通信原理 第一章
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数字通信的主要优点：
(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
数字通信的主要缺点：
➢ 占用带宽大 ➢ 设备复杂 ➢ 同步要求高
宽带通信、压缩编码 VLSI、SOC、ASIC 信号处理技术
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。
狭义信道
有线信道 无线信道
中长波地波 短波电离层反射 超短波、微波视距传输 超短波、微波对流层散射 卫星中继
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
噪 声
接收设备
广义信道
广义信道
调制信道：
调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。 研究调制和解调时，常用调制信道。 连续信道/模拟信道。
eo(t)
e0t htei t nt e0t kt ei t nt
n(t)
n(t): 加性干扰 k(t): 乘性干扰
k t 依赖于网络的特性，k t 反映网络特性对 ei t 的作用。
干扰
加性干扰：本地噪声
始终存在
乘性干扰：非理理想信道 与信号共存
sR t sT tht nt
乘性 加性
增量调制DM
军用、 民用电话
Hale Waihona Puke 差分脉码调制DPCM电视电话、 图像编码
其 他 语 言 编 码 方 式 中低速数字电话 ADPCM、 APC、 LPC
按信号复用方式分类
通信原理第一章总结
2
第一章 绪论
课程要点（2）
3
本节要点
信息如何度量？与何参数有关？计算公式？
离散信源的信息量：
1 I log 2 log 2 P ( x) bit P( x)
熵（统计平均信息量）： n H ( x) P ( xi ) l og 2 P ( xi ) 等概时熵最大：
i 1
bit/符号
H max log 2 M
算术平均信息量存源的信息量如何求？（不要求，可自学）
4
本节要点
有效性和可靠性是通信系统的两个重要指标
模拟系统：有效性（带宽B） 可靠性（信噪比S/N） 数字系统：有效性（传输速率） 可靠性（差错率） 码元速率(传码率)RB与信息速率(传信率)Rb的关系：
Rb= RB log2M= RB H bit/s (H为等概时信源的熵)
频带利用率：
η= RB /B
误码率与误比特率（误信率）
有效性和可靠性常常是一对矛盾
5
第一章思考题和作业
什么是通信？通信的目的是什么？如何进行通
信？ 通信系统的组成以及分类？ 什么是模拟通信系统、数字通信系统？并比较它 们的异同。 什么是信息、消息和信号？信息是如何度量的？ 衡量通信系统优劣的指标有哪些？ 作业：
必做：1-4，1-5，1-7 选作：1－6 , 1-9 ，1-10
6
第一章 绪论
课程要点（1）
1
本节要点
通信发展简史 通信的目的和通信系统的概念、模型 通信系统一般由发送端、接收端、信道三大部
分组成，模拟与数字通信系统模型
通信系统可以按许多形式进行分类 通信系统中的两种变换：
非电信号 电信号（基带信号） 基带信号 频带信号（模拟强调变换的线性 ，数字强调变 换的一一对应。无此变换的系统为基带通信系统）
第一章 绪论
课程要点（2）
3
本节要点
信息如何度量？与何参数有关？计算公式？
离散信源的信息量：
1 I log 2 log 2 P ( x) bit P( x)
熵（统计平均信息量）： n H ( x) P ( xi ) l og 2 P ( xi ) 等概时熵最大：
i 1
bit/符号
H max log 2 M
算术平均信息量存源的信息量如何求？（不要求，可自学）
4
本节要点
有效性和可靠性是通信系统的两个重要指标
模拟系统：有效性（带宽B） 可靠性（信噪比S/N） 数字系统：有效性（传输速率） 可靠性（差错率） 码元速率(传码率)RB与信息速率(传信率)Rb的关系：
Rb= RB log2M= RB H bit/s (H为等概时信源的熵)
频带利用率：
η= RB /B
误码率与误比特率（误信率）
有效性和可靠性常常是一对矛盾
5
第一章思考题和作业
什么是通信？通信的目的是什么？如何进行通
信？ 通信系统的组成以及分类？ 什么是模拟通信系统、数字通信系统？并比较它 们的异同。 什么是信息、消息和信号？信息是如何度量的？ 衡量通信系统优劣的指标有哪些？ 作业：
必做：1-4，1-5，1-7 选作：1－6 , 1-9 ，1-10
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第一章 绪论
课程要点（1）
1
本节要点
通信发展简史 通信的目的和通信系统的概念、模型 通信系统一般由发送端、接收端、信道三大部
分组成，模拟与数字通信系统模型
通信系统可以按许多形式进行分类 通信系统中的两种变换：
非电信号 电信号（基带信号） 基带信号 频带信号（模拟强调变换的线性 ，数字强调变 换的一一对应。无此变换的系统为基带通信系统）
精品课件-通信原理-第1章
第1章 通信原理概述 图1.2.4 测量系统模型
第1章 通信原理概述
这类系统主要由4个部分组成： 信号源、待测物体(中介 体)、信号检测(比较)部分和接收终端(显示)。此类系统中， 信号源发出的信号是已知的，一路作为标准信号，另一 路为经待测物体后变化的信号，根据两路信号的变化量来判断 待测物体的特征，即通过系统主要测量信号经过中介体后的变 化，来判断中介体的特征。
无线广播通信系统中的调制是将基带信号附加到合适的载 波信号上，以便在信道上进行传输。针对不同的系统有不同的 处理方式，比如上面介绍的无线广播通信系统中的调制，是由
第1章 通信原理概述
由于消息存在着许多不同的类型以及不同的传输方法， 因此产生了种类繁多的通信系统。
