通信原理历史组成分类方式备课讲稿

教员(jiàoyuán)联系方式电话公室：专业(zhuānyè)楼2336第一页，共75页。前期课程(kèchéng)要求基本理论课程高等数学线性代数概率论与随机过程信号与系统工程类课程模拟(mónǐ)电路数字电路高频电子线路第二页，共75页。课程(kèchéng)地位通信(tōngxìn)专业课的基础第三页，共75页。为什么学习(xuéxí)通信？个人爱好？工作需要？取得(qǔdé)学分？……本质的原因：通信技术实际上已经进入到我们日常生活中的每一方面；从专业、教育的用途到纯粹的娱乐。第四页，共75页。课程内容安排(ānpái)第1章 绪论准备知识 第2章 确知信号第4章 信道第5章 模拟(mónǐ)调制系统第6章 数字基带传输系统第7章 数字带通传输系统第9章 模拟(mónǐ)信号的数字传输复习 知识回顾第五页，共75页。课程学习(xuéxí)目标了解现代通信技术的发展(fāzhǎn)概况掌握通信技术的基本原理，通信系统的组成，各种通信方式的性能及其基本分析方法具有进行现代通信技术研究、开发和通信工程设计与调测能力；第六页，共75页。参考书目现代通信原理清华大学 曹志刚 经典、版本旧通信原理教程电子工业 樊昌信 经典、模拟部分少通信原理简明教程清华大学 南利平 清晰简洁、深度稍浅现代通信原理与技术西电 张辉 清晰简捷(jiǎnjié)通信原理学习指导西电 张辉 便于作题和考研第七页，共75页。结课方式(fāngshì)期末考试(qīmòkǎoshì)：占70%实验成绩：占20%平时成绩：占10%第八页，共75页。历史(lìshǐ)回顾通信技术的发展(fāzhǎn)概况第九页，共75页。古代(gǔdài)的通信第十页，共75页。烽火(fēnghuǒ)、驿站、飞鸽烽火狼烟、击鼓鸣金(jīgǔmíngjīn)、摇旗呐喊、驿站传递、飞鸽传信…古代(gǔdài)的通信第十一页，共75页。杜甫：春望国破山河在，城春草木深。感时花溅泪，恨别鸟惊心(jīnɡxīn)。烽火连三月，家书抵万金。白头搔更短，浑欲不胜簪。第十二页，共75页。电磁式电报机1837年，美国科学家莫尔斯（Morse）在纽约表演他制成的电磁式电报机。他以电流的有、无表示传号和空号，并利用(lìyòng)传号和空号的长短进行电报符号的编码。第十三页，共75页。麦克斯韦(màikèsīwéi)方程1864年Maxwell提出了变化的电场产生磁场的假设，并全面总结了电磁现象(xiànxiàng)的基本规律，即麦克斯韦方程，也称电磁辐射方程。第十四页，共75页。电话(diànhuà)－贝尔1876年美国科学家贝尔（GrahamBell）发明电话(diànhuà)。是利用电信号的传输以互通语言信息的通信方式。A.G.Bell第十五页，共75页。无线电报(wúxiàndiànbào)机意大利发明家兼工程师马可尼（G.Marconi，1874--l937）和他的第一台无线电发报机。（1909年诺贝尔物理学奖获得者）第十六页，共75页。Shannon1948年Shannon发表信息论，奠定了现代通信(tōngxìn)理论的基础第十七页，共75页。人造地球卫星(wèixīng)1957年10月4日，原苏联发射了第一颗人造地球(dìqiú)卫星，地球(dìqiú)上第一次收到了来自人造卫星的电波。它不仅标志着航天时代的开始，也意味着一个利用卫星进行通信的时代的到来。第十八页，共75页。计算机的出现(chūxiàn)1964年世界上第一台电子数字计算机在美国(měiɡuó)问世。计算机的出现开创了现代通信新纪元。国际互联网（因特网）把不同国家和地区的计算机连在一起，成为信息传输高速公路，人们可以足不出户畅游世界第十九页，共75页。光纤通信(ɡuānɡxiāntōnɡxìn)系统1977年第一个光纤通信(ɡuānɡxiāntōnɡxìn)系统在芝加哥开始运行。第二十页，共75页。现代通信的一个成功(chénggōng)范例第二十一页，共75页。局域网基台有线电视网广播网地面站电话局寻呼台同步卫星低轨卫星公用电信网电话机计算机电视机计算机电视机收音机寻呼机计算机卫星手机(765KM)(35860KM)手机(全球星系统)第二十二页，共75页。1837年开始发明(fāmíng)电磁电报机1864年Maxwell预言电磁辐射1876年Ｂell发明(fāmíng)电话1894年无线通信试验1918年发明(fāmíng)超外差接收1920年首次开始无线广播1924年Nyquist的研究开始现代数字通信1933年发明(fāmíng)调频信号1936年开始电视广播1937年提出脉冲编码调制1948年Shannon发表信息论1950年提出汉明编码1963-66纠错编码理论的提出1964年电子电话交换机投入使用通信史重要(zhòngyào)事件回顾第二十三页，共75页。