通信原理-chap绪论

通信原理课程概览：通信原理（第6版），等编，国防工业

。参考书：

数字通信(第四版)(英文版)，[美]G.Proakis

，电子工业John现代通信原理， 等编，

通信原理学习辅导与考研指导(第6版)，等编，国防工业学时：48学时；学分：3学分考核方式：作业（15%）+课堂（15%）+考试（70%）2020/11/172通信原理课程的地位与作用《通信原理》是一门专业基础课程,在通信类专业的学习中占有极其重要的地位，是通信领域知识树的主干，起着承上启下、顶天立地的重要作用。要求从模块级、系统级两个层次上，深刻理解通信系统的基本理论，熟练掌握对通信系统进行分析和设计的基本方法，以及掌握现代通信方面不断涌现的新理论新技术。绝大部分院校，都将此课作为通信类专业研究生的考研课程，通过考核来确定考生是否具备在通信专业继续学习的相关基础知识。2020/11/173通信原理相关的前续课程与《通信原理》课最相关的前续课程是：《高等数学》提供理论上分析推导的数学基础；《概率与随机过程》指导如何弄清随机信号（通信中的信号即为此类信号）的性质、规律,以及对其分析的方法；《信号与系统》对确知信号不仅进行时域分析，而且可以变换到频域、复频域上分析的分析方法2020/11/174《通信原理》课程特点理论性表现为有大量、严密的数学推导和公式，而且分析推导的方法往往从时域和频域同时展开，要求从时域和频域的不同侧面全面、准确、方便地理解信号,掌握系统处理的特点和结果。为了真正弄懂通信系统的原理和分析方法，需要在学习时必须埋下头、静下心,自己动手认真推导公式细心体会得到的结论，不能只求知道和记住结论和公式。而想要达到灵活运用结论和公式，需要进行必要的练习,因此希望认真地对待每一道习题。2020/11/175《通信原理》课程特点系统性不同于电路、模电、数电,只是实现一个局部的功能,通信原理研究的往往是某一种点对点的完整通信系统。这是它作为专业课的特点之一。第一章就像

游览时的总导游图,告诉

在以后各章的一条条游览线路。学好第一章,就会一图在手,心中有数,

知道通过通信原理课的学习, 掌握哪些知识。第五章模拟调制系统是模拟线路图，数字通信系统是另一条数字线路图,支线是数字基带传输系统（第六章）、数字带通传输系统（第七章）和新型数字带通调制技术（第八章）。而第九章模拟信号的数字化,是从模拟线路图线路要想游览数字线路所架设的索道,有了这条索道就可以实现模拟信号的数字传输。第十章的最佳接收、第十三章同步系统都是通信系统中的关键技术,它们就像故宫中的珍宝馆,是精华和 点。每开始学习新的一章,就该拿出这张导游图来,看看游览哪些景点？掌握哪些内容？每学完一章后,还应该拿出导游图,查查是否每个景点都游到了、学会了。如果说要把书从厚读薄,那么这张总的导游图就是这本书的全部。2020/11/176《通信原理》课程特点物理性通信系统中的原理和物理量都有明确的物理意义,在学习的过程中必须仔细体会、深刻理解。不能只停留在简单地记住它,给一些现成的量带进去计算一下。一个公式推导出来,要仔细地分析：在这个公式中有哪些物理量？他们的量纲为何（这往往就是它的物理意义所在）？他们反映了实际系统中的什么？这些量都是如何相互联系、相互作用的？公式运用的条件？公式能得出什么结论？如何应用这个公式等等。举例：e

