通信原理教程 第一章绪论：引言

1、通信原理第一章绪论：引言通信：信息传输通信的意义：信息-资源通信技术、传感技术、计算机技术（IT）本书的侧重：信息传输的原理第一章内容概述阐述基本概念通信系统的组成通信系统的分类通信方式介绍关于信息及其度量通信性能的主要性能指标1.1 通信的基本概念通信的目的：传递消息中的信息消息：语言、文字、音乐、数据、图片、视频信息：消息中的有效内容通信的作用：信息的时空转换，消息传输、信息传输1.1 通信的基本概念通信（信息传递）的方式：手势、语言、烽火电报、电话、广播、电视、互联网、移动网“电信”：利用电信号传递信息1837：有线电报， 1862：麦克斯韦，电磁波1876：电话， 1895：马可尼，无

2、线电报1918：无线电广播1981/1G：移动电话 1990/2G,2001/3G,2010/4G2010：3D电视电信的优点：迅速、准确、 不受时间空间的限制1.2 通信系统的组成通信系统的一般模型信息源：消息电信号模拟信源：连续模拟信号数字信源：离散的数字信号模拟信源+数字化处理数字信号1.2 通信系统的组成通信系统的一般模型发送设备：产生适合在信道中传输的信号发送信号的特性和信道的 特性相匹配抗干扰功率发送技术：变换、放大、滤波、 编码、调制、多路复用、 波束成形1.2 通信系统的组成通信系统的一般模型信道：传输所在的物理媒质发射和接收之间自由空间有线信道，明线、电缆、光纤干扰、噪声会影

3、响通信质量随机噪声固定噪声1.2 通信系统的组成通信系统的一般模型接收设备：信号放大、反变换（译码，解调）恢复分路抗干扰，抑制噪声受信者：将电信变成可感知的信息1.2模拟通信系统模型和数字通信系统的模型信息分类：连续、离散连续消息：消息的状态连续变化或不可数离散消息：消息的状态是可数的或离散的符号、数据模拟信号：电信号的参数取值连续（不可数、无穷多）数字信号：电信号的参数取值可能取有限值1.2模拟通信系统模型和数字通信系统的模型数字信号和模拟信号的区别模拟通信系统模型变换1：从连续信号到基带电信号的变换，或反之概念：基带信号变换2：把基带信号变换成信道中传输的信号概念：已调信号、带通信号、频带

4、信号其他可能的变换：滤波、放大、辐射本课程的侧重：调制与解调数字通信系统模型数字通信系统模型数字通信系统涉及的技术：信源编码与译码：提高信息传输 的有效性：压缩技术：减少码元数目（信息量不变），降低码元速率模数转换数字通信系统模型数字通信系统涉及的技术：信道编码与译码：增强数字信号的抗干扰能力： 加入“监督元”加密与解密： 扰码加密数字通信系统模型数字通信系统涉及的技术：数字调制与解调：频谱搬移，由低到高， 由基带到带通调制方式：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）解调方式：相干解调非相关解调数字通信系统模型数字通信系统涉及的技术：同步：

5、收发两端信号在时间上保持步调一致载波同步，位同步，群（帧）同步网同步1.2数字通信的特点抗干扰能力强，噪声不累积波形类型的判别中继传输差错可控：检错、纠错便于数字信息处理、变换、 存储、打包易于集成易于加密缺点：较大的传输带宽同步系统设备复杂1.3通信系统的分类与通信方式通信系统的分类：按照业务分：电报、电话、数据、图像按照调制方式分：基带（无调制）传输、带通基带传输：室内电话、有线电视通信系统的分类与通信方式通信系统的分类：带通调制方式通信系统的分类与通信方式通信系统的分类：按照信号特征分：模拟信号/数字信号按照传输媒质分：有线/无线按照工作频段分：长波、中波、短波、远红外 通信系统的分类与

6、通信方式通信系统的分类：按照信号特征分：模拟信号/数字信号按照传输媒质分：有线/无线按照工作频段分：长波、中波、短波、远红外 通信系统的分类与通信方式通信系统的分类：按照信号复用方式分：频分时分码分空分路分通信方式通信方式：单工、半双工、全双工并行传输与串行传输（多指数据传输）并行：打印线串行同步/异步网络结构：点对点、点到多点、多点之间信息与信息量信息的多少与消息所代表的事件的发生概率有关：概率小，信息量大概率大，信息量小定义：消息所代表的事件的概率： 信息量： 确定 与 之间的关联： 越小， 越大 应该符合叠加的特性：小概率的事件联合发生的概率更加小，但是信息量更大。信息与信息量结论：关于

