第一章 通信系统概论
现代通信系统概论
编 码 器
调 制 器
信道
噪声源
解 调 器
译 码 器
解 密 器
信 宿
同步
图1-3 数字频带通信系统的模型
数字频带传输通信系统的模型
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2. 数字基带传输通信系统
基带
信
信号
源
形成
器
信道
接收 滤波
器
抽 样 判 决
信 宿
噪声源
cp
图1-4 数字基带传输系统模型
数字基带传输系统模型
基带信号形成器：包括编码器、加密器以及波形 变换等；
发
接
发
接
送
收
送
收
设
设
设
设
备
备
备
备
(a)串序传输
(b)并序传输
图1-7 串序和并序传输方式
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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、分支方式和交换方式，
终端A (a)
转接站
终端B
终端 终端 终端 ... 终端
A
B
C
N
(b)
终端A 终端B 终端C
第一章 现代通信系统概论
1.1 通信的定义 1.2 通信系统的组成 1.3 通信系统分类及通信方式 1.4 通信系统的主要性能指标
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课程描述
导航、遥控遥测等军用尖端技术和包括数字电话、广 播电视、综合信息网、多媒体宽带网等现代民用技术。
通信在过去分为模拟通信和数字通信两个方面来研究。 目前，随着数字技术和计算机技术日新月异的发展，数 字通信方式在许多领域已逐步取带模拟通信方式，成为 通信的主流，也成为我们研究的重点。
通信概论
换
7. 多路复用技术
频分复用和时分利用的概念、特点和应用
一条物理信道对多路信号同时进行传输时，采用复用技术。目的 是充分利用信道和频带或时间资源，提高信道利用率，扩大通信 容量。
缺点：
比模拟通信占用更宽的信道带宽 对同步要求高，系统更复杂
2. 通信系统的分类
按通信业务分：电报、电话、数据、图像、综合业务 通信网
按调制方式分：基带系统、调制（或带通）系统 按信号特征分：模拟、数字 按传输媒介分：有线、无线 按工作波段分：长波、中波、短波、微波、光通信
通信概论
第一章 通信基础
1. 通信系统的组成
通信系统一般模型，各组成单元的主要功能。
信源：消息发源地，消息转换为原始电信号
发送设备：将信源和信道匹配，调制、放大、滤波、编码 器。多路传输系统中，还包括多路复用器。
信道：传输信号的通道。有线（明线、同轴电缆、波导、 光纤）；无线（大气、自由空间）。信道也会对信号产生 损耗和干扰。
可靠性：接收端最终输出信噪比。
数字通信系统性能指标：
有效性：
传输速率：码元速率、信息速率 频带利用率：真正指标
可靠性（差错率）：
误码率 误信率
数字通信系统模型，信源编码功能
信源、信源编码、加密、信道编码、数字调制、信道（噪 声源）、数字解调、信道译码、解密、信源译码、信宿。
信源编码功能：1、A/D转换；2、除去冗余信息，提高传 输效率
现代通信技术概论 教学课件 ppt 作者 王新良 第一章 通信系统概述
电信：利用电信号驮载待传信息进行传输和 交换的通信方式。 通信（communication)作为电信 （Telecomunication)是从19世纪30年代开 始的。
现代通信手段
电报 电话 寻呼 移动电话 有线广播、无线广播 有线电视、无线电视 因特网
字信号，即所谓再生，于是消除了干扰噪声。
这个过程，每经过一个再生中继器就重复一次。
通信系统的分类
结论: 正因为采用了中继再生和检纠错的手段， 所以数字传输不仅适于较远距离的传输， 也能适应性能较差的线路。
通信系统的分类
3.按传输媒介和系统组成特点分类 实用的通信系统有下述五类：
现代通信发展历史回顾
1906年
发明电子管，进入了 电子时代，开辟了模 拟通信的新纪元 发射第一颗人造卫星， 太空通信时代到来 因特网（Internet）的前身 ARPAnet出现，被后人称为 网络之父
1957年 1969年
20世纪通信技术高速发展：
双绞线－同轴电缆－微波－光纤－卫星 长波－中波－短波－超短波－微波－毫
米波
21世纪 通信与信息 融入生活 改变生活 不可缺 少
1.2 通信系统的基本概念和模型
