通信原理课件-第一章概论

第一章

概论

主要内容：通信系统的基本概念及模型。通信网的基本概念。通信系统的技术指标。重点：通信系统模型。通信系统的任务。1.1引言1.2通信系统的组成1.3通信系统的分类及通信方式

1.4主要性能指标及其发展1.1引言2、通信系统：以电信号作为信息转换和传输系统。3、通信网：多用户通信系统互联的通信体系。（多点中的任意两点间的双向传输）包括电信网，CATV网，计算机网，移动通信网，广播电视网等框图一、基本概念1、通信:完成信息的转换和传输。

信道

交换机电话网结构示意图:构成网的基本要素：终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）

交换机终端终端噪声局间传输局内传输局内传输

通信:信息（或消息）的传输和交换。（要求准确、迅速）

消息：信息的物理表现形式。如语言、文字、数据或图像等。

信息：消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。

电通信：是利用电（电流或电波，包括光）来传递信息。现代通信一般均是指“电通信”。信号：消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。

通信系统：是完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。基带信号：频率比较低，最高频率与最低频率的比值较大（>>1）的电信号。频带信号：基带信号经过调制以后，频谱搬移到较高的频率范围的信号。特点是：1、便于携带信息；2、适合在信道中传输；3、信号的频谱具有带通形式，且中心频率远离零频。基带传输：基带信号在信道中直接传输的一种方式。频带传输：频带信号在信道中传输的方式。语言文字

印刷术

计算机网络不可存储；速度低；广泛性低。可存储；广泛性低。

表情动作可存储；速度低；广泛性高。

电报电话在任何时刻可以在网上获得有效信息。通信系统总模型：通信系统由四部分组成。通信原理的讨论是围绕通信系统的模型而展开的根据具体的通信形式有具体的系统模型与之对应

各处的噪声之和信号源发送设备信道接收设备受信者噪声源

发送端接收端模拟系统框图：

信号源调制器解调器受信者噪声源信道基带信号频带信号频带信号基带信号数字系统框图：

编码器

噪声源

加密器信息源调制器信道受信者解密器译码器

解调器注：缺省同步系统。模拟信号与数字信号模拟信号：凡信号的某一参量（如连续波的振幅、频率、相位、脉冲波的振幅、宽度、位置等）可以取无限多个数值，且直接与消息相对应。数字信号：凡信号的某一参量只能取有限个数值，并且常常不直接与消息相对应。1.2通信系统的组成一、通信系统模型（总模型）描述点对点的通信二、模拟通信与数字通信系统模型1、模拟系统

2、数字系统

传输的信号是“离散”的强调已调参量和基带信号之间的一一对应性。数字通信的特点

1）数字信号传输中所受的干扰可通过差错控制编码控制并消除。增加编码器、解码器

2）需要保密时可对基带信号人为“扰乱”加密、解密

3）传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。收发须同步控制：包括码元同步、帧同步、群同步等。数字通信系统的具体模型也根据其设计方法有所不同常用的方式分两大类：数字基带传输系统和数字调制系统数字通信的优点：

1)数字传输的抗干扰能力强,尤其在中继时,数字信号可以再生而消除噪声的积累

2)传输差错可以控制,从而改善了传输质量

3)便于使用数字信号处理技术来对数字信息进行处理

4)数字信息易于作高保密性的加密处理

5)数字信息可以综合传递各种消息,使通信系统功能增强其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的。在系统频带紧张的场合这将成为其缺点。1.3通信系统的分类及通信方式

