国防科大通信原理第1讲20130325

1、1通通 信信 原原 理理国防科技大学电子科学与工程学院国防科技大学电子科学与工程学院主讲：马东堂主讲：马东堂 575776箱：邮箱：dongtangmagfkd.mtn2课程简介主要内容：主要内容： 信息传输的基本理论和主要技术学科基础学科基础电路类电路类课程课程信号与信号与系统系统随机信号分随机信号分析与处理析与处理专业基础专业基础通信通信原理原理专业课专业课无线通无线通信基础信基础通信通信系统系统保密通信保密通信信息安全信息安全信息论与信息论与编码基础编码基础3课程简介基本要求：基本要求： 概念和原理掌握要严谨、清晰（准确）和系统（完整） 区别于讲座课、研讨课（历

2、史、背景、应用） 从系统的角度、信号分析处理的角度和随机性的角度学原理基本风格：基本风格： 讲授、讨论、发言、电子邮件和课外自学（查资料、做仿真等）相结合考核方式：考核方式： 笔试、实验、课堂课外4教材“通信原通信原理理” ” （第（第6 版）版）樊昌信、樊昌信、曹丽娜编曹丽娜编著，国防著，国防工业出版工业出版社社5参考书“现代通信原理现代通信原理”曹志刚、钱亚生，清华大学出版社“现代通信系统现代通信系统”R.Block，电子工业出版社“通信系统通信系统” S.Haykin ，电子工业出版社6学时安排 总学时 58 = 50+8讲授内容安排讲授内容安排讲授学时讲授学时实验内容实验内容实验学时实

3、验学时第第 1 章章 绪论绪论2第第 2 章章 信道信道2第第 3 章章 模拟调制系统模拟调制系统4第第 4 章章 模拟信号的数字化模拟信号的数字化8PCM和和M2第第 5 章章 数字基带传输系统数字基带传输系统8HDB32第第 6章章 数字带通传输系统数字带通传输系统6DPSK、串行、串行通信和通信和FSK2第第 7 章章 新型数字带通调制技术新型数字带通调制技术4第章第章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收6第章第章 同步原理同步原理4位同步位同步2合合 计计44+687第一章 绪论大家传统或印象中绪论应该讲什么？大家传统或印象中绪论应该讲什么？8第一章绪论第一章绪论 本次课重点：本次课

4、重点： 通信的概念通信的概念 通信系统的组成通信系统的组成 三个重要指标三个重要指标 信息传输速率信息传输速率 频带利用率频带利用率 误码率误码率9第一章绪论第一章绪论 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标101.1 通信的基本概念 烽火狼烟是中国古代烽火狼烟是中国古代一种重要的通信方式一种重要的通信方式利用驿站利用驿站传递文书传递文书1837年莫尔斯电报发报收报传输线1.1.1 1.1.1 通信技术发展简史通信技术发展简史通信

5、技术是伴随着人类生产力的发展而不断进步的。通信技术是伴随着人类生产力的发展而不断进步的。111.1 通信的基本概念 话筒耳机18761876年贝尔电话年贝尔电话18641864年麦克斯韦年麦克斯韦从理论上预言了电磁从理论上预言了电磁波的存在波的存在 18871887年赫兹实验年赫兹实验证实了电磁波的存在证实了电磁波的存在 1.1.1 1.1.1 通信技术发展简史通信技术发展简史121.1 通信的基本概念 18961896年无线电通信发明年无线电通信发明发明人：意大利人发明人：意大利人马可尼马可尼（博洛尼亚大学）博洛尼亚大学） 、俄国人俄国人波波夫波波夫（圣彼得堡电子科技大学）圣彼得堡电子科技大

6、学）二战期间微波通信问世并得到广泛应用二战期间微波通信问世并得到广泛应用二十世纪六十年代卫星通信出现二十世纪六十年代卫星通信出现七十年代光纤通信发明，蜂窝移动通信出现七十年代光纤通信发明，蜂窝移动通信出现1.1.1 1.1.1 通信技术发展简史通信技术发展简史13圣彼得堡电子科学与技术大学波波夫实验室1.1 通信的基本概念 14圣彼得堡电子科学与技术大学波波夫实验室1.1 通信的基本概念 15圣彼得堡电子科学与技术大学波波夫实验室1.1 通信的基本概念 161.1 通信的基本概念 19461946年第一台计算机问世。年第一台计算机问世。19691969年年APARNETAPARNET问世，随之