1.通信系统：
传递信息所需要的一切技术设备和传输媒介。 端到端的传送系统
通信系统实例
2.通信系统基本模型： （P3）
为把用户非电形式的消息传送到远方，现代通信技术
在发送端需经：
用户终端设备将信源的消息转换成电信号，并令其经信道传
远古通信方式的实现消息的远距离传送，都 需要中继站的层层传递，消息才能到达目的地。 但是，远距离传递消息的速度和距离都很不如 人意，迫切的需要一种新的传输手段 谁能跑得又快又远呢？ “电“
《现代通信理论》课件第1章
第1章 通信系统导论
在数字通信系统的接收端, 数字解调器对受到信道 恶化的发送波形进行处理, 并将该波还原成一个数字序 列, 该序列表示发送数据符号的估计值(二进制或M元)。 这个数字序列被送至信道译码器, 它根据信道编码器所 用的关于码的知识及接收数据所含的冗余度重构原始的 信息序列。
第1章 通信系统导论
数字通信抗噪声性能好还表现在微波中继通信时, 它 可以消除噪声积累。 这是因为数字信号在每次再生后, 只 要不发生错码, 它仍然像信源中发出的信号一样, 没有噪声 叠加在上面。 因此中继站再多, 数字通信仍具有良好的通 信质量。 而模拟通信中继时, 只能增加信号能量(对信号放 大), 却不能消除噪声。
第1章 通信系统导论
以两个人之间的对话这种最简单的通信方式为例, 说 明通信系统所包括的最基本的部分。 讲话是利用声音来传 递消息的一种方式, 发话人是消息的来源, 称为信源; 语音 通过空气传到对方, 而传递消息的媒质称为信道, 信道中一 定会不可避免地存在噪声; 听话者听到后获得消息, 是消息 的归宿, 称为信宿。 这样就完成了消息的传递, 也就构成了 最简单的通信系统, 这个过程如图1.1所示。
解调器和译码器工作性能好坏的一个度量是译码序 列中发生差错的频度。 更准确地说, 在译码器输出端的 平均比特错误概率是解调器、 译码器组合性能的一个 度量。 一般地, 错误概率是下列各种因素的函数: 码特 征、 用来在信道上传输信息的波形的类型、 发送功率、 信道的特征(即噪声的大小、 干扰的性质等)以及解调和 译码的方法。
第1章 通信系统导论
模拟信号有时也称连续信号, 它是指信号的某一参量可 以连续变化(即可以取无限多个值), 但不一定在时间上也连 续。 强弱连续变化的语言信号、 亮度连续变化的电视图像 信号等都是模拟信号。 凡某一参量只能取有限个数值, 并且 常常不直接与消息相对应的信号, 称为数字信号。 数字信号 有时也称离散信号, 这个离散是指信号的某参量是离散(不连 续)变化的, 但不一定在时间上也离散。
(通信企业管理)通信系统概论精编
（通信企业管理）通信系统概论通信系统概论§1.1数字通信系统的组成图1-1双绞线1、框图解释信源：完成模/数转换信源编码和译码目的：提高信息传输的有效性加密和解密目的：保证所传信息的安全信道编码和译码目的：增强抗干扰能力数字调制和解调目的：形成适合于信道中传输的带通信号2、数字通信的特点●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壹起传输；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。
§1.2通信信道及其特征●信道分类：有线信道－电线光纤信道－光纤无线信道－电磁波（含光波）水声信道－声波存储信道－磁材料●有线信道明线对称电缆。
由许多对双绞线组成，分非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）俩种。
图1-2双绞线同轴电缆图1-3同轴电缆●光纤信道结构：纤芯、包层按折射率分类：阶跃型（早期的，只有纤芯、包层俩种折射率）、梯度型（随后的，纤芯折射率沿半径增大方向减小）按模式分类：多模光纤（粗）（早期的，发光二极管作为光源，含有多种频率成分，有多条路径→存于色散→波形失真，限制了传输带宽），单模光纤（细）（后来的，激光作为光源，单壹频率成分，壹条路径→色散小→波形失真小，传输带宽宽）图1-4光纤结构示意图损耗和波长关系：损耗最小点：1.31和1.55μm图1-5光纤损耗于波长的关系光纤信道传输衰耗的原因:（1）瑞利散射：当光于传播过程中遇到不均匀或不连续点时，部分能量将向各方传向散射而不能达到终点。
（2）材料吸收：材料中含有杂质离子。
这些离子于光波作用下发生振动，从而会耗去部分能量（又分紫外吸收和红外吸收）。
