通信原理CH1第一章

通信原理
第1章 CH1 章 绪论
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Course Info
通信原理 Communications Principles Principles of Communications Communication systems
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Course Info
先修课程:
概率与统计 随机信号与系统 电磁场与电磁波 通信电子线路 信号与系统 数字电路与系统 模拟电子线路
不足: 不足:
(1) 占用带宽大; 占用带宽大; (2) 需要同步. 需要同步.
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数字通信系统一般模型(P4) 数字通信系统一般模型
发送设备
P4 图1-5 数字通信系统模型
接收设备
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源自文库
数字通信系统一般模型( ) 数字通信系统一般模型(P4)
信源编码译码(Source CODEC) 信源编码译码
Bell and Telephone
Marconi
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通信发展简史 A brief history of communication)
20世纪早期通信工程的发展状况 20世纪早期通信工程的发展状况
模拟通信占大多数 没有系统的设计方法, 没有系统的设计方法,没有定量的分析 方法, 方法,处于经验科学的阶段
Is there a general methodology for designing communication systems?
Is there a limit to how fast one can communicate?
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通信发展简史 A brief history of communication)
消息传递??
通信系统的 根本任务
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Syllabus 本课主要内容
绪论:基本的概念,信号基础( , , 绪论:基本的概念,信号基础 CH1,CH2,CH3) 信息论基础:信源部分,信道部分( , 信息论基础:信源部分,信道部分 CH1,CH4) 数字基带传输( 数字基带传输 CH6) 模拟信号的数字传输( 模拟信号的数字传输 CH9) 频带传输:模拟频带传输( 频带传输:模拟频带传输 CH5) 数字频带传输( , 数字频带传输 CH7,CH8) 数字最佳接收 CH10) 数字最佳接收( 信道编码 CH11) 信道编码( 码分复用与扩频通信 CH12) 码分复用与扩频通信(
信号( 信号(signal)是消息(message)的载体, )是消息( )的载体, 而信息( 而信息(Information)是包含在消息中的. )是包含在消息中的. 信源产生的消息输出具有不确定性. 信源产生的消息输出具有不确定性. 信息量——消息的不确定性的度量. 消息的不确定性的度量. 信息量 消息的不确定性的度量 事件的不确定性——用概率来描述. 用概率来描述. 事件的不确定性 用概率来描述 消息出现的概率越小,消息中包含的信息量就越大. 消息出现的概率越小,消息中包含的信息量就越大.
现在
– 数字化为主(包括转换,传输,处理,记录) 数字化为主(包括转换,传输,处理,记录) – 数字通信的理论基础主要来自香农等创立的信息 理论
D Internet S
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通信系统一般模型
CHANNEL
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通信系统一般模型 通信系统一般模型
信息源 发送端 噪声源 发送设备 信息 信道 接收设备 接收端 受信者
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按调制方式分类:基带传输和频带(调制) 按调制方式分类:基带传输和频带(调制)传输 (P6 表1-1) )
调制方式 连续 波调 制 线性调制 常规双边带调制 抑制载波双边带调幅 单边带调幅SSB 单边带调幅 残留边带调幅VSB 残留边带调幅 非线性调 制 数字调制 频率调制FM 频率调制 相位调制PM 相位调制 幅度键控ASK 幅度键控 相位键控 数字调制 相位键控PSK, DPSK, QPSK等 , 相位键控 , 等 其他高效数字调制QAM, MSK等 , 其他高效数字调制 等 脉冲模拟 调制 脉幅调制PAM 脉幅调制 脉宽调制PDM(PWM) 脉宽调制 脉位调制PPM 脉位调制 脉冲 数字 调制 脉冲数字 调制 脉码调制PCM 脉码调制 增量调制DM 增量调制 差分脉码调制DPCM 差分脉码调制 其他语音编码方式ADPCM 其他语音编码方式 用途 广播 立体声广播 载波通信,无线电台, 载波通信,无线电台,数传 电视广播, 数传, 电视广播, 数传, 传真 微波中继,卫星通信, 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, 数据传输, 数字微波, 空间通信 数字微波, 数字微波, 空间通信 中间调制方式, 遥测 中间调制方式, 中间调制方式 遥测, 光纤传输 遥测, 市话, 卫星, 空间通信 市话, 卫星, 军用, 民用电话 军用, 电视电话, 图像编码 电视电话, 中低速数字电话 20
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模拟与数字信号
x(t)
模拟信号 Analog signals
取值连续变化
t x(t) 数字信号 Digital signals
从有限集合中取值
t x(t)
0 1 1 0 0 1 0
二进制信号 Binary signals t
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T
模拟通信的主要特点 优点 历史悠久,技术成熟,应用广泛,简单, 历史悠久,技术成熟,应用广泛,简单,易于实 现. 缺点: 缺点:
后续课程:
光纤通信 卫星通信 移动通信 现代交换技术 现代通信系统实验
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Course Info 教材 樊昌信,曹丽娜.通信原理( ).北京 北京: 樊昌信,曹丽娜.通信原理(第6版).北京:国 防工业出版社, 防工业出版社,2006. 其他参考书目: 其他参考书目:
1. 曹志刚 钱亚生著 现代通信原理 北京 清华大学出版社 1992 曹志刚, 钱亚生著. 现代通信原理. 北京:清华大学出版社 清华大学出版社, 2. Leon W. Couch II著. 数字与模拟通信系统 第5版)(英文版 北京 清 英文版). 著 数字与模拟通信系统(第 版 英文版 北京:清 华大学出版社, 华大学出版社 1998 3. John G. Proakis著. 数字通信(第四版). 北京:电子工业出版社, 著 数字通信(第四版) 北京:电子工业出版社, 2001 4. Theodore S. Rappaportz著. 无线通信原理与应用(英文版). 北京: 著 无线通信原理与应用(英文版) 北京: 电子工业出版社, 电子工业出版社,1998
