1、通通 信信 原原 理理Add:2325Add:2325Tel:638630Tel:6386301前期课程要求 基本理论课程：基本理论课程：高等数学高等数学线性代数线性代数概率论与随机过程概率论与随机过程信号与系统信号与系统信息论与编码信息论与编码 工程类课程：工程类课程：模拟电路模拟电路数字电路数字电路高频电子线路高频电子线路2 2教学计划安排 第一章第一章绪论绪论 第四章第四章信道信道 第五章第五章模拟调制系统模拟调制系统 第六章第六章数字基带传输系统数字基带传输系统 第七章第七章数字带通传输系统数字带通传输系统 第九章第九章模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输 第十一章第十一章差错控制编码
2、差错控制编码 第十三章第十三章同步原理同步原理3 3课程目的和任务 了解各种通信系统的基本组成；了解各种通信系统的基本组成；掌握通信系统的基础理论和工作原理；掌握通信系统的基础理论和工作原理；具备进行现代通信技术研究、开发和通信具备进行现代通信技术研究、开发和通信工程设计、调测的能力；工程设计、调测的能力；本课程以讲授数字通信为主，并通过实践本课程以讲授数字通信为主，并通过实践环节提高学生的实际操作能力。环节提高学生的实际操作能力。4 4参考书目 现代通信原理现代通信原理清华大学清华大学曹志刚曹志刚经典、版本旧经典、版本旧 通信原理教程通信原理教程电子工业电子工业樊昌信樊昌信经典、模拟部分少经
3、典、模拟部分少 通信原理简明教程通信原理简明教程清华大学清华大学南利平南利平清晰简洁、深度稍浅清晰简洁、深度稍浅 现代通信原理与技术现代通信原理与技术西电西电张辉张辉清晰简捷清晰简捷 通信原理学习指导通信原理学习指导西电西电张辉张辉 便于作题和考研便于作题和考研5 5结课方式 期末考试：占期末考试：占80%80%。闭卷考试。闭卷考试。平时成绩：占平时成绩：占20%20%。课堂作业：占课堂作业：占15%15%。课堂讲授：占课堂讲授：占5%5%。双边带调制原理双边带调制原理AMIAMI码编译码规则及特点码编译码规则及特点二进制频移键控原理二进制频移键控原理均匀量化原理均匀量化原理6 6通通 信信
4、原原 理理第一章第一章 绪论绪论7学习要求 了解通信的基本概念及常用的通信术语；了解通信的基本概念及常用的通信术语；了解模拟信号与数字信号的概念及特点；了解模拟信号与数字信号的概念及特点；了解通信系统的组成、分类及通信方式；了解通信系统的组成、分类及通信方式；了解数字通信系统的优缺点；了解数字通信系统的优缺点；明确信息的概念及其度量方法；明确信息的概念及其度量方法；了解通信系统的主要性能指标。了解通信系统的主要性能指标。8 8为什么学习通信？本质的原因：本质的原因：通信技术实际上已经进入到我们日常生活中通信技术实际上已经进入到我们日常生活中的每一方面。的每一方面。教育的用途；教育的用途；专业的
5、用途；专业的用途；纯粹的娱乐；纯粹的娱乐；9 9原始通信1010近代电通信 18371837年，年，MorseMorse发明发明电磁式电报机。电磁式电报机。18951895年，年，MarconiMarconi发发明无线电报机。明无线电报机。1111模拟通信的发展 18761876年，年，BellBell发明电话。发明电话。1212现代通信1313通信及其方法 通信的定义：通信的定义：利用某种方法将消息中所包含的信息从信源传送到一利用某种方法将消息中所包含的信息从信源传送到一个或多个信宿。个或多个信宿。电通信电通信 定义：定义：利用利用电信号电信号（包括电流、无线电（包括电流、无线电波或光波等）
6、的方式传递波或光波等）的方式传递信息信息。实例：实例：电话、电视、计算机网络等。电话、电视、计算机网络等。运动通信运动通信 定义：定义：利用利用人力或机械人力或机械的的方式传递方式传递信息信息。实例：实例：常规的邮政。常规的邮政。1414消息、信息和信号 消息消息：信源所产生的信息的物理表现形式。：信源所产生的信息的物理表现形式。如语音、图像、文字、符号、数据等；如语音、图像、文字、符号、数据等；消息分为消息分为连续消息连续消息和和离散消息离散消息。信息信息：消息的有效内容。：消息的有效内容。不同消息可有相同的内容；不同消息可有相同的内容；通信的根本目的在于传输含有信息的消息。通信的根本目的在
