通信原理第1讲绪论电07

通信原理

〔第一讲〕宋鹏电子工程系11/17/20231?通信原理?PPT教学课件说明采用教材：普通高校“十一五〞国家级规划教材通信原理〔第6版〕樊昌信曹丽娜编著国防工业出版社2006年9月第6版教学专业：北方工业大学电子工程系电子信息工程专业课堂学时：56～64制作时间：2021年2月～制作人：北方工业大学电子工程系?通信原理?课程教师：宋鹏11/17/20232前言课程类型：专业必修课学时：64〔实验8〕教材：通信原理〔第6版〕，樊昌信，国防工业出版社参考教材：现代通信原理，曹志刚，清华大学出版社考核：平时成绩30％〔实验、作业、期中考试、考勤〕期末考试70％〔闭卷〕答疑：每周星期五下午，7～8节，四教603电子工程系11/17/20233教材与参考书11/17/20234知识体系11/17/20235前言?通信原理?课程特点理论性〔概念性〕、系统性〔实践性〕强与先行课程联系紧密11/17/20236关于学习方法建议三个重要环节

看书、消化教材是学习好本课程的主要方式上完课及时复习，学完一章进行小结；做习题加深概念和理解经常进行阶段复习掌握知识的窍诀：反复思维实践11/17/20237关于学习方法建议Youhear,youforgetYoudo,yourememberYouthink,youunderstand

如果你只是听，那么你会忘记如果你去做，你就会记住如果你思考，你才能明白11/17/20238其他约定上课时间：周二：3-4节，四教东302&周五：1-2节，五教0312不得迟到、早退、缺课，有事请假上课时请关闭作业不得用纸片信纸之类，必须使用作业本迟交的作业及纸片做的作业恕不批改，只作记录11/17/20239内容第一章绪论〔3〕第二章确知信号〔2〕第三章随机过程〔5〕第四章信道〔2〕第五章模拟调制系统〔10〕第六章数字基带传输系统〔8〕第七章数字带通传输系统〔6〕第八章新型数字调制技术〔3〕第九章模拟信号的数字传输〔8〕第十章数字信号的最正确接收〔4〕第十三章同步原理〔4〕总结〔2〕11/17/202310第1章绪论1.1通信的根本概念1.2通信系统的组成1.3通信系统分类与通信方式1.4信息及其度量1.5通信系统主要性能指标1.6小结11/17/202311中国联通第1章绪论1.1通信的根本概念一、通信技术的当前状况(1)移动通信己成为通信的主要方式二代〔GSM、CDMA〕；三代〔WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA)(2)IP网正成为多媒体〔语音、文字、图像〕通信的综合通信平台IP、IPTV(3)三网〔网、计算机网、电视网〕正走向融合(4)无线接入正快速开展，与IP网结合进入移动IP新时代中国移动中国电信11/17/202312人类对通信的需求：学校教育、个人与家庭、政府管理、医疗、企业、商贸、娱乐等无处不在！个人与家庭市场与营销学校与教育金融与理财政府与管理固定电话网移动电话网互联网IPTVHDTV医疗卫生11/17/202313通信网络四通八达！TheInternetIPbackboneBillingVHESignallingGatewayWAPAccountingUMTSBroadcastNetworks(DAB,DVB-T)SatelliteFESGSM/GPRSContext-awareinformationCentreIP-basedmicro-mobilityWirelessLANsISPSIPProxyServer11/17/202314开展下一代网络(NGN)推进网络融合！下一代光网络：MSTP智能光网下一代数据网：NGI,IPV6下一代交换网：软交换体系

下一代移动网：

3G,3G后NGN伞11/17/202315网络正走向融合！Internet网无线移动互联网广电网固定电信网卫星网IPIPIPIP技术提供了各网统融合的基础IP语言、数据、视频信息于一网之中各网合一为人类工作和生活提供方便提供统一解决方案网络融合示意模型11/17/202316小结信息来源信息传输信源信息获取数字化信息传递与分配信息检测与存储信息利用(控制)语言、文字、图像、音乐遥测、遥感、医疗、军事生产控制社会管理存储信息产业传感设备、雷达、摄影器材广播器材、电视设备计算机设备、网络设备集成电路电话、通信系统软件系统信息理论通信理论与技术（编码理论、调制理论、检测理论）计算机科学与技术、人工智能、模式识别信息科学与技术网络理论、信息安全与控制信号处理论与技术（语音、图像、数据）信息科学与技术是科学技术现代化的支柱之一；掌握《通信原理》就获取了打开这一科学殿堂大门的钥匙！11/17/202317第1章绪论1.1通信的根本概念二、通信技术开展回忆11/17/202318第1章绪论塞缪尔·莫尔斯〔SamuelFinleyBreeseMorse，1791-1872〕，作为一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。1826年至1842年任美国画家协会主席。

