第一章 通信原理绪论..

《通信原理》主讲：武明虎[e-mail]湖北工业大学电气与电子工程学院第一章绪论►1.1引言►1.2通信系统的组成►1.3通信系统的分类及通信方式►1.4信息及其度量►1.5主要性能指标►1.6通信的频段划分第一章绪论§1.1引言§1.1引言一.定义通信就是传输信息，以语言、图像、数据作为传输对象，通过某种信号形式将信息从一方传输到另外一方。信号形式为光、电信号。例：电话第一章绪论§1.1引言二.通信的发展史1.表情和动作、语言和文字、古代的烽火台、金鼓、旌旗、航行用的信号灯。2.1837年有线电报3.1876年电话机4.调幅（AM）－广播、电视5.调频（FM）－广播、电视6.1937年PCM通信FDM－TDM1950年实用PCM设备第一章绪论§1.1引言7.1960年通信卫星(TELSTAR)8.二十世纪60年代电缆电视、激光通信、雷达、计算机、数字技术、光电技术、射天文学飞速发展9.二十世纪70年代大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信、微处理器机迅猛发展1978年模拟蜂窝移动通信投入商用10.二十世纪80年代超大规模集成电路、移动通信、光纤通信得到广泛应用综合业务数字网（ISDN)迅速崛起第一章绪论§1.1引言11.1990年以后卫星通信、移动通信和光纤通信得到进一步的发展高清晰彩色数字电视技术不断成熟全球定位系统（GPS）得到广泛应用1991年GSM移动通信系统在欧洲投入商用1995年CDMA移动通信系统投入商用移动通信：1G（模拟）－2G（GSM、CDMAIS-95）－2.5G(GPRS、CDMA20001X(EV-DO/EV-DV))－3G(WCDMA、CDMA2000、TD-CDMA)－4G(2M-20Mbps)1G：模拟制式（美国：Amps）2G：数字制式2G→3G：①GSM(2G)→GPRS→WCDMA(3G)②CDMAIS-95A(2G)→CDMAIS-95B→CDMA20001X→CDMA20001X(EV-DO)→CDMA20001X(EV-DV)→CDMA2000(3G)3G：提供多媒体业务和宽带数据业务WCDMACDMA2000TD-CDMA4G：追求运动状态下的2Mbps的传输速度第一章绪论§1.1引言可以看出三点：数字通信取代模拟通信从以固定通信为主发展为以移动通信为主通信设备与计算机的融合更紧密第一章绪论§1.1引言第一章绪论§1.2通信系统的组成一.通信系统的模型通信系统的一种简化模型：§1.2通信系统的组成二.一些概念：1通信、消息、信息、信号---2模拟通信与数字通信3基带信号与频带(调制)信号4模拟信号与数字信号---第一章绪论§1.2通信系统的组成通信、消息、信息、信号通信：指信息传递的全过程，即信息的传输与交换。利用电信号来传递信息的方式称为“电通信”，简称为通信。消息：是指有待于传输的语音、图象、图片和文字、数字、数据等。前者为连续消息（指消息状态连续变化），后者为离散消息（指消息状态是可数的或离散的）。消息为信息的载体。信息：指消息中包含的有意义的内容。通信中的信息可以度量，它和消息中某事件发生的不确定性有关。信号：通信中，消息常用电信号的某个电参量的变化来表示，故信号为与消息一一对应的电量。这种携带特定消息的电信号通常称为信号。同时消息也可用非电信号来表示，如磁信号、光信号等，这些信号可以通过一定方式的转换而成为电信号模拟信号和数字信号模拟信号：信号中代表消息的电参量的状态数为无穷多个，这种信号称为模拟信号。举例：以信号电压幅度变化图示举例。数字信号：相对模拟信号，若代表消息的电参量的状态数为有限个，则称之为数字信号。举例：以信号电压幅度变化图示表示。第一章绪论§1.2通信系统的组成三.通信系统1.模拟通信模拟通信系统数字通信系统模拟调制通信系统模拟基带通信系统数字基带通信系统数字调制通信系统第一章绪论§1.2通信系统的组成2.数字通信a.数字调制通信系统b.基带传输系统位同步/码元同步群同步/帧同步/句同步/码组同步第一章绪论§1.2通信系统的组成3.