通信原理课件1.

1通信原理2教材作者：樊昌信，曹丽娜出版社：国防工业出版社通信原理（第6版）3课程介绍《通信原理》旨在使大家系统地掌握通信系统基本原理及其性能的基本分析方法，了解现代通信技术和理论的发展状况。掌握通信系统的组成、分类、性能度量及所要解决的基本问题系统掌握通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法了解现代通信技术和理论的发展状况及趋势1.1通信的基本概念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4第1章绪论561.1通信的基本概念通信的基本概念通信：传递消息中所包含的信息。消息：是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。信息：是消息中包含的有效内容。实现通信的方式和手段：非电的：如烽火台、消息树、手势、说话…电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等。7原始手段有线通信无线通信烽火、旗语电报（1837Morse）电话（1876Bell）1.1通信的基本概念电磁波的存在Maxwell理论Hertz实践8近代通信科学技术发展大事记（一）1800–1837基础开发研究：Volta电池Fourier、Cauchy和Laplace数学研究Oersted、Ampere、Faraday和Henry电和磁实验Ohm欧姆定律Gauss、Weber和Wheatstone早期的电报系统1838Morse有线电报1845Kirchhoff电路定律1864Maxwell电磁幅射理论1876Bell有线电话1887Hertz电磁波发射，验证了麦克斯韦尔理论1.1通信的基本概念9近代通信科学技术发展大事记（二）1897Marconi无线电报1904Fleming二极管1905Fessenden无线电语音信号传输1906DeForest三极管放大器1915BellSystem横贯美国大陆的电话线路1918BHArmstrong超外差无线电接收机1920–1928Carson、Nyquist、Johnson和Hartley信号传输和噪声理论1931电传业务开通1933EArmstrong调频无线电1937Reeves构想脉冲编码调制（PCM）1.1通信的基本概念10近代通信科学技术发展大事记（三）1938BBC电视广播1938–1945（二战）雷达和微波系统1944–1947Rice和Wiener等统计通信理论1948Brattain、Bardeen和Shockley晶体管1948Shannon信息论1948–1950Hamming和Golay纠错编码1950电话系统中引入时分复用技术1953彩色电视1956越洋电话1960Maiman激光1961集成电路1.1通信的基本概念11近代通信科学技术发展大事记（四）1962卫星通信1962–1966高速数字通信理论1965程控电话交换机1966–1975宽带通信系统（包括光通信）1969ARPANET（Internet的前身）1971Intel单片微处理器1972Motorola蜂窝电话1972卫星电视直播1981IBM个人计算机1991GSM移动通信系统1995CDMA移动通信系统1.1通信的基本概念12后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”，包括光通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。1.1通信的基本概念131.2通信系统的组成通信系统的一般模型信源发送设备信宿噪声信道接收设备发端收端•把各种消息转换成原始电信号•对原始信号完成某种变换，使之适合在信道中传输•信号传输的通道，提供了信源与信宿之间在电气上的联系。分为有线信道和无线信道两大类•把接收到的信号反变换，转换成原始电信号•将复原的原始电信号转换成相应的消息MODEMMODEMTerminalPSTNHost141.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型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：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15模拟信号与数字信号Ot)(ts模拟信号Ot)(ts模拟信号Ot)(ts数字信号Ot)(ts数字信号1.2通信系统的组成16这是数字信号还是模拟信号？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17模拟通信系统模型信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统.它包含两种重要变换，一是把原始消息变为原始电信号，二是把不适合传输的基带信号通过调制器转换成频带信号；同时两种变换在收端都要经过反变换。信源调制器信宿噪声信道解调器发端收端通常称为基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始。该信号有两个基本特征：一是携带有信息；二是适应在信道中传输。其频谱通常具有带通形式，也叫带通信号。实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射等过程，但这些过程不会使信号发生质的变化，只是对信号进行放大和改善信号特性等，在通信系统模型中一般被认为是理想的而不予讨论。重点：调制与解调原理以及噪声对信号传输的影响。18模拟通信系统模型19数字通信系统模型信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统，分为三类：1.数字频带传输通信系统2.数字基带传输通信系统3.