計算機通信-第1章緒論第一頁，共51頁。一、信息學科特點信息學科是當代科學的前沿學科，對幾乎所有其他學科都有很強的滲透性，生動體現(xiàn)出整個學科在信息時代科技進步中的先導作用從20世紀末到21世紀中葉，人類處在一個科學高度分化又高度綜合的時代。信息科學和技術在整個科學之中，依然是發(fā)展最迅速的學科第二頁，共51頁。1.通信的過程：信息的采集信息的加工處理信息的傳輸信息的交換信息的利用二、課程的地位與作用第三頁，共51頁。

2.以人民防空系統(tǒng)為例詳解上述過程：

雷達獲取來犯敵機或導彈信息對信息進行處理，如編碼、經緯度轉換等信息從雷達站向上級傳送信息經逐級交換傳送至中央由中央決定對來犯者實施打擊或驅逐第四頁，共51頁。三、課程的內容模擬系統(tǒng)線性調制

AM，DSB，SSB，VSB非線性調制

PM，F(xiàn)M數(shù)字系統(tǒng)基帶系統(tǒng)頻帶系統(tǒng)模/數(shù)變換：脈沖調制

PAM，PCM，DPCM多路傳輸、同步技術最佳接收、糾錯編碼改善性能ASK，F(xiàn)SK，PSK，DPSK

基本原理、實現(xiàn)方法、性能分析！第五頁，共51頁。

四、《現(xiàn)代通信原理》章節(jié)

1. 緒論

2. 隨機信號分析

3. 模擬調制*

4. 模擬信號的數(shù)字化傳輸

5. 數(shù)字基帶傳輸*

6. 數(shù)字調制

7. 數(shù)字信號的最佳接收*

8. 同步技術

9. 信道編碼

10.通信原理實驗第六頁，共51頁。五、前沿技術

物聯(lián)網技術（EnOcean無需電源與布線的新型無線智能控制系統(tǒng)）

可見光通信技術（無需WiFi，點盞LED燈就能上網）

移動通信技術（3G/4G，寬帶、高速、低碳、智能、可持續(xù)發(fā)展）

移動互聯(lián)網技術（智能終端+云計算）

……第七頁，共51頁。第一章緒論第八頁，共51頁。通信發(fā)展簡史1通信系統(tǒng)的基本模型2通信系統(tǒng)分類和數(shù)字通信系統(tǒng)3信息量與香農公式4第一章緒論5數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標第九頁，共51頁。1.1通信發(fā)展簡史電通信起源于18世紀末，用于軍事目的是19世紀初。1876年貝爾發(fā)明了電話。1895年馬可尼和波波夫同時分別實現(xiàn)了無線電通信。1929年貝爾實驗室第一次進行了電視試驗。1946年美國造了第一臺電子計算機，到了20世紀50年代末開始了計算機通信。1956年美國摩托羅拉公司生產出首個無線電尋呼機。第十頁，共51頁。1957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，人類開始了空間通信。1962年美國發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星，衛(wèi)星通信步入實用階段。1966年美籍華人高錕提出光纖通信設想，十多年后實現(xiàn)了光纖通信。1970年第一部商用數(shù)字時分程控電話交換機在法國投入使用。1978年美國貝爾實驗室研制成功模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)。1985年英國電信公司開設了綜合業(yè)務數(shù)字網。1986年歐洲推出泛歐數(shù)字移動通信網(GSM)并于1991年在歐洲開始商用。通信發(fā)展簡史（續(xù)）第十一頁，共51頁。1989年美國科克姆公司開始碼分多址數(shù)字蜂窩通信試驗，93年生產出第一批雙模式移動臺，此后CDMA席卷世界。1991年美國國防部“易通話”計劃提出軟件無線電概念，94年10月完成第一階段計劃并進行演示。1994年國際最大的計算機互聯(lián)網絡(英特網)商業(yè)化，實現(xiàn)了世界范圍的網絡資源共享。2000年國際電信聯(lián)盟(ITU)確定W-CDMA，CDMA-2000和TD-SCDMA三大主流無線接口標準寫入第三代移動通信系統(tǒng)(3G)技術指導性文件。2006年后3G，4G技術的發(fā)展。通信發(fā)展簡史（續(xù)）第十二頁，共51頁。以光纖為骨干，輔以微波、衛(wèi)是信道的“八縱八橫”高速傳輸系統(tǒng)覆蓋全國。將農信工程、共信工程、安信工程、家信工程、城信工程和RFID工程列為六大專項工程。至2014年10月，我國固定電話達2.52億戶，手機用戶達12.77億部。我國固定電話網和移動電話網均為世界第一大網。(2013/2012/2011/2010年10月2.69/2.8/2.9/3.01，12.16/10.07/9.2/8.3）2015年，全球手機用戶量將首次超過全球人口總數(shù)。全球人口總數(shù)將超過74億，而手機用戶總數(shù)將略高于75億。我國通信事業(yè)的發(fā)展第十三頁，共51頁。信源和輸入變換信道輸出變換和信宿發(fā)送設備接收設備噪聲源消息傳輸?shù)哪康牡禺a生需傳輸?shù)南⒋嬖谟诎l(fā)信機、信道、收信機,通常用等效噪聲源來表示發(fā)送設備：加工信號將消息轉換為合適在信道傳輸?shù)男盘柦邮赵O備：減小噪聲及干擾的影響，把信號轉換為信宿能接收的信號信道：傳輸媒介(有線信道&無線信道1.2通信系統(tǒng)的基本模型第十四頁，共51頁。