在一次远洋旅途中，莫尔斯结识了杰克逊。杰克逊是波士顿城的一位医生，也是一位电学博士。闲聊中，杰克逊把话题转到电磁感应现象上。从此，莫尔斯走上了科学创造的崎岖道路。为了维持生活，莫尔斯于1836年不得不重操旧业，担任纽约大学艺术及设计教授。课余时间，他仍然继续从事电报创造工作。终于在1837年9月4日，莫尔斯制造出了一台电报机。1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，进行电报发收试验。年过半百的莫尔斯在预先约定的时间，兴奋地向巴尔的摩发出人类历史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句话的电报：“上帝创造了何等的奇迹!〞11/17/202319第1章绪论1862年31岁，麦克斯韦发表了第二篇论文?论物理力线?，不但进一步开展了法拉第的思想，扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论到达的主要结果。1864年他的第三篇论文?电磁场的动力学理论?，从几个根本实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的?电学和磁学论?一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的?自然哲学的数学原理?、达尔文的?物种起源?和赖尔的?地质学原理?相媲美的里程碑式的著作。麦克斯韦的主要科学奉献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克〔MaxPlankl858—1947〕指出的：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光辉。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界〞。11/17/202320第1章绪论

赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅37岁。1886年29岁发现电磁波，其后不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术：无线电报〔1894年〕、无线电播送〔1906年〕、无线电导航〔1911年〕、无线〔1916年〕、短波通讯〔1921年〕、无线电〔1923年〕、电视〔1929年〕、微波通讯〔1933年〕、雷达〔1935年〕，以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学……它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。

赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的开展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。11/17/202321第1章绪论1876-------------贝尔创造贝尔制成的机贝尔于1875年制成上图的原型。这个装置由一圈电线、一个磁臂和一块张紧薄膜组成。声音震动薄膜，再振动磁臂。磁石的移动令线圈产生波动的电流。这个电讯号可利用线路另一端的相同装置再转换回声音。11/17/202322第1章绪论信息论的创始人香农Shannon，1916年生于美国，大学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过布尔代数课，并曾在创造微分分析仪的数学家布什的指导下使用微分分析仪，这使他对继电器电路的分析产生兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代数。1938年，香农发表了著名的论文?继电器和开关电路的符号分析?，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。后来，香农到贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了根底，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应用。无失真变长信源编码定理(香农第一定理)有噪信道编码定理(香农第二定理)保真准那么下信源编码定理(香农第三定理)11/17/202323第1章绪论1965-------------创造程控交换机1991-------------GSM商用1995-------------CDMA〔IS-95〕商用移动通信2.5代〔2.5G〕、三代〔3G〕；移动通信快速普及，移动用户数超过固定网络化无线化随时随地、上网无线，个人通信新时代正在到来！多媒体化11/17/202324从有线到无线，正走向随时随地，上网无线！个人通信：5WWhenever无论何时Wherever无论何地Whoever无论是谁Whatever无论什么内容Whomever能找到对方多媒体：语音、数字、视频、音乐11/17/202325今天的程控交换机----开展出了软交换系统！核心分组网软交换智能网增值业务认证及计费服务器应用服务器策略服务器信令网关FHXS5000中继媒体网关FHXT3000H.323网关FHX800无线接入网关FHXW4000SS7PSTN/ISDNH.323网关FHX800IP专用小交换机FHX600综合接入设备FHXI1000智能小区/学校媒体服务器FHXM6000IP专用小交换机FHX600综合接入设备FHXI1000商业用户C4/C5局特点：分层的网络体系构架