7、互联网技术及问世，随之互联网技术及其应用迅速发展。其应用迅速发展。1.1.1 1.1.1 通信技术发展简史通信技术发展简史信息时代是由于通信技术的飞速发展信息时代是由于通信技术的飞速发展和广泛应用而实现的，并将随着通信技术和广泛应用而实现的，并将随着通信技术的进一步发展而发展。的进一步发展而发展。17一个半世纪以来人类通信能力增长示意图一个半世纪以来人类通信能力增长示意图 公里 每秒比特1.1 通信的基本概念 18第一章绪论第一章绪论 nCommunication is the activity of Communication is the activity of conveying mea

8、ningful information.conveying meaningful information.nInformation &. MessageInformation &. Messagen通信的目的是传递消息中所包含的信息通信的目的是传递消息中所包含的信息n如何传递？如何度量？传递给谁？谁来传递？如何传递？如何度量？传递给谁？谁来传递？191.1 通信的基本概念 1.1.2 1.1.2 通信信息系统的层次结构通信信息系统的层次结构系统层次系统层次逻辑层次逻辑层次物理层次物理层次传统意义上的通信负责完成低两层的工作，传统意义上的通信负责完成低两层的工作，分别表现为点对点传输和网络化通信

9、。分别表现为点对点传输和网络化通信。信号传输是通信的基础技术。信号传输是通信的基础技术。201.1 通信的基本概念 1.1.2 1.1.2 通信信息系统的层次结构通信信息系统的层次结构通信网络的三类主要设备：通信网络的三类主要设备：传输、交换、终端传输、交换、终端。网络中所有设备按照通信协议的规定而协调工作。网络中所有设备按照通信协议的规定而协调工作。终端交换中继传输用户线传输通信网络示意图通信网络示意图21第一章绪论第一章绪论 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 通

10、信系统主要性能指标通信系统主要性能指标22通信系统：传输信息所需技术设备的总和。通信系统：传输信息所需技术设备的总和。噪声噪声信道信道信信源源信信宿宿传传输输媒媒介介发送设备发送设备接收设备接收设备通信系统一般模型通信系统一般模型产生或发出产生或发出消息的人或消息的人或机器机器接受消息接受消息的人或机的人或机器器 将信源产生的消息信号将信源产生的消息信号变换成便于传送的形式变换成便于传送的形式 从带有干扰的从带有干扰的接收信号中正接收信号中正确恢复出原始确恢复出原始信号信号1.2.1 1.2.1 通信系统一般模型通信系统一般模型1.2 通信系统的组成231.2 通信系统的组成n信源信源n信源即

11、信息的发送源。信息通过信号承载。信源即信息的发送源。信息通过信号承载。信源信号分为模拟信号和数字信号信源信号分为模拟信号和数字信号n模拟信号：模拟信号：特征量特征量取值连续的信号取值连续的信号( (幅度、幅度、频率或相位频率或相位) )n数字信号：数字信号：特征量特征量取值离散的信号取值离散的信号( (幅度、幅度、频率或相位频率或相位) )1.2.1 1.2.1 通信系统一般模型通信系统一般模型241.2 通信系统的组成连续信号tf(t)tf(nt)抽样信号模拟信号波形模拟信号波形模拟信号模拟信号特征量取值特征量取值连续的信号连续的信号数字信号波形数字信号波形f(t) 0 3 1 2 3 1多

12、进制码t 3 2 1 0 数字信号数字信号特征量取值特征量取值离散的信号离散的信号 1 1 0 0 1 0二进制码t f(t)101.2.1 1.2.1 通信系统一般模型通信系统一般模型251.2 通信系统的组成n发送设备发送设备n发送设备的功能是将信源和传输媒介匹配起来，发送设备的功能是将信源和传输媒介匹配起来，将信源产生的信号变换为便于发送的形式。将信源产生的信号变换为便于发送的形式。n发送包括基带传输和频带传输（带通传输）两发送包括基带传输和频带传输（带通传输）两种方式。种方式。 频带传输不仅可用于无线通信，也大量用于频带传输不仅可用于无线通信，也大量用于有线通信。频带传输必须先经过调制

13、。有线通信。频带传输必须先经过调制。1.2.1 1.2.1 通信系统一般模型通信系统一般模型261.2 通信系统的组成n信道信道n从发送设备到接收设备之间信号传递所经从发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介。信道分为无线信道和有线信道。过的媒介。信道分为无线信道和有线信道。n信道特性及其引入的噪声直接关系到通信信道特性及其引入的噪声直接关系到通信质量。质量。n接收设备接收设备n完成发送设备的反变换，即进行解调、译完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等等。码、解码等等。1.2.1 1.2.1 通信系统一般模型通信系统一般模型27 通信系统根据所传信息的信号表示形式，通信系统根据所传信

