通信原理第1章绪论课件.ppt

1、通信原理通信原理的地位通信原理的地位：通信类各专业一门非常重要专业基础理论课。通信原理课程的任务通信原理课程的任务：通过本课程的学习，使学员从模块级、系统级的层次上，掌握数字通信系统的基本理论、分析系统和设计系统的基本方法。课堂教学时数课堂教学时数70学时，上机实验时数上机实验时数：10学时2022-8-6 先修课程：信号与系统、概率论、数电与模电等。先修课程：信号与系统、概率论、数电与模电等。本课程教学内容及学时分配：本课程教学内容及学时分配：通信原理第第1章章：绪论：绪论（4学时）学时）主要内容主要内容：通信系统的组成、通信系统的分类、主要：通信系统的组成、通信系统的分类、主要 性能指标。

2、性能指标。第第2章章：数学基础（：数学基础（10学时）学时）主要内容主要内容：随机过程的定义、数字特征、平稳随机：随机过程的定义、数字特征、平稳随机过程、高斯过程、随机过程通过线性系统等。过程、高斯过程、随机过程通过线性系统等。2022-8-6通信原理第第3章章：信道：信道（2学时）学时）主要内容主要内容:各类信道及数学模型、分集接收、信道容量各类信道及数学模型、分集接收、信道容量。第第5章章：数字基带信号传输：数字基带信号传输（16学时）学时）主要内容主要内容：基带传输系统、码间串扰、部分响应系统：基带传输系统、码间串扰、部分响应系统、最佳接收、眼图、均衡技术。、最佳接收、眼图、均衡技术。第

3、第6章章：数字调制技术（：数字调制技术（10学时）学时）主要内容主要内容：数字二进制调制与解调技术、几种常用：数字二进制调制与解调技术、几种常用的多进制调制技术。的多进制调制技术。2022-8-6通信原理第第8章章：模拟信号的数字传输（：模拟信号的数字传输（8学时）学时）主要内容主要内容：抽样定理、：抽样定理、PCM、增量调制、时分复用。、增量调制、时分复用。第第9章章：差错控制编码（：差错控制编码（10学时）学时）主要内容主要内容：线性分组码、循环码、卷积码、伪随机序：线性分组码、循环码、卷积码、伪随机序列。列。第第10章章：同步原理（：同步原理（8学时）学时）主要内容主要内容：载波同步、位

4、同步、群同步的实现及性能：载波同步、位同步、群同步的实现及性能。总计：总计：68学时学时2022-8-6通信原理教材：教材：通信原理通信原理（第（第2版）沈越泓、高媛媛、魏以民版）沈越泓、高媛媛、魏以民机械工业出版社，机械工业出版社，2008.9参考书：参考书：通信系统原理通信系统原理沈振元沈振元 聂志泉聂志泉 赵雪荷赵雪荷 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社通信原理辅导通信原理辅导张辉张辉 曹丽娜曹丽娜 王勇王勇 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社2022-8-6第第1章：章：绪论绪论主要内容与要求主要内容与要求：1、通信系统的组成（掌握）、通信系统的组成（掌握）2、通信

5、系统的分类（了解）、通信系统的分类（了解）3、通信系统的主要性能指标（熟练掌握）、通信系统的主要性能指标（熟练掌握）2022-8-61-1 通信系统的组成 第1章 绪论一、通信的定义一、通信的定义借助电子技术将消息从一个地方（一个时间）传递到另一个地借助电子技术将消息从一个地方（一个时间）传递到另一个地方（时间）。方（时间）。消息：有待传输的文字、符号、数据、语音和图像等。消息：有待传输的文字、符号、数据、语音和图像等。电信号：与消息一一对应的电量。它是消息的载体。电信号：与消息一一对应的电量。它是消息的载体。数字信号：代表消息的参量值是离散的。数字信号：代表消息的参量值是离散的。模拟信号：代