光纤信道时延失真的原因：色散（Dispersion）：光源发射的光载波总是有壹定的频谱宽度，而纤维材料的折射率随f而变化，因而于光波中不同的f分量具有不同的传输速度，到达的时间也不壹样，从而引起失真。
第1章 通信概论[112页]
![第1章 通信概论[112页]](https://img.taocdn.com/s3/m/da4f789f4028915f804dc2d6.png)
1.1 通信系统概述
➢ 1.1.1 通信简介 ➢ 1.1.2 通信系统的组成 ➢ 1.1.3 通信系统的分类与通信方式 ➢ 1.1.4 通信系统的性能指标
1.1.2 通信系统的组成
❖ 1．通信系统的一般模型 ❖ 对于通信来说，首先要把消息转变成电信号，然后经过发送设备将信
号送入信道，在接收端利用接收设备对接收的信号做相应的处理后， 送给信宿再转换为原来的消息。这一过程可用图1-2所示的通信系统一 般模型来表示。
❖ 这里将通信系统一般模型中的发送设备和接收设备分别用调制器和解 调器代替。因为模拟信源将连续消息变换成的原始电信号是基带信号 ，具有频率较低的频谱分量，只有某些特殊的有线信道可以直接传输 这种信号，而其他大多数信道，如长途电缆、以自由空间作为信道的 无线电，均无法直接传输这种信号。
1.1.2 通信系统的组成
❖ （6）信宿
❖ 信宿是传输消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原 成消息，如扬声器（音频信号转换成声音）、显示屏（视频信号转换 成图像）或者是打印机（数字信号转换成键盘字符）等。
1.1.2 通信系统的组成
❖ 2．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，其模型如图1-3所示。 ❖
1.1.2 通信系统的组成
❖ （2）发送设备
❖ 发送设备的作用是将信源产生的原始电信号变换成适合在信道中传输 的信号，即将发送信号的特性和信道特性相匹配，使其具有抗信道干 扰的能力，并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。因此，发 送设备涵盖的内容很多，可能包含变换、放大、滤波、编码、调制等 过程。多路传输系统发送设备中还包括多路复用器。
1.1.2 通信系统的组成
❖ （4）噪声源
❖ 图1-2中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的 集中表示。噪声通常是随机的、形式多样的，它影响了正常信号的传 输，造成接收信号时的误码和失真。
通信技术与系统-第一章 通信系统概述
调制
信道
解调
信宿
模拟通信系统
2
按信号特征分类
信源
信源 编码
加密
信道 编码
调制
信道
信宿
信源 译码
解密
信道 解码解调来自数字通信系统按信号特征分类
数字通信系统多了信源编码(解码)和信 道编码(解码)功能模块；
信源编码完成的是将模拟信息(模拟信号) 转换成数字信号的功能(信源解码功能相 反)；信道编码是将信源编码输出的数字 信号变成适合于信道传输的码型(信道解 码功能相反)，以提高传输的有效性和可 靠性。
编码信道与调制信道有明显的不同。调制信道 对信号的影响是通过乘性干扰及加性干扰使已 调制信号发生模拟性的变化；而编码信道对信 号的影响则是一种数字序列的变换，即把一种 数字序列变成另一种数字序列(产生误码)。
传输介质
传输介质(通信介质)指的是可以传播(传 输)电信号(光信号)的物质。
从通信系统的角度上看，就是连接通信双方 收、发信设备并负责信号传输的物质(物理 实体)。
按通信方式分类
按通信终端之间的连接方式可划分为两点间 直通方式和交换方式。直通方式是通信双方 直接用专线连接；而交换式的通信双方必须 经过一个称为交换机的设备才能连接起来， 如电话系统。
按数字信号传输的顺序，在数据通信中(主 要指计算机通信)，通信方式又有串行通信 与并行通信之分。
按同步方式的不同，还可以分为同步通信和 异步通信。
有线介质——同轴电缆示意图
外部绝缘体
内部导体
内部绝缘体 铝制编织导体(屏蔽) (a) 一段同轴电缆
(b) 一段与连接器相连的同轴电缆
有线介质——同轴电缆示意图
基站用射频同轴电缆 (50Ω同轴电缆)
第1章通信系统概论(第2讲_130911)
图1－5 二进制信道模型
编码信道特性用信道转移概率矩阵来描述.