为了分析消息传输的实质，可以把各类通信系统共性及基 本组成概括为一个一般模型。不管何种通信系统，信息总是由 发送端通过信道传递到接收端的。因此，通信系统的一般模型 如图1.2.3
第1章 通信原理概述
有些信号没有确定的数学表示式，当给定一个时间值时， 信号的值并不确定，通常只知道它取某一数值的概率，这种信 号称为随机信号或不规则信号。严格地说，所有的信号都是随 机信号。因为对于接收者来说并不能确定地预知信号在某一瞬 间应取何值。研究随机信号时应该用统计的观点和方法。图 1.3.2(ｂ)所示为随机信号的波形举例，我们无法确定在某一
接收设备的作用则是完成发送设备的逆变换，它把接收的
第1章 通信原理概述
信宿是信息到达的目的地，信息通过接收的信号还原为原
噪声可以由消息的初始产生环境、构成变换器的电子设备、传 输信道以及各种接收设备等所有信号传输环节中的一个或几个 产生，为分析方便起见，在模型中把噪声集中由一个噪声源表
根据研究的对象或关心的问题的不同，还可以出现不同形 式的具体通信系统模型，比如雷达、声纳及地震法勘测等测量 系统，如图1.2.4
通信原理第1章全书课件
“烽火戏诸侯”的故事就是古代应用光通信的见证，
它证明光通信在中国的应用至少可以追溯到公元前800
年。
二、鸿雁传书
“鸿雁传书”的典故，出自《汉书·苏武传》中“苏武牧羊”的故 事。据载，汉武帝天汉元年（公元前100年），汉朝使臣中郎将苏武出 使匈奴被鞮侯单于扣留，他英勇不屈，单于便将他流放到北海（今贝 加尔湖）无人区牧羊。19年后，汉昭帝继位，汉匈和好，结为姻亲。 汉朝使节来匈，要求放苏武回去，但单于不肯，却又说不出口，便谎 称苏武已经死去。后来，汉昭帝又派使节到匈奴，和苏武一起出使匈 奴并被扣留的副使常惠，通过禁卒的帮助，在一天晚上秘密会见了汉 使，把苏武的情况告诉了汉使，并想出一计，让汉使对单于讲：“汉 朝天子在上林苑打猎时，射到一只大雁，足上系着一封写在帛上的信， 上面写着苏武没死，而是在一个大泽中。”汉使听后非常高兴，就按 照常惠的话来责备单于。单于听后大为惊奇，却又无法抵赖，只好把 苏武放回。
8. 控制系统设计和测试。
MATLAB/SystemView 通信原理实验与系统仿真 （第2版） 曹雪虹 杨洁 童莹 编著 清华大学出版社
四、考查方式
• 综合成绩按照平时成绩占60%、期末卷面成绩占40% 算；
• 平时成绩包括签到、课堂互动、章节测验、作业等环 节；
• 期末卷面成绩做为期末成绩，题型分别为判断题、选 择题、填空题、综合题。判断题、选择题和填空题主 要源于学习通发布的章节测验，综合题主要源于课上 讲解的例题和课下布置的作业题；
古代通信
一、烽火传军情
“烽火”是我国古代用以传递边疆军事情报的一种 通信方法，始于商周，延至明清，相习几千年之久，其 中尤以汉代的烽火组织规模为大。在边防军事要塞或交 通要冲的高处，每隔一定距离建筑一高台，俗称烽火台， 亦称烽燧、墩堠、烟墩等。高台上有驻军守候，发现敌 人入侵，白天燃烧柴草以“燔烟”报警，夜间燃烧薪柴 以“举烽”（火光）报警。一台燃起烽烟，邻台见之也 相继举火，逐台传递，须臾千里，以达到报告敌情、调 兵遣将、求得援兵、克敌制胜的目的。
通信原理第一章
任何人、任何时候在任何地方以任意的方式进行通信。
1.1.1 通信系统的一般模型（主要培养全局系统的概念） 通信: 从一地向另一地传递和交换信息。
通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质基于点与点之间的通信系统的模型用图1 -1 来描述。
送设备信道接收设备受信者噪声源接收端信息源：消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为基带信号。
包括：电话机、电视摄像机和电传机、计算机等。
前者是模拟信源，输出模拟信号；后者是数字信源，输出数字信号。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。
变换方式是多种多样的，比如：放大、调制、编码等等； 信道：指传输信号的物理媒质。
包括：大气（自由空间）、明线、电缆或光纤。
模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。
数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。
通信系统分为模拟通信系统+数字通信系统。
1. 模拟通信系统模型图1-4 模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源课程重点调制器：原始基带信号变换成适合信道传输的信号；从信号与系统的角度：调制器=频带搬移。
调制后的信号称为已调信号、频带信号。
已调信号有三个基本特征：一：携带有完整的基带信息二：适合在信道中传输三：信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。
信道编译码 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。
作用：提高通信系统抗干扰能力。
数字调制与解调 把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。
基本的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DPSK。
通信原理第1章概论PPT课件
用途
常规双边带调幅
广播
抑制载波双边带调幅 立体声广播
线性调制
连
单边带调幅SSB
载波通信、无线电台、数传
续
波
残留边带调幅VSB
电视广播、 数传、 传真
调
制
频率调制FM
微波中继、卫星通信、广播
非线性调制
相位调制PM
中间调制方式
数字调制
幅度键控ASK 频率键控FSK
数据传输 数据传输
2020/11/7
6
续表（2）
第1章 概论
1.1
