现代通信理论第一章

考查（2学时）
第一章 绪论— 通信的基本概念与基本问题
主要内容：
通信的概念、通信系统的构成 通信系统的分类与通信方式 通信系统的主要性能指标 信息论初步-信息量、平均信息量、信道容量、 香农公式、香农三大定理
§1.1
通信的概念、通信系统的构成
一．通信的基本概念
通信的实质是实现信息的传输与交换。
从古到今，人类的社会活动总离不开消息的传递和交换， 古代的消息 树、烽火台和驿马传令，以及现代社会的文字、 书信、电报、电话、广播、 电视、遥控、遥测等，这些都是消息传递的方式或信息交流的手段。人们 可以用语言、文字、 数据或图像等不同的形式来表达信息。但是这些语言、 文字、 数据或图像本身不是信息而是消息，信息是消息中所包含的人们原 来不知而待知的内容。因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息， 否则，就失去了通信的意义。基于这种认识， “通信”也就是“信息传输” 或“消息传输”。
李白萍 主编，现代通信理论 ，西安电子科技大学出版社，2006.10.1 参考书： 1.曹志刚，钱亚生，现代通信原理 清华大学出版社 2．张辉 曹丽娜，现代通信原理与技术，西安电子科技大学出版社 3．樊平毅 冯重熙.现代通信理论基础-信息与传输理论，清华大学出版社,2006 4. 相关期刊、会议论文等资料。
对传输速率的理解
对于信源，速率越低越有效，例各种压缩，使 利用网络即时收听音乐、收看影片成为可能。 对于信道，速率越高越好，例主干网络的光纤化 使线路传输速率提高, 用户得到更好的服务。
通信系统的主要性能指标（续）
有时也用频带利用率η表示数字通信系统有效性
Rb RB B / Hz, 或η = η= bit / s / Hz B B
通信卫星 地 球 站 微 波 设 备 光 传 输 终 端 设 备 地 球 站 微 波 设 备 光 传 输 终 端 设 备 市 内 交 换 设 备 移 动 交 换 设 备 长 途 交 换 设 备 数 字 多 路 设 备 数 字 多 路 设 备 长 途 交 换 设 备 市 内 交 换 设 备 移 动 交 换 设 备 基 站 基 站
区分概念
信息：尚无确切的科学定义。一般地说，它是从不知 到确知的过程中的内涵实体。 信息是抽象的。信息是资源。 消息：消息是具体的，它包含了信息。 信号：为消息的表现形式。 因此，通信过程中实际传输的是各种电信号。
信号分析方法是本课经常采用的基本分析方法。
二．通信系统的构成
通信系统：指传输信息所需的一切技术设备的总合。可 用下面的一般模型加以概括。
传输、复用、交换、网络为现代通信的四大技 术，本课程重点介绍传输、复用技术，对交换和 网络只涉及简单概述。
三、通信系统的分类
1．按消息的物理特征分类： 电报通信系统 电话通信系统 数据通信系统 图象通信系统 多媒体通信系统 ……
通信系统的分类（续）
2．按调制方式分类： 载波调制（连续波调制） 脉冲调制
§1.2 信息论初步
一、信息的度量 通信的目的在于传输信息，为了衡量通 信系统传输信息的能力，需要对被传输的信 息进行定量的描述，要涉及信息量的定义。 这里分成两种情况讨论，即 离散信源——产生离散消息的信源； 连续信源——产生连续消息的信源；
信息论初步
1.离散信源信息量
3. 按传输信号的特征分类 模拟通信系统 数字通信系统 其中数字通信成为发展的主流。
数字通信的优点： -无噪声累积，抗干扰能力强， -便于进行数字信号处理，实现集成化， -便于加密及计算机处理，实现综合业务数字网。
通信系统的分类（续）
4. 按传送信号的复用方式分类 频分复用（FDM）-模拟通信（广播、模拟载波） 时分复用（TDM）-大多数数字通信 码分复用（CDM）-移动 波分复用（WDM）-光纤
通信系统的分类（续）
5．按传输媒介分类 有线通信系统 无线通信系统
有线通信系统还包括载波、电缆、光纤通信系统， 无线通信系统有调幅、调频广播、电视、移动通信、空间 遥测、雷达导航、微波接力、卫星通信系统等。 各种传输媒质有其特定的工作频率（频率是资源），
常用传输媒介的频率范围及用途
进一步理解通信系统的构成
重点讨论信息的传输。
进一步理解通信的概念
若只考虑传输，可以将通信表述为： 通信的实质是实现信息的传输。 包含信息的消息形式多种多样，如声音、图像、数据、多 媒体等，这些形成了不同的通信业务。 传输一般是远距离的，可以是无线（微波、移动、卫星等） 或有线（电力线、电缆、光缆等）传输。 对通信的一个形象的比喻：顺风耳、千里眼 顺风耳、
通信的基本概念（ 一．通信的基本概念（续）
实现通信的方式很多，随着社会的需求、生产力的发展 和科学技术的进步， 目前的通信越来越依赖利用“电”来传 递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受 时间、地点、距离的限制，因而近百年来得到了迅速的发展 和广泛的应用。当今，在自然科学领域涉及“通信”这一术 语时，一般均是指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电 通信，因为光也是一种电磁波。 本课中的通信均指电通信。
