 例例：代表文字的编码：代表文字的编码，计算机数据信号计算机数据信号注意注意：区分准绳区分准绳为：考查为：考查取值是否连续取值是否连续， 而不是看时间。而不是看时间。1.3.11.3.1 基本概念基本概念2524 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号t tt tt tt t码元码元26251.31.3.2.2 数字通信的特点数字通信的特点 一、优点一、优点 取值有限，能正确接收。 可采用纠错和检错技术，提高抗干扰性。 可采用数字加密技术，提
16、高保密度。 可综合传输各种模拟和数字输入消息，且便于存 储和处理。27261.31.3.2.2 数字通信的特点数字通信的特点 占用带宽大占用带宽大 解决方法：解决方法：压缩、光纤通信压缩、光纤通信。 同步要求高同步要求高。 二、缺点二、缺点2827通信系统的一般模型通信系统的一般模型信信源源输入输入变换变换器器信道信道输出输出变换变换器器信宿信宿噪声源噪声源 将消息转将消息转换成原始换成原始电信号电信号 将原始电信将原始电信号转换成适合号转换成适合在信道中传输在信道中传输的信号的信号传输信号的传输信号的通道通道 系统内系统内部的噪声部的噪声和干扰和干扰从接收到的从接收到的信号中恢复信号中恢复原
17、始电信号原始电信号将原始电将原始电信号转换信号转换成消息成消息2928281.31.3.3 .3 数字通信系统模型数字通信系统模型信信 源源发送端发送端接收端接收端信信道道编编码码调调 制制信信 道道压压缩缩编编码码解解 调调信信 宿宿保保密密解解码码信信道道解解码码压压缩缩解解码码保保密密编编码码噪声噪声同步同步信信 源源编编 码码信信 源源解解 码码30291. 1. 信源：信源：将将消息转换为消息转换为原始电信号原始电信号的设备。的设备。例：电话话筒例：电话话筒信信源源压压缩缩编编码码保保密密编编码码信源编码信源编码信信道道编编码码调调制制发发送送端端数字通信系统模型数字通信系统模型-
18、发送端发送端2. 2. 信源编码：信源编码：降低数字信号的冗余，提高降低数字信号的冗余，提高 数字信号的数字信号的有效性有效性。3130信信道道压压缩缩编编码码保保密密编编码码信源编码信源编码信信道道编编码码调调制制发发送送端端3. 3. 信道编码：信道编码：增加冗余字增加冗余字符，纠错编符，纠错编码，提高传码，提高传输的输的可靠性可靠性。数字通信系统模型数字通信系统模型- 发送端发送端4.4.调制：调制：使编码信号特性与信道特性相适应，以通过使编码信号特性与信道特性相适应，以通过 信道传输。信道传输。3231信信 源源发送端发送端接收端接收端信信道道编编码码调调 制制信信 道道压压缩缩编编码
19、码解解 调调信信 宿宿保保密密解解码码信信道道解解码码压压缩缩解解码码保保密密编编码码噪声噪声同步同步信信 源源编编 码码信信 源源解解 码码 5. 5. 信道：信道：传输传输信号信号的通道的通道。例：光缆，无线电波等。例：光缆，无线电波等 6. 6. 噪声：噪声：进入信道的进入信道的外部加性噪声外部加性噪声。例：例：起伏噪声、起伏噪声、 脉冲干扰、人为干扰。脉冲干扰、人为干扰。 7. 7. 同步：同步：发端、收端间需要共同的时间标准发端、收端间需要共同的时间标准，以，以实现实现 同步接收同步接收3332信信 道道发送端发送端接收端接收端信信 源源调调 制制解解 调调信信 宿宿噪声噪声模拟通信
20、系统模型模拟通信系统模型34333534一般通信系统的性能指标一般通信系统的性能指标： 1 1、可靠性可靠性：指系统传输消息的：指系统传输消息的质量质量问题问题 2 2、有效性有效性：指系统传输消息的：指系统传输消息的速率速率问题问题 3 3、经济性：指系统的成本问题、经济性：指系统的成本问题 4 4、适应性：指系统适用的环境条件、适应性：指系统适用的环境条件 5 5、标准性：指系统的接口、各种结构和协、标准性：指系统的接口、各种结构和协 议是否合乎国家、国际标准。议是否合乎国家、国际标准。1.31.3.4.4 数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标3635绪论绪论作业1.1 1.2 3636