14、息的信号表示形式，可分为模拟通信系统和数字通信系统。可分为模拟通信系统和数字通信系统。n模拟通信系统模拟通信系统利用模拟信号传输信息的系统。利用模拟信号传输信息的系统。n数字通信系统数字通信系统利用数字信号传输信息的系统。利用数字信号传输信息的系统。1.2 通信系统的组成1.2.1 1.2.1 通信系统一般模型通信系统一般模型名词辨析：模拟信号与数字信号。名词辨析：模拟信号与数字信号。模拟信号：模拟信号：特征量取值连续的信号特征量取值连续的信号( (幅度、频率或相位幅度、频率或相位) )数字信号：数字信号：特征量取值离散的信号特征量取值离散的信号( (幅度、频率或相位幅度、频率或相位) )28

15、信信源源发送设备发送设备接收设备接收设备信信宿宿噪声噪声调调 制制解解调调信信 道道信道信道低低噪噪放放大大功功率率放放大大调幅、调频、调相调幅、调频、调相1.2 通信系统的组成1.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型模拟通信系统模型291.2 通信系统的组成1.2.3 1.2.3 数字通信系统模型数字通信系统模型发送设备发送设备301.2 通信系统的组成1.2.3 1.2.3 数字通信系统模型数字通信系统模型调制：调制：用基带信号对载波信号特定参数进行控制，以用基带信号对载波信号特定参数进行控制，以实现有用信息的寄载，并将基带信号的频谱搬移到合实现有用信息的寄载，并将基带信号的频谱搬移到合适

16、的频段以适应信道的传输。适的频段以适应信道的传输。信源编码：信源编码：提高信息传输的有效性，压缩信源中的信提高信息传输的有效性，压缩信源中的信息冗余度。对于模拟信源，还要先进行模数转换。息冗余度。对于模拟信源，还要先进行模数转换。信道编码：信道编码：提高信息传输的可靠性，发端按特定的规提高信息传输的可靠性，发端按特定的规则加入保护码元，收端进行相应的译码，以纠正传输则加入保护码元，收端进行相应的译码，以纠正传输过程中引入的的错误。过程中引入的的错误。311.2 通信系统的组成n数字通信的主要优点：数字通信的主要优点：1 1、抗干扰能力强，噪声不积累、抗干扰能力强，噪声不积累2 2、易于采用纠错

17、编码控制传输差错、易于采用纠错编码控制传输差错3 3、易于加密处理，且保密度高、易于加密处理，且保密度高4 4、便于处理、变换和存储、便于处理、变换和存储5 5、易于集成，方便小型化、易于集成，方便小型化n数字通信的主要不足：数字通信的主要不足：、数据率高、数据率高、同步要求高、同步要求高、实现复杂度高、实现复杂度高1.2.3 1.2.3 数字通信系统模型数字通信系统模型321.2 通信系统的组成n数字通信涉及的主要技术：数字通信涉及的主要技术：n信源编码与解码技术：信源编码与解码技术： 预测编码，变换编码预测编码，变换编码n加密与解密技术：加密与解密技术： 对称密钥体制，公钥体制对称密钥体制

18、，公钥体制n信道编码与解码技术：信道编码与解码技术： BCHBCH，TURBOTURBO，LDPCLDPCn调制与解调技术：调制与解调技术： FSKFSK，PSKPSK，QAMQAMn多路复用技术：多路复用技术： 频分复用，时分复用频分复用，时分复用n定时与同步技术：定时与同步技术： 载波同步，位同步，网同步载波同步，位同步，网同步1.2.3 1.2.3 数字通信系统模型数字通信系统模型331.2 通信系统的组成1.2.4 1.2.4 通信系统中的复接与同步通信系统中的复接与同步n复接与分接复接与分接n复接是将多路（基带）信号集中为一路，以便复接是将多路（基带）信号集中为一路，以便于统一传输，

19、又称为多路复用。分接是其逆过于统一传输，又称为多路复用。分接是其逆过程。程。n复接的对象可以是单路的信号，也可以是已经复接的对象可以是单路的信号，也可以是已经过复接的群路信号。过复接的群路信号。复接调制信道解调分接341.2 通信系统的组成1.2.4 1.2.4 通信系统中的复接与同步通信系统中的复接与同步n复接与分接复接与分接n单路信号的复接主要有单路信号的复接主要有 频分复用频分复用( (F Frequencyrequency DDivisionivision MMultiplexing)ultiplexing)和和 时分复用时分复用( (T Time ime DDivision ivis

20、ion MMultiplexing) ultiplexing) 。351.2 通信系统的组成1.2.4 1.2.4 通信系统中的复接与同步通信系统中的复接与同步n群路信号（数字）的复接包括同步数字系列群路信号（数字）的复接包括同步数字系列（SDHSDH）与准同步数字系列（）与准同步数字系列（PDHPDH）两种形）两种形式。式。n群路信号的复接主要用于光纤、微波等高速群路信号的复接主要用于光纤、微波等高速数字通信系统中。数字通信系统中。n复接与分接复接与分接361.2 通信系统的组成1.2.4 1.2.4 通信系统中的复接与同步通信系统中的复接与同步n同步n同步是通信系统特别是数字通信系统最重要