每一次进步都是在需求的推动下，理论研究、工程实践相辅相成。从Maxwell到无线广播与无线通信；从傅立叶到频谱的认识和广泛利用；从高斯、瑞利、莱斯、多普勒到克服噪声(zàoshēng)、多径和快速移动对通信的影响；从Nyquist到数字通信；从电话的发明到现代程控交换机；从Shannon定理到现代调制与编码技术；从Winer到现代信号检测与估计；从控制论的提出到通信中同步系统的完善。历史(lìshǐ)回顾启示（一）第二十四页，共75页。了解需求、学习基础知识、熟悉本领域的进展情况、在工程实践(shíjiàn)和理论研究中思考并发现问题、建立数学模型进行深入的研究和推证、设计并建立系统。数学基础、理论研究、工程实践(shíjiàn)各环节，缺一不可。历史(lìshǐ)回顾启示（二）第二十五页，共75页。通信(tōngxìn)方法运动通信(tōngxìn)利用人力或机械的方式传递信息；常规的邮政。电通信(tōngxìn)利用电（包括电流、无线电波或光波等）传递信息；电话、电视、计算机……第二十六页，共75页。通信原理第一章绪论(xùlùn)第二十七页，共75页。通信系统的组成通信系统的分类与通信方式(fāngshì)信息及其度量通信系统的主要性能指标

第1章绪论(xùlùn)第二十八页，共75页。本章学习(xuéxí)目标掌握：模拟信号与数字信号的区别通信系统(xìtǒng)的组成、分类和通信方式数字通信系统(xìtǒng)的优缺点离散信源的信息量、平均信息量（熵）的计算通信系统(xìtǒng)的主要性能指标码元速率、信息速率和频带利用率的定义、计算及其关系误码率和误信率的定义及其关系第二十九页，共75页。通信的目的：传递消息中所包含的信息。消息：信源所产生的信息的物理表现形式。如语音(yǔyīn)、文字、音乐、图片或活动图像等。信息：是消息中包含的有效内容。不同消息可有相同内容。信号：传输消息的手段（媒介）通信系统中传输的是信号。基本概念第三十页，共75页。1.2通信系统(xìtǒng)的组成1.2.1通信(tōngxìn)系统一般模型1.2.2模拟和数字通信(tōngxìn)系统模型1.2.3数字通信(tōngxìn)的特点第三十一页，共75页。1.2.1通信(tōngxìn)系统一般模型通信(tōngxìn)系统：实现通信(tōngxìn)过程的全部技术设备和信道(媒质)的总和。信源。顾名思义，指信息产生的源头，可以(kěyǐ)是人或设备。其发出的信息也可以(kěyǐ)是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。这些信息可以(kěyǐ)是离散的，也可以(kěyǐ)是连续的。发送器。种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。发送器含有与传输线路匹配的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信号。模拟与数字通信系统两者的发送器功能有很大差异。信道。即信息传输通道，也是传递物质信号的媒介。信道可以是明线、电缆、波导、光纤、无线电波等。噪声源。是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要因素。接收器。其作用主要是接收信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。信宿。信息传输的目的地，即接收消息的人或机器。第三十二页，共75页。1.2.2通信(tōngxìn)系统模型模拟通信系统(xìtǒng) ——用来传送模拟信号的通信系统(xìtǒng)数字通信系统(xìtǒng) ——用来传送数字信号通信系统(xìtǒng)第三十三页，共75页。信号(xìnhào)的分类（一）模拟信号：代表(dàibiǎo)消息的信号参量取值连续；例如麦克风输出电压。第三十四页，共75页。信号(xìnhào)的分类（二）数字信号(xìnhào)：代表消息的信号(xìnhào)参量取值为有限个；例如电报信号(xìnhào)、计算机输入输出信号(xìnhào)。第三十五页，共75页。信号(xìnhào)的分类（三）第三十六页，共75页。模拟信号波形(bōxínɡ)(a)连续信号(xìnhào)；(b)抽样信号(xìnhào)模拟(mónǐ)通信第三十七页，共75页。凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号，均称为模拟信号。如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定(yīdìng)在时间上也连续。