P ( y j xi ) pi j
正确传输: 错误传输:
p00 P (0 0) , p01 P (1 0) ,
p00 p01 1
p11 P (1 1) p10 P (0 1)
p10 p11 1
pc p00 p11 pe p01 p10
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信息传输与处理实验室 蒋铃鸽
消息的信息量 I
b.信息量的数学表达式 设消息发生的概率分布律为 则 mk 的信息量为：
m1 m2 ... mk ... p p ... p ... k 1 2
p
k
k
1
I mk log a
1 pk
c.信息量的单位（与对数的底有关）
T
先到波形
延时时差
后到波形
延时线模型
T
通常 T>>τ, 一般
H (, t )
合成波形
T
T/τ≈10
(c) 多径效应引起时间弥散
2 (t )
(b) 多径效应引起频率选择性衰落
典型信道:短波电离层反射,超短 波及微波对流层散射信道.
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图1-11两条路径的多径效应
信息传输与处理实验室 蒋铃鸽
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信息传输与处理实验室 蒋铃鸽
消息的信息量 I
2.消息(或符号)的信息量I： 事件发生的不确定性越大，所含信息量越大。 例如：某一北京至上海浦东机场飞机航班，原定中午１２点抵达。 现有三则相关消息：１．飞机１２点抵达浦东机场。２．飞机因北 京突降大雨延误。３．飞机在途中遭遇突发事件坠毁。 从中人们获得的信息量不同，显然第三则消息信息量最大。 a.信息量I 须满足的条件：设消息为mk ，其发生概率为 pk
(完整版)通信系统与通信网络系统概述
第一章通信系统与通信网络系统概述1.1 通信系统的发展简史人类建立和使用通信早在古代就开始了，古代的烽火台、邮路驿站、狼烟设施、旌旗等。
唐代大诗人杜甫诗中的“烽火连三月，家书抵万金”，就是古人收到远方家信时，欣喜若狂的真实写照；又如唐代诗人王维诗句中的“大漠孤烟直，长河落日圆”的诗句更是直接反映了古代的“数字化”通信系统——烽火台的通信效果。
近代的灯光信号、旗语等，特别是到了19世纪，英国人莫尔斯于1837年发明了无线电电报装置；美国人贝尔于1876年发明了电话系统，这标志着“电讯时代”的开始——将信息转换成某种电磁波信号并进行远距离传送。
现代的电报、电话、传真、电视、计算机等用户终端连接起现代通信网，在20世纪初期，德国西门子公司的电磁式自动交换机的诞生，则标志着“通信自动化”时代的开始；20世纪末期，光纤数字通信技术、计算机通信技术和卫星移动数字通信系统的使用，将通信技术推向了一个高速发展的水平；而在21世纪初，随着宽带互联网业务与IP技术的快速前进，新一代移动通信（即第三代移动通信系统3G）和网络电视（IPTV）技术的崛起，以及全球电信行业向“综合信息业务服务商”方向的全面转型，3G技术的使用和发展，使移动通信从窄带、低速、单一的业务推向了宽带、高速、多业务的发展，目前，全球3G市场已进入了快速的发展阶段。
由于3G移动通信网络在网络带宽、安全性与可靠性等方面的突破，3G业务应用将摆脱2G时代简单的纯文本内容，能提供低成本、大容量、更丰富、个性化与更多样化的移动多媒体业务，真正实现“随时、随地、无拘无束通信与信息交互”。
故3G市场开始由发达国家和地区逐步向发展中国家和地区发展，当前以亚洲、东欧表现最为活跃，具有广阔的市场。
根据信息产业部的统计和预测数据，我国3G终端的市场是非常巨大的。
未来的3G终端市场，将会有更多的厂商加入，有更多的款式可供用户挑选，目前，3G正处于蓬勃发展的时期。
1.2 通信系统的定义与特点在人类的活动过程中需要相互之间传递各种信息，也就是说将带有传递的各种信息的信号通过某种方式由发送者传递给接收者，这种信息的传递过程就是我们所说的通信。
通信系统概论章 (1)
第1章 绪 论
图1－2 (a)串序传输方式；(b)并序传输方式
第1章 绪 论
一般的数字通信方式大都采用串序传输，这种方式的优点 是只需占用一条通路，缺点是占用时间相对较长；并序传输方 式在通信中也时有用到，它需要占用多条通路，优点是传输时 间较短。
第1章 绪 论
3. 通信的网络形式通常可分为三种：点到点通信方式、点到 多点通信（分支）方式和多点到多点通信（交换）方式，它们 的示意图如图1－3所示。
第1章 绪 论
2. 发送设备的作用就是将信源产生的信号变换为传输信道所 需要的信号，使信源和信道匹配起来，并送往信道。这种变换 根据对传输信号的要求不同有相应不同的变换方式，通常要求 实现大功率发射、频谱搬移、信源编码、信道编码、多路复用、 保密处理等，其相应的变换方式为功率放大、调制、模/数转 换、纠错编码、FDM或TDM
第1章 绪 论
4.接收设备 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行接 收放大、解调、数/模转换、纠错译码、FDM或TDM的分路、解 密等，其任务是从带有干扰的信号中正确地恢复出原始信号。 图1－4仅是一个单向通信系统模型，实际通信系统要实现 双向通信，通信的双方需要随时交流信息，信源兼为信宿，双 方都要有发送设备和接收设备。如果两个方向用各自的传输媒 介，则双方都独立地进行发送和接收；如果两个方向共用一个 传输媒介，则必须采用频率、时间或代码分割的办法来实现资 源共享。
