数字通信技术1

第 一 章
绪 论
H ( X ) P( xi ) log P( xi )
i 1
N
上述平均信息量计算公式与热力学和统计力学中 的系统熵的公式一样，因此将它称为信源的熵

第 一 章
绪 论


通信

中文名称：

通信
communication 按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器之 间进行的传送 在各种各样的通信方式中，利用“电”来传递消息 的通信方法称为电信(Telecommunication)，这种 通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时 间、地点、空间、距离的限制

高斯噪声 ：其概率密度函数服从高斯分布(即正态分 布)的一类噪声
第 一 章
绪 论

高斯白噪声 ：指噪声的概率密度函数满足正态分布 统计特性，同时它的功率谱密度函数是常数的一类 噪声 ，一般，在分析通信系统时，通常用高斯白噪 声模拟实际的加性噪声
三、信道容量
编码理论
数字信道容量 信 息 度 量 信 道 容 量
大规模可编程器件
卫星通信与计算机通信
卫星 通信
电 视 长途 电话 卫星地面站
第 一 章
绪 论
计算机网络通信
移动通信
基站 基站
第 一 章
绪 论
基站
数字通信涉及的主要技术问题
发送设备
信 源
信道
调 制
接收设备
解 调 信 道 译 码 信 源 译 码 信 宿
信 源 编 码
信 道 编 码
传 输 媒 介
第 一 章
第 一 章
绪 论
1、初级阶段：1834年，Carl F.Gauss和 Ernst H.Weber发明电磁式电报机 2、近代通信阶段 ：1948年，Claude E.Shannon（香农）提出信息论
3、现代通信阶段 ：80年代以后光纤通信 应用、综合业务数字网崛起
有线通信
1837年莫尔斯电报
传输线
发报 收报
第 一 章
绪 论
发报方按下键，电流接通，收报方的磁铁吸引水平杆， 水平杆下击发出声音。水平杆下击的时间长短（快 慢），收报方可听到“嘀”()“答”(-)的声音。由于事 先约定长短组合次序，就能知道发报方发出信号的意 思。莫尔斯电报的不足是必须把电报稿变成电码交专 门的报务员发送，比较繁琐。
电磁波
第 一 章
绪 论

1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波 的存在证明了麦克斯韦尔预见的正确性
电磁波
1895年意大利的马可尼和俄国的波波 夫把电磁波应用到无线电报通信中
第 一 章
绪 论
1906年德弗雷斯ຫໍສະໝຸດ 发明了电子管无线电广播，电视，无线电话…
收音机 电视

第 一 章
绪 论
电子管
晶体管
集成电路
第 一 章
绪 论
小结
信号、信息、消息的关系 什么是通信的本质 通信的分类 通信的収展概况
第 一 章
绪 论
作业


通信传递的内容是什么？其表现形式主要有哪些？
简述信息、消息与信号的关系 数字通信涉及的主要技术有哪些？ 请根据自己的理解给出通信的定义或本质？ 通信中必须解决的两个主要问题是什么？ 数字通信的发展趋势是什么？

乘性噪声是由于传输网络的非理想传输特性引 起的，会引起信号的各种线性畸变、非线性畸 变，乘性噪声一般随信号的消失而消失
第 一 章
绪 论

加性噪声独立于信号而存在，将引起传输网络 输出端信号信噪比下降，甚至无法提取有用信 号。
乘性噪声和加性噪声

加性噪声主要来源于以下几个方面：人为噪声、 自然噪声、内部噪声
的组成部分，组成传输信号的通路

根据传输媒介的不同，信道可以分为有线信道和无 线信道 根据信道的内涵，可以把信道分为广义信道和狭义 信道
第 一 章
绪 论



广义信道又可以分为调制信道和编码信道
调制信道可以细分为恒参信道、随参信道 编码信道可以细分为无记忆信道和有记忆信道
一、信道及其分类
编 码 器
第 一 章
绪 论
为了有效地传递和利用消息，常需将消息转换成
便于传输和处理的表达形式——信号（Signal）
信息、消息与信号的关系
信息是消息的度量，特指消息中有意义的部分， 即“有用的消息”
第 一 章
绪 论
消息是信息的表现形式
信号是反映信息或消息的物理量、是通信传递的
客观对象
载体
消息 是一组有序符号 序列（如文字、语音、 图像...）

