通信原理

主講：劉晨晨

1本課程的地位《通信原理》是一門專業(yè)基礎(chǔ)理論課。主要學(xué)習(xí)現(xiàn)代通信的基本理論，是學(xué)習(xí)通信系統(tǒng)和技術(shù)的必備基礎(chǔ)和先行課程。核心內(nèi)容

以現(xiàn)代通信系統(tǒng)為背景，介紹通信系統(tǒng)的工作原理。通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的工作原理通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2本課程前期基礎(chǔ)通信系統(tǒng)是如何工作的？

微積分運算及其性質(zhì)傅里葉變換及性質(zhì)卷積變換及性質(zhì)通信系統(tǒng)在有噪聲的情況下性能如何？

定量分析干擾對通信系統(tǒng)的影響概率論、隨機過程、特殊函數(shù)解決方法

提高有效性、可靠性的技術(shù)3教材、參考書教材

《通信原理》(第6版)．樊昌信，曹麗娜．北京：國防工業(yè)出版社，2007．參考書《現(xiàn)代通信原理》.曹志剛，錢亞生．北京：清華大學(xué)出版社，2003．《通信原理》.沈越泓，高媛媛，魏以民．北京：機械工業(yè)出版社，2003．《通信原理》.王秉鈞，馮玉珉，田寶玉．北京：清華大學(xué)出版社，2008．《通信系統(tǒng)原理教程》.王興亮．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007．4本課程的主要內(nèi)容本課程主要討論模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成、工作原理、性能指標(biāo)及其分析方法。模擬調(diào)制系統(tǒng)（課本第5章）模擬通信收音機廣播（中波、短波）：調(diào)幅收音機廣播（調(diào)頻）：調(diào)頻電臺通信：邊帶調(diào)制5本課程的主要內(nèi)容數(shù)字帶通傳輸/調(diào)制系統(tǒng)（課本第7、8章）模擬信號的數(shù)字傳輸（課本第9章）數(shù)字通信近距離數(shù)據(jù)通信（計算機串行通信）遠距離數(shù)據(jù)通信數(shù)字程控電話交換機數(shù)字信號的最佳接收（課本第10章）差錯控制編碼（課本第11章）同步原理（課本第13章）ASKFSKPSK數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（課本第6章）6本課程的學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)本課程的關(guān)鍵掌握通信系統(tǒng)的組成和工作原理框圖數(shù)學(xué)模型時域波形頻譜掌握通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)及性能分析方法模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)注重公式推導(dǎo)過程獨立、認(rèn)真完成課后作業(yè)——抗噪性能——誤碼率7本課程的學(xué)習(xí)考試方式閉卷考試題目以課后習(xí)題內(nèi)容為基礎(chǔ)平時成績（30%）卷面成績（70%）8緒論第1章《通信原理》

9本章主要內(nèi)容1.1通信的基本概念1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.4信息其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)101.1通信的基本概念通信的目的消息信息通信方式和手段

——傳遞消息中所包含的信息——物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映（形式）——消息中包含的有效內(nèi)容（本質(zhì)）非電手勢語言旌旗消息樹烽火臺擊鼓傳令電電報電話電視因特網(wǎng)計算機通信遙控遙測111.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)一般模型

發(fā)送端接收端121.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型

信息源：

把各種可能消息轉(zhuǎn)換成原始電信號。話筒、攝像機數(shù)據(jù)記錄、光驅(qū)、軟盤。131.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型發(fā)送設(shè)備：將原始電信號變換成利于在信道傳輸?shù)男盘枴?/p>

廣播電臺、電視發(fā)射塔、計算機COM口。（變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制）141.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型信道：信號傳輸通道。

空間（無線）電線、電纜、光纖（有線）151.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型噪聲源：信道中噪聲及分散在通信系統(tǒng)其它各處的噪聲集中表示。161.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型接收設(shè)備：從受到損失的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。

將信號放大和反變換

收音機、電視機、計算機COM口。171.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)模型受信者：將原始電信號轉(zhuǎn)換成消息。喇叭、TV顯像管、顯示器。181.2通信系統(tǒng)的組成模擬信號和數(shù)字信號

