通信原理第一章课件

第一章绪论

主要内容：通信系统的基本概念及模型通信网的基本概念系统的技术指标重点：通信系统模型通信系统的任务信号在传输过程中的无失真分析思路第一章绪论主要内容：重点：11.1通信的基本概念1.2通信系统的结构1.3通信系统的描述

1.4信息量

1.5通信系统的主要性能指标

作业1.1通信的基本概念1.2通信系统的结构1.3通2作业习题1-2、4、7作业习题1-2、4、73信道

交换机电话网连接示意图:为用户

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信道交换机电话网连接示意图:为用42.通信系统：实现两个用户之间信息单向传输的设备。(点~点)

3.通信网：实现多用户中任意两用户间的信息双向传输。

(任意点~点)包括：电信网、广播电视网、计算机网、移动网等4.网的结构：网型、环型、星型、总线型等1.通信:准确完成信息的传输。5.网的组成:以电话网为例

框图1.1通信的基本概念距离？消息？2.通信系统：实现两个用户之间信息单向传输的设备。5本课程拟探讨的问题1.构造信号的特征参数，以利于信道传输。

2.设计信道的特征函数，以匹配信号传输。

本课程拟探讨的问题1.构造信号的特征参数，以利于信道传输6信号的特征参数

强度：小信号（μ

V、mV级）、大信号（V级）频率：低频、高频（f>30KHz）原始信号：反映自然物理现象变化的信号其特征为低频、小信号语音信号：30~3400Hz图像信号：0~6MHz传输信号：适合信道传输基带信号：低频频带信号：高频带通原始信号、传输信号、接收信号信号的描述方法时域：f(t)频域：F(ω)接收信号：随机性信号的特征参数强度：小信号（μV、mV级）、大信7信道的特征函数H(jω)幅频函数频响特性曲线ω低通带通高通带宽W=ω1W=ω3-ω2ω1ω2ω3ω4相频函数信道的特征函数H(jω)幅频函数频响特性曲线ω低通带通高8通信系统总模型通信系统包括发、传、收、噪声四部分不同的通信方式所对应的子模块有变化各处的噪声之和信号源发送设备信道接收设备受信者

发送端接收端噪声源通信系统总模型通信系统包括发、传、收、噪声四部分各处的噪声之9模拟系统框图信号源调制器受信者噪声源信道基带信号频带信号解调器载波同步模拟系统框图信号源调制器受信者噪声源信道基带信号频带信号10频带信号基带信号数字系统框图

噪声源信源编码加密信道编码信息源调制器信道受信者

解调器信道译码解密信源译码载波同步码元同步频带信号基带信号数字系统框图噪声源信源编码信息源调制111.2.1通信系统模型（总模型）点~点的单向通信系统框图1.2.2模拟与数字通信系统模型1.模拟系统

框图2.数字系统

框图1.2通信系统的结构特点：应用调制解调技术分类：数字基带传输系统和数字频带传输系统特点：抗干扰性能好1.2.1通信系统模型（总模型）点~点的单向通信系统12数字通信的优点1)数字传输的抗干扰能力强利用中继再生消除噪声的积累2)传输差错可以控制利用差错控制编码技术消除噪声的影响3)便于使用数字信号处理、加密技术等优点的实现是利用占据更宽的系统带宽而获得在系统频带（资源）紧张的场合将成为其缺点数字通信的优点优点的实现是利用占据更宽的系统带宽而获得13AM、DSB、SSB、VSBFM、PM脉冲调制正弦波调制模拟调制1.3通信系统的描述1.按消息（业务）的物理特征分类电报、电话、数据、图像通信系统2.按调制方式分类编码调制PCM、DPCM、∆M数字调制ASK、FSK、PSK、DPSK模拟调制PAM、PDM、PPM1.3.1系统分类AM、DSB、SSB、VSBFM、PM脉冲调制正弦波调制模拟143.按信号特征分类模拟与数字通信系统4.按传输媒介分类有线：线对、同轴电缆、波导、光纤5.按信号复用方式分类频分复用：使各路信号占据不同的频率范围时分复用：使各路信号占据不同的时间区间码分复用：用一组包含正交码字的码组携带各路信号无线：电磁波（长波、中波、短波、微波等）3.按信号特征分类4.按传输媒介分类5.按信号复用方式151.3.2信号传输方式半双工：通信双方均能收发消息但不能同时收发。如无线对讲机单工：单方向传输（一点发、一点收）。如遥控器全双工：通信双方能同时收发信号。如电话机单工、半双工、全双工串行传输：将数字信号序列按时间顺序一个接一个的传输。它占用一条通路，适合远距离。并行传输：将数字信号序列分割成多路同时传输，适合近距离。数字通信1.3.2信号传输方式半双工：通信双方均能收发消息但不能161.4信息量消息：具体形式的信号信息：消息中有意义的内容，具有不确定性信息量：信息的度量，应用概率来描述不确定性特征：预先确知的消息不携带任何信息事件出现的概率小，不确定性多，信息量大，反之则少。信道容量C：单位时间内信道上所能传输的最大信息量信道带宽噪声功率信号功率1.4.1基本概念噪声单边功率谱密度1.4信息量消息：具体形式的信号信息：消息中有意义的17符号的信息量Ii

