现代通信及应用概述.ppt

2019 12 27 CP第一章绪论 1 通信技术基础 主讲人 舒金意电话箱 87853124sjy 2019 12 27 2 为什么要学 why 学什么 what 如何学 how 哪里可学 where 电信类专业的一门重要专业基础课程是必修课 核心主干课是一门专业的标志性课程起着承前启后的作用 占有重要的教学地位 2019 12 27 3 课程目标 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 掌握基本的分析 设计思想和方法 了解仿真工具的应用 SystemView 了解通信新技术的应用和发展 具备获取知识 分析问题 解决问题的能力 2019 12 27 4 课程学习 课堂教学 74学时实验教学 16学时 课程考核方式 最终总成绩包括 平时成绩 40 考试成绩 60 2019 12 27 5 课程参考教材 通信原理 第5版 樊昌信 国防工业出版社 2001 通信原理 上 下 周炯槃等 北京邮电大学出版社 2002 通信原理教程 徐家恺等 科学出版社 2003 数字通信系统原理 李斯伟等 人民邮电出版社 2008 2019 12 27 6 课程参考网站 武汉科技大学通信原理网站 2019 12 27 7 1 1通信与现代通信1 2信息时代与现代通信1 3通信技术应用概述1 4通信系统模型 第1章现代通信及应用概述 2019 12 27 8 1 1通信与现代通信1 1 1通信的历史演进通信发展可以反映社会的进步过程 它没有明确的界限 可分为三个阶段 即古代通信 近代通信 现代通信 1 古代通信如旗语 通过各色旗子的舞动 号角 灯塔 喇叭 击鼓敲锣 风筝 信号树 信鸽烽火通信等 2019 12 27 9 2 近代通信1 电报与电话的发明19世纪30年代随着电的发明与应用 俄国外交家希林格和英国青年库克等都相继制造出了电报机 1834年 莫尔斯利用电流一通一断的原理 发明了用电流的 通 和 断 来编制代表字母和数字的代码 人称 莫尔斯电码 后来他在助手维尔德的帮助下 制成了举世闻名的莫尔斯电报机 2019 12 27 10 1876年 亚历山大格雷厄姆贝尔利用电磁感应原理发明了电话 预示着个人通信时代的开始 如图1 3所示 图1 3贝尔及其发明的电话机 2019 12 27 11 2 无线电通信的诞生电报 电话的电信号是通过金属线传送的 无线通信利用无线电波来传递信息的 1888年 赫兹制作的简易电磁波发射和接收装置如图1 5所示 2019 12 27 12 1895年 20岁的意大利青年马可尼如图1 6所示发明了无线电报机 开创了人类利用电磁波进行通信的历史 图1 6无线电通信的创始人马可尼 2019 12 27 13 3 广播与电视的出现1906年 美籍加拿大人费森登在纽约附近设立了世界上第一个广播站 1925年 英国人贝尔德发明了机械扫描式电视机 1936年 电视转播在柏林举行的第6届奥林匹克运动会 2019 12 27 14 3 现代通信出现以计算机和数字通信融合为代表的信息技术 且通信信息网络进入商业化以后 才完成了近代通信技术向现代通信技术的转变 以微电子和光电技术为基础 以计算机和通信技术为支撑 以信息处理技术为主题的信息技术 InformationTechnology 简称IT 正在改变着我们的生活 数字化信息时代已经到来 2019 12 27 15 1 1 2通信的定义 一 通信和电信概念 1 通信 Communication 定义 通信是按照一致同意的协定传递消息 通信是信息的传递与交流 2 电信 Telecommunication 定义 问题 符号 书写件 影像 声音是信息 回答 符号 书写件 影像 声音不是信息 是承载信息的媒体 2019 12 27 16 电信定义电信是利用有线 无线 光或其它电磁系统 传递代表符号 书写件 影像 声音或其它承载信息的媒体的信号 电信是传递信号 2019 12 27 17 4 电信与通信的关系 中国电信界一个被默认的基本概念混扰 通信是传递消息 电信是传递信号 中国电信界通常所说 其实是 Telecommunication过去有人翻译成或 2019 12 27 18 2019 12 27 19 2019 12 27 20 2019 12 27 21 2019 12 27 22 2019 12 27 23 2019 12 27 24 2019 12 27 25 1 终端设备 电话 电报 监视器 摄像头 等 2 传输设备 电缆 光缆 微波 卫星等 3 交换设备 程控交换 ATM交换 光交换等 4 协议和准则 四 通信网的构成 2019 12 27 26 1 2信息时代与现代通信 1 2 1信息时代的概念石器时代 万年农业时代 千年工业时代 百年信息时代 直到20世纪末 人类逐渐把计算机技术作为工具使用 特别是它与数字通信融合发展到现代通信 走向以信息技术为核心的知识经济时代 这就是所谓的信息时代 2019 12 27 27 1 2 2信息技术与信息化 信息技术是解放 扩展人信息功能的技术 是研究完成信息采集 加工 处理 传递 再生和控制的技术 信息化即为信息技术的不断发展 深入 全面应用的过程 图1 17信息技术组成框图 2019 12 27 28 1 3通信技术应用概述 1 3 1通信与生活1 3 2通信与电子政务1 3 3通信与企业信息化1 3 4通信与商务信息化1 3 5通信与军事 2019 12 27 29 1 4通信系统模型 1 4 1通信系统模型 实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统 2019 12 27 30 1 4 1通信系统模型 信源 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 称之为消息信号或基带信号 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 模拟信源 输出的是模拟信号 数字信源 输出离散的数字信号 2019 12 27 31 1 4 1通信系统模型 发送设备 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号 变换方式是多种多样的 在需要频谱搬移的场合 调制是最常见的变换方式 对数字通信系统来说 发送设备常常又可分为信源编码与信道编码 2019 12 27 32 1 4 1通信系统模型 信道 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 电缆或光纤 有线和无线信道均有多种物理媒质 媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量 根据研究对象的不同 需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型 以反映传输媒质对信号的影响 