7、 ： ，信息量的单位为比特，bit ，信息量的单位为奈特， nat ，信息量的单位为哈特莱，Hartley通常取 ，即信息量的单位为bit（b）信息与信息量举例：消息所代表的事件等概率时：例，发送0，1的信息采用相等的概率于是将某个二进制码元称为1个bit等概率发送四个波形（码元），每个波形具有2比特等概率发送八个波形（码元），每个波形具有3比特。等概率发送M个波形（码元），每个波形具有 比特信息与信息量举例：消息所代表的事件具有不同概率时：M个符号，例概率为 的信息量为每个发送码元的信息量的统计平均/每个码元的熵信息与信息量举例：一串事件的信息量：见书中例子总的信息量每个符号的算术平均信息量

8、连续信息的信息量计算通信系统的性能指标有效性和可靠性：有效性：传输的信息量与占用的资源的比例。如传输一定数量的比特所需要的频宽可靠性：输出信噪比。信噪比高，可靠性好。有效性具体指标：1）码元传输速率 ，即码元速率定义：每秒传递码元的数目，单位波特每秒注意：不是比特每秒。该数值与码元的进制有关。2）信息传输速率定义：每秒传递的平均信息量或比特数，单位比特每秒与码元传输速率的关系： 通信系统的性能指标有效性具体指标：3）频带利用率定义：单位带宽内的传输速率可靠性具体指标：1）误码率 2）误信率321.4 信 道 1.4.0 信道的定义：译码器输 入发转换器 媒 质收转换器 解 调 器 调 制 器（

9、调 制） 信 道广义（编码）信道编码器输 出1.4.1 无线信道无线电通信的起源英国数学家麦克斯韦与1864年根据法拉第的实验在理论上做出电磁波预言，后被德国物理学家赫兹用实验证明。电磁波发射对波长的要求天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。频段（波长）划分34频段（波长）划分 频率范围 名 称 典型应用 (kHz) 3 30 甚低频(VLF) 远程导航、水下通信 (10-100 km)声纳、授时 30 300 低频(LF) 导航、水下通信 (1-10 km)无线电信标300 3000 中频(MF) 广播、海事通信、 (100-1000m)测向、遇险求救、 海岸警卫35频段（波长）划分 频率范

10、围 名 称 典型应用 (MHz) 3 30 高频(HF) 远程广播、电报、电话、飞机 (10-100m) 与船只间通信、船岸通信、 业余无线电 30 300 甚高频(VHF) 电视、调频广播、陆地交通、 (米波） 空中交通管制、出租汽车、 警察、导航、飞机通信 300 3000 特高频(UHF) 电视、蜂窝网、微波链路、 (分米波） 无线电探空仪、导航、卫星 通信、GPS、监视雷达、 无线电高度计 36频段（波长）划分 频率范围 名 称 典型应用 (GHz) 3 30 超高频(HF) 卫星通信、无线电高度计、 （厘米波） 微波链路、机载雷达、气象 雷 达、公用陆地移动通信 30 300 极高频

11、(VHF) 铁路业务、雷达着陆系统、 （毫米波） 实验用 300 3000 亚毫米波 实验用 （0.1 1 mm）频段（波长）划分 频率范围 名 称 典型应用 (THz) 43 430 红外线 光通信系统 (7 0.7 m) 430 750 可见光 光通信系统 (0.7 0.4 m) 750 3000紫外线光通信系统 (0.4 0.1 m)注：kHz = 103 Hz, MHz = 106 Hz, GHz = 109 Hz, THz = 1012 Hz, mm = 10-3 m, m = 10-6 m对流层地球010 km电离层60300 km平流层电磁波传播：地波、天波、视线传播地 波电磁波趋于沿弯曲的地球表面传播，有一定的绕射能力频率：2MHz 以下绕射：发生在波长障碍物尺寸可比时通信距离：可