7、于传输含有信息的消息。信号信号：传输消息的手段（媒介）。：传输消息的手段（媒介）。通信系统中传输的是信号；通信系统中传输的是信号；信号分为信号分为模拟信号模拟信号和和数字信号数字信号。1515)(log)(1log)(iaiaixpxpxI信息的度量 信息量信息量I I与消息出现与消息出现概率概率p(x)p(x)的关系：的关系：信息量是概率的函数，即信息量是概率的函数，即I=fI=fP(x)P(x)；P(x)P(x)越大，越大，I I越小，且越小，且P(x)1P(x)1时，时，I0I0；P(x)P(x)越小，越小，I I越大，且越大，且P(x)0P(x)0时，时，II；若干个互相独立事件构成的
8、消息，所含信息量等于各若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量之和。独立事件信息量之和。I IP(x1)P(x2)P(x1)P(x2)=I=IP(x1)P(x1)+I+IP(x2)P(x2)+消息消息x xi i的信息量：的信息量：a=2a=2时，单位为时，单位为比特比特(bit)(bit)；a=ea=e时，单位为时，单位为奈特奈特(nit)(nit)；a=10a=10时，单位为时，单位为哈特莱哈特莱(hartley)(hartley)。1616信息量举例 设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字字0 0或或1 1，试问信源每个输出
9、的信息量为多少？，试问信源每个输出的信息量为多少？若若0 0出现的概率为出现的概率为1/41/4，1 1出现的概率为出现的概率为3/43/4，信，信源每个输出的信息量又为多少？源每个输出的信息量又为多少？)bit(12log2/11log)1()0(22 II)bit(4.034log4/31log)1()bit(24log4/11log)0(2222II1717平均信息量 设设离散信源离散信源是一个由是一个由n n个符号组成的符号个符号组成的符号集，其中每个符号集，其中每个符号x xi i(i=1,2,3,n)(i=1,2,3,n)出现出现的概率为的概率为P(xP(xi i)，则，则平均信息
10、量平均信息量H(X)H(X)为：为：连续信源连续信源的平均信息量（的平均信息量（熵熵）为：）为：NiiixPxPXH1)(log)()(。为连续消息的概率密度其中，)()(log)()(xfdxxfxfXH1818平均信息量举例 某信息源由某信息源由4 4个符号（个符号（0 0、1 1、2 2、3 3）组成，它们出现的）组成，它们出现的概率分别为概率分别为3/83/8、1/41/4、1/41/4、1/81/8，且每个符号的出现都，且每个符号的出现都是独立的，试求某个信息是独立的，试求某个信息2 2的信息量。的信息量。解法解法1 1：在此消息中，在此消息中，0 0出现出现5 5次，次，1 1出现
11、出现3 3次，次，2 2出现出现3 3次，次，3 3出现出现1 1次；次；出现出现0 0的信息量为的信息量为5log(8/3)=7.2bit5log(8/3)=7.2bit；出现出现1 1的信息量为的信息量为3log(4)=6bit3log(4)=6bit；出现出现2 2的信息量为的信息量为3log(4)=6bit3log(4)=6bit；出现出现3 3的信息量为的信息量为1log(8)=3bit1log(8)=3bit；故该信息的信息量为：故该信息的信息量为：I=7.2+6+6+3=22.2bitI=7.2+6+6+3=22.2bit；此时，平均一个符号的信息量为：此时，平均一个符号的信息量
12、为：I=I/12=1.85bit/I=I/12=1.85bit/符号。符号。解法解法2 2：4 4个符号的平均信息量为：个符号的平均信息量为：H(x)=3/8log(8/3)+1/4log(4)+1/4log(4)+1/8log(8)H(x)=3/8log(8/3)+1/4log(4)+1/4log(4)+1/8log(8)=1.906bit/=1.906bit/符号符号 该信息的信息量为：该信息的信息量为：I=12I=121.906=22.9bit1.906=22.9bit。1919模拟信号 定义：定义：代表消息的代表消息的信号参量信号参量取值连续。取值连续。举例：举例：麦克风输出的音频信号
