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2023/1/141通信原理徐俊信息楼3022023/1/142引言

课程定位

电信类专业的一门重要专业基础课程是必修课、核心主干课是一门通信专业的标志性课程是“信息与通信工程”学科研究生入学考试课程之一起着承前启后的作用占有重要的教学地位

2023/1/143引言

课程目标

使学生掌握通信系统的基本概念、基本理

论、基本技术和系统性能分析方法；

掌握基本的分析、设计思想和方法；

了解通信新技术的应用和发展；使学生具备获取知识、分析问题解决问题、动手实践、团结协作的能力；为本领域的进一步学习和研究奠定坚实的基。视ο执畔⑸缁岫缘缧爬嗳瞬诺男枨。2023/1/144引言

课程特点

具有理论性强、知识综合、数学含量大等特点；从时域和频域两个方面分析信号，掌握系统的处理方法，常用傅里叶变换来分析信号频谱；学习时要注意数学分析方法，更要注意数学分析所得结论的物理概念、物理意义；2023/1/145引言

课程学习

课堂教学：56学时实验教学：16学时

考试：20%平时+10%考勤+70%试卷注意：充分利用课程网站、图书馆等相关资源，做好预习、复习；

认真做作业、认真做实验、认真做设计。2023/1/146引言

课程体系

由浅入深分为四个部分：

通信基础知识模拟通信原理数字通信原理通信网的多路通信技术。

引言主要内容第1章绪论第2章确知信号（选讲）第3章随机过程第4章信道第5章模拟调制系统第6章数字基带传输系统第7章数字带通传输系统第8章新型数字带通调制技术（选讲）2023/1/147第9章模拟信号的数字传输第10章数字信号的最佳接收第11章差错控制编码第12章正交编码与伪随机序列（选讲）2023/1/1482023/1/149课程学习指导抓住一条主线抗干扰领会两个有效性和可靠性掌握三种调制幅度调制、频率调制和相位调制理解四个定理香农定理、奈圭斯特抽样定理、奈圭斯特第一准则和奈圭斯特第二准则2023/1/1410一些建议上课时思维紧跟老师积极思考记住概念重点掌握物理含义及其关系注意假设和条件阅读参考资料方法比结果更重要多做习题课堂基本要求不准迟到、早退手机调到振动作业按学号随机抽查随机抽查出勤2023/1/1411第1章概论2023/1/1413学习目标熟练掌握通信系统的组成，熟悉通信系统的模型掌握通信系统的分类方法以及三种通信方式，理解串行传输和并行传输的概念重点把握信息的含义，掌握信息量的定义及其单位，了解信息熵的概念掌握通信系统的性能指标及其表示方法2023/1/1414目标要求

重点、难点

重点是：通信系统模型的理解与掌握；通信系统的分类；信息的度量；通信系统性能指标的理解与计算。难点是：信息的度量

2023/1/14151.1通信的发展

历史古代：利用自然界的基本规律和人的基础感官公元前800年(周朝)，周幽王烽火戏诸侯。应用光通信的见证；最简单的二进制数字通信近代：以电磁技术为起始

1820年：安培发明电报通信，近代数字通信的

开始。

1838年：莫尔斯将电报通信推向实用。

1876年：贝尔发明电话，模拟通信的开始。2023/1/14161.1通信的发展20世纪60年代以后，数字通信技术进入高级发展阶段。近20多年，数字通信迅猛发展；光纤通信也携手同行。两者都成为现代通行网的主要支柱。当代通信： 移动通信和互联网通信时代未来通信：大融合时代

2023/1/14171.1通信的发展

1838莫尔斯有线电报1948晶体管香农IT通信统计理论建立1864麦克斯韦尔电磁辐射方程1950时分多路通信应用于电话1876贝尔电话1956越洋电话铺设1896马克尼无线电报1957第一颗人造卫星发射1906真空管1958第一颗通信卫星发射1918调幅广播超外差接收机1960发明激光1925三路明线载波电话多路通信1961发明集成电路1936调频广播1962第一颗同步通信卫星PCM进入实用1937脉冲编码调制1960彩电数字传输理论高速计算机1938电视广播1970LSI商用卫星程控交换光纤通讯1940二战刺激雷达和微波系统发展1980SLSI长波光纤通信ISDN3G2023/1/14181.1消息、信息和信号

通信的目的：

传递消息中包含的信息。本课程主要研究信息传输的原理。

消息：

是指信源所产生的信息的物理表现。例如：语音、文字、图形、图像等。消息必须转换成电信号或光信号（简称信号），才能在通信系统中传输。2023/1/14191.1消息、信息和信号

