通信原理课件

通信原理课件第1页，课件共42页，创作于2023年2月教材及参考书籍《通信原理》王福昌等，清华大学出版社（待出版）《通信原理》樊昌信等，国防工业出版社《现代通信原理》曹志刚等，清华大学出版社《通信原理》黄载禄等，科学出版社《通信原理学习与指导》王福昌等，华中科技大学出版社第2页，课件共42页，创作于2023年2月课程特点具有理论性强、知识综合、难度大等特点；是一门理论性和实践性都很强的专业基础课学习时要注意数学分析方法，更要注意数学分析所得结论的物理概念、物理意义；学习时要注意用系统的观点、模型的观点、工程的观点、辩证的观点，思考问题、分析问题、解决问题。第3页，课件共42页，创作于2023年2月一些建议上课时思维紧跟老师积极思考记住概念知道物理含义及其关系注意假设和条件多做习题方法比结果更重要阅读参考资料第4页，课件共42页，创作于2023年2月第1章绪论本章以模拟通信及数字通信为例，阐述现代通信系统的组成、基本工作原理，然后介绍通信系统的分类、信息的度量、通信系统的主要性能指标。

第5页，课件共42页，创作于2023年2月本章内容提要1.1消息、信号与信息1.2信息及其度量1.3通信系统的分类1.4模拟通信系统与数字通信系统1.5通信系统的主要性能指标第6页，课件共42页，创作于2023年2月

通信-----将含有信息的消息有效而可靠地由一地传输到另一地（其它地方）的过程。目的：传递消息中包含的信息信息：人们待知的消息。消息：是指信源所产生的信息的物理表现。信号：消息的物理载体。

对通信的要求：可靠---尽可能准确无误！有效---尽可能多而快！

传输信息以语言.图像.数据为媒体,通过电(光)信

号将信息由一方传输到另一方。1.1消息、信号与信息第7页，课件共42页，创作于2023年2月通信的任务----传递信息

衡量标准：有效性：给定信道内传输信息内容的多少信息:消息中有意义的内容信息量:度量信息内容多少的量纲信息含义举例：“今年冬天比去年冷”“今年冬天和去年夏天一样热”后句话的信息量＞前句话的∵可能性越小，信息量越大！∴用概率描述（概率↓信息量↑，P=0时信息量为∞）….1.1消息、信号与信息第8页，课件共42页，创作于2023年2月本章内容提要1.1消息、信号与信息1.2信息及其度量1.3通信系统的分类1.4模拟通信系统与数字通信系统1.5通信系统的主要性能指标第9页，课件共42页，创作于2023年2月

度量信息量的方法，必须满足：

如何度量信息？－－首先要解决的问题。

能度量任何消息；与消息的类型无关；消息的重要程度无关。

1.2信息及其度量

第10页，课件共42页，创作于2023年2月

信息量的定义：

信息量是消息出现概率的函数；消息出现的概率越小，所包含的信息量就越大；若某消息由若干个独立消息所组成，则该消息所包含的信息量是每个独立消息所含信息量之和。1.2信息及其度量第11页，课件共42页，创作于2023年2月因此，若消息出现的概率为，则所含信息量I

可定义为：信息量单位：，则为比特（bit），简记为b，最常用;，则为奈特（nat）;，则为哈特莱（hartley）。1.2信息及其度量

第12页，课件共42页，创作于2023年2月对于M个离散独立等概消息组成的消息源，它发送的每个消息所包含的信息量为。

等概时具最大熵：对于离散独立非等概消息组成的消息源，则采用平均（统计平均）信息量－－熵来描述：熵的单位为：bit/符号1.2信息及其度量

第13页，课件共42页，创作于2023年2月

码元传输速率（数码率，传码率）Rs

：

---单位时间内传送的码元个数。单位：波特（Baud）码元宽度（码元周期）为Ts(S)时，有

信息传输速率（传信率）

Rb

：

---单位时间内传送的信息量。单位：b/s（bps：比特/秒，二进制）

当信源各个符号独立等概率时：

信息速率与码速率之间的关系：例

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201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。信息及其度量第14页，课件共42页，创作于2023年2月信息度量举例某信源的符号集由A、B、C、D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、1/8、1/8、3/16和5/16；信源以1000Bd速率传送信息。

(1)求传送1小时的信息量；

(2)求传送1小时可能达到的最大信息量。

解(1)信源熵为

H(X)=（log24+log28+log2+log2）bit/符号=2.23bit/符号平均信息速率为Rb=RB·H(X)=(1000×2.23)bit/s=2.23×103bit/s1小时传输的信息量为

I=(2.23×103×3600)bit=8.028Mbit(2)等概时信源熵为最大值，即

Hmax(x)=(log25)bit/符号=2.322bit/符号

1小时传输的最大信息量为

Imax=(2.322×1000×3600)bit=8.359Mbit第15页，课件共42页，创作于2023年2月本章内容提要1.1消息、信号与信息1.2信息及其度量1.3通信系统的分类