1.2 消息、信息与信号
1.3 数字通信
1.4 信道
1.5 信道中的噪声
1.6 信道容量
2020/11/7
1
学习目标
• 通信的发展历史、现状及趋势； • 常用通信术语； • 信号、信息与消息的区别； • 通信系统的组成和分类，通信方式； • 数字通信系统的主要特点； • 离散消息的信息量； • 码元速率，信息速率，频带利用率，误码率； • 信道的分类； • 典型的信道噪声；
I = loga [1/P(x)] = -logaP(x) 这就是信息量的定义。
当a = 2时，信息量的单位为“bit”； 当a = 10时，信息量的单位为“hartley”； 当a = e时，信息量的单位为“nat”；
例1:假设明天天晴的概率为1/2，则“明天会天晴”这则消息的信息量为： I = -log2 [1/2]＝1 bit
一、常用术语
通信: 消息： 信息：
电通信： 信号：
信息（或消息）的传输和交换。（研究的对象：
信源与信道）
信息的物理表现形式。如语言、文字、 数据或图
像等。
消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来
通信原理第1章
1.5.1 数字通信系统有效性指标的具体表述
*码元传输速率通常又可称为码元速率、数 码率、传码率、码率、信号速率或波形速率。
码元速率：指单位时间(每秒钟)内传输码
元的数目，用符号RB来表示。
➢码元速率：RB － 波特(B) 码元速率RB与信号的进制数无关，只与 码元宽度Tb有关：
RB
1 Tb
通常在给出系统码元速率时，有必要说 明码元的进制，多进制(N)码元速率RBN与二 进制码元速率RB2之间，在保证系统信息速率 不变的情况下，相互可转换，转换关系式为 :
象等 6. 按收信者是否运动分:固定与移动 7. 按信号复用方式分：TDM、FDM、CDM
1.3.2 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A
信道
B
(a)
A
信道
B
(b)
A
信道
B
(c)
(a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
2. 按数字信号排序分
101
发 送 设 备
接 收 设 备
解： 信源输出的信息序列中，A出现23次，B出现14次， C出现13次，D出现7次，共有57个。
该信息源总的信息量为 ：
1.5 通信系统的主要性能指标
有效性和可靠性的关系（速度～质量） 模拟通信系统性能指标：
有效性指标：单位时间内传送的信息量 可靠性指标：均方误差 数字通信系统性能指标： 有效性指标：传输速率 可靠性指标：差错率
一种前所未有、方便快捷的通信手段。
(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到 来，地球变成“地球村”。
通信发展现状和趋势
1)融合趋势：PSTN、CATV、计算机网络三网业务 融合；语音和数据融合；电域与光域融合；移动与 WLAN融合
通信原理第一章
P7
特点：随机性的，无法预知的。
信号：反映消息的电信号。
信息：把消息中的内容用概率统计的方法抽象出来。 信息是消息和信号中包含的某种有意义的抽象的东西。
2、信息量：是信息或消息的一种度量。信息的 大小由信息量来衡量。
不同的消息人们对它的反映是不同的，如：下雨、地震
（太阳从东方升起） 下雨：经常发生，不足为奇，信息量小； 地震：不常发生，很惊讶，信息量大。 （太阳从西方升起）
P（x）：消息的概率 a ：2的整数次幂 P8
信息量的单位的确定取决于底数a：
若对数以2为底时单位是“比特”（bit — binary unit的缩 写）；
若以e为底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；
若以10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。
数字通信系统还有一个非常重要的控制单元， 即同步系统。使收发两端的信号在时间上保持 步调一致
3、数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信， 在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。 但是，数字通信更能适应现代社会对通信技 术越来越高的要求，数字通信技术已成为当 代通信技术的主流。
与模拟通信相比，它有如下优点： 1、抗干扰、抗噪声性能好 2、差错可控 3、易加密 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计 和制造更容易，体积更小，重量更轻。 5、数字信号便于计算机处理，数字信号可以 通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提 高信道利用率。 6、易于与现代技术相结合。
消息出现的概率越大，则消息中包含的信息量 越小； 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量 越大。
信息量：I information ∵ P（x）＝1 必然事件 P（x）＝0 不可能发生事件 I＝0 I＝∞
通信原理 第1章
缺点： 缺点：
需要较大的传输带宽 对同步要求高
第1章 绪论 章
1.3 通信系统分类与通信方式
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据 按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 通信系统、 通信系统、图像通信系统 … … 按调制方式分类：基带传输系统和带通（频带或调制） 按调制方式分类：基带传输系统和带通（频带或调制） 传输系统
1.1 通信的基本概念