课程学习要求
掌握基本概念和基本分析方法。 将基本理论与实际应用结合，加深理解。 密切关注现代通信新技术的发展，不断充实。
课程考试
时间：最后一次课（9周31） 考试形式：闭卷笔试 成绩组成：笔试成绩+加平时
章节安排
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 绪论（2学时） 信源编码理论 （6学时） 数字信号的基带传输理论 （ 6 学时） 数字信号的频带传输理论（ 12 学时） 多路复用与多址技术（ 4学时）
二者是一对矛盾
通信系统的主要性能指标（续）
1．模拟通信 有效性----信号传输带宽B。 可靠性----信噪比(So/No) ，通信系统接收端的输 出信号噪声功率比(SNR,Signal Noise Ratio)。 信号B越小，占用信道带宽越少，有效性越好； So/No越大，信号质量高，可靠性越好。
η越大，有效性越好
通信系统的主要性能指标（续）
数字通信系统可靠性指标--错误概率， 又分为：
误码率Pe = 接收的错误码元数/发出的总码元数； 误比特率Pb = 接收的错误比特数/发出的总比特数； Pe↓ → 可靠性好 Pb ≤ Pe
理解误码率
误码率越小越好，一般数字通信达到10-6 或更小。 控制误码率有各种措施，如提高发信功 率、合理选择调制、解调方式、最佳接 收机设计、纠错编码（信道编码）
常用调制方式
现代数字调制技术
正交振幅调制(QAM) 正交振幅调制 网格编码调制(TCM) 网格编码调制 最小移频键控(MSK)与高斯最小移频键控 与高斯最小移频键控(GMSK)、 最小移频键控 与高斯最小移频键控 、 π DQPSK调制 调制 调制 4 OFDM 扩频调制
通信系统的分类（续）
《现代通信理论》
孔英会 Kongyh@
课程简介
重要的专业基础课，介绍通信的基本理论和基本的分析方法。 重要的专业基础课，介绍通信的基本理论和基本的分析方法。 对理解现代通信技术及从事通信领域的研究、开发工作具有指导作用。 对理解现代通信技术及从事通信领域的研究、开发工作具有指导作用。 学时32 教材：
用户
基 站 基 站
光再生中继设备 (光放大器)
长途网 本地网 移动网 本地网
通信网实例
四、通信方式 双向通信过程中涉及的信道共享问题 通信方式通信方式
1． 按消息传递的方向与时间关系分 ． 按消息传递的方向与时间关系分 对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系， 通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。
具体的通信系统都遵从一般模型,只是不 同的系统,各个框的具体形式不同.
电力线载波通信系统
电力线载波机
微波中继通信
微波设备
光纤通信
光纤通信系统
光纤通信网
卫星通信
广州气象卫星地面站
移动通信
移动通信包括公用移动、寻呼、无绳电话、集群、 无线本地环（小灵通）
这些都属移动通信
通信网实例
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
通信系统ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ构成(续）
数字基带传输系统模型：
信息源
基带信号 形成器
信 道
接收 滤波器
抽样 判决器
受信者
噪声
通信系统的说明 通信系统的
上述图中只给出了点到点单向通信系统，实际在大多数 场通信系统需要进行多路复用、双向进行，信源兼为受信 者，通信设备包括发信设备和收信设备。此外，通信系统 除了完成信息传输外，还必须进行信息的交换，传输系统 和交换系统以及信令、协议、标准、管理共同组成一个完 整的通信系统，乃至通信网。
通信系统的主要性能指标（续）
（2）信息传输速率(也称传信率Rb): 单位时间能够传送的信息量(bit/s)。
二者关系：Rb=RB· ·log2M 比特/秒 RB =Rb/log2M 波特 RB ≤Rb，因为多进制码元要用多位二进制表示，所需 传输时间长，传输速率降低。
说明：在许多资料上也借用带宽来描述数字通信系统的有效性即传输速率，例 如说某信道的带宽为56kb/s, 也就意味着该信道的数据传输速率为56kb/s。
课程主要内容
在本科《通信原理》基础上，增加了现代通信最新技术 的核心内容--延伸和拓展 以通信理论的重要部分—编码、调制技术为主线。 建立各种通信系统模型，分析系统主要性能指标。 关注通信理论与新技术在实际中的应用，强调“现代”。
与其它课程的分工及联系
现代通信理论包含的内容丰富，但是其中有些内 容分散在其它课程中，因此对于这些内容只是简 单的涉及，不做详细的专门分析。如： 信源编码的部分有《语音信号处理》、《数字图 像处理》、《多媒体通信技术》 信道编码部分有课程《信息论与编码》 《通信网理论》部分有专门课程