1.4模拟通信系统与数字通信系统1.5通信系统的主要性能指标第16页，课件共42页，创作于2023年2月按信号特征----模拟、数字通信按调制方式----基带、频带传输按传输媒质----无线、有线通信按信号复用方式---FDM、TDM、CDM…按通信业务（消息物理特征）---电报、电话、图象、数据等通信…1.3通信系统分类第17页，课件共42页，创作于2023年2月∵根据是否采用调制，分为基带系统和频带（调制）系统。

∴本课程重点有：PCM、DM

、DPCM及ADPCM。调制方式1.3通信系统分类第18页，课件共42页，创作于2023年2月表1-1常见的调制方式

调制方式用途载波调制模拟线性调制常规双边带调制广播抑制载波双边带调幅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中间调制方式数字调制幅度键控ASK数据传输相位键控PSK、DPSK数据传输其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信第19页，课件共42页，创作于2023年2月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、图像编码其他语言编码方式ADPCM(自适应差分脉冲调制)中低速数字电话续表第20页，课件共42页，创作于2023年2月

∵按通信范围：点对点、一点对多点、网络通信等。

∴通信方式有：按消息传递的方向和时间分

---单工、半双工、全双工通信按数字信号码元排列方法分

----串行、并行传输通信方式1.3通信系统分类第21页，课件共42页，创作于2023年2月单工、半双工和全双工通信方式示意图

(a)单工；(b)半双工；(c)全双工第22页，课件共42页，创作于2023年2月并行和串行通信方式示意图

(a)并行传输；(b)串行传输第23页，课件共42页，创作于2023年2月本章内容提要1.1消息、信号与信息1.2信息及其度量1.3通信系统的分类1.4模拟通信系统与数字通信系统1.5通信系统的主要性能指标第24页，课件共42页，创作于2023年2月

定义1---实现这一变换过程的所有设备和

机构的总体称通信系统。

定义2---完成信息的传输和处理的一些基

本单元的集合称通信系统。通信就是传输信息。现代通信以语音、图像及数据为媒体，通过电、光或电磁波将信息由一方传输到另一方。1.4模拟通信系统和数字通信系统第25页，课件共42页，创作于2023年2月通信系统分类1.4模拟通信系统和数字通信系统第26页，课件共42页，创作于2023年2月若信道中传输的是模拟信号，则为模拟通信系统若信道中传输的是数字信号，则为数字通信系统正弦基带信号AM信号FM信号PM信号模拟信号波形数字信号波形

凡信号参量只能取有限个值，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。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，而不一定在时间上也连续。1.4模拟通信系统和数字通信系统第27页，课件共42页，创作于2023年2月点对点单路模拟通信系统模型下图为点对点单路通信系统原理方框图

点对点多路通信系统通信网1.4模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统基本概念第28页，课件共42页，创作于2023年2月点对点数字通信系统模型

与模拟通信类似，在多路数字通信系统中除采用上述数字传输技术外，还需采用复用技术。在通信网中还需采用交换技术及网络技术。目前，在数字通信系统中常用的复用技术是频分复用FDM和时分复用TDM。

数字通信系统基本概念1.4模拟通信系统和数字通信系统第29页，课件共42页，创作于2023年2月数字频带传输系统框图（P4图1-3）信息源加密器编码器调制器信道解调器译码器解密器受信者噪声源数字基带/模拟传输系统框图信息源形成

基带信号信道滤波器

接收受信者噪声源1.4模拟通信系统和数字通信系统第30页，课件共42页，创作于2023年2月优点抗干扰能力强（中继、再生）？差错可控制（采用纠错编码…）？数字信号易存储及加工处理（用计算机等智能设备进行）？易加密（保密通信）？可综合传递各种消息（综合业务数字网）？缺点和问题设备复杂（差错控制要编/解码器，加密要加/解密器）调制解调与模拟的侧重点不一样信号带宽不同(占据更多的系统频带为代价)数字通信特点---与模拟通信相比，数字通信有何优缺点？1.4模拟通信系统和数字通信系统第31页，课件共42页，创作于2023年2月本章内容提要1.1消息、信号与信息1.2信息及其度量1.3通信系统的分类1.4模拟通信系统与数字通信系统1.5通信系统的主要性能指标第32页，课件共42页，创作于2023年2月1.5通信系统的主要性能指标通信的目的是快速、准确地传输信息。快速可以用有效性来描述，准确可以用可靠性来描述。第33页，课件共42页，创作于2023年2月主要性能指标通信系统的主要性能指标是有效性和可靠性。有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”。可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”。1.5通信系统的主要性能指标第34页，课件共42页，创作于2023年2月模拟通信性能指标以每秒内传送信息量的大小衡量。以被传信号的有效频带衡量。以特定信道能容纳的信号路数衡量。模拟信号占用的信道带宽必须等于或大于信号带宽，因此信号带宽越小，有效性越好；模拟信号的质量用信噪比表示，解调器输出信号信噪比越大可靠性越好1.5通信系统的主要性能指标第35页，课件共42页，创作于2023年2月1.5通信系统的主要性能指标数字通信性能指标

有效性可用传输速率来衡量。码元传输速率、信息码元传输速率可靠性可用差错率来衡量。误码率（码元差错率）、误信率（信息差错率）第36页，课件共42页，创作于2023年2月码元传输速率RS简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关:1.5通信系统的主要性能指标数字通信性能指标第37页，课件共42页，创作于2023年2月信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps