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通信原理FundamentalsofInformationTransmission南京航空航天大学信息科学与技术学院通信原理教研组信息学科特点信息学科是当代科学的前沿学科对几乎所有其他学科都有很强的渗透性，生动体现出整个学科在信息时代科技进步中的先导作用从20世纪末到21世纪中叶，人类处在一个科学高度分化又高度综合的时代。信息科学和技术在整个科学之中，依然是发展最迅速的学科copyright信息科学与技术学院通信原理教研组2进度安排学时内容累积进度3绪论3/563确知信号、随机过程复习6/568模拟调制系统14/568数字基带传输系统22/5610（新型）数字带通传输系统32/564数字信号最佳接收36/566信源编码42/566差错控制编码48/568同步，信息论基础56/56copyright信息科学与技术学院通信原理教研组3成绩分布平时成绩30％闭卷考试70％copyright信息科学与技术学院通信原理教研组4先修和后续课程•概率论与随机过程•信号与系统，电子线路后续课程•卫星通信移动通信光纤通信•数字通信扩频通信•信息论纠错编码软件无线电先修课程copyright信息科学与技术学院通信原理教研组5课程任务通信的过程：1)信息的采集2)信息的加工/处理3)信息的传输4)信息的交换5)信息的利用本课程主要介绍信息端到端的传输系统，重点讨论系统的组成原理、实现方法和性能指标！雷达获取来犯敌机或导弹信息对信息进行加工处理，如编码、经纬度转换信息从雷达站向上级传送信息经逐级交换传送至中央由中央决定对来犯者实施打击或驱逐copyright信息科学与技术学院通信原理教研组6课程内容模拟系统模拟调制AM，DSB，SSB，VSB，PM，FM复合和多级调制数字系统基带系统频带系统工具：信号、噪声和信道的分析信息论知识模/数变换：脉冲调制PAM，PCM，DPCM多路传输、同步技术、最佳接收、纠错编码改善性能ASK，FSK，PSK，DPSK基本原理、实现方法、性能分析！copyright信息科学与技术学院通信原理教研组7学习方法在“信号分析”和“随机过程”的基础上研究通信系统的一般原理和性能。不从具体电路出发，而从系统的物理模型或数学模型着手进行分析，强调基本原理和概念。本课程是一门概念性和理论性较强的课程，要适当地多做习题，加深对基本概念的理解。本课程是一门呈上启下的专业基础课，要求有一定的知识面，需要进行一定的实验和实践等，在掌握通信原理的基础上，了解现代通信技术和通信系统。copyright信息科学与技术学院通信原理教研组8引言1通信系统的组成2通信系统的分类及通信方式3信息及其度量4主要性能指标5第一章绪论copyright信息科学与技术学院通信原理教研组91.1引言2、消息：信息的载体。如包含有信息的语言、文字和图像等。同一信息可以用不同的消息来载荷，如某一事件，可以用语言来表达，也可以用文字来描述。1、信息：对接收者来说事先不确定的事件。•接收者在收到信息之前，对它的内容是不知道的，所以信息是新知识、新内容；•信息的获得能使某一事件的不确定性减少；•信息是可以量度的。3、信号：表示消息的物理量。电信号，光信号。单从传输的角度，三者是等价的。copyright信息科学与技术学院通信原理教研组104、信息传输（通信）：将信息从一地传输至另一地的过程。5、信息传输的目的：传输含有信息的消息。点点点多点多点多点大多数的消息都是非电量，不宜于在信道中进行远距离传输，为此需要将它们变换成电/光信号（信息信号）！基本概念copyright信息科学与技术学院通信原理教研组111、频域：大多数的信息信号是低通型的带限信号，频谱集中在低频段，称为基带信号或低通型信号。电话300～3400Hz电视0～6MHz调幅广播300KHz～3MHz2、时域：模拟基带信号数字基带信号信号的某一个参量可以取无限多个值，且与消息直接对应。信号的某一个参量只能取有限个值，且通常不直接与消息对应。信息信号的特点copyright信息科学与技术学院通信原理教研组12Of(t)t(a)f(nT)tPAM信号(b)O信号举例copyright信息科学与技术学院通信原理教研组13100110111001Of(nT)t00111001数字信息PSK波形(a)(b)信号举例copyright信息科学与技术学院通信原理教研组14引言1通信系统的组成2通信系统的分类及通信方式3信息及其度量4主要性能指标5第一章绪论copyright信息科学与技术学院通信原理教研组151.2通信系统的组成通信系统：完成信息传输功能的所有技术设备的总和。通信系统简化模型copyright信息科学与技术学院通信原理教研组16信息源信道受信者发送设备接收设备噪声源消息传输的目的地产生需传输的消息存在于发信机、信道、收信机,通常用等效噪声源来表示发送设备：将消息转换为合适在信道传输的信号接收设备：把信号转换为消息。使收信者能够接受信道：传输媒介(有线信道&无线信道)1.2.1通信系统模型copyright信息科学与技术学院通信原理教研组17AMDSBSSBVSBFMPM模拟信源信道声噪变换器调制器发射机接收机解调器反变换器受信者解调：从已调信号中还原出被传输的低频信息信号。调制：将基带信号变换成另一信号，以提高系统传输信息的效率和质量。通常做频率上的变换。核心部件为调制解调器一、模拟通信系统模型1.2.2模拟与数字通信系统copyright信息科学与技术学院通信原理教研组18信道信源基带信号成形信宿噪声同步系统数字基带传输系统接收滤波器二、数字通信系统模型（基带）copyright信息科学与技术学院通信原理教研组22数字频带传输系统二、数字通信系统模型（频带）信息源信道声噪信源编码信道编码调制器解调器信道译码信源译码受信者同步系统加密解密交织解交织ASKFSKPSKDPSKcopyright信息科学与技术学院通信原理教研组231、信源编（译）码：a）变换信源信号的表达方式，将模拟信号转变为数字基带信号，使其便于传输b）压缩信源信号的冗余成分，提高系统的传输效率。A/D转换、波形变换、参数编码等2、信道编（译）码：通过有目的的增加信息的冗余度，使系统具有一定的纠检错能力，提高系统传输信息的质量。分组码、卷积码、级联码等和模拟通信系统相比较,在发送端加了两个编码器，在接收端相应地增加了两个译码器。信源、信道编译码copyright信息科学与技术学院通信原理教研组241.抗干扰能力强，特别是在中继传输时更为明显。2.可以进行差错控制，因而提高了信息传输的可靠性。3.便于使用现代计算机技术，对信号进行处理，存储和变换从而提高信息传输的灵活性。4.便于加密，实现保密信息传输。5.易于和其他系统配合使用，构成一个灵活，通用，多功能的综合业务信息传输网。数字通信系统的优点copyright信息科学与技术学院通信原理教研组251.占用频带较宽2.系统复杂。如：模拟电话4KHz传输质量相同的数字电话20～60KHz数字通信系统的缺点copyright信息科学与技术学院通信原理教研组26三、调制与解调1、为了有效地辐射电磁波，增加传输距离。话音300Hz~3400Hz，波长106~9*104m2、调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道的要求。3、调制可将多个信息信号（它们的频谱分量处于同一频带范围内）搬到不同频率或不同时间的各个载波信号上，从而能够实现多路和多址信息传输，提高频谱效率。4、提高信息传输系统的抗干扰能力和保密能力。特别是用于现代通信的扩频调制、空时编码、OFDM等广义调制技术。调制的作用copyright信息科学与技术学院通信原理教研组27调制的分类调制方式用途连续波调制线性调制（模拟）标准调幅AM广播抑制载波双边带调幅DSB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、传真非线性调制（模拟）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ASK、FSK、PSK（DPSK）数据传输其他高效数字调制QAM等数字微波,空间通信copyright信息科学与技术学院通信原理教研组28脉冲数字调制调制方式用途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,图像编码其他方式ADPCM中低速数字电话调制的分类copyright信息科学与技术学院通信原理教研组29与调制相反的变换过程称为解调，不同的调制方法通常需要不同的解调方法。正是由于存在多样的调制和解调方法，才构成了各种不同的信息传输系统。调制和解调是信息传输技术所包含的最基本的内容！解调copyright信息科学与技术学院通信原理教研组30引言1通信系统的组成2通信系统的分类及通信方式3信息及其度量4主要性能指标5第一章绪论copyright信息科学与技术学院通信原理教研组311）按传输信号的特征分模拟信息传输系统数字信息传输系统3)按工作频率分长波通信中波通信短波通信微波通信光波通信2）按传输媒质分有线通信无线通信1.3.1通信系统分类4)按用途分专用通信公用通信copyright信息科学与技术学院通信原理教研组325)按消息的物理特征分(通信业务种类）电报电话、可视电话数传TV雷达6)按是否调制分基带传输频带传输7）按通信者是否运动分固定通信移动通信8）按信号复用方式分码分复用频分复用时分复用空分复用通信系统分类copyright信息科学与技术学院通信原理教研组331.3.2通信方式1.按消息传递的方向与时间分对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。copyright信息科学与技术学院通信原理教研组36半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。例如，使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信都是半双工通信方式。copyright信息科学与技术学院通信原理教研组37全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式，计算机之间的高速数据通信也是这种方式。copyright信息科学与技术学院通信原理教研组38２.按数字信号排序分在数字通信中，按数字信号代码排列的可分为并行传输和串行传输。串行传输是数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。通常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。copyright信息科学与技术学院通信原理教研组39并行传输是将代表信息的数字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。并行传输的优点是节省传输时间，但需要传输信道多，设备复杂，成本高，故较少采用，一般适用于计算机和其他高速数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信。copyright信息科学与技术学院通信原理教研组403.按通信网络形式分通信的网络形式可分为三种：两点间直通方式、分支方式和交换方式。终端A转接站终端A终端A终端B终端N终端C终端B...终端B终端C终端N交换设备(a)(b)(c)（a）两点间直通方式（b）分支方式（c）交换方式copyright信息科学与技术学院通信原理教研组41引言1通信系统的组成2通信系统的分类及通信方式3信息及其度量4主要性能指标5第一章绪论copyright信息科学与技术学院通信原理教研组42一、信息量一个符号它所携带的信息量是和该符号出现的概率有关，即概率可以表征消息所含的信息量的大小。()[()]iiIxfPx当()1iPx时，()0iIx(4)互相独立事件的联合信息量应等于它们各自信息量之和。(2)自信息量应是关于概率的单调递减函数，即当时，12()()PxPx12()