13、的电压。麦克风输出的音频信号的电压。2020数字信号 定义：定义：代表消息的代表消息的信号参量信号参量取值为有限个。取值为有限个。举例：举例：电报信号、计算机输入输出信号。电报信号、计算机输入输出信号。2121信号举例2222通信系统 定义：实现信息传递所需的一切技术设备定义：实现信息传递所需的一切技术设备与信道的总合。与信道的总合。信息源信息源:信息的来信息的来源，又称发终端。源，又称发终端。发送设备发送设备:把信号转换把信号转换为易于传送的形式，多为易于传送的形式，多为调制器或编码器。为调制器或编码器。信道信道:传输介质，传输介质，如电线、电波如电线、电波噪声源噪声源:信道上以及系统内不可
14、避信道上以及系统内不可避免的干扰与噪声的集中表示。免的干扰与噪声的集中表示。接收设备接收设备:接收信号并转接收信号并转换信号为原始形式。换信号为原始形式。受信者：受信者：信息的归信息的归宿，最终接收端。宿，最终接收端。2323模拟通信系统 定义：定义：利用利用模拟信号模拟信号来传递信息的通信系统。来传递信息的通信系统。两种变换：两种变换：模拟消息模拟消息 基带信号基带信号基带信号基带信号 已调信号已调信号基带信号基带信号已调信号已调信号载波信号载波信号2424模拟通信的特点 优点：优点：简单、易于实现。简单、易于实现。缺点：缺点：抗干扰能力差；抗干扰能力差；不易于保密通信；不易于保密通信；设备
15、不易于大规模集成；设备不易于大规模集成；不适应飞速发展的数字通信的要求。不适应飞速发展的数字通信的要求。2525数字通信系统 定义：定义：利用利用数字信号数字信号来传递信息的通信系统。来传递信息的通信系统。2626信源编码与译码 信源编码的目的：信源编码的目的：模模/数转换；数转换；提高信息传输的有效性。提高信息传输的有效性。信源编码的方法：信源编码的方法：PCMPCM、ADPCMADPCM、DMDM等。等。信源译码是信源编码的逆过程。信源译码是信源编码的逆过程。2727信道编码与译码 信道编码的信道编码的目的：目的：提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。
16、信道编码的方法：信道编码的方法：波形编码波形编码，如双极性波形、正交波形、多元波形等。，如双极性波形、正交波形、多元波形等。差错控制编码差错控制编码，如线性分组码、卷积码、循环码等。，如线性分组码、卷积码、循环码等。信道译码：信道译码：信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误。错误或纠正错误。2828数字调制与解调 数字调制的目的：数字调制的目的：把把数字基带信号数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的道中传输的带通信号带通信号。数字调制的方法：数字调制的方法：如如ASKASK、FS
17、KFSK、PSKPSK、DPSKDPSK等。等。数字解调：数字解调：对这些信号采用相干解调或非相干解调还原为数字基对这些信号采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。带信号。2929加密与解密 加密的目的：加密的目的：保证所传信息的安全。保证所传信息的安全。加密：加密：人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码。人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码。解密：解密：在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原始信息。字序列进行解密，恢复原始信息。3030信道加密与信源加密3131同步与数字复接 同步：同步：使收发两端的信号在时间