综合的设备接入能力平滑扩展，无缝融合基于策略的统一网络管理策略网管FHXX8000

FHXP7000

11/17/202326第1章绪论1.2通信系统的组成一、通信系统的一般模型描述了消息由发送至接收的流程1.经典模型11/17/202327第1章绪论1.2通信系统的组成一、通信系统的一般模型图1.1(b)现代通信系统功能模型2.现代通信系统功能模型11/17/202328第1章绪论1.2通信系统的组成二、通信原理中主要名词定义信源／source：消息的来源，消息的产生者、接收者消息／message：通信系统传送的对象〔语音、文字、图像、数据〕信号／signal：由消息变换后，在通信系统中传送的物理量〔电、光、声等〕〔信令／signaling----设备操作指令〕信息／information：消息中所含内容的度量，由香农信息论定义，单位是比特〔bit〕11/17/202329第1章绪论模拟信号和数字信号

模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：1.2通信系统的组成三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型(a)话音信号(b)抽样信号图1-2模拟信号11/17/202330第1章绪论模拟信号和数字信号

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：1.2通信系统的组成三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型(a)二进制信号(b)2PSK信号图1-3数字信号11/17/202331第1章绪论通常，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。1.2通信系统的组成三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型11/17/2023321.2通信系统的组成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：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〕三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型天线、变频、放大、解调等调制、放大、天线等图1-4模拟通信系统模型重点讲：调制与解调原理；噪声对信号传输的影响11/17/2023331.2通信系统的组成模拟通信的主要特点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开展的计算机通信的要求简单、易于实现三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型11/17/2023341.2通信系统的组成

数字通信系统模型三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型图1-5数字通信系统模型在某些有线信道中，假设传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，可以直接传送，称之为数字信号的基带传输，其模型中就不包括调制与解调环节。11/17/2023351.2通信系统的组成

数字通信系统模型三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型(1)信源编码与译码作用一：是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。

作用二：是当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。信源译码是信源编码的逆过程。通信原理与信息论11/17/2023361.2通信系统的组成

数字通信系统模型三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型(2)信道编码与译码数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起过失。为了减少过失，信道编码器对传输的信息码元按一定的规那么参加保护成分〔监督元〕，组成所谓“抗干扰编码〞。接收端的信道译码器按一定规那么进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。信道编码：线性分组码、卷积码、循环码等。★11/17/2023371.2通信系统的组成

数字通信系统模型三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型(3)加密与解密在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的平安，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。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，恢复原来信息，叫解密。11/17/2023381.2通信系统的组成

数字通信系统模型三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型(4)数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。根本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK、差分相移键控DPSK。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调复原为数字基带信号。对高斯噪声下的信号检测，一般用相关器接收机或匹配滤波器实现。11/17/2023391.2通信系统的组成

数字通信系统模型三、模拟通信系统模型和数字通信系统模型(5)同步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。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为：载波同步、位同步、群同步和网同步11/17/202340抗干扰能力强。传输过失可控。易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。易于集成化，从而使通信设备微型化。易于加密处理，且保密强度高。需要较大的传输带宽，对同步要求高。1.2通信系统的组成四、数字通信的主要特点11/17/202341按通信业务分：话务通信和非话务通信。非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。按调制方式分类：基带传输和频带〔调制〕传输按信号特征分类：模拟信号还是数字信号按传输媒质分类：有线通信系统和无线通信系统按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、红外线通信……按信号复用方式分类：频分复用、时分复用和码分复用。1.3通信系统分类与通信方式一、通信系统的分类11/17/2023421.3通信系统分类与通信方式一、通信系统的分类表1-1常见调制方式及用途11/17/2023431.3通信系统分类与通信方式一、通信系统的分类续表1-111/17/2023441.3通信系统分类与通信方式一、通信系统的分类表1-2频段划分及典型应用11/17/2023451.3通信系统分类与通信方式一、通信系统的分类续表1-211/17/202346

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1.3通信系统分类与通信方式二、通信方式11/17/202347

单工、半双工和全双工通信

全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式1.3通信系统分类与通信方式二、通信方式11/17/202348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，本钱高1.3通信系统分类与通信方式二、通信方式11/17/202349

并行传输和串行传输串行传输：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

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1.3通信系统分类与通信方式二、通信方式11/17/202350其他分类方式：同步通信和异步通信专线通信和网通信1.3通信系统分类与通信方式二、通信方式11/17/2023511.5通信系统主要性能指标有效性：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。11/17/2023521.5通信系统主要性能指标模拟通信系统