6、表消息的参量是连续取值的。模拟信号：代表消息的参量是连续取值的。2022-8-6图1-1（a）亮度信号（b）二相调相信号ovtvt时间上连续的信号则有可能是数字信号。如图1-1（b）二相调相信号注意：仅在时间上离散的信号仍可能是模拟信号。如图1-1（a）亮度信号1-1 通信系统的组成2022-8-61-1 通信系统的组成二、通信系统的组成二、通信系统的组成实现消息传递所需的一切设备和传输媒质的总和称为通信系统实现消息传递所需的一切设备和传输媒质的总和称为通信系统消息源和消息源和输入转换器输入转换器发送发送设备设备通信信道通信信道输出转换器输出转换器和受信者和受信者接收接收设备设备噪声噪声输入输

7、入信号信号图图1-2 通信系统的模型通信系统的模型 2022-8-61-1 通信系统的组成信源信源：消息的来源，转换器的作用是将消息转换成：消息的来源，转换器的作用是将消息转换成原始的电信号。这种信号也称为原始的电信号。这种信号也称为基带信号基带信号。信宿信宿：传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始：传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。信号转换成相应的消息。发送设备发送设备：将信源产生的信号变换成适合在信道中：将信源产生的信号变换成适合在信道中传输的信号。传输的信号。信道信道：传输信号的通道。信道既给信号以通路，也：传输信号的通道。信道既给信号以通路，也对信号产生各种干

8、扰和噪声。对信号产生各种干扰和噪声。2022-8-61-1 通信系统的组成接收设备接收设备：完成发送设备的反变换。其任务是从带有：完成发送设备的反变换。其任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出原始的信号。干扰的接收信号中正确恢复出原始的信号。模拟通信系统模拟通信系统：信道中传输模拟信号的通信系统：信道中传输模拟信号的通信系统数字通信系统数字通信系统：信道中传输数字信号的通信系统：信道中传输数字信号的通信系统2022-8-6 三、模拟通信系统与数字通信系统三、模拟通信系统与数字通信系统1、模拟通信系统模型、模拟通信系统模型模拟信号源模拟信号源和输入转换器和输入转换器模拟模拟调制器调制器信道信道解

9、调器解调器输出转换器输出转换器和受信者和受信者噪声噪声模拟模拟信号信号1-1 通信系统的组成图图1-32022-8-62、数字通信系统摸型、数字通信系统摸型信信息息源源信信源源编编码码器器信信道道编编码码器器加加密密器器数数字字调调制制信信道道解解调调器器解解密密器器信信道道译译码码器器信信源源译译码码器器噪噪声声受受信信者者图图1-4 数字通信模型数字通信模型1-1 通信系统的组成2022-8-6信源编码与译码信源编码与译码：作用有两个，一个是将模拟信号转换为数字：作用有两个，一个是将模拟信号转换为数字信号，即通常所说的模数转换；二是设法降低数字信号的数码信号，即通常所说的模数转换；二是设法

10、降低数字信号的数码率，即通常所说的数据压缩。信源译码是信源编码的逆过程。率，即通常所说的数据压缩。信源译码是信源编码的逆过程。信道编码与译码信道编码与译码：数字信号在信道上传输时，由于噪声、干扰：数字信号在信道上传输时，由于噪声、干扰等影响，将会引起差错。信道编码的目的就是提高通信系统的等影响，将会引起差错。信道编码的目的就是提高通信系统的抗干扰能力，尽可能地控制差错，实现可靠通信。译码是编码抗干扰能力，尽可能地控制差错，实现可靠通信。译码是编码的逆过程。的逆过程。加密与解密加密与解密：为保证所传信息的安全。将输入的明文信号人为：为保证所传信息的安全。将输入的明文信号人为干扰，即加上密码。这种

11、处理过程称为加密。在接收端对收到干扰，即加上密码。这种处理过程称为加密。在接收端对收到的信号进行解密，恢复明文。的信号进行解密，恢复明文。调制与解调调制与解调：其作用是在发端进行频谱的搬移，在收端进行频：其作用是在发端进行频谱的搬移，在收端进行频谱的反搬移。谱的反搬移。1-1 通信系统的组成2022-8-61-1 通信系统的组成一、优点一、优点数字通信系统相对于模拟通信系统具有如下优点：数字通信系统相对于模拟通信系统具有如下优点：1.抗干扰能力强，可消除噪声积累；抗干扰能力强，可消除噪声积累；2.差错可控，传输性能好；差错可控，传输性能好；3.便于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信便于与各

