通信原理1.1

实验课：3次12学时，占10分

答疑安排： 周三下午1:30-2:30电航楼604房间 电话：84723130 Email：hrx@dlmu.edu.cn
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专业基础课，有关通信系统的基础性架构，以后所有的东西， 都将在此基础上构建——具体的通信系统 先修课程： 高等数学、概率论与数理统计、复变函数与积分变换、信号与 系统、高频电子线路、低频电子线路 后续课程： 移动通信、卫星通信、光纤通信、通信设备、计算机通信网等
• 1820年安培发明电报通信——近代数字通信的开始 • 1876年贝尔发明电话——模拟通信的开始
– 低频，高频等课程
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• 消息、信息和信号
– 通信的目的是传递消息中包含的信息 – 消息：
• 有待传输的具体内容，有不同形式：符号、文字、话音、音 乐、数据、活动图像 • 根据状态变化情况分
– 离散（数字）消息：符号、数据 – 连续（模拟）消息：话音、活动图像
– 信息：
• 消息中所包含的人们原来不知而待知的内容（消息的有效内 容） • 不同消息可有相同内容
– 天气预报时“晴天”可用汉字或符号表示——不同形式的消息，载 有相同的信息
– 信号：
• 消息的载体 • 通信系统中传输的是信号
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连续波的幅度、频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置
• 按信号参量的取值方式不同可把信号分为 模拟信号：取值连续，例如语音 数字信号：取值离散，例如数据
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• 模拟信号：信号参量的取值是连续的或取无穷多个值， 且直接与消息相对应的信号
– 传统广播： FM, AM。对应的DAB版本？？
跳频技术之母——海蒂· 拉玛（Hedy Lamarr）
百度百科：http://baike.baidu.com/view/654576.htm
费雯丽（Vivien Leigh） 《乱世佳人》、《魂断蓝桥》 等；两次获奥斯卡最佳女主角
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信 息 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
点对点通信（任意两个设备）
Open Systems Interconnection (OSI) model
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应用层：老板
Data Unit Layer
7. Application
Function
Network process to application
Data representation, encryption and decryption, convert machine dependent data to machine independent data Interhost communication End-to-end connections and reliability, flow control Path determination and logical addressing Physical addressing Media, signal and binary transmission
【注意】 消息传递过程中，不仅只有这两种变换。实际通信系统中还 有滤波、放大、控制等高频过程。由于Modem对信号的变化 起决定性作用，而其他过程对信号不会发生质的变化，只是 对信号进行放大或改善信号特性，因而简化讨论
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数字通信系统
利用数字信号来传递信息的通信系统
1.2 通信系统组成
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信息源 发送端
发送设备
信道
接收设备 接收端
受信者
对称性
噪声源
点对点通信系统的一种简化模型
（1）信息源
消息产生地，把各种消息转换成原始电信号——消息信号或基带信号 • • 模拟信息源：输出的是模拟信号——连续波形
• 电话机和电视摄像机
数字信息源：输出离散的数字信号
• 电传机和计算机等各种数字终端设备
表示层：公司中演示 稿老板、替老板写信 的助理
会话层：公司中收寄 信、写信封与拆信封 的秘书 传输层：公司中跑邮 局的送信职员 网络层：邮局中的排 序工人
Data
6. Presentation
5. Session
Segment
4. Transport
TCP/IP 简化为 5层
Packet/Datagram 3. Network Frame Bit 2. Data Link 1. Physical
完成与发送设备相反的变换，从带有干扰的接收信号中正确恢 复出相应的原始基带信号来
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通信系统的组成（Cont.）
信息源 发送端 噪声源 发送设备 信道 接收设备 接收端 受信者
点对点通信系统的一种简化模型
噪声源：通信系统中各种设备自身及信道中固有的各种噪声（干扰） 的集中表示——打电话时听到的沙沙声
信 息 源 加 密 器 编 码 器 调 制 器 信 道 解 调 器 译 码 器 解 密 器 受 信 者
数字通信系统模型
加密与解密
噪声源
一般模型的具体化
信息源：产生数字信号—— A/D • 加密：为了保证所传信息的安全，人为将传输的数字序列扰乱， 即加上密码
DVB里面频道CNN、BBC
• 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字序
• 基带：信号的频谱从零频附近开始 – 语音信号为300～3400Hz，图像信号为0～6MHz
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模拟信息源 基 带 信 号
调制器 频 带 信 号
信道 频 带 信 号
解调器 基 带 信 号
受信者
噪声源
– 基带信号的特点
• 具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输
• 需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并 可在接收端进行反变换——需要调制器和解调器（第3章）
列进行解密，恢复原来信息
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加密/解密（Cont.）
Frequency Hopping（跳频技术）——CDMA的前身
在美国的专利局1942年8月11日通过，专利号为2292387的“保密通信系统”专利
1985年美国一家名不见经传的小公司在跳频技术基础上，悄悄研发出CDMA无线数 字通信系统——高通，现在已成为全球500强大公司
主要参考书




樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯，通信原理（第5版）， 国防工业出版社，2001年5月。
樊昌信，曹丽娜，通信原理（第6版），国防工业出版社， 2007年8月。 樊昌信，通信原理教程（第2版），电子工业出版社，2008 年6月。
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ຫໍສະໝຸດ Baidu
直接和应用程序接口并提供常 见的网络应用服务：HTTP、 FTP、TELNET、SMTP 为不同终端的上层用户提供数 据和信息正确的语法表示变换 方法：加解密、压缩/解压
• 模拟信号：连续信号，连续是指信号的某一参量可以 连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个 值，而不一定在时间上也连续
f (t)
http://baike.baidu.com/view/91045.htm
O
f (nT )
t
PAM信号
O
(a)
t
模拟信号波形
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• 数字信号
模拟通信系统模型、数字通信系统模型 设计思想：拆分问题，便于分析，便于升级（OSI分层模型）
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模拟通信 vs. 数字通信系统模型
模拟信号和数字信号
• 信源发出消息分为
连续消息：消息状态连续变化或是不可数的，如语音、活 动图片等 离散消息：消息状态是可数的或离散的，如符号、数据等 • 消息的传递是通过它的载体——电信号来实现，即把消息寄 托在电信号的某一参量上
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通信系统的组成（Cont.）
信息源 发送端 噪声源 发送设备 信道 接收设备 接收端 受信者
点对点通信系统的一种简化模型
一般模型：反映了通信系统的共性（高屋建瓴） 根据研究的对象以及所关注的问题不同， 模型中各小方框的内容 将有所不同——对应不同形式更具体的通信模型
0 1
t
数字信息
0
0
1
1
1
0
0
1
数字信号波形
PSK波形
(b)
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模拟通信系统
– 利用模拟信号来传递信息的通信系统
模拟信息源 基 带 信 号 调制器 频 带 信 号 信道 频 带 信 号 解调器 基 带 信 号 受信者
噪声源
模拟通信系统模型
一般模型的具体化
– 信源发出的原始电信号是基带信号
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1.1 通信的发展
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• 通信的发展
– 通信
• 信息的传输与交换
– 古代通信的起源
• 两类通信方式
– 利用人力或机械的方式传递信息——运动通信 – 利用电（包括电流、无线电波或光波）传递信息——电信 » 电磁波传输的速度
– 近代通信的发展
数据链路层：邮局中 的装拆箱工人 物理层：邮局中的搬 运工人
5
Open Systems Interconnection (OSI) model
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第一章 通信系统概论
• • • • • • • 通信的发展 通信系统的组成 信息及其度量 通信系统分类 主要性能指标 信道及噪声 信道容量
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信 息 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
信 道
解 调 器
译 码 器
解 密 器
受 信 者
噪声源
编码与译码（Cont.）
• 信道编码（重点之一，第9章讨论）
目的：提高信号传输的可靠性
• 已调信号（又称频带信号，带通信号）
– 经过调制以后的信号
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已调信号的特点：
（1）携带有信息
（2）适合在信道中传输 （3）信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频
模拟通信系统需要两种变换：
• 连续消息基带信号 （原始电信号）（信源、信宿） • 基带信号频带信号（调制器、解调器）
根据噪声来源分内部噪声和外部噪声，外部噪声往往是从信道引入的
信道：传输信号的物理媒质
无线信道：大气（自由空间） 有线信道：电缆、光纤、架空明线 媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量（上限） 根据研究对象的不同，对实际的物理媒质建立不同的数学模型来反映 传输媒质对信号的影响
通信原理实践教程
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主讲：何荣希 Email：hrx@dlmu.edu.cn Tel：84723130（O）
2014年3月

教材： 王旭东，何荣希，通信原理实践教程，大连海事大学出版社， 2011年1月。

课程安排： 主讲：何荣希 88学时，占90分

期末考试70分

平时不定期随堂测验+作业 20分
– 信号参量只能取有限个值，且常常不直接与消息相对应
• 电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号
– 数字信号：离散信号，离散是指信号的某一参量是离散变化的， 而不一定在时间上也离散
• 如何区分模拟通信系统和数字通信系统？
– 信道中传输的是模拟信号还是数字信号
f (nT )
1 0 0 1 O
1 0 1 1 1 0
为通信双方制定通信方 式，并创建、注销会话
本门课程主要解决点对 点通信系统的问题 多点通信——计算机通 信网 点对点通信：
•
提供端到端数据交换机制， 为端到端连接提供流量控 制、差错控制、QoS等：TCP 路由和寻址功能，使两 终端系统能够互连且决 定最佳路径：IP 在两个网络实体之间 提供数据链路连接的 创建、维持和释放管 理：HDLC、LLC 涉及物理接口、原始 比特流传输：RS232
受信者（信宿）：传输信息的归宿点，将复原的原始信号转换成相 应的消息
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通信系统的组成（Cont.）
信息源 发送端 噪声源 发送设备 信道 接收设备 接收端 受信者
点对点通信系统的一种简化模型
发送设备
将信息源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号
将信息源和信道匹配起来：调制——频谱搬移 接收设备
信 道
解 调 器
译 码 器
解 密 器
受 信 者
噪声源
编码与译码——信源编码与译码、信道编码与译码 • 信源编码与译码
基本部分为压缩编码，用以减少数字信号的冗余度，提高数字信号 的有效性 将模拟消息源给出的模拟消息转变成数字信号（本教材重点内容之 一，在第5章讨论） 信源译码是信源编码的逆过程