现代通信原理课件第一章,清华大学出版社,钱亚生。曹志刚
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4
内 容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 现代通信与通信社会 通信系统的组成 通信系统分类 通信技术发展概况 通信系统的性能度量
5
1.1 现代通信与信息社会
通信：communication，信息交流 Telecommunication，电信号的处理和传 输 信息社会，信息网，通信网
信息 语言 人力 马力 文字 图像 烽火台 电报 电视 多媒体
字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广 泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。
16
1.3.5 按通信方式分类
对于点到点之间的通信，按消息传送的方 向与时间的关系，通信方式可分为: 单工通信 : 指消息只能单方向传输的工作 方式。例如遥控、遥测、广播、电视等。 半双工通信 :指通信双方都能收发消息， 但不能同时进行收发的工作方式。例如使 用同一载频工作的无线电对讲机。 全双工通信:全双工通信是指通信双方可同 时进行收发消息的工作方式。例如电话。
15
1.3.4 按信号复用方式分类
传输多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用和码分 复用。 频分复用: 用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；
时分复用: 用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；
码分复用: 用正交的脉冲序列分别携带不同信号；
说明：传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数
11
续表（2）
调制方式 数字调制 相位键控PSK、 DPSK、 QPSK等 其他高效数字调制 QAM、 MSK等 脉冲模拟 脉幅调制PAM 调制 脉宽调制 PDM(PWM) 脉位调制PPM 脉冲数字 脉码调制PCM 调制 增量调制DM 差分脉码调制 DPCM 其他语言编码方式 ADPCM、 APC、 LPC 用途 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、 民用电话 电视电话、 图像编码 中低速数字电话
• 有效性: 指在给定信道内所传输的信 息内容的多少，或者说是传输的“速 度”。
• 可靠性: 指接收信息的准确程度，也 就是传输的“质量”。
26
1.5.1模拟通信系统
有效性:用有效传输频带来度量。 可靠性:用接收端最终输出信噪比来度 量。 说明：不同调制方式在同样信道信噪 比下所得到的最终解调后的信噪比是 不同的。 如调频信号抗干扰能力比调 幅好，但调频信号所需传输频带却宽 于调幅。
表 1 – 1。
10
表 1- 1常见的调制方式
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 残留边带调幅 VSB 非线性调 制 数字调制 频率调制FM 相位调制PM 幅度键控ASK 相位键控 用途 广播 立体声广播 载波通信、无线电台、 数传 电视广播、 数传、 传真 微波中继、卫星通信、 广播 中间调制方式 数据传输 数据传输
邮政
电话、广播 Email
信息社会
6
1.2 通信系统的组成
通信系统：通信中所需要的一切技术设备和传输媒
质构成的总体。
将信源和信道匹配起来 。 变 换 方 式多 样 ， 在 需要 频 谱 搬 移的 场 合 ， 调制 是 最 常 见的 变 换方 式 。 如广播电台、 传输信号的物理媒 质。包括无线信道： 和有线信道。 完成发送设备的反转 换，进行解调、译码、 解码等。如收音机、 电视机。 传输信息的归宿点， 作用为将复原的原 始信号转换成相应 的消息。如喇叭、 显示器。
27
1.5.2 数字通信系统
有效性可用传输速率来衡量。 码元传输速率 信息码元传输速率 可靠性可用差错率来衡量。 误码率（码元差错率） 误信率（信息差错率）
28
1.传输速率
码元传输速率RB：
简称传码率，又称符号速率。 表示：单位时间内传输码元的数目 单位是波特（Baud），记为B。 例如: 若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。 数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与 进制数无关，只与传输的码元长度T有关:
13
数字通信的缺点
占据系统频带宽，因此数字通信的频带 利用率不高。