数字通信的优缺点优点：a抗干扰能力强；(见图）b差错可控，传输性能好；c便于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，形成智能网；d便于集成化，从而使通信设备微型化；e便于加密处理，且保密强度高；缺点：a数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的频带为代价换取的；b对同步要求高，所以系统设备比较复杂现代通信:传输、复用、交换、网络本书内容本课程与其他课程的关系第一章绪论§1.2通信系统的组成第一章绪论§1.2通信系统的组成本书授课安排：第一章绪论（教材1：第一章;教材2：第一章）第二章信道（教材1：第三章;教材2：第一章）第三章模拟调制系统（教材1：第四章;教材2：第三章）第四章模拟信号数字化（教材1：第七章;教材2：第四章）第五章基带数字信号的表示及传输（教材1：第五章;教材2：第五章）第六章正弦载波数字调制系统（教材1：第六章;教材2：第六章）第七章差错控制编码（教材1：第九章;教材2：第十章）第八章同步原理（教材1：第十一章;教材2：第七章）实验内容：1.信号发生器实验2.HDB3码型变换实验3.频移键控调制与解调实验4.相移键控调制与解调5.脉冲幅度调制（PAM）及系统实验6.脉冲编码（PCM）及系统实验第一章绪论§1.3通信系统的分类及通信方式一.通信系统分类1.按消息的物理特性电报通信系统电话通信系统数据通信系统图象通信系统2.按调制方式基带传输频带（调制）传输第一章绪论§1.3通信系统的分类及通信方式3.按信号特征模拟通信系统数字通信系统4.按消息的物理特性有线无线5.按调制方式频分复用时分复用码分复用第一章绪论§1.3通信系统的分类及通信方式二.通信方式：1.按消息传送的方向与时间关系单工通信半双工通信全双工通信2.按数字信号码元排列串行传输并行传输第一章绪论§1.3通信系统的分类及通信方式第一章绪论§1.4信息及其度量“明天天气是晴天”“明天天气要下雪”在概率论中，事件的不确定程度是由出现的概率来描述的：事件出现的可能性其概率信息量越大事件出现的可能性其概率信息量越大§1.4信息及其度量一.信息量：xpxPIxPIIaalog1logP(x)=1,I=0P(x)=0,I=∞若干个独立事件构成的消息，其所含信息量单位：取对数的底a＝2，单位为比特（bit）取对数的底a＝e，单位为奈特（nit）取对数的底a＝10，单位为哈莱特nnxPIxPIxPIxPxPxPI2121第一章绪论§1.4信息及其度量第一章绪论§1.4信息及其度量M进制的波形传送，如果每一波形等概出现，则)(log)(1log22bitMbitPI第一章绪论§1.4信息及其度量2.如果是连续消息：符号）/(log)(nitdxxfxfxHe二.符号平均信息量1.如果离散信息源是一个由n个符号组成的集合（称符号集），且符号集里的每一个xi在消息中是按一定概率P(xi)独立出现的。xi－P(xi)，且有则平均信息量（信源熵）：1)(1niixPnnixPxPxPxPxPxPxH222212logloglog符号）/(log21bitxPxPinii第一章绪论§1.4信息及其度量例题p8第一章绪论§1.5主要性能指标一.有效性有效性指信息传输的效率问题。1.模拟通信有效传输频带2.数字通信信息传输速率：码元速率、信息速率（传信率）N进制RBNRb)/(log2sbNRRBNb)(log/2BNRRbBN二进制传输过程中：数值相等、2BbRR频带利用率η(比特/秒/赫兹，写成bit/s/Hz或bit/(s·Hz)）第一章绪论§1.5主要性能指标η,系统有效性第一章绪论§1.5主要性能指标二.可靠性可靠性是关于消息传输质量的指标，取决于系统的抗干扰能力。1.模拟通信加性噪声：信号传输时叠加的噪声乘性噪声：信道传输特性不理想导致的影响（可克服）无论信号有无始终存在信号存在时存在一般在噪声分析过程中，主要考虑加性干扰的影响SNR通信质量第一章绪论§1.5主要性能指标2.数字通信数字通信系统的可靠性用差错率，即误码率和误比特率来衡量。误码率：误比特率：（误信率）二进制系统中：Pb＝Pe多进制系统中：PbPe传输码元的总数传错码元的个数eP传输的总比特数传错的比特数bP第一章绪论§1.5主要性能指标三.有效性和可靠性之间的关系有效性可靠性第一章绪论§1.6通信的频段划分§1.6通信的频段划分第一章绪论§1.6通信的频段划分