Secrecy code)
信息安全, 信息安全,保密通信
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数字通信系统一般模型( ) 数字通信系统一般模型(P5)
数字调制解调(Digital Modulation) 数字调制解调
实现频带传输(窄带,带通) 实现频带传输(窄带,带通)
同步 数字系统准确,有序, 数字系统准确,有序,可靠工作
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1.3.1 通信系统的分类 (P6) )
提高信息传输有效性( 提高信息传输有效性(JPEG,MPEG有效性 , 1,2,4) , , ) 转换(模拟信号的数字传输 模/数(A/D)转换 模拟信号的数字传输 数 转换 模拟信号的数字传输)
信道编码译码(Channel CODEC) 信道编码译码
提高信息传输可靠性 提高信息传输可靠性
加密与解密( 加密与解密 Encryption /
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Course Info EE解决的问题: 解决的问题: 解决的问题
Production and Transmission of Electrical Energy(把 把 物理信号用电信号的形式来描述,处理,传送) 物理信号用电信号的形式来描述,处理,传送 Transmission or Processing of Information(信息的传 ( 处理) 递,处理)
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按工作波段分类: 按工作波段分类: P7 表1-2(续)
频率范围Hz 频率范围 300 M~3 G 3G~30 G 30G~300 G
波长m 波长 10-1~100 10-2~10-1 10-3~10-2
符号 特高频 特高频UHF 超高频 超高频SHF 极高频EHF 极高频
用途 电视,地面移动通信,导航, 电视,地面移动通信,导航,卫星 通信, 通信,GPS 卫星通信,微波接力, 卫星通信,微波接力, 卫星和空 间通信, 间通信, 雷达 雷达,卫星通信, 微波接力, 射 雷达,卫星通信, 微波接力, 电天文学 光通信
3T以上 以上
<10-3
紫外可见光 紫外可见光红外
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1.3.2 通信方式 (P8) )
(1) 按消息传递的方向与时间关系分
单 工 举例 半双工 全双工( 全双工(Duplex) )
(2) 按数字信号排列顺序分 串行 并行
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1.4 信息及其度量 (P10) )
通信的目的是传输信息(消息) 通信的目的是传输信息(消息)
香农 Claude Shannon
—father of information theory and digital communication
"A Mathematical Theory of Communication"(1948)
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通信发展简史 A brief history of communication) )
按通信业务分类:电报,电话,数据,图像(话务, 按通信业务分类:电报,电话,数据,图像(话务, 非话务) 非话务) 按信号特征分类:模拟信号还是数字信号 按信号特征分类: 按传输媒质分类: 按传输媒质分类:有线通信系统和无线通信系统 按信号复用方式分类: 按信号复用方式分类: 频分复用( 频分复用(FDM:Frequency Division Multiplexing) 时分复用(TDM:Time Division Multiplexing) 时分复用 码分复用(CDM:Code Division Multiplexing) 码分复用 )
P2 图1-1 通信系统一般模型
信源:发送各种形式的消息(符号,文字,语音, 信源:发送各种形式的消息(符号,文字,语音, 数据,图像) 数据,图像) 发送设备: 发送设备:将消息转换成适于信道传输的信号形式 信道:信号传输的媒介,路径(噪声使信号失真) 信道:信号传输的媒介,路径(噪声使信号失真) 接收设备:发送设备的逆变换过程, 接收设备:发送设备的逆变换过程,从接收信号中 恢复消息 信宿): ):消息的接收者 受信者 (信宿):消息的接收者
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CH1 绪论 通信发展简史
狼烟, 狼烟,烽火 电报机(S. 电报机 Morse1837) 电话机(Bell 1876) 电话机 无线电报(Marconi 1895) 无线电报 调幅广播 AM broadcasting 电视 TV broadcasting 微波中继通信 蜂窝移动通信Cellular system 蜂窝移动通信 光纤通信 Fiber Optics 卫星通信 Satellite
1 )抗干扰能力差 2) 不易于保密通信 ) 3) 设备不易于大规模集成 ) 4) 不适应飞速发展的计算机通信的要求 )
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数字通信的特点(P5～ 数字通信的特点(P5～P6) (P5
数字通信的特点(P5～P6) 数字通信的特点(P5 (P5～ 优势: 优势:
(1) (2) (3) (4) (5) 抗干扰能力强, 抗干扰能力强,且噪声不积累 传输差错可控, 传输差错可控,提高传输可靠性 便于与各种数字终端接口 便于集成化, 便于集成化,便于采用数字信号处理技术 便于加密,保密处理. 便于加密,保密处理.
按工作波段分类: 按工作波段分类: P7 表1-2
c=λf
频率范围 Hz 3~30 30～300 ～ 300～3k ～ 3 k~30 k 30k~300 k 300 k~3 M 3M~30 M 30~300 MHz 波长 m 107 ~ 108 106 ~ 107 105 ~ 106 104~105 103~104 102~103 10~102 1~10 名称 典型应用 极低频ELF 远程导航,水下通信 远程导航, 极低频 超低频SLF 超低频 水下通信 特低频ULF 远程通信 特低频 甚低频VLF 远程导航,水下通信,声纳 远程导航,水下通信, 甚低频 低频LF 低频 中频MF 中频 高频HF 高频 甚高频 甚高频 VHF 导航, 水下通信, 导航, 水下通信,信标 调幅广播,海事通信, 调幅广播,海事通信,业余无线电 远程广播,电报,,海上通信, 远程广播,电报,,海上通信, 短波 ,,海上通信 广播定点军用通信, 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, 电视, 调频广播, 空中管制, 车辆, 通信, 通信, 导航 ,航空通信