信息：

是指消息中所包含的对受信者有意义的内容（或有效内容）。不同形式表现（汉字、符号、图形等）的同一消息，载有相同的信息。

信号：

是指消息的物理载体，是传输消息的手段。可分为模拟信号和数字信号。2023/1/14201.2通信系统的组成通信系统：实现信息传输所需一切设备和传输媒介所构成的总体。点对点通信发送端的消息通过信道传递到接收端一般模型信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。2023/1/14212023/1/14221.2数字通信——基本概念

模拟信号和数字信号：

模拟信号，也称连续信号。如：话筒送出的语音信号。数字信号，也称离散信号。如：代表文字的编码和计算机数据信号。注意：区分准绳为：考查信号的参量取值是否连续，而不是看时间。2023/1/14231.2数字通信——基本概念模拟信号数字信号tttt码元2023/1/14241.2通信系统的组成

模拟通信和数字通信

共性问题：总存在噪声和其他干扰，引起传输信号的失真，影响传输质量。解决噪声和

干扰的影响，就是通信系统设计的基本问题之一。

模拟通信系统和数字通信系统2023/1/14251.2通信系统的组成

模拟通信系统：要求：高保真度复原。

度量准则：输出信噪比。基本问题：连续波形的参量估值问题。

个性问题：

数字通信系统：要求：正确判决（或检测）。度量准则：产生错判的概率。理论基。和臣婆芯隼砺。注意：都是针对接收端的。2023/1/1426模拟通信系统模型模拟信号：电信号的参量是连续取值的模拟通信系统模型：模拟通信系统研究重点：调制与解调以及噪声对信号传输的影响。两种变换：

模拟消息原始电信号（基带信号） 基带信号已调信号（带通信号）

信道：

基带信道：可传输很低的频率分量。如双绞线。频带信道：不能传输很低的频率分量。如无线电波。2023/1/14272023/1/1428数字通信系统模型数字信号 电信号的参量是离散取值的（仅取有限个值）数字通信系统可进一步细分为：数字频带传输通信系统和数字基带传输通信系统。2023/1/1429数字通信系统模型

信源：将消息转换为电信号的设备。信源编码：降低数字信号的冗余，

提高数字信号的有效性。信道编码：增加冗余字符，纠错编码，

提高传输的可靠性。2023/1/1430数字通信系统模型

调制：

★使编码信号特性与信道特性相适应，以通过信道传输。

★使多路信号合并，经过同一信道传输－－多路复用。2023/1/1431数字通信系统模型信道的影响：

★信道传输特性对数字信号的影响。包括幅频特性、相频特性、频率偏移、频率扩展和多径时延。

★进入信道的外部加性噪声的影响。包括起伏噪声、脉冲干扰、人为干扰。2023/1/1432数字通信系统模型

同步：

★数字通信系统中不可缺少的组成部分。

★发端、收端间需共同的时间标准－－使收端准确知道每个符号的起止时刻，实现同步接收。

★位同步（或码元同步）、字同步2023/1/1433数字通信系统模型基带系统2023/1/1434数字通信系统模型

数字通信的主要优点：

取值有限，抗干扰能力强，能正确接收。可采用纠错和检错技术，提高抗干扰性。可采用数字加密技术，提高保密度。可综合传输各种模拟和数字输入消息。便于存储和处理。易于设计、制造，体积更小、重量更轻。可作信源编码，压缩冗余度，提高信道利用率。信噪比随带宽按指数规律增长。2023/1/1435数字通信系统模型(a)失真的数字信号(b)恢复的数字信号

数字信号波形的失真和恢复2023/1/1436数字通信系统模型

数字通信的主要缺点：

占用带宽大－－压缩、光纤。同步要求高。

应用实例：

数字传输技术：电话、电视、计算机数据等信号的远距离传输。模拟传输技术：有线电话环路、无线电广播、电视广播等。2023/1/14371.3

通信系统分类及通信方式按传输媒质分类：有线、无线按信号特征：模拟信号、数字信号按调制方式分类

基带传输系统和频带（调制）传输系统。按通信业务类型分类

电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统和图像通信系统等.按信号复用方式分类

频分复用（FDM）通信系统、时分复用（TDM）通信系统和码分复用（CDM）通信系统等。2023/1/1438表

1.3-1通信频段

、

常用传输媒质及主要用途

按工作波段分类2023/1/14391.3.2通信方式

1、按信息传输的方向与时间关系划分通信方式：单工通信、半双工通信及全双工通信单工通信是指信息只能单方向进行传输的一种通信工作方式，半双工通信方式是指通信双方都能收发信息，但不能同时进行收和发的工作方式，全双工通信是指通信双方可同时进行双向传输信息的工作方式2023/1/1440通信方式示意图2023/1/14412、按数字信号码元排列方式划分通信方式：