实现通信的方式和手段： 实现通信的方式和手段： 非电的：如烽火台、 旌旗、消息树… 非电的：如烽火台、 旌旗、消息树 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、 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。 遥测、因特网和计算机通信等。
1.1 通信的基本概念
1.3 通信系统分类与通信方式
串行传输 ：将数字信号码元序列以串行方式一个码元接 一个码元地在一条信道上传输
优点：只需一条通信信道， 优点 只需一条通信信道，节省线路铺设费用 只需一条通信信道 缺点：速度慢 速度慢， 缺点 速度慢，需要外加码组或字符同步措施
其他分类方式： 其他分类方式：
同步通信和异步通信； 同步通信和异步通信；专线通信和网通信
在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作 比特 在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特 。
1.4 信息及其度量
若有M个等概率波形（ ），且每一个波形的出现 若有 个等概率波形（P = 1/M），且每一个波形的出现 个等概率波形 ）， 是独立的，则传送 进制波形之一的信息量为 是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为
1.2 通信系统的组成
信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。 信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。 是信号传输的通道，分为有线信道和无线信道。 是信号传输的通道，分为有线信道和无线信道。 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 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。 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。 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， 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声 ）：把原始电信号还原成相应的消息 器等。 器等。
通信原理课件第一章.pptx
第1章 绪 论
第三代移动通信系统是向未来个人通信发展的一个重要阶 段，具有里程碑和划时代的意义，让我们关注其发展态势， 迎接它的到来。
目前，我国电话网的规模和技术层次均有质的变化，已初 步建成了以光缆为主，微波、卫星综合利用，固定电话、移动 通信、多媒体通信多网并存，覆盖全国城乡，通达世界各地， 大容量、 高速度、 安全可靠的电信网。
通常，有线通信亦可进一步再分类，如明线通信、电缆通 信、光缆通信等。无线通信形式较多，常见的有微波通信、 短波通信、 移动通信、 卫星通信、 散射通信等。
第1章 绪 论
2. 按信道中传输的信号分类
凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、 相位， 脉冲 波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值， 且直接与消 息相对应的，称为模拟信号。 模拟信号有时也称连续信号， 这个连续是指信号的某一参量可以连续变化(即可以取无限多个 值)， 而不一定在时间上也连续这里指的某一参量是指我们关 心的并作为研究对象的那一参量，绝不是仅指时间参量。当然， 对于参量连续变化、时间上也连续变化的信号，毫无疑问是模 拟信号，如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。
用途
音频、电话、数据终端、长距离导航、 时标
导航、信标、电力线通信
调幅广播、移动陆地通信、业余无线电
移动无线电话、短波广播、定点军用通 信、业余无线电 电视、调频广
播、空中管制、车辆通信、导航、集群 通信、无线寻呼
300MHz~3GHz
100 10cm
特高频
波导
电视、空间遥测、雷达导航、点对点通
UHF 分米波无线电
第1章 绪 论
1.2 通 信 的 概 念
1.2.1 通信的定义
通信原理第一章
• 2．模拟信号与数字信号 • 模拟信号：电信号的参量连续取值
– 基带信号(一般指未调制过的信号)瞬时值状态数无限，如正弦信号、 语音信号、图像信号等。 – 已调信号(载波一般为正弦信号)的参数A.F.P状态数无限。
正弦:
AM:
FM:
PM:
• 数字信号：电信号的参量离散取值
– 基带信号的瞬时值状态数有限。 如计算机.电报机等输出的信号。 – 已调信号的参数A.F.P状态数有限。 • *注: 也可称ASK 、FSK 、PSK等数字已调信号为连续信号,因为 他们的瞬时值在某一范围内连续取值。
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Ö¹ Ò»¸ ö×Ö· û Ò»¸ ö×Ö· û
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(a)
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(b)
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单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联 络信号
正向数据信道
Dn2
对信号进行时域分割（TDM），也可进行频域分割（FDM）。
若无帧同步码，则无法对各路信号进行正确分接。
...