=mc2，

e

=[

×米]=[千克•米/秒2

×

米]=[千克

×米2/秒2]=m

×

c2对于搞工程的人来说，在学习中只做到代代公式解解题,是不够的。

的目的是解决问题,因此,面对每一道习题,就像面对一个需要具体解决的实际课题。在解题过程中,请 把平时对各个公式的思考带进去,从中体会实际与公式中各个量的关系和意义。在每一道题上分清不同的条件带来的影响,分析由此带来的不同结果,提出解决的步骤,感受计算数据的意义。只有经过这样不断的思考,你的知识才会升华,才会变成你解决问题的秘技。2020/11/177《通信原理》课程学习建议建议预习,但不必化太多时间（5-10分钟）,了解一下下一次课讲什么,做到心中有数即可。建议课堂以听为主，积极思考，只记思路和主干，细节课后整理补全，遇到问题及时与同学和老师。作业争取独立完成,可以参考解答,但一定看明白、想清楚,不要抄抄了事。通信原理的内容每章相互有联系,也相对独立,因此,不要因为某一章没有学好而自暴自弃。比如，第四章与第六章联系较少,你大可不必因为第四章没学好而放弃第六章的学习。所以,请不论到何时都不要放弃。每学完一章，会进行小结,但与此同时,也请

自己小结一下,理清这一章的知识框架结构,看准重点和难点,把书本学薄,在此基础上,在结构上加上细节,又把书本读厚。这样一薄一厚,再加上你平时的思考,会使你不仅巩固了所学的知识,而且会站在一个更高的角度看问题和解决问题。2020/11/1782020/11/《通信原理》课程学习内容第一章绪论个学时第三章随机过程个学时第四章信道个学时第六章数字基带传输系统个学时第七章数字带通传输系统个学时第九章模拟信号的数字传输个学时第十章数字信号的最佳接收个学时第十三章同步原理个学时第十四章通讯网4个学时现代通信原理第一章 绪论2020/11/1711本章主要内容通信的概念通信系统的组成、分类及传输方式信息的度量、通信系统性能指标引言通信：克服距离上的

，迅速而准确地传递信息按通信交流方式与技术不同，可以将通信发展历史大致分为五个阶段：语言的出现。人力、马力、烽火台的原始文字的出现。发明文字，出现邮政。印刷术的出现。发明印刷术。。电气通信时代。以电报、 、广播为代表。信息时代。语音、数据和图象等多 通信，计算机与通信结合。2020/11/1712烽火台2020/11/17132020/11/17142020/11/17152020/11/17161.

1

通信的基本概念通信(communication)的目的：传递消息中所包含的信息，实现信息的时空转移。消息(message)：是物质或精神状态的一种表现形式，例如语音、文字、音乐、数据、

或活动图像等。信息(information)：是消息中包含的有效内容。实现通信的方式和

：非电的：如旌旗、消息树、烽火台…电的：如电报、 、广播、电视、 、遥测、因特网和计算机通信等。现在也包括光通信。2020/11/1717问世电信发明史1837年：

发明有线电报1876年：贝尔发明有线1918年：调幅无线电广播、超外差1938年：商业电视广播开播1968年：最早期的因特网ARPANET架设1985年，诞生第一台真正的移动…

…

…

…

…Now，高速、多

、个人通信，全面进入信息时代后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”，也包括光通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。2020/11/17182020/11/17噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。191.2

通信系统的组成1.2.1

通信系统的一般模型信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。2020/11/17201.2.2

模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟信号和数字信号模拟信号：代表消息的信号的某一参量取值连续，不一定要在时间上连续，比如在幅度上可以取无穷多个值，也属于模拟信号。例如麦克风输出电压。0t0t2020/11/1721(a)

话音信号(b)抽样信号图1-2模拟信号数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，

相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。0tt码元(a)

二进制信号2020/11/1722(b)

2PSK信号数字信号图1-3模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统：图1-4

模拟通信系统模型两种变换：模拟消息

原始电信号（基带信号）基带信号

已调信号（带通信号）（携带信息，适合在信道中传输）2020/11/1723数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统图1-5

数字通信系统模型信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性（如压缩技术）完成模/数转换信道编码与译码目的：增强

能力加密与

目的：保证所传信息的安全数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致信息源信源编码信道译码信道编码信道数字调制加密数字解调解密信源译码受信者噪声源2020/11/17241.2.3数字通信的特点优点能力强，且噪声不积累传输差错可控便于处理、变换、便于将来自不同信源的信号综合到一起传输易于集成，使通信设备微型化，重量轻性好易于加