12、种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储。号进行处理、加工、变换、存储。4.便于集成化，从而使通信设备微型化；便于集成化，从而使通信设备微型化；5.便于加密处理。便于加密处理。二、缺点二、缺点占用信道带宽宽。占用信道带宽宽。2022-8-6模拟模拟信号源信号源由抽样量化由抽样量化编码组成的编码组成的模数转换器模数转换器数字通数字通信系统信系统受信者受信者数模数模转换器转换器图图1-5 模拟信号的数字传输系统模型模拟信号的数字传输系统模型1-1 通信系统的组成2022-8-61-1 通信系统的组成2022-8-61-2 通信系统的分类一、按通信业务分类一、按通信业务分类常规

13、通信：话务通信和非话务通信常规通信：话务通信和非话务通信控制通信：遥测、遥控。控制通信：遥测、遥控。二、按调制方式二、按调制方式基带传输和调制传输基带传输和调制传输三、按传输信号的特征分类三、按传输信号的特征分类模拟通信和数字通信系统模拟通信和数字通信系统2022-8-61-2 通信系统的分类四、按传输信号的复用方式四、按传输信号的复用方式频分复用频分复用时分复用时分复用码分复用码分复用波分复用波分复用2022-8-61-2 通信系统的分类五、按传输媒介分类五、按传输媒介分类有线通信系统：电缆、光纤等有线通信系统：电缆、光纤等无线通信系统：短波通信、超短波通信、卫星通信等无线通信系统：短波通信

14、、超短波通信、卫星通信等六、按通信方式分类六、按通信方式分类单工、半双工和全工通信单工、半双工和全工通信2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标主要质量指标：主要质量指标：有效性和可靠性有效性和可靠性有效性：指在给定信道内所传输的信息内容的多少有效性：指在给定信道内所传输的信息内容的多少可靠性：指接收信息的准确程度可靠性：指接收信息的准确程度模拟通信系统中：模拟通信系统中：有效性：用有效传输带宽来度量有效性：用有效传输带宽来度量可靠性：用接收端最终输出信噪比来度量可靠性：用接收端最终输出信噪比来度量2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标数字通信系统中：

15、数字通信系统中：有效性：用码元传输速率或有效性：用码元传输速率或信息信息传输速率来度量传输速率来度量可靠性：差错率或误码率可靠性：差错率或误码率2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标一、信息及其度量一、信息及其度量信息：消息中不确定的内容。信息：消息中不确定的内容。一个符号或事件，以概率一个符号或事件，以概率P出现，则这个符号携带的信息量为：出现，则这个符号携带的信息量为：pIa1log信息量的单位与对数的底有关。底为信息量的单位与对数的底有关。底为2，单位为比特（，单位为比特（bit)，底为底为e，单位为奈特，单位为奈特(nit)，底为，底为10，单位为哈特，单位为哈特

16、(hart)。2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标例例1：已知二进制离散信源（：已知二进制离散信源（0，1），每一符号波形等概发送），每一符号波形等概发送，求传送二进制波形符号的信息量。，求传送二进制波形符号的信息量。解：由于每一波形出现的概率为解：由于每一波形出现的概率为P=1/2，故其信息量为：，故其信息量为：12log1log22pI比特（比特（bit）2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标例例2：已知四进制离散信源（：已知四进制离散信源（0，1，2，3），独立等概发送，求），独立等概发送，求传送每一波形的信息量。传送每一波形的信息量。解：由

17、于每一波形出现的概率为解：由于每一波形出现的概率为P=1/4，故其信息量为：，故其信息量为：24log1log22pI比特（比特（bit）2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标例例3：已知二进制离散信源（：已知二进制离散信源（0，1），若），若“0”出现概率为出现概率为1/3，求出求出“1”符号携带的信息量。符号携带的信息量。解：由于解：由于“1”符号出现的概率为符号出现的概率为P=2/3，故其信息量为：，故其信息量为：585.023log1log22pI比特（比特（bit）585.13log1log220pI比特（比特（bit）2022-8-61-3 通信系统的质量指标