反比关系单位：a=2时bit(比特)a=e

nit(奈特)统计平均信息量H(x)1.4.2离散消息信息量的计算例bit/符号离散消息：包含N个独立符号x0…

xN-1的集合x0…

xN-1出现的概率分别为

p(x0)…

p(xN-1)熵1.4.3连续消息信息量的计算符号的信息量Ii反比关系单位：统计平均信息量H(18例：已知离散信源包含四个独立符号0、1、2、3，各自出现的概率为，求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。符号的算术平均信息量解：符号的信息量Ii

消息的总信息量0：23次2：13次1：14次3：7次例：已知离散信源包含四个独立符号0、1、2、3，求消息219统计平均信息量H(x)消息的总信息量统计平均信息量H(x)消息的总信息量201.5主要性能指标系统的任务：准确、有效地传输信息其主要性能指标为有效性和可靠性，两者相互制约。模拟通信系统数字通信系统有效性：所需的信道带宽可靠性：接收端的输出信噪比不同调制方式生成的信号，需要不同的传输带宽有效性：传输速率、频带利用率可靠性：差错率电话：20~40dB电视：40dB以上1.5主要性能指标系统的任务：准确、有效地传输信息其主21码元：描述离散信号状态的符号二进制信号中，码元为“0”、“1”N进制信号中，码元为“0”、“1”∙∙∙“N-1”特征：每个码元占据的时间相等例码元传输速率RB

：单位时间里传输的码元数目传输速率单位：bit

/s或bps信息传输速率Rb

：单位时间里传输的信息量单位：波特(Baud)频带利用率η

单位：B/s

bit/s/Hz码元：描述离散信号状态的符号例码元传输速率RB：单位时间里22例：RB与Rb的计算及转换关系

等概情况二进制定义码元时间宽度为Ts,p0=p1=1/2N进制p0=p1=

∙∙∙

=pN-1=

1/N例：RB与Rb的计算及转换关系等概情况二进制定义码元时间23误信率Pb

：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率误差原因：1）存在加性干扰噪声2）存在乘性干扰噪声信道传输特性不理想引起差错率误码率Pe

：码元在传输系统中被传错的概率仅研究加性干扰噪声的影响误信率Pb：码元的信息量在传输系统中被丢失的概率误差原因：24第一章绪论

主要内容：通信系统的基本概念及模型通信网的基本概念系统的技术指标重点：通信系统模型通信系统的任务信号在传输过程中的无失真分析思路第一章绪论主要内容：重点：251.1通信的基本概念1.2通信系统的结构1.3通信系统的描述

1.4信息量

1.5通信系统的主要性能指标

作业1.1通信的基本概念1.2通信系统的结构1.3通26作业习题1-2、4、7作业习题1-2、4、727信道

交换机电话网连接示意图:为用户

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信道交换机电话网连接示意图:为用282.通信系统：实现两个用户之间信息单向传输的设备。(点~点)

3.通信网：实现多用户中任意两用户间的信息双向传输。

(任意点~点)包括：电信网、广播电视网、计算机网、移动网等4.网的结构：网型、环型、星型、总线型等1.通信:准确完成信息的传输。5.网的组成:以电话网为例

框图1.1通信的基本概念距离？消息？2.通信系统：实现两个用户之间信息单向传输的设备。29本课程拟探讨的问题1.构造信号的特征参数，以利于信道传输。

2.设计信道的特征函数，以匹配信号传输。

本课程拟探讨的问题1.构造信号的特征参数，以利于信道传输30信号的特征参数

强度：小信号（μ

V、mV级）、大信号（V级）频率：低频、高频（f>30KHz）原始信号：反映自然物理现象变化的信号其特征为低频、小信号语音信号：30~3400Hz图像信号：0~6MHz传输信号：适合信道传输基带信号：低频频带信号：高频带通原始信号、传输信号、接收信号信号的描述方法时域：f(t)频域：F(ω)接收信号：随机性信号的特征参数强度：小信号（μV、mV级）、大信31信道的特征函数H(jω)幅频函数频响特性曲线ω低通带通高通带宽W=ω1W=ω3-ω2ω1ω2ω3ω4相频函数信道的特征函数H(jω)幅频函数频响特性曲线ω低通带通高32通信系统总模型通信系统包括发、传、收、噪声四部分不同的通信方式所对应的子模块有变化各处的噪声之和信号源发送设备信道接收设备受信者