制
幅度键控 ASK
数据传输
数字调制
频率键控 FSK
数据传输
相位键控 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
脉幅调制 PAM
项目一 通信系统概论
10年
商用接力卫星通信（音频和数字）、Gbit数字传输速率、大规模集成电路（LSIC）、通信集成电路、陆地 间的计算机通信网络、低损耗光纤、光通信系统、分组交换数字数据系统、星际间大型漫游发射、 微处理器、计算机断层成像、超级计算机
1980~1990
10年
卫星“空间接线总机”、移动/蜂窝电话系统、多功能数字显示、每秒20亿取样数字示波、桌面印刷系统、 可编程数字信号处理器、自动扫描数字调音接收机、芯片加密技术、单片数字编码器和解码器、红 外数据/控制链、音频播放压缩盘、200 000字光存储媒体、以太网、远距贝尔系统、数字信号处理器
1.1.2 通信技术的发展与展望
❖ 微波中继通信:主要用于传输长途电话和电 视节目。
1.1.2 通信技术的发展与展望
❖ 光纤通信:光纤通信是以光导纤维(简称光 纤)为传输媒质、以光波为载波的通信方式。
1.1.2 通信技术的发展与展望
❖ 卫星通信:卫星通信的特点是通信距离远,覆盖
面积大,不受地形条件限制,传输容量大,建设周 期短,可靠性高。
第1章 绪论
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。
移动通信
基站 基站
基站
第1章 绪论
电通信发展史
1837年：莫尔斯发明有线电报
消息——“点、划、空格”
金属线
发报
收报
第1章 绪论
1876年：贝尔发明有线电话
1876年贝尔电话
话筒
耳机
℡
℡
第1章 绪论
无线通信：
《电磁场力学的理论》。 电磁波的传播速度等于光速（3.0×108米/秒）。
1864年麦克斯韦从理论 上预言了电磁波的存在
通信系统概论
第1章通信系统概论§ 1.1 数字通信系统的组成图1-1双绞线1、框图解释信源：完成模/数转换信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性加密与解密目的：保证所传信息的安全信道编码与译码目的：增强抗干扰能力数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号2、数字通信的特点●优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；传输过失可控；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##性好；●缺点：需要较大的传输带宽；对同步要求高。
§ 1.2通信信道与其特征●信道分类：有线信道－电线光纤信道－光纤无线信道－电磁波〔含光波〕水声信道－声波存储信道－磁材料●有线信道明线对称电缆。
由许多对双绞线组成，分非屏蔽〔UTP〕和屏蔽〔STP〕两种。
图1-2双绞线同轴电缆图1-3同轴电缆光纤信道结构：纤芯、包层按折射率分类：阶跃型〔早期的，只有纤芯、包层两种折射率〕、梯度型〔随后的，纤芯折射率沿半径增大方向减小〕按模式分类：多模光纤〔粗〕〔早期的，发光二极管作为光源，含有多种频率成分，有多条路径→存在色散→波形失真，限制了传输带宽〕，单模光纤〔细〕〔后来的，激光作为光源，单一频率成分，一条路径→色散小→波形失真小，传输带宽宽〕单模图1-4 光纤结构示意图损耗与波长关系：损耗最小点：1.31与1.55 mm图1-5 光纤损耗于波长的关系光纤信道传输衰耗的原因:〔1〕瑞利散射：当光在传播过程中遇到不均匀或不连续点时，局部能量将向各方传向散射而不能达到终点。
〔2〕材料吸收：材料中含有杂质离子。
这些离子在光波作用下发生振动，从而会耗去局部能量〔又分紫外吸收和红外吸收〕。
光纤信道时延失真的原因：色散〔Dispersion〕：光源发射的光载波总是有一定的频谱宽度，而纤维材料的折射率随f而变化，因而在光波中不同的f分量具有不同的传输速度，到达的时间也不一样，从而引起失真。
通信系统概述
第一章通信系统概述1.1 通信系统模型一、通信的定义1.信息：对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容﹙包括语音、图象、文字等﹚人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。
古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。
2.信号：与消息一一对应的电量。
它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。
3．通信就是由一地向另一地传递消息。
二、电通信1．定义利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。
2．特点电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。
电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。
（1）模拟信号与数字信号：按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。