mn(t)
• 2、 需要研究的问题
– – – – – – – 数字基带信号的特性（A/D变换）； 数字调制与解调原理； 已调信号的特性； 数字通信系统的抗干扰性能； 信道编码、译码（差错控制）； 加密； 同步。
最小频移键控MSK等 脉幅调制PAM 数字微波、空间通信 中间调制方式、遥测 中间调制方式 遥测、光纤传输 市话中继线、卫星、空间通信 军用、民用数字电话 电视电话、图象编码 语音、图象压缩编码
通信原理ppt 第1章
1.2.2 模拟通信系统模型
连续消息→原始电信 号 电信号→连续消息
基带信号→已调信号
已调信号→基带信号
两对重要变换： “连续消息↔原始电信号”，相应器件是信源和信宿。 “基带信号↔已调信号”，相应器件是调制器和解调器。
1.2.3 数字通信系统模型
信源编码（source coding）：一是进行模/数（A/D）转换；二是去除 冗余信息，提高传输的有效性。解码（译码）是编码的逆过程。 信道编码：进行差错控制，提高传输的可靠性。（详见第8章） 数字调制与模拟调制的本质及原理相似，都是把基带信号加载到高频 载波上。解调是调制的逆过程。（详见第7章） 综上所述，在完成通信的过程中，将涉及以下主要通信技术： “编码、解码、调制、解调” 本书的重点就是介绍这些技术的原理、性能和应用。
1.3 通信系统的分类
通信系统可以从不同角度进行分类，常见分类如下。 用导线（如各种电缆） 以基带信号（未经 作为传输媒质。如有 信道中传输的 按信道信号特征分类 按传输媒质分类 按传输方式分类 按通信业务分类 线电视系统等。 调制的信号）作为 是模拟信号。 传输信号的系统。
模拟通信 数字通信 有线通信 无线通信 基带传输 带通传输
表1-1 模拟信号
信号类型与特征 数字信号 特征：信号的取值是离散的 例如：电报机、计算机输出的信号
特征：信号的取值是连续的 例如：电话机送出的语音信号，摄像机 输出的图像信号等
图1-2 模拟信号和数字信号示例
消息与电信号之间的转换，通常由传感器来实现。例如：
话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号； 摄像机把图像转变成视频信号； 热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。
通信原理 第一章
2）乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起 。目前，我们仅研究加性干扰产生的误差，均方误差指 标将转化为信噪比。
18
1.5.2 数字通信系统性能指标：传输速率和差错率
数字信号的描述：二进制：0、1 N 进制：0、1、2 … N-1
两个状态 N个状态
进制之间的相互转换关系： 例：N = 4 表示4 进制的每个状态可用2 位二进制状态描述； 若为小数，则取大于此值的第一个整数。
定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为 1 bit 2） 对M进制，等概率出现的离散消息
0，1，2 ,┅ , M-1 消息 p( x1 )=p (x2 )=┅ =1/M
从波形上看，M进制有M种波性，每一种波形等概率出现 所以M 是波形数，p (xi ) =P 是每一波形出现的概率
15
2、非等概率 设消息由 n 个相互独立的符号组成，称为符号集
3、电信网：多用户通信系统互联的通信体系。 （多点中的任意两点间的双向传输）
4、通信网：包括电信网， CATV网，计算机网，移动通信网， 广播电视网等。
5、网的结构：环型，星型，总线型，复合型，网型
6、网的组成: 以电话网为例
框图
4
问题
1、什么形式的电信号适合系统传输？ 2、何种性能的系统能完成信号的传输？
12
1.3.2 通信方式
单工、半双工、全双工 单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控 半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时收发。
例如无线对讲机 全双工：通信双方（两点）能同时收发信号。例如电话 数字通信 串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输,
它占用一条通路。适合远距离。 并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，
18
1.5.2 数字通信系统性能指标：传输速率和差错率
数字信号的描述：二进制：0、1 N 进制：0、1、2 … N-1
两个状态 N个状态
进制之间的相互转换关系： 例：N = 4 表示4 进制的每个状态可用2 位二进制状态描述； 若为小数，则取大于此值的第一个整数。
定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为 1 bit 2） 对M进制，等概率出现的离散消息
0，1，2 ,┅ , M-1 消息 p( x1 )=p (x2 )=┅ =1/M
从波形上看，M进制有M种波性，每一种波形等概率出现 所以M 是波形数，p (xi ) =P 是每一波形出现的概率
15
2、非等概率 设消息由 n 个相互独立的符号组成，称为符号集
3、电信网：多用户通信系统互联的通信体系。 （多点中的任意两点间的双向传输）
4、通信网：包括电信网， CATV网，计算机网，移动通信网， 广播电视网等。
5、网的结构：环型，星型，总线型，复合型，网型
6、网的组成: 以电话网为例
框图
4
问题
1、什么形式的电信号适合系统传输？ 2、何种性能的系统能完成信号的传输？
12
1.3.2 通信方式
单工、半双工、全双工 单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控 半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时收发。
例如无线对讲机 全双工：通信双方（两点）能同时收发信号。例如电话 数字通信 串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输,