发送端接收端噪声源通信系统总模型通信系统包括发、传、收、噪声四部分各处的噪声之33模拟系统框图信号源调制器受信者噪声源信道基带信号频带信号解调器载波同步模拟系统框图信号源调制器受信者噪声源信道基带信号频带信号34频带信号基带信号数字系统框图

噪声源信源编码加密信道编码信息源调制器信道受信者

解调器信道译码解密信源译码载波同步码元同步频带信号基带信号数字系统框图噪声源信源编码信息源调制351.2.1通信系统模型（总模型）点~点的单向通信系统框图1.2.2模拟与数字通信系统模型1.模拟系统

框图2.数字系统

框图1.2通信系统的结构特点：应用调制解调技术分类：数字基带传输系统和数字频带传输系统特点：抗干扰性能好1.2.1通信系统模型（总模型）点~点的单向通信系统36数字通信的优点1)数字传输的抗干扰能力强利用中继再生消除噪声的积累2)传输差错可以控制利用差错控制编码技术消除噪声的影响3)便于使用数字信号处理、加密技术等优点的实现是利用占据更宽的系统带宽而获得在系统频带（资源）紧张的场合将成为其缺点数字通信的优点优点的实现是利用占据更宽的系统带宽而获得37AM、DSB、SSB、VSBFM、PM脉冲调制正弦波调制模拟调制1.3通信系统的描述1.按消息（业务）的物理特征分类电报、电话、数据、图像通信系统2.按调制方式分类编码调制PCM、DPCM、∆M数字调制ASK、FSK、PSK、DPSK模拟调制PAM、PDM、PPM1.3.1系统分类AM、DSB、SSB、VSBFM、PM脉冲调制正弦波调制模拟383.按信号特征分类模拟与数字通信系统4.按传输媒介分类有线：线对、同轴电缆、波导、光纤5.按信号复用方式分类频分复用：使各路信号占据不同的频率范围时分复用：使各路信号占据不同的时间区间码分复用：用一组包含正交码字的码组携带各路信号无线：电磁波（长波、中波、短波、微波等）3.按信号特征分类4.按传输媒介分类5.按信号复用方式391.3.2信号传输方式半双工：通信双方均能收发消息但不能同时收发。如无线对讲机单工：单方向传输（一点发、一点收）。如遥控器全双工：通信双方能同时收发信号。如电话机单工、半双工、全双工串行传输：将数字信号序列按时间顺序一个接一个的传输。它占用一条通路，适合远距离。并行传输：将数字信号序列分割成多路同时传输，适合近距离。数字通信1.3.2信号传输方式半双工：通信双方均能收发消息但不能401.4信息量消息：具体形式的信号信息：消息中有意义的内容，具有不确定性信息量：信息的度量，应用概率来描述不确定性特征：预先确知的消息不携带任何信息事件出现的概率小，不确定性多，信息量大，反之则少。信道容量C：单位时间内信道上所能传输的最大信息量信道带宽噪声功率信号功率1.4.1基本概念噪声单边功率谱密度1.4信息量消息：具体形式的信号信息：消息中有意义的41符号的信息量Ii

反比关系单位：a=2时bit(比特)a=e

nit(奈特)统计平均信息量H(x)1.4.2离散消息信息量的计算例bit/符号离散消息：包含N个独立符号x0…

xN-1的集合x0…

xN-1出现的概率分别为

p(x0)…

p(xN-1)熵1.4.3连续消息信息量的计算符号的信息量Ii反比关系单位：统计平均信息量H(42例：已知离散信源包含四个独立符号0、1、2、3，各自出现的概率为，求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。符号的算术平均信息量解：符号的信息量Ii

消息的总信息量0：23次2：13次1：14次3：7次例：已知离散信源包含四个独立符号0、1、2、3，求消息243统计平均信息量H(x)消息的总信息量统计平均信息量H(x)消息的总信息量441.5主要性能指标系统的任务：准确、有效地传输信息其主要性能指标