交大通信技术基础课件

通信技术基础2004年2月至6月联系方法姓名：马连川办公室：SY1001电话：51688537E-mail：课程性质1、本质：通信原理2、性质：专业基础课3、与自控专业关系课程内容第一章绪论（4学时）第二章信道（6学时）第三章数字基带传输系统（6学时）第四章数字调制系统（6学时）第五章模拟信号的数字传输（6学时）第六章差错控制编码（6学时）第七章同步原理（4学时）第八章通信网（4学时）另外安排习题课和总复习6学时课程要求1、出勤率2、作业3、考试第一节通信发展简史1、通信的概念：信息的传输与交换2、古代通信的内容和形式3、现代通信的开始Morse（有线电报）1844年5月24日，美国国会大厦，莫尔斯向巴尔的摩发出了人类历史上的第一份电报:“上帝创造了何等奇迹！”Maxwell（电磁场理论）1864年，麦克斯韦发表了电磁场理论，成为人类历史上预言电磁波存在的第一人。1887年亨利希·鲁道夫·赫兹证实电磁波的存在。Bell（电话机）1875年6月2日，美国波士顿法院路109号，贝尔不小心把硫酸溅到自己的腿上，他疼痛地叫了起来:“沃森特先生，快来帮我啊！”----人类第一句通过电话传送的话音。Marconi（无线电报）1896年，波波夫无线电进行莫尔斯电码的传送，距离为250米，电文内容为——“海因里斯·赫兹”。1897年5月18日，马可尼在布里斯托尔海峡进行无线电通信取得成功，把信息传播了12公里。4、通信技术的发展*器件的发展：电子管→晶体管→IC→LSI→VLSI*传输线路的发展：明线、双绞线→同轴电缆→光纤*无线通信的发展：长波、短波→超短波→微波*调制技术的发展：模拟调制→脉冲调制、数字调制*通信业务的发展：电信（电话、电报）、Internet、广播电视*通信理论的发展：奈奎斯特（Nyquist）：传信率与信道带宽的关系；哈特莱（Hartly）：信息量的定义和计算方法；卡尔逊（Carson）：调频波的有效带宽计算公式。仙农（Shannon）：通信的数学理论，建立了比较完整的通信科学理论体系，他提出的信源和信道编码定理、信道容量计算公式以及率失真理论等至今仍是重要的研究课题。维纳（Wiener）将数理统计理论引入通信学科，开始建立起统计通信的概念。第二节通信系统的组成一、通信系统模型信息源：把各种可能的消息转换成原始电信号。发送设备：对原始电信号进行变换，使其适合在信道中传输。信道：信号传输的通道，有无线和有线两种方式。接收设备：与发送设备作用相反，从接收信号中恢复出相应的原始电信号。受信者：将恢复的原始电信号转换成相应的消息。噪声源：包括信道中的噪声和分散在通信系统其他各处的噪声。二、模拟通信与数字通信1、模拟信号和数字信号2、数字通信的优点与缺点

优点：•抗干扰能力强。数字信号可再生从而消除噪声及积累。•使用差错控制编码技术，传输差错可以控制。•通过超大规模集成电路和现代数字信号处理技术，设备易于集成化、微型化、低功耗化。•保密性强。•便于综合传递各种消息。

缺点：

•系统占用频带宽

•系统同步要求高。三、模拟通信系统模型基带信号：原始电信号基带传输系统：基带信号直接在信道中传输调制与解调：对基带信号进行频谱搬移和反搬移频带信号：经过调制的已调信号频带传输系统：频带信号在信道中传输四、数字通信系统模型信源编码：将原来不适合在数字通信系统中传输的信号变换成比较理想和有效的数字信号。此外数据扰乱、数字信号加密、编码比特压缩等处理功能都可以在信源编码器内完成。信道编码：在原来的数字序列中引入某些作为差错控制的码字，以实现自动检错和纠错，当然这时会降低信息传输速率。同步：包括码元同步、群同步等，以实现数字传输时收发两端的节拍一致、消息编组规律一致。第三节通信系统的分类与通信方式一、通信系统的分类 *按消息的物理特征分类 *按调制方式分类 *按信号特征分类 *按传输媒介分类 *按信号复用方式分类二、通信方式

1、按消息传送的方向和时间关系 *单工通信 *半双工通信 *全双工通信

2、按数字信号码元排列方法不同

*并行传输 *串行传输第四节信息论初步一、消息的统计特性

1、离散信源： 设离散信源为包含N种符号x1，x2，…xN的集合。每个符号出现的概率分别为P（x1），P（x2），…，P（xN），那么可以用概率场来描述离散信源。2、连续信源第四节信息论初步（续）二、离散信源的信息量直观经验1：消息出现的可能性越小，则此消息携带的信息就越多。直观经验2：若干独立消息之和的信息量应该是每个消息所合信息量的线性叠加，即信息具有相加性。直观经验3：由有限个符号组成的离散信息源随着消息长度的增加，其可能出现的消息数目却是按指数增加的，而信息按线性增加的。哈特莱（Hartly）提出采用消息出现概率的对数测度作为离散消息的信息度量单位。某离散消息所携带的信息量：对于由一串符号构成的消息，如果各符号的出现相互统计独立，离散信源的概率场如前所示，则根据信息相加性概念，整个消息的信息量：第四节例题[例1．4．1]已知二元离散信息源只有“0”、“1”两种符号，若出现“0”的概率为1/3，求出现“1”的信息量；出现“0”、“1”两种符号是等概的，求出现“0”或“1”的信息量。[例1．4．2]某离散信息源有0、1、2、3四种符号组成，且每个符号的出现是独立的，其概率场为：求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。第四节信息论初步（续）三、离散信源的平均信息量（信源的熵）若二元离散信源的统计特性为则熵为：第三节信息论初步（续）第三节信息论初步（续）离散信源的最大熵发生在每个符号等概出现时，即：而最大熵值为：第五节主要性能指标一、通信系统的评价指标

1、有效性主要是指消息传输的“速度”问题

2、可靠性主要是指消息传输的“质量”问题二、模拟通信系统的主要性能指标

1、消息传输速度

2、均方误差（输出信噪比）三、数字通信系统的主要性能指标

1、二进制码元和N进制码元

2、传输速率：码元传输速率和信息传输速率

3、差错率：误码率及误信率码元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。单位：“波特”，常用符号“B”表示。若码元宽度为T秒，则：设二进制码元速率为，N进制码元速率为且有 ，则二进制与N进制的码元速率有如下的转换关系：信息传输速率信息传输速率又称信息速率或传信率。定义：每秒钟传送的信息量。单位：“比特/秒”，或记为bit/s（或写成bps）。在N进制下，设信息速率为 ，码元速率为，则有：

每个符号等概时有： 或差错率所谓误码率，是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切地说，误码率即是码元在传输系统中被传错的概率。所谓误信率，又称误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。第五节例题[例1．5．1]设数据信号码元时间长度为0.833ms，如果采用8电平传输，求码元传输速率和信息传输速率。[例1．5．2]设信道上每秒传输符号“0”、“1”1200个，求二进制和16进制码元传输速率和信息传输速率。本章基本概念与内容要点1、常用通信术语：通信、消息、信号（模拟信号与数字信号）、通信系统2、通信系统的一般模型与数字通信系统模型3、通信系统的分类与通信方式4、离散信