串行传输和并行传输并行传输是将代表信息的数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输，则称为并行传输通信方式。

优点：速度快、节省传输时间

缺点：但需占用频带宽，设备复杂，成本高

应用：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。2023/1/1442图1-6并行和串行通信方式

串行传输是将代表信息的数字信号码元序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输。通常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。2023/1/14433、按照网络结构划分通信方式

线型、星型、树型、环型等类型。专门为两点之间设立传输线的通信称之为点对点通信。多点间的通信属于网通信。网通信的基础仍是点对点通信。因此，本书重点讨论点对点通信的原理。

2023/1/14441.4消息、信息和信号

度量信息量的方法，必须满足：如何度量信息？－－首先要解决的问题。

能度量任何消息，与消息的类型无关；与消息的重要程度无关。

2023/1/14451.4消息、信息和信号

信息量的定义：

例：“明天降雨量将有一毫米”--信息量小 “明天降雨量将达到一米”--信息量大“明日太阳将从东方升起”--信息量零信息量是消息出现概率的函数；消息出现的概率越。男畔⒘烤驮酱螅蝗裟诚⒂扇舾筛龆懒⑾⑺槌，则该消息所包含的信息量是每个独立消息所含信息量之和。2023/1/14461.4消息、信息和信号

因此，若消息x

出现的概率为p(x)

，则所含信息量I

可定义为：信息量单位：a=2，则为比特（bit），简记为b，最常用;a=e，则为奈特（nat）;a=10

，则为哈特莱（hartley）。2023/1/14471.4消息、信息和信号

当M=2时，则I=1b。

工程上，常常不考虑是否为等概率的消息，总认为一个二进制波形（或码元）等于1b。即通常把一个二进制码元称做1b。易与信息量的单位混淆。

若采用一个M进制的波形，来传送M

个独立的等概离散消息之一，则每一码元的信息量为：(b)

2023/1/14481.4消息、信息和信号

对于M个离散独立等概消息组成的消息源，它发送的每个消息所包含的信息量为。

等概时具最大熵：

对于离散独立非等概消息组成的消息源，则采用平均（统计平均）信息量－－熵来描述：熵的单位为：bit/符号2023/1/1449例：已知信息源由4个符号0、1、2、3组成，它们出现的概率分别为3/8、1/4、1/4、1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求消息：201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量和平均信息量。解：符号出现次数0：23次；

1：14次；

2：13次；

3：7次；共57个符号

2023/1/1450所以，该消息的信息量为：I=I(0)+I(1)+I(2)+I(3)=33+28+26+21=108bit平均信息量：信息熵：bit/符号2023/1/14511.5通信系统的主要性能指标

衡量系统性能优劣的基本因素：

有效性：速度问题

可靠性：准确度问题注意：两者是互相矛盾的，也是可互换的。

★提高有效性→提高传输速率→可靠性降低；提高可靠性→增加冗余的抗干扰编码码元

→有效性降低。

★降低有效性，以提高可靠性；降低可靠性，以提高有效性。2023/1/14521.5通信系统的主要性能指标模拟系统有效性：传输占用的带宽可靠性：信噪比数字系统有效性：传输速率，频带利用率可靠性：误码率，误信率2023/1/14531.5通信系统的主要性能指标

性能指标：

传输速率：三种定义。★码元速率（RB）：单位时间内传输码元数。“波特（Baud）”★信息速率（Rb）：单位时间内传输的信息量。“比特/秒（b/s）”

对M进制：Rb=RBlog2M

2023/1/1454例：已知二进制数字信号的传输速率为1600波特，设码元速率不变，问变成八进制数字信号时的传输速率为多少比特/秒？解：2023/1/14551.5通信系统的主要性能指标

频带利用率：单位频带内所能达到的信息速率。通常与采用的调制及编码方式有关。2023/1/14561.5通信系统的主要性能指标

错误率：两种定义。★误码率（Pe）：

★误比特率（Pb）：

2023/1/1458思考题、习题1-11-41-71-10