2019 12 27 33 1 4 1通信系统模型 噪声源不是人为加入的设备 而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的 并且是人们所不希望的 噪声的来源是多样的 它可分为内部噪声和外部噪声 而且外部噪声往往是从信道引入的 因此 为了分析方便 把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道 2019 12 27 34 1 4 1通信系统模型 接收设备 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换 即进行解调 译码 解码等 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 对于多路复用信号 还包括解除多路复用 实现正确分路 2019 12 27 35 1 4 1通信系统模型 信宿 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 2019 12 27 36 1 4 2模拟通信模型和数字通信模型 连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的 如语音 活动图片等 离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的 如符号 数据等 消息的传递是通过它的物质载体 电信号来实现的 即把消息寄托在电信号的某一参量上 如连续波的幅度 频率或相位 脉冲波的幅度 宽度或位置 2019 12 27 37 1 4 2模拟通信模型和数字通信模型 模拟信号 凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的 且直接与消息相对应的信号 如电话机送出的语音信号 电视摄像机输出的图像信号等 也称连续信号 这个连续是指信号的某一参量可以连续变化 或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值 而不一定在时间上也连续 数字信号 凡信号参量只能取有限个值 并且常常不直接与消息相对应的信号 如电报信号 计算机输入 输出信号 PCM信号等 有时也称离散信号 这个离散是指信号的某一参量是离散变化的 而不一定在时间上也离散 2019 12 27 38 1 4 2模拟通信模型和数字通信模型 模拟信号波形 a 连续信号 b 抽样信号 2019 12 27 39 1 4 2模拟通信模型和数字通信模型 数字信号波形 a 二进制波形 b 2PSK 波形 2019 12 27 40 1 4 2模拟通信模型和数字通信模型 按照信道中传输的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 2019 12 27 41 1 模拟通信系统模型 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300 3400Hz 图像信号为0 6MHz 由于这种信号具有频率很低的频谱分量 一般不宜直接传输 这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号 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 经过调制以后的信号称为已调信号 2019 12 27 42 1 模拟通信系统模型 已调信号有三个基本特征 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 2019 12 27 43 1 模拟通信系统模型 两种变换连续消息与基带信号的变换基带信号与频带信号之间的变换实际通信系统中可能还有滤波 放大 天线辐射 控制等过程 由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用 而其他过程对信号不会发生质的变化 只是对信号进行了放大或改善了信号特性 因而被认为是理想的而不予讨论 2019 12 27 44 1 模拟通信系统模型 模拟通信系统模型 2019 12 27 45 1 模拟通信系统模型 模拟通信的主要特点1 抗干扰能力差2 不易于保密通信3 设备不易于大规模集成4 不适应飞速发展的计算机通信的要求5 简单 易于实现 2019 12 27 46 2 数字通信系统模型技术问题主要有信源编码 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 2019 12 27 47 2 数字通信系统模型 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 称之为数字信号的基带传输 其模型中就不包括调制与解调环节 2019 12 27 48 1 信源编码与译码 作用一 是设法减少码元数目和降低码元速率 即通常所说的数据压缩 码元速率将直接影响传输所占的带宽 而传输带宽又直接反映了通信的有效性 作用二 是当信息源给出的是模拟语音信号时 信源编码器将其转换成数字信号 以实现模拟信号的数字化传输 信源编码方法 PCM ADPAM DM等信源译码是信源编码的逆过程 2019 12 27 49 2 信道编码与译码 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 信道编码 线性分组码 卷积码 循环码等 2019 12 27 50 3 加密与解密 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 恢复原来信息 叫解密 2019 12 27 51 4 数字调制与解调 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 基本的数字调制方式有振幅键控ASK 频移键控FSK 绝对相移键控PSK 相对 差分 相移键控DPSK 对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号 对高斯噪声下的信号检测 一般用相关器接收机或匹配滤波器实现 2019 12 27 52 5 同步与数字复接 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 群同步和网同步数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号 以扩大传输容量和提高传输效率 2019 12 27 53 2 数字通信系统模型 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 称之为数字信号的基带传输 其模型中就不包括调制与解调环节 2019 12 27 54 2 数字通信系统模型