1、按消息的物理特征分类（业务）

2、按调制方式分类

信号数字：PCM

、∆M等脉冲数字调制AM、DSB、SSB、VSBFM、PM模拟调制信号数字：ASK、FSK、PSK、DPSK

数字调制信号模拟信号模拟：PAM、PDM、PPM脉冲模拟调制正弦波调制脉冲调制两类一、通信系统分类3、按信号特征分类

4、按传输媒介分类

5、按信号复用方式分类频分复用时分复用码分复用二、通信方式1、单工、半双工、全双工串序传输并序传输2、数字通信1.4主要性能指标及其发展

接续质量：迅速性传输质量：清晰度稳定质量：可靠性涉及系统的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用有效性、可靠性的具体体现是消息传输的速度和质量问题误差形式：1）加性干扰产生的误差通常由噪声引起

2）乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起。信息量：衡量单位时间内传送消息中有效内容的能力一、模拟系统性能指标：信息量和均方误差均方误差：衡量发送和接收信号之间的误差程度二、数字通信系统性能指标：

传输速率和差错率数字信号的描述：二进制：0、1两个状态

N进制：0、1、2…N-1N个状态进制之间的相互转换关系：例：N=4

表示4进制的每个状态可用2位二进制状态描述；若为小数，则取大于此值的第一个整数。

码元的概念：在二进制中，用相同的时间间隔表示一位二进制数字，这个时间间隔称为码元长度。在码元长度内的信号称为二进制码元。所以二进制的每个码元时间上等长。同理

N进制的每个码元时间上也等长。

传输速率：码元传输速率。又称码元速率或传码率定义：每秒钟传送码元的数目。不同进制的码元速率转换关系已知N进制信号（），码元速率为，单位：符号/秒若将其转化为二进制信号，码元速率为，单位：波特则差错率：误码率、误信率误码率：码元在传输系统中被传错的概率。即接收的错误码元数在传送总码元数中所占的比例误信率：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。即接收中丢失信息量在传送信息总量中所占的比例三、通信发展的概况1838莫尔斯有线电报1948晶体管香农IT通信统计理论建立1864麦克斯韦尔电磁辐射方程1950时分多路通信应用于电话1876贝尔电话1956越洋电话铺设1896马克尼无线电报1957第一颗人造卫星发射1906真空管1958第一颗通信卫星发射1918调幅广播超外差接收机1960发明激光1925三路明线载波电话多路通信1961发明集成电路1936调频广播1962第一颗同步通信卫星PCM进入实用1937脉冲编码调制1960彩电数字传输理论高速计算机1938电视广播1970LSI商用卫星程控交换光纤通讯1940二战刺激雷达和微波系统发展1980SLSI长波光纤通信ISDN3G塞缪尔·莫尔斯（SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872），作为一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。1826年至1842年任美国画家协会主席。在一次远洋旅途中，莫尔斯结识了杰克逊。杰克逊是波士顿城的一位医生，也是一位电学博士。闲聊中，杰克逊把话题转到电磁感应现象上。从此，莫尔斯走上了科学发明的崎岖道路。为了维持生活，莫尔斯于1836年不得不重操旧业，担任纽约大学艺术及设计教授。课余时间，他仍然继续从事电报发明工作。终于在1837年9月4日，莫尔斯制造出了一台电报机。1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，进行电报发收试验。年过半百的莫尔斯在预先约定的时间，兴奋地向巴尔的摩发出人类历史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句话的电报：“上帝创造了何等的奇迹!”1862年31岁，麦克斯韦发表了第二篇论文《论物理力线》，不但进一步发展了法拉第的思想，扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三篇论文《电磁场的动力学理论》，从几个基本实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克（MaxPlankl858—1947）指出的：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界”。赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁。1886年29岁发现电磁波，其后不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术：无线电报（1894年）、无线电广播（1906年）、无线电导航（1911年）、无线电话（1916年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（1923年）、电视（1929年）、微波通讯（1933年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。

赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。信息论的创始人香农Shannon，1916年生于美国，大学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过布尔代数课，并曾在发明微分分析仪的数学家布什的指导下使用微分分析仪，这使他对继电器电路的分析产生兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代数。1938年，香农发表了著名的论文《继电器和开关电路的符号分析》，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。后来，香农到贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任