18、通信系统的质量指标平均信息量：是指信源中每个符号所含信息量的统计平均值。平均信息量：是指信源中每个符号所含信息量的统计平均值。定义：统计独立的定义：统计独立的M个符号的离散信息源的平均信息量为：个符号的离散信息源的平均信息量为：iMiippH1log1比特比特/符号符号H 也称为信源熵。也称为信源熵。例例3 中每个符号的平均信息量为：中每个符号的平均信息量为：92.0585.131585.032H比特比特/符号符号2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标问题：得到最大平均信息量的条件是什么？问题：得到最大平均信息量的条件是什么？信源的每个符号等概独立出现。信源的每个符号等概

19、独立出现。结论：二进制离散信源，最大平均信息量为结论：二进制离散信源，最大平均信息量为 1 比特比特/符号，四符号，四进制离散信源最大平均信息量为进制离散信源最大平均信息量为 2比特比特/符号。符号。2022-8-6二、传输速率二、传输速率1.码元传输速率（码元传输速率（RB）码元传输速率简称为传码率，又称为码元速率或号速码元传输速率简称为传码率，又称为码元速率或号速率。定义为单位时间（每秒）内传输码元的数目，率。定义为单位时间（每秒）内传输码元的数目，单位为波特，可记为单位为波特，可记为Baud或或B。码元可以是多进。码元可以是多进制的也可以为二进制。制的也可以为二进制。如果一个码元占用的时

20、间宽度为如果一个码元占用的时间宽度为T，则码元速率为：，则码元速率为：TRB1Baud（码元（码元/秒）秒）1-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标2022-8-6例如例如4：二进制调频波，一个：二进制调频波，一个1或或0符号的持续时间为符号的持续时间为sT610833，则码元速率为多少？，则码元速率为多少？解：码元速率为解：码元速率为120010833116TRBBaud1-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标2、信息速率、信息速率信息传输速率简称传信率，又称信息速率。定义为单位时间（信息传输速率简称传信率，又称信息速率。定

21、义为单位时间（每秒）内传递的信息量。每秒）内传递的信息量。信息传输速率信息传输速率Rb 与码元速率与码元速率RB的关系为：的关系为：HRRBb比特比特/秒秒M个码元独立等概时，个码元独立等概时，H=log2M 比特比特/符号，此时：符号，此时：MRHRRBBb2log比特比特/秒秒2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标例例5：设一数字传输系统传送二进制码元的速率为：设一数字传输系统传送二进制码元的速率为1200Baud，试求该系统的信息速率；若该系统改为传送十六进制信号码试求该系统的信息速率；若该系统改为传送十六进制信号码元，码元速率为元，码元速率为2400Baud，则这

22、时的系统信息速率为多少？，则这时的系统信息速率为多少？解解（1）（2）12002loglog22BBbRMRR比特比特/秒秒96004240016log2BbRR比特比特/秒秒练习练习：已知二进制数字信号的传输速率为：已知二进制数字信号的传输速率为2400b/s，试问变换，试问变换成四进制数字信号时的传输速率为多少成四进制数字信号时的传输速率为多少Baud。解：解：12002/24004log/2bBRRBaud/s2022-8-61-3 通信系统的质量指标通信系统的质量指标3、频带利用率、频带利用率BRBBaud/Hz码元码元/秒秒.赫兹赫兹BRb比特比特/秒秒.赫兹赫兹2022-8-61-3 通信系统的质量指标三、可靠性指标三、可靠性指标衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误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。码率和误信率表示。1.误码率误码率传输总码元数错误码元数eP传输总比特数错误比特数bP2.误信率误信率例例6：一个二进制数字通信系统，码元速率：一个二进制数字通信系统，码元速率 为为10000波特，波特，连续发送连续发送2秒钟，接收端收到的错码为秒钟，接收端收到的错码为10个，求误码率。个，求误码率。解：410521000010eP2022-8-6