模拟(mónǐ)通信第三十八页，共75页。模拟(mónǐ)通信系统把模拟(mónǐ)信号作为载体传送消息的通信系统。原始电信号调制(tiáozhì)信号原始(yuánshǐ)电信号信源调制器解调器信宿干扰信道频带信号模拟通信基带信号已调信号载波信号射频信号频带信号第三十九页，共75页。已调信号有三个基本特征：携带有信息；适合在信道中传输(chuánshū)；信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频。模拟(mónǐ)通信第四十页，共75页。模拟(mónǐ)通信系统研究的主要问题对基带信号（原始(yuánshǐ)电信号）的分析调制解调器的原理与性能噪声特性及对信号的影响信道特性及对信号的影响第四十一页，共75页。模拟(mónǐ)通信主要特点(tèdiǎn)：抗干扰能力差；不易于保密通信；设备不易于大规模集成；不适应飞速发展的数字通信的要求；简单、易于实现。第四十二页，共75页。通信系统(xìtǒng)模型模拟通信(tōngxìn)系统 ——用来传送模拟信号的通信(tōngxìn)系统数字通信(tōngxìn)系统 ——用来传送数字信号通信(tōngxìn)系统第四十三页，共75页。(a)二进制波形(bōxínɡ)；(b)2PSK波形(bōxínɡ)数字信号波形(bōxínɡ)数字通信第四十四页，共75页。凡信号参量只能(zhīnénɡ)取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号，均称为数字信号。如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。数字通信第四十五页，共75页。数字通信系统组成(数字电话(shùzìdiànhuà)通信系统为例)：数字通信第四十六页，共75页。信源编/译码信源编码的目的：提高信息(xìnxī)传输的有效性；模/数转换。信源编码的方法：PCM、ADPCM、DM……信源译码是信源编码的逆过程。——数字(shùzì)通信模型第四十七页，共75页。信道编码和译码信道编码的目的：提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。信道编码：信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成(zǔchénɡ)所谓抗干扰编码。线性分组码、卷积码、循环码信道译码：信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误。——数字(shùzì)通信模型第四十八页，共75页。数字(shùzì)调制与解调数字调制的目的(mùdì)：形成适合在信道中传输的带通信号。数字调制：把数字基带信号的频谱搬移到高频处；ASK、FSK、PSK、DPSK……数字解调：对这些信号采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。——数字(shùzì)通信模型第四十九页，共75页。加密的目的：保证所传信息的安全。加密：人为将被传输(chuánshū)的数字序列扰乱，即加上密码。解密：在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原始信息。加、解密(jiěmì)——数字(shùzì)通信模型第五十页，共75页。信道(xìndào)加密与信源加密——数字(shùzì)通信模型第五十一页，共75页。同步(tóngbù)与数字复接同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致；同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件；载波同步、位同步、群同步、网同步……数字复接：依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号；以扩大传输容量和提高(tígāo)传输效率。强调(qiángdiào)模拟通信系统也存在同步问题，如模拟电视传输系统。第五十二页，共75页。数字通信研究的主要问题信源编、译码信道编、译码加、解密技术调制、解调技术同步技术抗噪声性能数字基带传输最佳接收(jiēshōu)理论第五十三页，共75页。数字通信优点：第二级抗干扰能力强、可靠性高（可利用再生中继去除噪声积累）可以综合传递各种信息易于加密便于用现代数字信号处理技术对信号进行处理、滤波(lǜbō)、存储、变换等传输中的差错容易控制，改善了传输质量容易集成化第五十四页，共75页。数字通信缺点：系统设备复杂，对同步要求高，占用频带宽。克服办法：压缩(yāsuō)频带提高频带利用率选用宽频带的传输介质第五十五页，共75页。