模拟信号：信号的取值是连续的。
数字信号：信号的取值是离散的。
（2）基带信号与频带信号：按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。
基带信号：发信源发出的信号。
频带信号：通过调制将基带信号变换为频带信号。
基带传输：在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和有线广播等)。
频带传输:通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。
（FM、AM、MODEM）三、通信系统的模型1.通信系统的一般模型(1)通信系统：通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。
(2)通信系统的基本模型●发信源：是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。
变换：将非电物理量转换为掂量。
信源可分为模拟信源和离散信源。
模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续的信号；离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。
●发送设备：作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信号。
它要完成调制、放大、滤波、发射等。
在数字通信系统中还要包括编码和加密。
通信系统原理概述
“上帝创造了 何等的奇迹!”
塞缪尔·莫尔斯
（Samuel Finley Breese
Morse，1791-1872）
10
1832年秋天，在大西洋中航行的一艘邮船上，美国医生杰克逊给旅 客们讲电磁铁原理，旅客中41岁的美国画家莫尔斯被深深地吸引住 了，并牢记住了这些。他联想起自己所看到的法国信号机体系，它每 次只能凭视力所及传讯数英里而已；如果用电流传输电磁讯号，不是 可以在瞬息之间把消息传送数千英里之遥吗？从这以后，他毅然改行 投身于电学研究领域。
2.近代： 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。
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周幽王骄奢淫逸，自从得到褒国进献的美女褒姒后，封为宠妃，整天 沉溺于佳丽之中，朝政荒废。褒姒美艳无比，但生性不笑，面对宫中 玉宇琼楼，锦衣玉食，她毫无悦色。幽王欲睹褒姒笑容，大臣们想尽 千方百计始终不得效果。一天幽王出游骊山，佞臣虢（guo）石父献 出烽火戏诸葛侯拙劣计策，幽王决意一试，遂命点燃烽火。各路诸侯 见烽火报警，以为京城出现敌情。迅速整装带兵而至。见君臣安然无 恙，且游兴正浓，感到莫名其妙。问其原因，对方笑而不答。看到这 种场面，褒姒忍不住开怀大笑。看到褒姒终于开了笑口，而且笑时姿 态更美，昏君乐得忘乎所以。风尘仆仆的诸侯终于明白，烽火报警， 调兵遣将，原本为博宠妃欢心。王命如山，无可奈何，只得怏怏离去。 但事隔不久，犬戎果真来犯，虽然点起了烽火，却无援兵赶到。原来 各诸侯以为周幽王又是故伎重演。结果都城被攻下，褒姒被抢走了， 周幽王也被杀死了，从此西周灭亡了。
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1.2 消息、信息和信号
一、信息、消息和信号的定义与区别
3. 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。
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第一章通信系统概论1.1 绪论1.2 通信系统的组成1.3 通信系统的分类与通信方式1.4 通信系统的质量指标1.5 通信技术的发展1.1 绪论通信广义上说用任何方法通过任何媒介跨时/空传递信息，均称为通信。
1.1 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。
◆通信的目的：就是传递消息。
◆本课程对通信的定义：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。
1.2 通信系统的组成1.2.1 通信系统模型信源信宿噪声源信道发送设备接收设备产生或发出消息的人或将信源产生的消息信号变换成便于传送的形式从带有干扰的接收信号中正确恢复出原始信号接受消息的人或机器信号传输的通道各处噪声的集中表现1.2 通信系统的组成◆信源：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变换成适合在信道中传输的信号。
◆信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的。
◆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：将复原的原始电信号转换成相应的消息。
1.2 通信系统的组成1.2.2模拟通信系统和数字通信系统1.信源消息分为两大类连续消息离散消息消息的载体是电信号，电信号的变化体现在某一参量的变化上（如连续波的幅度、频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。
