通信原理-第1章

光纤通信 移动通信 数据通信网
长途干线通信
局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。
通信原理课件 孙 怡
大连理工大学 信息与通信工程学院
一、发展历史与趋势（4）
通信网
由于历史和技术上的原因，网络有其独立性，诸如公共电话网，计算机网以及
有线电视网，导致资源利用率低→网络综合化，将各类业务综合在同一数字通 信网中，ISDN、B-ISDN（综合业务数字网络）。三网融合
英国人 J . L . Baird 发明了电视。 在美国纽约、洛杉矶开始电视试播。 逐渐形成了目前世界上 NTSC、PAL 和 SECAM 三大模拟电视制 式标准。

70年代 至今
日本开始高清晰度电视（HDTV）的研究。 70年代以来，数字图像业务广泛发展起来，VOD、远程医疗、教学视 频会议、数字视频广播DVB、高清晰度电视。
0.3G~3G
3G~30G 30G~300G 300G~3T 43T~430T 430T~750T 750T~3000T 注：1kHz =103Hz,
特高频（UHF）
超高频（SHF） 极高频（EHF） 亚毫米波 （0.1mm~1mm） 红外 （7μm~0.7μm） 可见光 （0.7μm~0.4μm）
例：二进制系统[0,1]等概率分布
I I 0 I [1] log 2
b I log 2 log 2 M (b)
熵：信息量的统计平均值，例如M个符号的信源其熵为：
H ( x) P( x1 ) log 2
1 1 1 P( x2 ) log 2 ...P( xM ) log 2 P( x1 ) P( x2 ) P( xM )
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，且保密性好。
缺点：

需要较大的传输带宽。 对同步要求高。
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三、通信系统分类与通信方式（1）
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8比特依次发送
发 送 方
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
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四、信息及其度量

I I P( x)P( x) 1， I 0;P( x) 0，I

信息量与事件出现的概率有关，越不可能发生的事件，对人感触越深，信息量越大 。
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一、发展历史与趋势（3）
数据业务
70年代末80年代初期的计算机点对点通信-计算机简单组网Internet
数据业务成为主流通信媒体
通信手段而言

卫星通信
地面微波中继通信的继承和发展。卫星通信承担了1/3以上的远 洋通信业务，并提供了几乎世界上所有的远洋电视，体育节目 转播。
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一、发展历史与趋势（2）
图像通信业务：开始普遍应用。

1843年 1925年
美国人
Alexander Bain 发明了属于图像通信范围的传真机。
Bell 实验室完成了现代传真的研制工作，并于次年设了横越美 国大陆的照片传真业务。

1925年 1931年 60年代

噪声源： 接收设备： 受信者：
集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。
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（信宿）
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二、通信系统的组成（2）
图1-2 模拟通信系统模型
信 息 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 受 信 者
莫尔斯发明电报。 贝尔为他发明的电话机申请了专利。
1926年
贝尔实验室发明了横越大西洋的无线电话机，纽约和伦敦
之间首次开通无线电话业务。

1962年
贝尔实验室研制成第一颗国际通信卫星，担负600路电话
通信并首次将电话信号从美国传到大西洋彼岸的欧洲。

80年代
数字程控电话业务的开展直到现在IP网络电话。
半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式。
全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式 。
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三、通信系统分类与通信方式（5）
并行传输：
同时发送8比特
0 1 1 0 1 1 0 0
发 送 方
接 收 方
串行传输 ：
0 1 1 0 0 1 0 0 并行/串行 转换器
通信原理
第 1 章 绪论
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一、发展历史与趋势（1）
通信 ：信息传输或消息传输。
通信历史回顾 ：


非电的通信系统： 旌旗、烽火台、飞鸽传书等。
电子通信系统 ： 电话、电视、因特网、物联网等。
以传输的业务为例：电话通信业务

1837年 1876年
作业
• 查阅资料，举出一个实际通信系统的例子，说明其工作原
理，工作频率，传输效率，调制方式、可靠性等。
• 1-3,1-7
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S1 S2 S3 010 110 111 0 10 110 0.6 0.2 0.2
平均码长 3
信道编码 ：
1.6
提高信息传输的可靠性。 如奇偶校验，和校验等初级方法。
加密：
保密通信。
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二、通信系统的组成（4）
数字通信与模拟通信对比
优点：