1.3通信(tōngxìn)系统分类与通信(tōngxìn)方式1.3.1通信系统分类按通信业务、调制方式、信号(xìnhào)特征、传输媒质等分类。1.3.2通信方式单工、半双工、全双工通信并行和串行传输第五十六页，共75页。1.3.1通信(tōngxìn)系统分类按通信业务分类：电报通信、电话(diànhuà)通信、数据通信、图像通信等按调制方式分类：基带传输、带通传输按信号特征分类：数字通信、模拟通信按传输媒质分类：有线通信（双绞线、同轴电缆、光通信）、无线通信（移动通信、卫星通信）等按工作波段分类：中波通信、短波通信、光波通信等按信号复用方式分类：频分、时分、码分系统等第五十七页，共75页。文字——电报通信系统传送数码与字母语音——语音通信系统电话数据——数据通信系统计算机通信图像(túxiànɡ)——图像(túxiànɡ)通信系统传真，电视1、按通信(tōngxìn)业务分类第五十八页，共75页。基带传输带通传输（频带(píndài)或调制）2、按调制方式(fāngshì)分类第五十九页，共75页。基带传输： ——信号未经调制直接传输 ——如市内电话局间传输，计算机局域网特点：实现简便，用于近距离传输；不需考虑频带利用率问题；干扰(gānrǎo)较小，可靠性高，不适用于长距离传输；2、按调制(tiáozhì)方式分类第六十页，共75页。带通传输（频带或调制）： ——调制：对输入基带信号进行频域变换(biànhuàn)，将其频带搬移到适合于信道传输的频带上 ——无线通信需要频带传输特点：实现较复杂，用于长距离传输；需将信息转换成便于传输的形式；增强了抗干扰能力，有效地利用频带。2、按调制(tiáozhì)方式分类第六十一页，共75页。调制方式用途连续波模拟调制模拟线性调制常规双边带调制AM广播抑制载波双边带调幅DSB立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边带调幅VSB电视广播、数传、传真模拟角度调制（非线性调制）频率调制FM微波中继、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式常见的调制(tiáozhì)方式（模拟调制(tiáozhì)）第六十二页，共75页。调制方式用途连续波数字调制数字调制幅度键控ASK数据传输频率键控FSK数据传输相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信常见的调制方式(fāngshì)（数字调制）第六十三页，共75页。调制方式用途脉冲调制脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式脉位调制PPM遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM市话、卫星、空间通信

增量调制DM军用、民用电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码

其他语音编码方式ADPCM、APC、LPC中低速数字电话常见(chánɡjiàn)的调制方式（脉冲调制）第六十四页，共75页。3、按传输介质(jièzhì)分类有线通信 ——电缆、明线、双绞线、光纤无线通信 ——包括长波、中波、短波、超短波、微波(wēibō)、卫星等第六十五页，共75页。4、按工作(gōngzuò)波段分类频率波长范围缩写传输媒质主要用途或场合30~300kHz104~103mLF（低频）

双绞线无线电长波导航、信标、电力线通信300k~3MHz103~102mMF中频Middle同轴电缆无线电中波AM广播、业余无线电3~30MHz102~10mHF高频同轴电缆无线电短波移动电话、短波广播业余无线电30~300MHz10~1mVHF甚高频同轴电缆无线电超短波FM广播、TV、导航移动电话300M~3GHz100~10cmUHF特高频Ultra同轴线、波导分米波无线电TV、遥测、雷达、蜂窝电话，GPS3~30GHz10~1cmSHF超高频波导厘米波无线电微波通信、卫星通信、雷达30~300GHz10~1mmEHF极高频Extra波导毫米波无线电微波通信、雷达、射电天文学105~107GHz3×10-4~3×10-6cm紫外、红外、可见光光纤激光光通信第六十六页，共75页。电磁波频谱图第六十七页，共75页。1.3.2通信(tōngxìn)方式1、按消息传递的方向与时间关系(guānxì)单工传输半双工传输全双工传输2、按数据代码的排列关系(guānxì)串行传输并行传输3、按同步方式同步传输异步传输第六十八页，共75页。1、按消息传递的方向与时间(shíjiān)关系单