它占用一条通路。适合远距离。 并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，
通信原理_第一章 信号绪论
§1.1信号的描述、分类和典型信号
7 单位阶跃信号 单位阶跃信号一般用符号u(t)表示，即
0t 0 u (t ) t 0
在跳跃点t＝0处，函数未定义，或在t＝0 处规定其函数值u(0)=1/2,其波形如图1-11
u(t)
1 t 0
图 1-11
(2) (0) 0 1 2 3 4 t
图 1-2
§1.1信号的描述、分类和典型信号
其给出函数值的离散时间间隔可以是均 匀的也可以是不均匀的。 一般情况都是采用均匀间隔的，这对自 变量t可简化为整数序号来表示，可写作为 x(n)，即仅当n为整数时x(n)才有意义。 离散时间信号也可认为是一组序列的组 合或集合，表示为{x(n)}
1 当t＝2 时，f ( ) Ee 4 0.78E 2
表明函数中参数τ是f(t)由最大值E降为 0.78E时所占据的时间宽度。 钟形信号在随机信号分析中占有十分重要 的地位。 通常这些信号表示为典型理论抽象化的数学 模型，即实际信号按某种条件理想化的结果。 所以可以用这些理想模型进行分析，如斜变、 阶跃、冲激和冲激偶信号，其中两种最重要的 阶跃信号和冲激信号是两种最重要的理想信号 模型。
T
如果矩形脉冲关于纵坐标对称可用符号 GT(t)表示，如图1-14
T T GT (t ) u (t ) u (t ) 2 2
§1.1信号的描述、分类和典型信号 容易看出，单位斜变函数的导数等于单位 阶跃函数，即
df (t ) u (t ) dx
具有延时t0的单位阶跃函数用u(t-t0)表示
0t t 0 u (t t0 ) 1t t
其波形如图1-12
§1.1信号的描述、分类和典型信号
通信原理 第1章绪论
可编辑版
16
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 D P S K 。对这些信号可以采用相 干解调或非相干解调还原为数字基带信号。对高斯噪声下 的信号检测，一般用相关器接收机或匹配滤波器实现。数 字调制是本教材的重点内容之一，将在第7章中讨论。
5）
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、群同步和网同步，这些问题将集中在第 1 1 章中讨 论。
可编辑版
5
信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可
以是大气（自由空间）， 在有线信道中，信道可以是明 线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。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 。根据研究对象的不同， 需要对实际的物理媒质建立不 同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。这一点将 在第3章中讨论。
模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 。 信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指 信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为 3 0 0 ~ 3 4 0 0 H z ，图像信号为 0 ~ 6 M H z 。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，这就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。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调 器。经过调制以后的信号称为已调信号。已调信号有三个 基本特征：
2）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
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《通信原理课件》
信道编码的任务是提高数字信号传输 的可靠性。其基本做法是在信息码组中 按一定的规则附加一些监督码元，以使 接收端根据相应的规则进行检错和纠错， 信道编码也称纠错编码。接收端信道译 码是其相反的过程。
《通信原理课件》
数字调制是把所传输的数字序列的频 谱搬移到适合信道传输的频带范围内， 使之适应信道传输的要求。基本的调制 方 式 有 幅 移 键 控 （ ASK ） 、 频 移 键 控 （FSK）和相移键控（PSK）。
《通信原理课件》
通信中信息的传送是通过信号来进行 的，如：电压、电流信号等。信号是信 息的载荷者。在各种各样的通信方式中， 利用“电信号” 来承载信息的通信方 式称之为电通信，这种通信具有迅速、 准确、可靠等特点，而且几乎不受时间、 空间、地点、距离的限制，因而得到了 飞速发展和广泛应用。如今，在自然科 学中，“通信”与“电通信”几乎是同 义词。在本书中的通信均指电通信。
《通信原理课件》
1.2 通信系统的组成 1.2.1 通信系统的一般模型
我们把实现信息传输所需一切设备 和传输媒介所构成的总体称为通信系 统。以点对点通信为例，通信系统的 一般模型如图1-1所示。
《通信原理课件》
图1-1通信系统的一般模型
《通信原理课件》
图1-1中，信源的作用是把信息转换 成原始电信号，该原始电信号称为基 带信号；发送设备的作用是将原始电 信号处理成适合在信道中传输的信号。 它所要完成的功能很多，例如调制、 放大、滤波和发射等，在数字通信系 统中发送设备又常常包含信源编码和 信道编码等。
《通信原理课件》
一、数字频带传输通信系统 数字频带传输通信系统如图1-3 所示。
图1-3 数字通信系统模型
《通信原理课件》