18、上保持步调一致；使收发两端的信号在时间上保持步调一致；同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件；工作的不可缺少的前提条件；载波同步、位同步、群同步、网同步等。载波同步、位同步、群同步、网同步等。数字复接：数字复接：依据时分复用基本原理把若干个低速数字信依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号；号合并成一个高速的数字信号；以扩大传输容量和提高传输效率。以扩大传输容量和提高传输效率。3232数字通信的特点 优点：优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；传输差错可控；便于处理、变换
19、、存储；便于处理、变换、存储；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。易于加密处理，且保密性好。缺点：缺点：比模拟通信占据更宽的系统频带；比模拟通信占据更宽的系统频带；对同步要求高，系统设备复杂。对同步要求高，系统设备复杂。3333通信系统的分类 按按通信业务通信业务分类：分类：文字文字-电报通信系统；电报通信系统；语音语音-电话通信系统；电话通信系统；数字数字-数据通信系统；数据通信系统；图像图像-图像通信系统。图像通信系统。按按传输媒介传输媒介分类：分类：有线：电缆、明线、双绞有线：电缆、明线、双绞线、光纤等；线、光纤等；无线：长波
20、、中波、短波、无线：长波、中波、短波、超短波、微波、卫星等。超短波、微波、卫星等。按按复用方式复用方式分类：分类：频分复用频分复用时分复用时分复用统计时分复用统计时分复用码分复用码分复用波分复用波分复用*空分复用空分复用*按按调制方式调制方式分类：分类：基带传输基带传输频带（调制）传输频带（调制）传输3434模拟调制方式调调 制制 方方 式式 用途用途 连连续续波波模模拟拟调调制制模模拟拟线线性性调调制制常规双边带调制常规双边带调制AMAM广播广播 抑制载波双边带抑制载波双边带调幅调幅 DSB DSB立体声广播立体声广播 单边带调幅单边带调幅SSB SSB 载波通信、无线电台、载波通信、无线电
21、台、数传数传 残留边带调幅残留边带调幅VSB VSB 电视广播、数传、传真电视广播、数传、传真 模拟模拟非线性非线性调制调制频率调制频率调制FMFM微波中继、卫星通信、微波中继、卫星通信、广播广播 相位调制相位调制PM PM 中间调制方式中间调制方式 3535数字调制方式调调 制制 方方 式式用途用途 连连续续波波数数字字调调制制数数字字调调制制幅度键控幅度键控ASK ASK 数据传输数据传输 频率键控频率键控FSKFSK数据传输数据传输 相位键控相位键控PSKPSK、DPSKDPSK、QPSKQPSK等等 数据传输、数字微波、数据传输、数字微波、空间通信空间通信 其他高效数字调其他高效数字调
22、制制QAMQAM、MSKMSK等等 数字微波、空间通信数字微波、空间通信 3636脉冲调制方式 调调 制制 方方 式式 用途用途 脉脉冲冲调调制制脉冲脉冲模拟模拟调制调制脉幅调制脉幅调制PAM PAM 中间调制方式、中间调制方式、遥测遥测 脉宽调制脉宽调制PDM(PWM)PDM(PWM)中间调制方式中间调制方式 脉位调制脉位调制PPM PPM 遥测、遥测、光纤传输光纤传输 脉冲脉冲数字数字调制调制脉码调制脉码调制PCM PCM 市话、市话、卫星、卫星、空间通信空间通信 增量调制增量调制DM DM 军用、军用、民用电话民用电话 差分脉码调制差分脉码调制DPCM DPCM 电视电话、电视电话、图像
23、编码图像编码 其他语言编码方式其他语言编码方式ADPCMADPCM、APCAPC、LPC LPC 中低速数字电话中低速数字电话 3737NiiixPxPXH1)(log)()(小结 常用术语：常用术语：通信，消息、信息、信号；通信，消息、信息、信号；基带信号、载波信号、已调信号；基带信号、载波信号、已调信号；模拟通信系统、数字通信系统。模拟通信系统、数字通信系统。信息量：信息量：平均信息量：平均信息量：通信系统的组成：通信系统的组成：)(log)(iaixpxI383839写在最后写在最后成功的基础在于好的学习习惯成功的基础在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