对同步要求高，因而系统设备比较复杂。
不过，随着光纤等的采用和超大规模集 成电路的发展，数字通信的这些缺点已 经弱化。数字通信将占主导地位。
14
1.3.3按传输媒质分类
按传输媒质分，通信系统可分为有线 通信系统和无线通信系统两大类。 有线通信：是用导线（如架空明线、 同轴电缆、 光导纤维、波导等）作为 传输媒质完成通信的，如市内电话、 有线电视、海底电缆通信等。 无线通信：是依靠电磁波在空间传播 达到传递消息的目的的，如短波电离 层传播、微波视距传播、卫星中继等。
错误比特数 pe 传输总比特
32
1990's
2000's
第一 代 (AMPS为例 )
第二 代 (以GSM为例 )
第三 代 (IMT2000)
第四 代
22
最近无线通信的发展方向
1995年 年 2001
IMT2000 (FPLMTS) 第一阶段
高速
移 步行 动 性
蜂 窝 电 话 公用 无绳电话
IMT200 第二阶段
寻 家用 静止 呼 机 无绳电话
2
与前后课程的关系
前期课程包括： 《信号与系统》 《复变函数》 《通信电路》 后期课程包括： 《现代通信技术》 (微波、卫星、光纤通信) 《计算机通信网》 《现代交换技术》
3
教学参考书
教材
曹志刚 钱亚生，《现代通信原理》 清华大学出版社
参考书
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 樊昌信《通信原理教程》国防工业出版 社
FLASH演示
19
1.4 通信技术发展概况
移动通信的发展过程 最近无线通信的发展方向 通信的发展目标---个人通信
21
移动通信的发展过程
1970's
提 出方 案 制 定标 准 商 业运 营 提 出方 案 制 定标 准 商 业运 营 提 出方 案 制 定标 准 商 业运 营 提 出方 案
1980's
FLASH演示
17
数字通信中，按照数字信号码元排列方法 不同，通信方式可分为: 串行传输 :是指数字信号码元序列按时间 顺序一个接一个地在信道中传输。远距离 数字通信大多采用串行传输方式。
并行传输 :是指将数字信号码元序列分割 成两路或两路以上的数字信号码元序列同 时在信道中传输。近距离数字通信可采用 并行传输方式。
信息源
发送设备 发送端
信道
接收设备 接收端
收信者
噪声源
消息的产生地，作 用为把各种消息转 换成原始电信号， 可以是模拟信号也 可以是数字信号。 如：摄象机、光 驱、。 通信系统中各种设 备以及信道中所固 有的，分为内部噪 声和外部噪声。将 噪声源看成各处噪 声集中加入到信道 的。
通信系统的一般模型
7
高速 无线接入
无线LAN 室内
10k 100k 1M 10M
超高速LAN
100M
传输容量(bps)
23
通信的发展目标---个人通信
目标是实现：个人通信系统 (PCN)
无论任何人 (Whoever) 在任何时候 (Whenever) 在任何地方 (Wherever) 与另一个人 (Whomever) 进行任何类型 (Whatever)
脉 冲 数 字 调 制
12
1.3.2 按信号特征分类
按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号， 相应地把
通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。
数字通信的主要特点： 抗干扰能力强。 远距离传输可消除噪声积累。 采用信道编码技术可控制差错。降低误码 率，提高传输的可靠性。 易于用现代计算技术对信号进行处理、加 工、变换、存储，从而形成智能网。 易于集成化，从而使通信设备微型化。 易于加密处理,且保密强度高。
频带利用率η
意义：比较不同通信系统的有效性时，单看 它们的传输速率是不够的，还应看在这样的 传输速率下所占的信道的频带宽度。
真正衡量数字通信系统传输效率的应当是单
位频带内的码元传输速率，即：
Rb RB ( B / Hz ) 或 B b /( s Hz ) B
31
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.差错率
衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率， 常用误码率和误信率表示。 误码率（码元差错率）Pe：指码元在传输 系统中被传错的概率，即 错误码元数 pe 传输总码元数 误信率（信息差错率）Pb：指发生差错的比 特数在传输总比特数中所占的比例，即
24
个人通信(PC)：任何人在任何时间与任何地 点以任何形式的通信
“任何时间” 要求支持运动中通信: 无线通信是前
提 “任何人” 要求支持巨大用户量: 频谱资源有限 “任何地点” 要求无缝覆盖: 传输能力有限
“任何形式” 要求多媒体: 处理能力有限
1.5 通信系统的性能度量
通信系统的主要性能指标是有效 性和可靠性。