模擬信號：攜帶消息的電信號參量是連續(xù)變化的。語音信號：攜帶消息的電信號參量為信號幅度，連續(xù)變化。電視信號：攜帶消息的電信號參量為亮度，連續(xù)變化。(a)話音信號(b)抽樣信號191.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字信號：攜帶消息的電信號參量是離散變化的。數(shù)據(jù)信號電報信號：通斷信號電傳信號：脈沖信號(a)二進制信號(b)2PSK信號201.2通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)基帶信號頻帶信號——信號的頻率從零頻附近開始——將基帶信號調(diào)制在載頻上得到的信號（已調(diào)信號、帶通信號）特征：攜帶信息適合在信道中傳輸211.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)：利用數(shù)字信號傳輸信息的通信系統(tǒng)。所傳輸?shù)臄?shù)字信號可以是數(shù)字基帶信號，也可以是數(shù)字頻帶信號。221.2通信系統(tǒng)的組成信源編碼信道編碼加密數(shù)字調(diào)制同步：提高傳輸?shù)挠行?，完成?shù)/模轉(zhuǎn)換：增強抗干擾能力（增加監(jiān)督元）：保證所傳信息的安全：把基帶信號搬移到高頻處（帶通信號）：使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致，包括載波同步、位同步、幀同步、網(wǎng)同步，是接收端正確恢復(fù)數(shù)字信息所不可缺少的。231.2通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信的優(yōu)點1.抗噪性能好數(shù)字信號可以多次再生數(shù)字通信適合遠距離傳輸2.可采用信道編碼技術(shù)降低誤碼率3.便于加密4.便于存儲、交換、處理，能與計算機連接5.通用、靈活缺點占用帶寬較大頻帶利用率低設(shè)備復(fù)雜度高241.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類電報通信系統(tǒng)電話通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖像通信系統(tǒng)按調(diào)制方式分類基帶傳輸頻帶傳輸（調(diào)制傳輸）251.3通信系統(tǒng)分類與通信方式按信號特征分類模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類有線通信無線通信按工作波段分類長波通信中波通信短波通信遠紅外通信261.3通信系統(tǒng)分類與通信方式按信號復(fù)用方式分類頻分復(fù)用：不同信號占據(jù)不同的頻率范圍時分復(fù)用：不同信號占據(jù)不同的時間范圍碼分復(fù)用：不同信號采用不同的正交碼271.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信方式對于點點通信，按消息傳送的方向與時間關(guān)系分類單工通信

消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞綇V播、電視、無線尋呼281.3通信系統(tǒng)分類與通信方式半雙工通信通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時收發(fā)的工作方式。對講機291.3通信系統(tǒng)分類與通信方式全雙工通信通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式電話、手機301.3通信系統(tǒng)分類與通信方式在數(shù)據(jù)通信中，按照數(shù)字信號碼元排列方法分類串行傳輸將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸。COMRS232優(yōu)點：節(jié)省線路鋪設(shè)費用缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施311.3通信系統(tǒng)分類與通信方式并行傳輸將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或者兩條以上的并行信道上同時傳輸。打印機口優(yōu)點：速度快，不需要字符同步措施缺點：成本高321.4信息及其度量信息如何度量消息中所含的信息量?原則能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)。：消息中包含的有意義的內(nèi)容。331.4信息及其度量“某客機墜毀”“今天下雨”哪條消息的信息量大？消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。341.4信息及其度量度量信息的方法一個獨立事件的信息量當(dāng)時，信息量的單位為比特（bit）當(dāng)時，信息量的單位為奈特（nat）其中：為獨立事件出現(xiàn)的概率。使用較為廣泛當(dāng)時，信息量的單位為哈特萊（Hartley）351.4信息及其度量規(guī)律事件出現(xiàn)的可能性愈小，概率愈小，則信息量愈大。事件出現(xiàn)的可能性愈大，概率愈大，則信息量愈小。，。若干獨立消息之和的信息量是每個消息所包含信息量的線性疊加，即信息具有相加性。361.4信息及其度量【例1】對二進制的數(shù)字消息：碼元“0”和“1”，當(dāng)“0”、“1”等概率出現(xiàn)時，求信源每個輸出的信息含量。工程應(yīng)用中習(xí)慣把一個二進制碼元稱作1bit。若為四進制，信息量為多少？八進制呢？十六進制呢？。。。。371.4信息及其度量若是2的整冪次，即，則有對進制的數(shù)字消息：一個碼元有種可能的取值，當(dāng)這種可能的取值等概率出現(xiàn)時，每個碼元的信息量381.4信息及其度量非等概率情況設(shè)離散信息源是一個由個符號組成的集合，按獨立出現(xiàn)，即則各符號的信息量分別為391.4信息及其度量每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量為信息源的熵每個符號等概率獨立出現(xiàn)時信源的熵最大401.4信息及其度量

【例2】設(shè)由5個符號A、B、C、D、E組成的信息源，相應(yīng)概率為求信源5條消息的熵（或平均信息量）。411.4信息及其度量連續(xù)消息的平均信息量（或相對熵）

其中：為連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度421.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性可靠性模擬通信系統(tǒng)度量標(biāo)準(zhǔn)有效性：可靠性：矛盾統(tǒng)一信息傳輸角度：頻帶寬度和時間間隔，速度問題：準(zhǔn)確程度，質(zhì)量問題有效傳輸頻帶接收端最終輸出信噪比431.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)度量標(biāo)準(zhǔn)有效性碼元傳輸速率信息傳輸速率設(shè)碼元寬度為

每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)目（傳信率）（比特率）每秒傳輸?shù)钠骄畔⒘炕虮忍財?shù)單位：比特/秒（b/s或bps）單位：波特（B）二進制多()進制傳輸速率頻帶利用率441.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)碼元速率相同

多進制系統(tǒng)的信息速率比較高信息速率相同

多進制系統(tǒng)