理，且缺点：需要较大的传输带宽对同步要求高2020/11/17251.3

通信系统分类与通信方式2020/11/17261.3.2

通信方式单工、半双工和全双工通信单工通信：消息只能单方向传输的工作方式半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式2020/11/1727优点：节省传输时间，速度快：不需要字符同步措施缺点：需要

n

条通信线路，成本高发送方接收方并行传输和串行传输并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输同时发送8比特011011002020/11/1728优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施其他分类方式：同步通信和异步通信专线通信和网通信发送方01100100接收方01100100并行/串行转换器串行/并行转换器0

1

1

0

0

1

0

0串行传输

：将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输8比特依次发送2020/11/17291.4

信息及其度量信息、信号和消息三者的关系信号是消息的载体，而信息是消息的内涵（包含有意义的内容）消息：信息的一种表现形式信息的概念：是消息中包含的有效内容，是用来减少不确定性的东西。如何度量离散消息中所含的信息量?度量信息量的原则能度量任何消息，并与消息的种类无关。度量方法应该与消息的重要程度无关。消息中所含信息量和消息内容的不确定性和概率有关【例】a

“有人被狗咬了”；b

“一条狗

咬了”的信息。显然，b消息比a消息包含有上例表明：消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。2020/11/1730度量信息量的方法信息量：是对信息内容的不确定性程度的描述事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述：消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。设：P(x)－消息发生的概率，I

－消息中所含的信息量，则P(x)和I

之间应该有如下关系：I

是P(x)的函数：I

＝I

[P(x)]反比关系：P(x)

，I

；

P(x)

，I

；P(x)=1时，I

＝

0；P(x)=0时，I

＝

；相加性：I[P(x1

)P(x2

)]

I[满足上述3条件的关系式如下：——信息量的定义1P(x)2020/11/17311I

loga

log

P(x)a上式中对数的底：若a

=2，信息量的单位称为比特(bit)

，可简记为b若a

=e，信息量的单位称为奈特(nat)，若a

=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)

。通常广泛使用的单位为比特，这时有

log2

P(x)

(b)【例】设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字“0”或“1”，则信源每个输出符号的信息含量为因此，在工程应用中，把一个二进制码元称作1比特P(x)1I

loga

log

P(x)a21I

logP(x)/212

2log1(b)2I

I(0)lo(g1)2020/11/1732若有M个等概率波形（P

=1/M），且每一个波形的出现是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为若M是2的整幂次，即

M

=2k，则有当M

=4时，即4进制波形，I

=2比特，当M

=8时，即8进制波形，I

=3比特。22020/11/1733

log

M

(b)212

1/

MPI

log

1

log2I

log 2k

k

(b)对于非等概率情况设：一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符号xi

(i=1,

2,

3,

…,M)按一定的概率P(xi)独立出现，即由于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵Mx1,P

x1

,

P

x2

,

,

P且有Mi1

P(xi

)

1则x1

,

x2,

x3,…,

xM所包含的信息量分别为log2

P(x1)

，

log2

P(x2

)，

，

log2

P(xM

)于是，每个符号所含平均信息量为H

(x)

P(x1

)[log2

P(x1

)]

P(x2

)[log2

P(x2

)]

P(xM

)[log2

P(xM

)](1.4

9)(比特/符号）Mi1

P(xi

)lo

g2

P(xi

)2020/11/1734【例1】一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息

20102013021300

0120210的信息量。【解】此消息中，“0”出现23次，“1”出现14次，“2”出现13次，“3”出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量I

23log

2

8/

3

每个符号的算术平均信息量为I

108

1符号数

572020/11/1735I

若用熵的概念来计算：I

57

1.906

108.64

(b)以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处理方法不同。前一种按算数平均的方法，结果可能存在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而减小。当消息序列较长时，用熵的概念计算更为方便。82020/11/173648

412

82

42

8

2

4

1.906

（比特/符号）则该消息的信息量1

1

logH

3

log

3

1

log

1

1

log2020/11/1737连续消息的信息量关于连续消息的信息量可以用概率密度函数来描述。可以证明，连续消息的平均信息量为式中，f

(x)－连续消息出现的概率密度。

af

x

log

f

xdxH

(x)

2020/11/17381.5

通信系统主要性能指标通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的

“质量”问题。模拟通信系统：有效性