第1章
绪
论
教学内容
《现代通信原理》将以通信系统为 背景，主要讲述通信系统和通信技术的 基本原理。内容包括：通信系统基本概 念、信息论初步、模拟信号调制技术、 语音编码、多路复用、数字信号的基带 传输和频带传输、差错控制编码及多址 传输原理。
重点以数字通信为主，以上内容作为信息类 学生必须掌握的知识，以作为进一步深入该 领域学生的先修知识。
以蜂窝移动通信系统为例
MS 移动台 手持机 HS
公共电话网 PSTN 基站 BTS 基站 BTS
基站控制器 BSC
MS 移动台
基站 BTS 基站 BTS
基站控制器 BSC 移动交换机 MSC
网络管理
数据库 VLR/HLR
8
1.3 通信系统的分类
光纤接入
•PON，APON
核心网
通信网 接入网 有线接入
1 RB ( B) T
29
M进制码元速率RBM与二进制码元速率RB2的关系：
RB2=RBMlog2 M
(B)
信息传输速率Rb
简称传信率，又称比特率。 表示：单位时间内传递的平均信息量或比特数； 单位：比特/秒，可记为bit/s 、 b/s 或bps。 码元速率和信息速率的关系：Rb=RB·H (b/s) 说明：H为信源中每个符号所含的平均信息量 （熵）。等概传输时，有最大熵log2M， Rb=RB log2 M (b/s)
•FTTB/C/H/R
混合光纤同轴网 Cable Modem DSL (ADSL,HDSL) 卫星接入 高空平台 蜂窝接入 微波接入 FWA, WLL WLAN PAN
9
无线接入
1.3.1 按调制方式分类
基带传输： 将未经调制的信号直接传
送，如音频市内电话。
频带传输： 对各种信号调制后传输的
总称，常见的调制方式见
内 容
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 现代通信与通信社会 通信系统的组成 通信系统分类 通信技术发展概况 通信系统的性能度量
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1.1 现代通信与信息社会
通信：communication，信息交流 Telecommunication，电信号的处理和传 输 信息社会，信息网，通信网
信息 语言 人力 马力 文字 图像 烽火台 电报 电视 多媒体
字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广 泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。
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1.3.5 按通信方式分类
对于点到点之间的通信，按消息传送的方 向与时间的关系，通信方式可分为: 单工通信 : 指消息只能单方向传输的工作 方式。例如遥控、遥测、广播、电视等。 半双工通信 :指通信双方都能收发消息， 但不能同时进行收发的工作方式。例如使 用同一载频工作的无线电对讲机。 全双工通信:全双工通信是指通信双方可同 时进行收发消息的工作方式。例如电话。
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1.3.4 按信号复用方式分类
传输多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用和码分 复用。 频分复用: 用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；
时分复用: 用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；
码分复用: 用正交的脉冲序列分别携带不同信号；
说明：传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数
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续表（2）
调制方式 数字调制 相位键控PSK、 DPSK、 QPSK等 其他高效数字调制 QAM、 MSK等 脉冲模拟 脉幅调制PAM 调制 脉宽调制 PDM(PWM) 脉位调制PPM 脉冲数字 脉码调制PCM 调制 增量调制DM 差分脉码调制 DPCM 其他语言编码方式 ADPCM、 APC、 LPC 用途 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、 民用电话 电视电话、 图像编码 中低速数字电话
• 有效性: 指在给定信道内所传输的信 息内容的多少，或者说是传输的“速 度”。
• 可靠性: 指接收信息的准确程度，也 就是传输的“质量”。
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1.5.1模拟通信系统