消息的状态连续变化或是不可数的。
如语音、活动图片等消息的状态是离散的或是可数的。
如符号、数据等1.2 通信系统的组成◆信号分类：按信号参量的取值方式不同可把信号分为两类。
☐模拟信号数字信号tf(t)0时间连续、参量连续tf(t)0时间离散、参量离散tf(t)时间离散、参量连续抽样量化1.2 通信系统的组成2.模拟通信系统模型利用模拟信号来传递信息的通信系统信息源调制器信道解调器受信者基带信号已调信号噪声源1.2 通信系统的组成•模拟通信系统中两种重要变换：（1）连续消息到电信号相互变换（2）基带信号到调制信号的变换•优点：技术成熟、设备简单、成本低。
•缺点：易受干扰、频带不宽、频带利用率不高、信号处理难、不易集成和设备庞大等。
1.2 通信系统的组成3.数字通信系统模型利用数字信号来传递信息的通信系统信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源1.2 通信系统的组成数字通信涉及的技术内容有：1）编/译码——包括信源编码/译码、信道编码/译码。
2）调制/解调——数字调制/解调3）数字复接4）同步5）加密1.2 通信系统的组成信源编码的作用（1）设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。
码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。
（2）当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。
1.2 通信系统的组成信道编码与译码数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。
为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。
接收端的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，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。
1.2 通信系统的组成加密与解密在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。
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，恢复原来信息，叫解密。
1.2 通信系统的组成数字调制与解调•数字调制是将数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
•数字调制方式有：振幅键控ASK频移键控FSK绝对相移键控PSK相对（差分）相移键控DPSK1.2 通信系统的组成同步与数字复接•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。
同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。
•按照同步的功用不同，可分为载波同步位同步群同步网同步1.2 通信系统的组成•数字通信的优点（1）抗干扰能力强。
（2）差错可控。
可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。
（3）易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，从而形成智能网。
（4）易于集成化，从而使通信设备微型化。
（5）易于加密处理，且保密强度高。
1.2 通信系统的组成•数字通信的缺点（1）占据更宽的系统频带（频带利用率不高）一路模拟电话带宽为4kHz，一路数字电话可能要占据20～60kHz的带宽。
（2）系统设备比较复杂•数字通信的前景宽带信道（光纤）的发展，其缺点已可以接受，在现代通信的发展中已成为主流。
1.2 通信系统的组成•基带信号是指信号的频谱从零频附近开始，由于这种信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输。
•语音信号：300~3400Hz•图像信号：0~6MHz1.2 通信系统的组成•已调信号是指经过调制以后的信号•有三个特征1. 携带有信息2. 适合在信道中传输3. 是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频。
•已调信号又称频带信号。
1.3 通信系统的分类与通信方式1.3.1 通信系统的分类1.按通信业务分类话务通信：电话通信非话务通信：计算机通信、数据库检索、电子信箱等。
2.按调制方式分类基带传输：将未经调制的信号直接传送频带传输：对各种信号调制后传输的总称表1 -1 列出了一些常见的调制方式1.3 通信系统的分类与通信方式3.按信号特征分类模拟通信系统数字通信系统4.按传输媒质分类有线通信系统电缆通信光纤通信无线通信系统短波通信微波中继通信卫星通信……1.3 通信系统的分类与通信方式5.按工作波段分类长波通信中波通信短波通信微波通信工作波长和频率的换算公式为式中，λ 为工作波长，f 为工作频率，c 为光速。