模拟信号数字化传输通信系统20数字通信系统模型信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力加密与解密目的：保证所传信息的安全数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致信息源信源编码信道译码信道编码信道数字调制加密数字解调解密信源译码受信者噪声源21模拟通信通信方式：信号中某个参量连续变化通信要求：高保真地复现信息质量准则：信噪比)(ts)()(tntstt22数字通信通信方式：信号中某个参量离散取值通信要求：正确判断离散值质量准则：错误率)(ts)()(tntstt1001123数字通信的特点优点:抗干扰能力强，且噪声不积累：以二进制为例，信号的取值只有两个,容易判别和处理。传输差错可控：通信中出现的差错可通过纠错编码技术来控制。便于处理、变换、存储易于集成，使通信设备微型化，重量轻易于加密处理，且保密性好缺点：需要较大的传输带宽对同步要求高24通信系统的分类：按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统按传输媒介分类：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、远红外线通信等按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用1.3通信系统分类与通信方式25常见的调制方式及用途-1调制方式用途连续波调制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数据传输频移键控FSK数据传输26调制方式用途数字调制相移键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信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、APC、LPC中低速数字电话常见的调制方式及用途-227频段划分及典型应用-1频率范围波长符号用途3Hz~30kHz104~108m甚低频VLF音频、电话、数据终端长距离导航、时标30k~300kHz103~104m低频LF导航、信标、电力线通信300kHz~3MHz102~103m中频MF调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3M~30MHz10~102m高频HF移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电30M~300MHz1~10mVHF电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航28频率范围波长符号用途300MHz~3GHz10~100cmUHF微波接力、卫星和空间通信、雷达3G~30GHz1~10cmSHF微波接力、卫星和空间通信、雷达30G~300GHz1~10mmEHF雷达、微波接力、射电天文学107G~108GHz3×10-5~3×10-4cm红外光通信频段划分及典型应用-2按消息传递的方向与时间关系分类按数据代码排列的时序分类按系统结构分类按同步方式分类单工通信半双工通信全双工通信并行传输串行传输点到点通信（专线通信）点到多点通信多点之间通信（网通信）同步通信异步通信29通信方式的分类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全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式30通信方式广播、遥控、无线寻呼使用同一载频的普通对讲机电话、计算机间的高速数据通信31并行传输与串行传输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，成本高发送方接收方同时发送8比特01101100通信方式32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其他分类方式：同步通信和异步通信专线通信和网络通信发送方01100100接收方01100100并行/串行转换器串行/并行转换器011001008比特依次发送通信方式33通信发展趋势目前数字通信在卫星通信、光纤通信、移动通信、微波通信等领域有了新的进展。1．卫星通信系统卫星通信系统是将通信卫星作为空中中继站，它能够将地球上某一地面站发射来的无线电信号转发到另一个地面站，从而实现两个或多个地域之间的通信。34卫星通信的特点是：通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限制、通信容量大、可靠性高等。自从1957年10月第一颗卫星发射成功以来，卫星通信作为一种重要的通信手段被广泛用于国际、国内和区域通信。21世纪的卫星通信将向更高频段、更大容量方向发展。（GPS、北斗）352、光纤通信是以光导纤维(简称光纤)作为传输媒质、以光波为运载工具（载波）的通信方式。光纤通信具有容量大、频带宽、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、通信质量高等优点，且成本低。自从1977年世界上第一个光纤通信系统投入运营以来，光纤通信发展迅速，已成为各种通信干线的主要传输手段。363．数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统是将通信范围分为若干相距一定距离的小区，移动用户可以从一个小区运动到另一个小区，依靠终端对基站的跟踪，使通信不中断。移动用户还可以从一个城市漫游到另一个城市，甚至到另一个国家与原注册地的用户终端通话。37目前广泛应用的是第二代移动通信系统，采用窄带时分多址(TDMA)和窄带码分多址(CDMA)数字接入技术，已形成的国家和地区标准有欧洲的GSM系统、美国的IS-95系统、日本的PDC系统。我国主要采用欧洲的GSM系统。第二代移动通信系统实现了区域内制式的统一，覆盖了大中小城市，为人们的信息交流提供了极大的便利。随着移动通信终端的普及，移动用户数量成倍地增长，第二代移动通信系统的缺陷也逐渐显现，如全球漫游问题、系统容量问题、频谱资源问题、支持宽带业务问题等。38为此，从20世纪90年代中期开始，各国和世界组织又开展了对第三代移动通信系统的研究。第三代移动通信系统工作在20