有效性:用有效传输频带来度量。 可靠性:用接收端最终输出信噪比来度 量。 说明：不同调制方式在同样信道信噪 比下所得到的最终解调后的信噪比是 不同的。 如调频信号抗干扰能力比调 幅好，但调频信号所需传输频带却宽 于调幅。
表 1 – 1。
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表 1- 1常见的调制方式
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 残留边带调幅 VSB 非线性调 制 数字调制 频率调制FM 相位调制PM 幅度键控ASK 相位键控 用途 广播 立体声广播 载波通信、无线电台、 数传 电视广播、 数传、 传真 微波中继、卫星通信、 广播 中间调制方式 数据传输 数据传输
邮政
电话、广播 Email
信息社会
6
1.2 通信系统的组成
通信系统：通信中所需要的一切技术设备和传输媒
质构成的总体。
将信源和信道匹配起来 。 变 换 方 式多 样 ， 在 需要 频 谱 搬 移的 场 合 ， 调制 是 最 常 见的 变 换方 式 。 如广播电台、 传输信号的物理媒 质。包括无线信道： 和有线信道。 完成发送设备的反转 换，进行解调、译码、 解码等。如收音机、 电视机。 传输信息的归宿点， 作用为将复原的原 始信号转换成相应 的消息。如喇叭、 显示器。
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1.5.2 数字通信系统
有效性可用传输速率来衡量。 码元传输速率 信息码元传输速率 可靠性可用差错率来衡量。 误码率（码元差错率） 误信率（信息差错率）
28
1.传输速率
码元传输速率RB：
简称传码率，又称符号速率。 表示：单位时间内传输码元的数目 单位是波特（Baud），记为B。 例如: 若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。 数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与 进制数无关，只与传输的码元长度T有关:
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数字通信的缺点
占据系统频带宽，因此数字通信的频带 利用率不高。
对同步要求高，因而系统设备比较复杂。
不过，随着光纤等的采用和超大规模集 成电路的发展，数字通信的这些缺点已 经弱化。数字通信将占主导地位。
14
1.3.3按传输媒质分类
按传输媒质分，通信系统可分为有线 通信系统和无线通信系统两大类。 有线通信：是用导线（如架空明线、 同轴电缆、 光导纤维、波导等）作为 传输媒质完成通信的，如市内电话、 有线电视、海底电缆通信等。 无线通信：是依靠电磁波在空间传播 达到传递消息的目的的，如短波电离 层传播、微波视距传播、卫星中继等。
错误比特数 pe 传输总比特
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1990's
2000's
第一 代 (AMPS为例 )
第二 代 (以GSM为例 )
第三 代 (IMT2000)
第四 代
22
最近无线通信的发展方向
1995年 年 2001
IMT2000 (FPLMTS) 第一阶段
高速
移 步行 动 性
蜂 窝 电 话 公用 无绳电话
IMT200 第二阶段
寻 家用 静止 呼 机 无绳电话
2
与前后课程的关系
前期课程包括： 《信号与系统》 《复变函数》 《通信电路》 后期课程包括： 《现代通信技术》 (微波、卫星、光纤通信) 《计算机通信网》 《现代交换技术》
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教学参考书
教材
曹志刚 钱亚生，《现代通信原理》 清华大学出版社
参考书
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 樊昌信《通信原理教程》国防工业出版 社
FLASH演示
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1.4 通信技术发展概况
移动通信的发展过程 最近无线通信的发展方向 通信的发展目标---个人通信
21
移动通信的发展过程
1970's
提 出方 案 制 定标 准 商 业运 营 提 出方 案 制 定标 准 商 业运 营 提 出方 案 制 定标 准 商 业运 营 提 出方 案
1980's
FLASH演示
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数字通信中，按照数字信号码元排列方法 不同，通信方式可分为: 串行传输 :是指数字信号码元序列按时间 顺序一个接一个地在信道中传输。远距离 数字通信大多采用串行传输方式。