)()/(1038Hz f s m f c ⨯==λ表1 -2 列出了通信使用的频段、常用的传输媒质及主要用途1.3 通信系统的分类与通信方式6.按信号复用方式分类•传输多路信号有三种复用方式：•1）频分复用：频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围。
•2）时分复用：时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间。
•3）码分复用：用正交的脉冲序列分别携带不同信号。
传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。
1.3 通信系统的分类与通信方式1.3.2 通信方式1．按消息传递的方向与时间关系分单工通信：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，但不能同时进行收和发的工作方式。
全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式。
三种方式示例比较三种方式示意图1.3 通信系统的分类与通信方式2. 按数字信号排列顺序分并行传输：将代表信息的数字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。
适用于设备之间的近距离通信串行传输：数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。
适用于远距离数字通信并行和串行通信方式示意图1.3 通信系统的分类与通信方式1.3 通信系统的分类与通信方式发送信道接收单工：广播发送信道接收双工：手机发送信道接收半双工：对讲机1.3 通信系统的分类与通信方式发端收端信道终端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1.4 数字通信系统性能指标•有效性和可靠性是评价一个通信系统优劣的主要性能指标•有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，是传输的“速度”问题；•可靠性是指接收信息的准确程度，是传输的“质量”问题。
1.4 数字通信系统性能指标1. 模拟通信系统性能指标（1）有效性：有效的传输频带（2）可靠性：输出信噪比2. 数字通信系统性能指标（1）有效性：传输速率和系统频带利用率（2）可靠性：差错率1.4 数字通信系统性能指标 传输速率有两种表示方法（1）码元传输速率（又称传码率）：系统每秒钟传送码元的数目，单位是波特，常用符号“B ”表示。
例如，若2秒内传4800个码元，则传码率为•数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T 有关。
2400B )(1B TR B1.4 数字通信系统性能指标（2）信息传输速率（又称传信率、比特率）：单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s ，或b/s ，或bps。
•两者之间既有联系，也有区别R b= RB log2N (bit／s)）（BlogR2B NRb【思考讨论题】某一数字通信系统传输的是四进制码元，4s 传输了8000个码元，而另一通信系统传输的是十六进制码元，6s 传输了7200个码元。
2log b B R R N根据 哪个系统传输速度快？四进制码元：R B =2000B ；R b =4000bit/s十六进制码元：R B =1200B ；R b =4800bit/s【答】1.4 数字通信系统性能指标 多进制信息传输速率对于N 进制码元的传输，每一个N 进制码元可用log 2N 个二进制码元表示（N=2n ，n 为每位多进制码元所用二进制码元表示的位数）传输一个N 进制码元相当于传输了log 2N 个二进制码元。
在码元速率（R B ）保持不变条件下，二进制信息速率与N 进制信息速率之间关系为：NR R b b 22N log【思考1 】已知八进制数字信号的传输速率为1600波特。
试问变换成二进制数字信号时的传输速率为多少？解：R= R bN㏒2N = 1600×㏒28 = 4800 b/sb【思考2】已知二进制数字信号的传输速率为2400b/s 。
试问变换成四进制数字信号时，传输速率为多少波特？= R bN㏒2N解：RbR bN= R b／㏒2N = 2400/2=1200波特1.4 数字通信系统性能指标系统频带利用率通信系统所占的频带越宽，传输信息的能力就越强。
系统频带利用率表示数字通信系统的有效性。
对于采用二进制传输时的系统频带利用率表示为1.4 数字通信系统性能指标 差错率（1）误码率（码元差错率）（2）误比特率（比特差错率）传输总码元数目传错码元的数目误码率=e P 传输总的比特数目传错比特的数目误比特率=b Ps bit/1021012525066⨯=⨯==-传输时间传输比特的数目信息传输速率【例】设在125微秒内传输250个二进制码元，计算信息传输速率；若该信码在2秒内有3个码元产生误码，试问其误码率是多少？解：6630.75102102e P -===⨯⨯⨯传错码元的数目误码率传输总码元数目1.5 通信技术的发展☐古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信•这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信问题。