图1-3中，变换器的作用是把信息转 换成数字基带信号。信源编码的主要 任务是提高数字信号传输的有效性。 信源编码器的输出就是信息码元,此外， 话音和图像压缩编码等都是在信源编 码器内完成。接收端信源译码则是信 源编码的逆过程
《通信原理课件》
为了提高频带利用率，使多路信号同 时在信道中传输，原始的电信号（基带 信号）一般要进行调制才能传输到信道 中去。调制是信号的一种变换，通常是 将不便于信道直接传输的基带信号变换 成适合信道中传输的信号，这一过程由 调制器完成，经过调制后的信号称为已 调信号。在收端，经解调器和逆变换器 还原成语音信息。
《通信原理课件》
图1-4 数字基带传输系统模型
《通信原理课件》
图1-4中基带信号形成器可能包括编 码器、加密器以及波形变换等，接收 滤波器亦可能包括译码器、解密器等。
《通信原理课件》
三、 数字通信的主要特点
目前，无论是模拟通信还是数字通信， 在不同的通信业务中都得到了广泛的应 用。但是，数字通信更能适应现代社会 对通信技术越来越高的要求，数字通信 技术已成为当代通信技术的主流。与模 拟通信相比，它有如下优点：
《通信原理课件》
数字通信系统还有一个非常重要的 控制单元，即同步系统（图1-3没有画 出）。它可以使通信系统的收、发两 端或整个通信系统，以精度很高的时 钟提供定时，以使系统的数据流能与 发送端同步、有序而准确地接收与恢 复原信息。
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二、数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应，我们把没有 调制器/解调器的数字通信系统称为数 字基带传输通信系统，如图1-4所示。
第一章 绪论
1.1 引言 1.2 通信系统的组成 1.3 通信系统分类及通信方式 1.4 信息及其度量 1.5 通信系统的主要性能指标
《通信原理课件》
1.1 引言
在人类社会历史的长河中，人们为满 足生产和生活的需要,人际之间进行思 想情感的交流离不开信息的传递。古代 的烽火台、驿站；现代的电报、电话、 传真、电子信箱、广播、电视等都是传 递信息的手段和方式。
《通信原理课件》
信道是指信号传输通道，按传输媒介 的不同，可分为有线信道和无线信道两 大类。
图中的噪声源，是信道中的所有噪声 以及分散在通信系统中其它各处噪声的 集合。
《通信原理课件》
在接收端，接收设备的功能与发送设 备相反，即进行解调、译码等。它的任 务是从带有干扰的接收信号中恢复出相 应的原始电信号，信宿将原始电信号转 换成相应的消息。
《通信原理课件》
1.2.2 模拟通信系统模型
传输模拟信号的系统称为模拟通信 系统。如图 l-2 所示。
图1-2 模拟通信系统模型
《通信原理课件》
我们以语音信号为例来说明图1-2模 拟通信系统模型各部分的作用。
发信人讲话的语音信息首先经变换 器将语音信息变成电信号（模拟信 源），然后电信号经放大设备后可以 直接在信道中传输。
《通信原理课件》
自然界中，人们听到、观察到的现 象，可用语言、文字、图像等信息来 表达、存储或传递。随着人类社会生 产力的发展、科学技术的进步、全球 经济一体化，信息被认为是人类社会 重要的资源之一，在政治、军事、生 产乃至人们的日常生活中起着十分重 要的作用。谁掌握了信息，谁就拥有 未来，信息是决策的基础。
《通信原理课件》
近代社会，人们常将信息的传递和交 换，俗称通信——异地间人与人、人与 机器、机器与机器进行信息的传递和交 换。语言、文字、图像等消息是不能直 接在通信系统中传递，为此需在发送端 将它们转换成电（光）信号（即信源） 来载荷语言、文字、图像等消息，电信 号经通信系统传送至接收端，收端将电 信号还原成语言、文字、图像等消息。
《通信原理课件》
模拟通信系统在信道中传输的是模 拟信号。模拟信号占有频带一般都比较 窄，因此其频带利用率较高。缺点是抗 干扰能力差，不易保密，设备元器件不 易大规模集成，不能适应飞速发展的数 字通信需求。
《通信原理课件》
1.2.3 数字通信系统模型
数字通信系统是利用数字信号来传递 信息的通信系统。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。
《通信原理课件》
1、抗干扰、抗噪声性能好
在数字通信系统中，传输的信号是数 字信号。以二进制为例，信号的取值只 有两个，这样发端传输的和收端接收和 判决的电平也只有两个值，若“1”码 时取值为A，“0”码时取值为0，传输 过程中由于信道噪声的影响，必然会使 波形失真，在接收端恢复信号时，
信道编码的任务是提高数字信号传输 的可靠性。其基本做法是在信息码组中 按一定的规则附加一些监督码元，以使 接收端根据相应的规则进行检错和纠错， 信道编码也称纠错编码。接收端信道译 码是其相反的过程。
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数字调制是把所传输的数字序列的频 谱搬移到适合信道传输的频带范围内， 使之适应信道传输的要求。基本的调制 方 式 有 幅 移 键 控 （ ASK ） 、 频 移 键 控 （FSK）和相移键控（PSK）。
《通信原理课件》
通信中信息的传送是通过信号来进行 的，如：电压、电流信号等。信号是信 息的载荷者。在各种各样的通信方式中， 利用“电信号” 来承载信息的通信方 式称之为电通信，这种通信具有迅速、 准确、可靠等特点，而且几乎不受时间、 空间、地点、距离的限制，因而得到了 飞速发展和广泛应用。如今，在自然科 学中，“通信”与“电通信”几乎是同 义词。在本书中的通信均指电通信。
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1.2 通信系统的组成 1.2.1 通信系统的一般模型
我们把实现信息传输所需一切设备 和传输媒介所构成的总体称为通信系 统。以点对点通信为例，通信系统的 一般模型如图1-1所示。
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图1-1通信系统的一般模型