并行传输 :是指将数字信号码元序列分割 成两路或两路以上的数字信号码元序列同 时在信道中传输。近距离数字通信可采用 并行传输方式。
信息源
发送设备 发送端
信道
接收设备 接收端
收信者
噪声源
消息的产生地，作 用为把各种消息转 换成原始电信号， 可以是模拟信号也 可以是数字信号。 如：摄象机、光 驱、。 通信系统中各种设 备以及信道中所固 有的，分为内部噪 声和外部噪声。将 噪声源看成各处噪 声集中加入到信道 的。
通信系统的一般模型
7
高速 无线接入
无线LAN 室内
10k 100k 1M 10M
超高速LAN
100M
传输容量(bps)
23
通信的发展目标---个人通信
目标是实现：个人通信系统 (PCN)
无论任何人 (Whoever) 在任何时候 (Whenever) 在任何地方 (Wherever) 与另一个人 (Whomever) 进行任何类型 (Whatever)
脉 冲 数 字 调 制
12
1.3.2 按信号特征分类
按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号， 相应地把
通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。
数字通信的主要特点： 抗干扰能力强。 远距离传输可消除噪声积累。 采用信道编码技术可控制差错。降低误码 率，提高传输的可靠性。 易于用现代计算技术对信号进行处理、加 工、变换、存储，从而形成智能网。 易于集成化，从而使通信设备微型化。 易于加密处理,且保密强度高。
频带利用率η
意义：比较不同通信系统的有效性时，单看 它们的传输速率是不够的，还应看在这样的 传输速率下所占的信道的频带宽度。
真正衡量数字通信系统传输效率的应当是单
位频带内的码元传输速率，即：
Rb RB ( B / Hz ) 或 B b /( s Hz ) B
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.差错率
衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率， 常用误码率和误信率表示。 误码率（码元差错率）Pe：指码元在传输 系统中被传错的概率，即 错误码元数 pe 传输总码元数 误信率（信息差错率）Pb：指发生差错的比 特数在传输总比特数中所占的比例，即
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个人通信(PC)：任何人在任何时间与任何地 点以任何形式的通信
“任何时间” 要求支持运动中通信: 无线通信是前
提 “任何人” 要求支持巨大用户量: 频谱资源有限 “任何地点” 要求无缝覆盖: 传输能力有限
“任何形式” 要求多媒体: 处理能力有限
1.5 通信系统的性能度量
通信系统的主要性能指标是有效 性和可靠性。
第1章
绪
论
教学内容
《现代通信原理》将以通信系统为 背景，主要讲述通信系统和通信技术的 基本原理。内容包括：通信系统基本概 念、信息论初步、模拟信号调制技术、 语音编码、多路复用、数字信号的基带 传输和频带传输、差错控制编码及多址 传输原理。
重点以数字通信为主，以上内容作为信息类 学生必须掌握的知识，以作为进一步深入该 领域学生的先修知识。
以蜂窝移动通信系统为例
MS 移动台 手持机 HS
公共电话网 PSTN 基站 BTS 基站 BTS
基站控制器 BSC
MS 移动台
基站 BTS 基站 BTS
基站控制器 BSC 移动交换机 MSC
网络管理
数据库 VLR/HLR
8
1.3 通信系统的分类
光纤接入
•PON，APON
核心网
通信网 接入网 有线接入
1 RB ( B) T
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M进制码元速率RBM与二进制码元速率RB2的关系：
RB2=RBMlog2 M
(B)
信息传输速率Rb
简称传信率，又称比特率。 表示：单位时间内传递的平均信息量或比特数； 单位：比特/秒，可记为bit/s 、 b/s 或bps。 码元速率和信息速率的关系：Rb=RB·H (b/s) 说明：H为信源中每个符号所含的平均信息量 （熵）。等概传输时，有最大熵log2M， Rb=RB log2 M (b/s)
•FTTB/C/H/R
混合光纤同轴网 Cable Modem DSL (ADSL,HDSL) 卫星接入 高空平台 蜂窝接入 微波接入 FWA, WLL WLAN PAN
9
无线接入
1.3.1 按调制方式分类
基带传输： 将未经调制的信号直接传
送，如音频市内电话。
频带传输： 对各种信号调制后传输的
总称，常见的调制方式见