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脉宽调制PDM（PWM） 脉位调制PPM 脉码调制PCM 增量调制DM（ΔM） 差分脉码调制DPCM 其他话音编码方式ADPCM
三、通信系统分类与通信方式（3）
频率范围/Hz 3~30 30~300 300~3000 3k~30k 30k~300k 300k~3000k 3M~30M 30M~300M 名称 极低频（ELF） 超低频（SLF） 特低频（ULF） 甚低频（VLF） 低频（LF） 中频（MF） 高频（HF） 甚高频（VHF） 远程导航、水下通信 水下通信 远程通信 远程导航、水下通信、声纳 导航、水下通信、无线电信标 广播、海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫 远程广播、电报、电话、传真、搜寻救生、飞机与船之间通信、船岸通信、业余无线 电 电视、调频广播、陆地交通、空中交通管制、出租汽车、警察、导航、飞机通信 电视、蜂窝网、微波链路、无线电探空仪、导航、卫星通信、GPS、监视雷达、无线 电高度计 卫星通信、无线电高度计、微波链路、机载雷达、气象雷达、公用陆地移动通信 雷达着陆系统、卫星通信、移动通信、铁路业务 未划分，实验用 典型应用
若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量是各独立事件信息量之和。
I I P( x1 ) P( x2 )... I [ P( x1 )] I [ P( x2 )] ...
因此信息量与概率之间的关系为：
I log a
1 log a ( P( x))a 2, 单位为bit P( x)
光通信系统
光通信系统 光通信系统 1THz=1012Hz, 1mm =10-3m, 1μm=10-6m
紫外线 （0.4μm~0.4μm）
1MHz =106Hz, 1GHz =109Hz,
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三、通信系统分类与通信方式（4）
单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。
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书上12页例题
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五、通信系统主要性能指标
码元传输速率：单位时间（每秒）传送码元的速目，单位为波特。 信息传输速率：单位时间内传送的平均信息量或比特数、单位为比特/秒或者bps。 效 率 频带利用率： 单位带宽（每赫兹）内的传输速率，即

Rb或RB B ( Hz)(bit S Hz) B

按通信业务分类：
电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信
系统……

按调制方式分类：
基带传输系统和带通（调制）传输系统（调制传输系统 又分为多种调制，详见书中表1-1）。

按信号特征分类： 按传输媒介分类： 按工作波段分类： 按复用方式分类：
模拟通信系统和数字通信系统。 有线通信系统和无线通信系统。 长波通信、中波通信、短波通信 …… 频分复用、时分复用、码分复用。
图1-3 数字通信系统模型
码元
t
(a) 二进制信号
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0
t
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(b) 2PSK信号 图1-4 数字信号
二、通信系统的组成（3）
模拟通信系统调制： 将信号变换成适合在信道中传输的信号，如语音信号
300Hz –3000Hz调制到2G（900MHz) 或 3G (1.9G2.2GHz)的频段上传输。 信源编码： 提高信息传输的有效性。
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用途举例
线性调制
连 续 波 调 制
双边带调幅DSB 单边带调幅SSB 残留边带调幅VSB 频率调制FM 相位调制PM 振幅键控ASK 频移键控FSK 相移键控PSK、DPSK、QPSK 其他高效数字调制QAM、MSK 脉幅调制PAM
非线性调制
数字调制
脉冲模拟调制 脉 冲 调 制 脉冲数字调制
通信发展将要达到“4A” ： Anybody、Anyplace、Anytime、Anyservice。
新技术
① 宽带网核心技术（IP与ATM） ③ 光纤接入技术 ② 接入网技术WIFI、WIMAX ④ 第五代移动通信技术
⑤ 超宽带等无线通信技术（UWB ） ⑥ 无线传感器网络zigbee ⑦ 电力通信网、物联网 ⑧ 光通信、量子通信



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三、通信系统分类与通信方式（2）
调制方式 常规双边带调幅AM 广播 立体声广播 载波通信、无线电台、数据传输 电视广播、数据传输、传输 微波中继、卫星通信、广播 中间调制方式 数据传输 数据传输 数据传输、数字微波、空间通信 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、卫星、空间通信 军用、民用数字电话 电视电话、图像编码 中速数字电话
误码率：错误接收码元数在传输总码元数中所占的比例。 可 靠 性
Pe
错误码元数 传输总码元数
误信率：又称误比特率，指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。
P b
错误比特数 传输总比特数
模拟系统：带宽
信噪比
通信的目标是提高信息传输的效率和可靠性，而二者指标是要相互折衷。
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二、通信系统的组成（1）

信息源：
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。 产生适合于在信道中传输的信号。 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。
（信源）

发送设备： 信道：