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图1-1中，信源的作用是把信息转换 成原始电信号，该原始电信号称为基 带信号；发送设备的作用是将原始电 信号处理成适合在信道中传输的信号。 它所要完成的功能很多，例如调制、 放大、滤波和发射等，在数字通信系 统中发送设备又常常包含信源编码和 信道编码等。
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一、数字频带传输通信系统 数字频带传输通信系统如图1-3 所示。
图1-3 数字通信系统模型
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图1-3中，变换器的作用是把信息转 换成数字基带信号。信源编码的主要 任务是提高数字信号传输的有效性。 信源编码器的输出就是信息码元,此外， 话音和图像压缩编码等都是在信源编 码器内完成。接收端信源译码则是信 源编码的逆过程
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为了提高频带利用率，使多路信号同 时在信道中传输，原始的电信号（基带 信号）一般要进行调制才能传输到信道 中去。调制是信号的一种变换，通常是 将不便于信道直接传输的基带信号变换 成适合信道中传输的信号，这一过程由 调制器完成，经过调制后的信号称为已 调信号。在收端，经解调器和逆变换器 还原成语音信息。
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图1-4 数字基带传输系统模型
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图1-4中基带信号形成器可能包括编 码器、加密器以及波形变换等，接收 滤波器亦可能包括译码器、解密器等。
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三、 数字通信的主要特点
目前，无论是模拟通信还是数字通信， 在不同的通信业务中都得到了广泛的应 用。但是，数字通信更能适应现代社会 对通信技术越来越高的要求，数字通信 技术已成为当代通信技术的主流。与模 拟通信相比，它有如下优点：
《通信原理课件》
数字通信系统还有一个非常重要的 控制单元，即同步系统（图1-3没有画 出）。它可以使通信系统的收、发两 端或整个通信系统，以精度很高的时 钟提供定时，以使系统的数据流能与 发送端同步、有序而准确地接收与恢 复原信息。
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二、数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应，我们把没有 调制器/解调器的数字通信系统称为数 字基带传输通信系统，如图1-4所示。
第一章 绪论
1.1 引言 1.2 通信系统的组成 1.3 通信系统分类及通信方式 1.4 信息及其度量 1.5 通信系统的主要性能指标
《通信原理课件》
1.1 引言
在人类社会历史的长河中，人们为满 足生产和生活的需要,人际之间进行思 想情感的交流离不开信息的传递。古代 的烽火台、驿站；现代的电报、电话、 传真、电子信箱、广播、电视等都是传 递信息的手段和方式。
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信道是指信号传输通道，按传输媒介 的不同，可分为有线信道和无线信道两 大类。
图中的噪声源，是信道中的所有噪声 以及分散在通信系统中其它各处噪声的 集合。
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在接收端，接收设备的功能与发送设 备相反，即进行解调、译码等。它的任 务是从带有干扰的接收信号中恢复出相 应的原始电信号，信宿将原始电信号转 换成相应的消息。
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1.2.2 模拟通信系统模型
传输模拟信号的系统称为模拟通信 系统。如图 l-2 所示。
图1-2 模拟通信系统模型
《通信原理课件》
我们以语音信号为例来说明图1-2模 拟通信系统模型各部分的作用。
发信人讲话的语音信息首先经变换 器将语音信息变成电信号（模拟信 源），然后电信号经放大设备后可以 直接在信道中传输。
《通信原理课件》
自然界中，人们听到、观察到的现 象，可用语言、文字、图像等信息来 表达、存储或传递。随着人类社会生 产力的发展、科学技术的进步、全球 经济一体化，信息被认为是人类社会 重要的资源之一，在政治、军事、生 产乃至人们的日常生活中起着十分重 要的作用。谁掌握了信息，谁就拥有 未来，信息是决策的基础。
《通信原理课件》
近代社会，人们常将信息的传递和交 换，俗称通信——异地间人与人、人与 机器、机器与机器进行信息的传递和交 换。语言、文字、图像等消息是不能直 接在通信系统中传递，为此需在发送端 将它们转换成电（光）信号（即信源） 来载荷语言、文字、图像等消息，电信 号经通信系统传送至接收端，收端将电 信号还原成语言、文字、图像等消息。
《通信原理课件》
模拟通信系统在信道中传输的是模 拟信号。模拟信号占有频带一般都比较 窄，因此其频带利用率较高。缺点是抗 干扰能力差，不易保密，设备元器件不 易大规模集成，不能适应飞速发展的数 字通信需求。
《通信原理课件》
1.2.3 数字通信系统模型
数字通信系统是利用数字信号来传递 信息的通信系统。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。
《通信原理课件》
1、抗干扰、抗噪声性能好
在数字通信系统中，传输的信号是数 字信号。以二进制为例，信号的取值只 有两个，这样发端传输的和收端接收和 判决的电平也只有两个值，若“1”码 时取值为A，“0”码时取值为0，传输 过程中由于信道噪声的影响，必然会使 波形失真，在接收端恢复信号时，