1.3通信系統(tǒng)分類和數(shù)字通信系統(tǒng)1.通信系統(tǒng)分類：按收、發(fā)兩地有沒有線路連接分為：

有線通信和無線通信按消息的形式（通信業(yè)務的種類）分為：

電話、傳真、電視按信號的性質分為：

模擬通信和數(shù)字通信第十五頁，共51頁。

模擬通信與數(shù)字通信：

信道上傳輸?shù)氖悄M信號稱為模擬通信。

信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號稱為數(shù)字通信。模擬信號與數(shù)字信號：

凡信號的某一參量可以取無限多個值，并且直接與消息對應的信號稱為模擬信號。

凡信號的某一參量只能取有限個值，并且常常不直接或者不準確地與消息對應的信號稱為數(shù)字信號。模擬與數(shù)字第十六頁，共51頁。信號舉例第十七頁，共51頁。信號舉例第十八頁，共51頁。AMDSBSSBVSBFMPM信源信道聲噪變換器調制器發(fā)射機接收機解調器反變換器受信者解調：從已調信號中還原出被傳輸?shù)牡皖l信息信號。調制：將基帶信號變換成另一信號，以提高系統(tǒng)傳輸信息的效率和質量。通常做頻率上的變換。核心部件為調制解調器模擬通信系統(tǒng)模型第十九頁，共51頁。信道信源基帶信號成形信宿噪聲同步系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)接收濾波器數(shù)字通信系統(tǒng)模型（基帶）第二十頁，共51頁。數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)模型（頻帶）信息源信道聲噪信源編碼信道編碼調制器解調器信道譯碼信源譯碼受信者同步系統(tǒng)加密解密交織解交織ASKFSKPSKDPSK第二十一頁，共51頁。信源編（譯）碼

a）變換信源信號的表達方式，將模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字基帶信號，使其便于傳輸b）壓縮信源信號的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。

A/D轉換、波形變換、參數(shù)編碼等信道編（譯）碼

通過有目的的增加信息的冗余度，使系統(tǒng)具有一定的糾檢錯能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質量。

分組碼、卷積碼、級聯(lián)碼等信源編碼與信道編碼第二十二頁，共51頁。

抗干擾能力強，特別在中繼傳輸時更明顯?？梢赃M行差錯控制，因而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

便于使用現(xiàn)代計算機技術，對信號進行處理，存儲和變換從而提高信息傳輸?shù)撵`活性。

便于加密，實現(xiàn)保密信息傳輸。

便于系統(tǒng)集成。成本低、體積小、可靠性高。

可傳輸種類更多的消息，使通信系統(tǒng)更靈活，通用。數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點第二十三頁，共51頁。占用頻帶較寬系統(tǒng)復雜。如：模擬電話4KHz傳輸質量相同的數(shù)字電話20～60KHz數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點第二十四頁，共51頁。2、通信方式按消息傳遞的方向與時間分

對于點與點之間的通信，按消息傳遞的方向與時間關系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。

單工通信，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個信道。廣播、遙測、遙控、無線尋呼等就是單工通信方式的例子。第二十五頁，共51頁。

半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式。例如，使用同一載頻的對講機，收發(fā)報機以及問詢、檢索、科學計算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。半雙工通信第二十六頁，共51頁。

全雙工通信，是指通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。普通電話、手機都是最常見的全雙工通信方式，計算機之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。全雙工通信第二十七頁，共51頁。1.4信息量與香農公式消息、信號與信息的基本概念：消息—人或事物情況的報道。信號—消息的載體或消息的攜帶者(對電通信，信號是指電流或電壓的幅度、頻率、相位；無線電波、光波等等)。信息—對接收者事先不知道的消息(信息與不確定性緊密相關，越出人意料，信息量越大)。第二十八頁，共51頁。

