通信原理_绪论分析

第1章绪论通信原理学习方法及要求一、课程特点：三多一化1概念多，抽象2系统框图多（灵魂）3以信号与线性系统及随机过程为基础，数学公式及推导多4思路模式化二、学习方法1结合生活实例反复学习理解2将数学推导和系统框图结合起来学习3类比学习，触类旁通，举一反三4及时复习完成作业，根据作业反复体会理解概念，掌握框图5重视课后思考题6多总结（薄→厚→薄）7无论采用何种方式，上课前要了解本堂课要讲解的内容第1章绪论三、课堂要求1保持良好的课堂纪律2精力集中3结合教案做好笔记，尤其一些具有启发性的实例和技巧及分析问题的方法4不明白及时问（包括课堂和课下）5课堂做练习要勤于动手四、作业1每章讲完交一次，每次全交，按时独立完成（包括参照答案和互相探讨），杜绝纯粹抄袭2错题要在作业本上改正3交作业地点：3号实验楼338第1章绪论五、教材及参考书教材：樊昌信《通信原理》第六版国防工业出版社学习指导书：张辉《通信原理学习指导》西电出版社曹丽娜《通信原理（第6版）学习辅导与考研指导》（修订版）国防工业出版社2009第1章绪论六、课程参考网站武汉科技大学通信原理网站：西安电子科技大学通信原理网站：北京邮电大学通信原理网站：东南大学通信原理网站：北京交通大学通信原理网站：南京邮电大学通信原理网站：无线资讯网：研学论坛：杨百翰大学的AnalogandDigitalCommunications：哥伦比亚大学的CommunicationTheory：麻省理工学院的TransmissionofInformation：第1章绪论七、请假无论事前假还是事后假，都需辅导员签字八、考试1前五章结束后期中考试，闭卷2期末考试，闭卷九、联系方式电话：[phone]邮箱：[e-mail]：824369197办公室：3号实验楼338本章主要介绍通信的基本概念，目的对通信的基本概念、术语以及本课程所要研究的主要对象有一个初步了解。是通信原理与技术的基础。1.1通信的基本概念1.2通信系统的组成1.3通信系统分类及通信方式1.4信息量及其度量1.5通信系统的主要性能指标第1章绪论研究内容：第1章绪论通信的定义：是指由一地向另一地进行消息的有效传递。古代：烽火台、驿站。近代：鸡毛信、消息树。现代：电话、广播、电视。通信的目的是传递消息，消息具有不同的形式，例如：语言、文字、数据、图像、符号等等。1.1通信的基本概念第1章绪论要素•一地、另一地：发信、收信方。•消息：有待于传输的语音、图象、符号、数字、图片等－－概率论意义上的“事件”。消息带有需要送给收信者的信息。消息以信号的形式在系统中进行传输。•信息：消息中包含的有意义内容。•信号：是消息的载荷者，与消息一一对应的东西。在电信系统里，载荷者为“电”，对应－－消息被载荷在电信号的某参量上，如电压、电流或电波等物理量（进一步还可以是该物理量的幅度、相位或频率等）。此时的信号为电信号，习惯上简称为信号。分为模拟信号、数字信号。第1章绪论系统：电子系统、语音系统、声光系统等。通信系统：完成通信这一过程的全部技术设备和传输媒介。通信是信号与系统的集合。传输电信号的通信系统为电信通信系统，常简称之通信系统。通信的再定义：利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行消息的有效传递称为通信。第1章绪论1.2通信系统的组成信源发送设备信道接收设备信宿噪声源发送端接收端图1-1通信系统的一般模型信源（信息源，也称发终端）：把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。1.2.1通信系统的一般模型信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。信源发送设备信道接收设备信宿噪声源发送端接收端噪声源：是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。非人为加入。接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。信宿（受信者、收终端）：将复原的原始电信号转换成相应的消息。第1章绪论模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：1.2.2模拟通信系统和数字通信系统模型0t0t(a)话音信号(b)抽样信号第1章绪论数字信号：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：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。0tt码元(a)二进制信号(b)2PSK信号1模拟通信系统信道中传输模拟信号的系统，称为模拟通信系统。可由一般通信系统模型略加改变而成。信源调制器信道解调器信宿噪声源发送端接收端图1-2图图图图图图图图研究的问题（1）模拟通信系统中两种重要变换：●消息←→原始电信号（基带信号）●调制信号（基带信号）←→已调信号（频带信号）（2）信号受噪声干扰的影响－－噪声背景下的信号传输。第1章绪论调制的作用●提高频率，便于辐射；●频率分配；●实现频分复用；●改善系统性能。已调信号有三个基本特性：（1）携带有消息；（2）适合在信道中传输（如辐射：天线尺寸1/10波长）；（3）频谱具有带通形式，且中心频率远离零频－－频带信号。如：卫星电视信号（中心频率6/4GHz、带宽36MHz）相应地，原始电信号的频谱具有低通形式，直流/低频分量丰富－－基带信号。如：话音信号：300～3.4kHz;电视基带信号：0～8MHz。2数字通信系统（1）定义：信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统。