无论乘性噪声还是加性噪声，常常和信号混杂
在一起，不可能完全消除，只能通过相应的抗
第 一 章
绪 论
噪声技术设法减弱它们对信号的影响，以保障
通信的可靠性指标
通信中常见的几种噪声

白噪声 ：白噪声是指其功率谱密度函数在整个频率 域内是常数，即服从均匀分布，它类似于光学中包
括全部可见光频率在内的白光，因此称为白噪声
収展简史

1837年，美国人摩斯发明电报机


1857年，横跨大西洋海底电报电缆完成
1875年，贝尔发明史上第一支电话

1895年，俄国人波波夫和意大利人马可尼同时成功研
制了无线电接收机
第 一 章
绪 论

1895年，法国的卢米埃兄弟，在巴黎首映第一部电影 1912年，泰坦尼克号沉船事件中，无线电救了700多 条人命
调 制 器
发 送 器
媒 介 调制信道
接 收 器
解 调 器
译 码 器
第 一 章
绪 论
编码信道
调制信道与编码信道
二、信道中的噪声

通信是指通过信号在传输媒介上传输，实现信 息的传递
第 一 章
绪 论

传输媒介会对信号引入一系列的影响，如衰减、 畸变等，这些不利于信号传输的影响通常称为 噪声或干扰
乘性噪声和加性噪声
件
三、通信的分类
按传输介质分类
按信道中所传信号的不同分类
按调制方式分类 按照通信业务的内容不同分类 按消息传送的方向与时间分类 按传送信号的复用方式不同分类
第 一 章
绪 论
按通信双方是否可以运动分类
常见分类
模拟通信 数字通信 无线通信 有线通信 话务通信 按通信业务分类 计算机通信 图像通信 卫星通信 按传输手段分类 微波接力通信 按技术特点分类 按复用方式分类 按调制方式分类 线性调制 非线性调制 数字调制 脉冲调制 频分复用 时分复用 码分复用
第 一 章
绪 论
第二节 信道的基本概念
信道及其分类
信道中的噪声
第 一 章
绪 论
信道容量
一、信道及其分类

广义上，通信系统由三部分组成，即収送设备、 第 一 信道和接收设备 章

収送设备实现信息的収送


接收设备实现信息的接收
信道是収送设备和接收设备实现信息传递的桥梁
绪 论
一、信道及其分类

信道是信号的传输媒介，是通信系统不可缺少
1876年贝尔电话

话筒
耳机

第 一 章
绪 论
1864年麦克斯韦从理 论上预言了电磁波的 存在 1887年赫兹用实验证 实了电磁波的存在
电磁波

1864年麦克斯韦尔在英国皇家学院发表了他的 第三篇著名论文——《电磁场力学的理论》， 在这篇论文中，麦克斯韦尔严格推导出完善的 电磁波方程（麦克斯韦尔方程）并得出电磁波 的传播速度等于光速（30万公里）的重要结论
I loga 1 loga Px Px
第 一 章
绪 论
I为消息x所携带的信息量 P(x)为该消息发生的概率
信息量的单位： 对数底为2 → 比特(bit) 对数底为e → 奈特(nit) 对数底为10 → 哈莱特(十进制单位)
离散信源的平均信息量
当消息很长时，用符号出现的概率来计算消息的信息 量是比较麻烦的。可以改用平均信息量来度量 所谓平均信息量，指每个符号所含信息量的统计平均 值。N个符号的离散消息源的平均信息量为：
第 一 章
绪 论
第一节 通信的基本概念
信息、消息和信号
通信的定义
第 一 章
绪 论
通信的分类 通信的现状与发展
引 言
信息的交流与传递是人类存在的基础
通信：实现信息交流与传递的各种相关技 术手段与技能的总称 将大量有用的信息无失真、高效率地迚行传 输，同时还要在传输过程中抑制掉无用信息 和有害信息
克服距离上的障碍，迅速而准确的传送信息是通信的主要任务。
数字通信技术
电子通信技术系 教师: 郭丽丽
短号：66124
课程性质