21、的同步是通信系统特别是数字通信系统最重要的基础技术之一。基础技术之一。n同步包括载波同步、位同步、群同步和网同步同步包括载波同步、位同步、群同步和网同步等几种。等几种。371.2 通信系统的组成1.2.4 1.2.4 通信系统中的复接与同步通信系统中的复接与同步n同步n载波同步载波同步是在接收端获得与发送载波同频同相是在接收端获得与发送载波同频同相的振荡信号，用于相干解调。的振荡信号，用于相干解调。n位同步位同步是从已解调信号中提取出码元时钟，用是从已解调信号中提取出码元时钟，用于恢复基带的数字码元。于恢复基带的数字码元。n群同步群同步用于从码元序列中正确地界定出特定的用于从码元序列中正确地界

22、定出特定的分帧。分帧。n网同步网同步用于为大规模数字通信网络提供统一的用于为大规模数字通信网络提供统一的高精度码元时钟基准。高精度码元时钟基准。38第一章绪论第一章绪论 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标391.3 通信系统分类与通信方式1.3.1 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类n按通信业务分有：电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统、多媒体通信系统。n按是否采用调制分有：基带传输系统和频带传输（带通传输）系统。n

23、按传输媒质分有：有线通信系统和无线通信系统。目前有线通信以光纤通信为主；无线通信以无线电通信为主。401.3 通信系统分类与通信方式1.3.1 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类n按工作波段，无线电通信又可分为：长波通信、短波通信、超短波通信、微波通信等系统。n按接入方式，无线电通信又可分为：频分多址、时分多址、码分多址等系统。（容量不同）n按频带利用方式，无线电通信又可分为：定频窄带通信、跳频通信、扩频通信等系统。 跳频通信与扩频通信具有较强的抗有意干跳频通信与扩频通信具有较强的抗有意干扰的能力，是军事通信的重要手段。扰的能力，是军事通信的重要手段。 411.3 通信系统分类与通信方式

24、1.3.2 1.3.2 主要通信方式主要通信方式n按消息传送的方向与时间分按消息传送的方向与时间分n单工通信单工通信n消息只能单向传输的通信工作方式消息只能单向传输的通信工作方式n广播、遥控、无线寻呼等广播、遥控、无线寻呼等n半双工通信半双工通信n通信双方都具备收发能力，但收发不能同时工作通信双方都具备收发能力，但收发不能同时工作n单条信道单条信道n全双工通信（全双工通信（Full DuplexFull Duplex）n收发双方可同时进行双向消息传输的方式收发双方可同时进行双向消息传输的方式n需双向信道需双向信道TD-SCDMA TD-SCDMA （TDTD：Time-division Dup

25、lexTime-division Duplex）421.3 通信系统分类与通信方式1.3.2 1.3.2 主要通信方式主要通信方式n按数据代码排列的方式分按数据代码排列的方式分n并行传输：速度快，但多个并行信道成本高；并行传输：速度快，但多个并行信道成本高；n串行传输：速度慢，但只需单个信道。串行传输：速度慢，但只需单个信道。n 并行传输不仅可用于基带传输系统，还可用于频并行传输不仅可用于基带传输系统，还可用于频 带传输系统中，如多载波调制（带传输系统中，如多载波调制（MCM）。）。n其中最重要的技术是正交频分复用其中最重要的技术是正交频分复用OFDM。431.3 通信系统分类与通信方式1.3

26、.2 1.3.2 主要通信方式主要通信方式特点：特点：以增加处理运算量为代价，采用多个信以增加处理运算量为代价，采用多个信道传输，大大降低了每个子信道的码元传输速道传输，大大降低了每个子信道的码元传输速率，可有效抵抗信道干扰，降低传输差错率。率，可有效抵抗信道干扰，降低传输差错率。441.3 通信系统分类与通信方式1.3.2 1.3.2 主要通信方式主要通信方式 当满足一定的条件，各子载波相互当满足一定的条件，各子载波相互正交，在接收端能完全区分，从而可正确解调。正交，在接收端能完全区分，从而可正确解调。系统具有很高的频带利用率。系统具有很高的频带利用率。451.3 通信系统分类与通信方式1.3.2 1.3.2 主要通信方式主要通信方式系统框图：系统框图：46第一章绪论第一章绪论 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标47内涵的载体内涵的载体载体的载体载体的载体传输的内涵传输的内涵1.4 信息及其度量 1.3.2 1.3.2 消息、