（2）基本特征●消息或信号具有“数字”的特性；●强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系(模拟：强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性)。（3）数字通信的主要特点●抗干扰能力强：抗噪声性能好、消除噪声积累；●信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的－－差错可控：检错、纠错；●易加密（进行人为的扰乱）；●易于与现代技术相结合（数字终端、计算机等）。（4）数字通信需要解决的问题：●差错可控：通过差错控制编码即信道编码实现；●加密：通过加密、解密实现；●节拍一致：位同步/帧同步。（5）分类●数字频带传输通信系统●数字基带传输通信系统●模拟信号的数字传输（1）数字频带传输通信系统－－数字通信系统的一般模型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图1-5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第1章绪论注：●加密/解密、编码/译码不为必须，但一旦存在，必须成对；●关键－－必需含调制/解调器。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图1-5数字通信系统模型注：基带信号形成器：可能包括编码器、加密器以及波形变换等；接收滤波器：可能包括译码器、解密器等。关键：不含调制/解调器。信源基带信号形成器信道噪声源图1-4图图图图图图图图图图接收滤波器抽样判决信宿同步脉冲图1-6数字基带传输系统模型（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解决问题：模拟信源、数字通信系统图1-7模拟信号数字化传输系统模型模拟信息源由抽样、量化、编码组成的模数转换器数字通信系统数模转换器模拟受信者图1-5图图图图图图图图图图图图图关键：模拟信号数字化及其反之。A/D转换器组成：抽样、量化、编码。发端将模拟信号数字化，即进行A/D转换；接收端需进行相反的转换，即D/A转换。第1章绪论1.2.4数字通信的主要特点优点抗干扰能力强，且噪声不积累传输差错可控便于处理、变换、存储便于将来自不同信源的信号综合到一起传输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对同步要求高第1章绪论1.3.1通信的分类1.按传输媒质分：有线通信和无线通信；●有线通信是指传输媒质为架空明线、电缆、光缆、波导等形式的通信，其特点是媒质能看得见，摸得着。●无线通信是指传输消息的媒质为看不见、摸不着的媒质（如电磁波）的一种通信形式。●有线通信可进一步再分类，如明线通信、电缆通信、光缆通信等。●无线通信常见的形式有微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信和激光通信、红外通信等，其形式较多。1.3通信系统分类及通信方式2.按信道中所传信号特征分：模拟通信系统与数字通信系统；3.按工作频段分：长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。地波、天波、反射波、视距波4.按调制方式分：基带传输和频带传输（AM、SSB、DSB、VSB；ASK、FSK、PSK、DPSK；PAM、PCM、△M等）；5.按业务的不同分：话务通信和非话务通信；●电话业务在电信领域中一直占主导地位，它属于人与人之间的通信。●非话务通信主要包括数据传输、计算机通信、电子信箱、电报、传真、可视图文及会议电视、图像通信等。电话通信最为发达，其它通信常借助于公共的电话通信系统进行。未来的综合业务数字通信网中，各种用途的消息都能在一个统一的通信网中传输。●另:从广义的角度来看，广播、电视、雷达、导航、遥控、遥测等也应列入通信的范畴。但已从通信中派生出来，形成了独立的学科。6.按收信者是否运动分：移动通信和固定通信。7.按多地址方式分为：按多地址方式可分为频分多址通信（FDMA)、时分多址通信(TDMA)、码分多址(CDMA)、空分多址（SDMA）通信等；另外，按用户类型可分为公用通信和专用通信等。1.3.2通信方式1.按消息传送的方向与时间分类通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。发端收端信道终端A终端B信道发收收发终端A终端B信道信道发收收发(a)单工(b)半双工(c)全双工1.3.2通信方式1.按消息传送的方向与时间分通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。发端收端信道终端A终端B信道发收收发终端A终端B信道信道发收收发(a)单工(b)半双工(c)全双工第1章绪论2.按数字信号排序分可将通信方式分为串序传输和并序传输。•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，成本高发送方接收方同时发送8比特01101100第1章绪论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3.其他分类方式：同步通信和异步通信专线通信和网通信发送方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3.按通信网络形式分通信的网络形式通常可分为三种：两点间直通方式、分支方式和交换方