1)信息量的定義：假設信源由共個離散符號組成，并且每個符號獨立，其中任一個符號si

出現(xiàn)的概率為則si

的信息量上述對數(shù)以2為底，則信息量的單位為比特(bit)信息的度量第二十九頁，共51頁。

(a)等概二元制信源，每一個符號的信息量為1比特。如：并且等概二元制信號，是最簡單的信息，每個符號的信息量為1比特，因此，它作為信息量的單位是非常適合的。

(b)信息量的概念與概率聯(lián)系在一起，概率越小信息量越大，符合人們對信息的理解。信息量的討論第三十頁，共51頁。

(c)信息量用對數(shù)表示，能準確地表達信息的本質。

i)確定符號概率為1，取對數(shù)為0，表示信息量為0。

ii)多個符號總信息量為各個符號信息量之和。如三個等概二元制符號的信息量I(3s)=3I(s)，即三個符號的信息量是單個符號信息量的三倍。

因為3個二元制符號共有8種狀態(tài)000、001、……111,所以每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為1/8，

I(3s)=-lb1/8=3l(s)=1

所以l(3s)=3l(s)

iii)信息量最小為0，不會為負。因概率在1~0之間，取對數(shù)則在0~無窮大之間，它不會為負數(shù)。因此，對數(shù)能準確地表示信息量的意義。信息量的討論（續(xù)）第三十一頁，共51頁。定義當信源等概時,有最大值。平均信息量(熵)第三十二頁，共51頁。1)熵的物理概念：每個符號的平均信息量，單位是比特/符號。2)熵是非負的，最小為零。3)當信源符號等概時，熵有最大值記為

q為信源符號個數(shù)4)只要信源不等概，則熵有如下性質第三十三頁，共51頁。例1若A、B、C、D等概，求平均信息量。第三十四頁，共51頁。例2設A、B、C、D四個消息分別以概率1/4、1/8、1/8、1/2傳送，求平均信息量。第三十五頁，共51頁。一離散信源由0，1，2，3四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8,1/4,1/4,1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求該信源的熵。例3用熵的概念來計算：第三十六頁，共51頁。香農公式香農公式給出了信道最大的無差錯傳輸速率。香農公式的另一形式：若噪聲單邊功率譜密度為n0，噪聲功率N=n0B

，則第三十七頁，共51頁。a)增大信號功率S可以增加信道容量C。若信號功率S趨于無窮大時，則信道容量C也趨于無窮大b)減小噪聲功率譜密度n0

也可以增加信道容量C。若n0趨于零，則C趨于無窮大關于香農公式的幾點討論（1）在給定B、S/N的情況下，信道的極限傳輸能力為C，而且此時能夠做到無差錯傳輸（即差錯率為零）。（2）提高信道容量的方法:第三十八頁，共51頁。當信道帶寬B趨于無窮大時，信道容量C的極限值為c)

增大信道帶寬B可以增加信道容量C，但不能使信道容量C無限制地增大。 關于香農公式的幾點討論（續(xù)）第三十九頁，共51頁。（3）信道容量可以通過系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保持不變。

若增加信道帶寬，可以適當降低信噪比，反之亦然。當信道容量C給定時，B1，S1/N1和B2，S2/N2分別表示互換前后的帶寬和信噪比，則有（4）當信道傳輸?shù)男畔⒘坎蛔儠r，信道帶寬B、信噪比S/N是可以互換的。

（5）香農公式并沒有給出帶寬與信噪比互換的具體方法。關于香農公式的幾點討論（續(xù)）第四十頁，共51頁。1.5數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標1.概述有效性、可靠性、適應性、標準性、經濟性、及美觀大方，便于維修等等都是通信系統(tǒng)的性能指標。其中最重要的是有效性與可靠性。有效性——快可靠性——正確第四十一頁，共51頁。有效性：取決于消息所含的信息量及對消息的處理。

通過有效傳輸帶寬Ｂ來衡量可靠性：與原信號的相似程度。

用均方誤差或信噪比表征2.模擬通信系統(tǒng)的有效性與可靠性第四十二頁，共51頁。

(1)有效性：用碼元速率(傳碼率)及信息速率(傳信率)來表征。

碼元速率：每秒鐘傳送碼元的個數(shù)，用表示，單位為波特，記為B。僅有碼元速率表示有效性是不夠的，如對八種天氣進行天氣預報晴云陰雨雪霧霜雹八進制01234567二進制000001010011100101110111若每秒鐘報告一次，則八進制碼元速率為1B，則二進制碼元速率為3B，是否二元制系統(tǒng)有效性高呢？結論是否定的，因為兩個系統(tǒng)完成的工作是一樣的，都是進行天氣預報。八種天氣，每秒鐘報告一次。因此，有效性僅用碼元速率來衡量有失公允。3.數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性第四十三頁，共51頁。每秒鐘傳送的信息量，用表示，單位為比特/秒，簡記為b/s。