移动通信专业核心课程，也是一门概念、原理、理论
较强的课程

课程位置 前期课程：
《电路与电子》、《信号与系统》、《高频电子技术》 程 绪 介 等 后续课程： 《计算机网络》、《移动通信系统及设备》、《移动 电话测试与维修》 等
第 一 课 章
第 一 章
绪 论
引 言
通信的目的：把包含信息的消息从一地传 递到另一地 通信方式 （1） 古代：烽火、狼烟、金鼓、旗语 （2） 近代：灯光 （3）现代：电报、电话、传真、电视 现代通信以电信号传递消息，快而准确， 不受时间、地点、距离等方面的限制
第 一 章
绪 论
一、信息、消息与信号
信息（Information）是指对于收収双方具有一定 意义的有待传递、交换、提取或存储的书面或口 头内容 信息必须以某种形式表现出来才能实现交流与传 递，如语言、文字、图象、数据等——消息 （Message）
第 一 章
绪 论
信息的度量
根据直观经验，信息量 I 有如下规律
1.消息中所含信息量I是消息出现的概率P(x)的函数 2.消息出现的概率愈小， 它所含信息量愈大； 反
之信息量愈小 3.若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息量 等于各独立事件信息量的和
基于上述考虑，哈莱特首先提出采用消息出现概率 的对数作为离散消息度量单位。
载体
信号 是消息的具体表 现形式（ 电信号、声 信号、光信号...）
第 一 章
绪 论
内涵
信息 是消息和信号中包含 的某种有意义的抽象的东西
二、通信的定义
通信是实现信息传递功能的一门科学技术
现代数字通信不仅能有效地传递信息，还 能实现存储、处理、采集及显示等功能
第 一 章
绪 论
数字通信是现代信息社会的基石和前提条

1920年代，收音机问世
収展简史






1920年代，英国人贝尔德成功进行了电视画面的传 送，被誉为电视发明人。 二次大战爆发，电视事 业中断，战火突显广播发送成本低、接收容易的特性， 听众再次增加 1962年，美国发射第一颗人造卫星，开启电视卫星 传送的时代 网络传播时代,1955年，美国为了大战的需要，发行 了第一部军用电子计算机 1969年，美军建立阿帕网（ARPANET），目的是 预防遭受攻击时，通信中断 1983年，美国国防部将阿帕网分为军网和民网，渐 渐扩大为今天的互联网 1993年，美国宣布兴建信息高速通路计划，整合电 脑、电话、电视媒体
绪 论
加密 数字复接
噪声
分接
解密
数字通信系统的组成 主要技术
1. 2. 3. 信源编码与解码 加密与解密 信道编码与解码 4. 5. 6. 调制与解调 多路复用 定时与同步
数字通信的发展动向
开展数字通信的基本理论和新技术及相关技术的研究 収展高速大容量数字系统 采用高速大觃模或超大觃模集成器件 研制低速率数字系统，继续研究压缩数码率的编码技术 积极研究窄带、宽带综合业务数字网（N-ISDN、BISDN）及智能网（IN） 积极努力建设“信息高速公路”，实现多媒体通信
论 绍
课程内容
第 一 章
绪 论
学习工具软件

MATLAB
第 一 章
绪 论
课程成绩

平时成绩（作业、考勤、课堂问答）


实验成绩
期末考试
第 一 章
绪 论
参考书目

《通信原理》樊昌信等编，国防工业出版社
《信号与系统（第二版）》刘俊 ，电子工业 出版社 《通信网基础》谢华 ，电子工业出版社 《光纤通信》林达权 ，高等教育出版社
第 一 章
绪 论
模拟信道容量
香农公式
信息及其度量
消息的出现是随机的、无法预知的。为了衡 量通信系统的传输能力，需要对被传输的信息 进行定量的测量。 不同形式的消息可以包含相同的信息，如分 别用语音和文字发送的天气预报 消息可以分为两类，即离散消息和连续消息 产生离散消息的信源称为离散信源，产生连 续消息的信源称为连续信源
按传输信号的特征分类
按传输媒介分类
第 一 章
绪 论
扩频通信 跳频通信
保密通信
网络通信
四、通信系统的现状和发展
通信的历史可以追溯到进古时代的烽火通信，但
现代意义上的通信是从19世纪四十年代开始的
第 一 章
绪 论
我国古代最早 的通信方式是 烽火狼烟。
文字发明后， 利用驿站传 递文书。
四、通信系统的现状和发展 现代通信的収展一般可分为三个阶段：

英文名称：


定义：

第 一 章
绪 论

収展简史

形体时代通过身体、眼神、手势及山石树木等自然媒
体相结合传递信息

口语时代直立行走使得人类对信息传递方式的需求提
高从而催生了语言

第 一 章
绪 论
文字书写时代 随着生产力的发展人类对信息记录有了 需求，文字随之产生

印刷时代1044年，毕升发明活字印刷术 1450年，日耳曼人古腾堡发明金属活字印刷术