数字通信原理第1章自学课件.ppt

1、数字通信原理数字通信原理课程介绍课程介绍 课程性质课程性质：必修：必修 考试考试 学时学时：48学时学时 （理论（理论42学时，实验学时，实验6学时）学时）考试形式考试形式：统一安排统一安排笔试（闭卷）笔试（闭卷）考试成绩分布考试成绩分布：总评成绩总评成绩=理论理论70%+实验实验20%+平时成绩平时成绩10%先修课程先修课程 ：高等数学高等数学、电路分析电路分析、高频电子线路高频电子线路、信号与系统信号与系统等等 后续课程后续课程 ：信息论、：信息论、现代通信技术等现代通信技术等 数字通信原理数字通信原理课程是通信、电子课程是通信、电子信息专业大专、本科和硕士研究生的一门信息专业大专、本科和

2、硕士研究生的一门重要的专业基础课，同时也是通信与信息重要的专业基础课，同时也是通信与信息系统专业硕士研究生入学考试课程之系统专业硕士研究生入学考试课程之一。一。该课程介绍了信息的传输、交换及该课程介绍了信息的传输、交换及通信网的基本原理。以讲授通信网的基本原理。以讲授数字通信的基数字通信的基本概念、基本原理和基本分析方法本概念、基本原理和基本分析方法为主。为主。包括数字基带传输、数字频带传输、模拟包括数字基带传输、数字频带传输、模拟信号的数字传输、数字信号的最佳接收、信号的数字传输、数字信号的最佳接收、差错控制编码、同步技术等。差错控制编码、同步技术等。1、“数字基带信号数字基带信号”实验系统

3、；实验系统；2、“2PSK/2DPSK”实验系统；实验系统；3、“16QAM调制解调调制解调”实验系统；实验系统；开设三个实验：开设三个实验：第一章第一章 绪论绪论6 1.1 通信系统的组成通信系统的组成 1.2 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.3 信息及其度量信息及其度量 1.4 主要性能指标主要性能指标返回主目录返回主目录第一章第一章 绪论绪论 1.1通信系统的组成通信系统的组成常用通信术语常用通信术语 克服距离上障碍，交换和传递信息。克服距离上障碍，交换和传递信息。通信通信:（communication)消息：消息：(message)信息：信息：(Information

4、)信号：信号：(signal）电通信电通信光通信光通信利用利用“电电”来传递消息的方式称为来传递消息的方式称为“电通信电通信”，简称，简称“通信通信”。第一章第一章 绪论绪论 1.1通信系统的组成通信系统的组成 有待于传输的语言、文字、有待于传输的语言、文字、数据或图像等。数据或图像等。常用通信术语常用通信术语 克服距离上障碍，交换和传递信息。克服距离上障碍，交换和传递信息。通信通信:（communication)消息：消息：(message)信息：信息：(Information)信号：信号：(signal）离散消息：离散消息：消息状态是可数或离散的消息状态是可数或离散的 连续消息：连续消息：

5、消息状态是连续变化的消息状态是连续变化的利用利用“电电”来传递消息的方式称为来传递消息的方式称为“电通信电通信”，简称，简称“通信通信”。第一章第一章 绪论绪论 1.1通信系统的组成通信系统的组成 有待于传输的语言、文字、有待于传输的语言、文字、数据或图像等。数据或图像等。常用通信术语常用通信术语 克服距离上障碍，交换和传递信息。克服距离上障碍，交换和传递信息。是消息中有意义的内容。是消息中有意义的内容。消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。指与消息一一对应的电量（电压或电流），是指与消息一一对应的电量（电压或电流），是 消息的物质载体。消息的物质载体

6、。信息是寄托在电信号的某一参量上（信息是寄托在电信号的某一参量上（的幅度、频的幅度、频率、相位；率、相位；的幅度、宽度、位置）传输的。的幅度、宽度、位置）传输的。通信通信:（communication)消息：消息：(message)信息：信息：(Information)信号：信号：(signal）利用利用“电电”来传递消息的方式称为来传递消息的方式称为“电通信电通信”，简称，简称“通信通信”。第一章第一章 绪论绪论 1.1通信系统的组成通信系统的组成常用通信术语常用通信术语按传输信号分类：按传输信号分类：通信系统：通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总实现信息传递所需的一切技术

7、设备和传输媒质的总 和。和。模拟通信系统模拟通信系统 第四章数字通信系统数字通信系统 第五、六、八、九、十章模拟通信的数字传输系统模拟通信的数字传输系统 第七章第一章第一章 绪论绪论本书中的通信均指电通信电通信；信号均指电信号电信号。说明：说明：通信的根本目的：通信的根本目的：在于在于传输含有传输含有信息信息的消息。的消息。否则，就失去了通信的意义否则，就失去了通信的意义第一章第一章 绪论绪论 1.1.1通信系统的一般模型通信系统的一般模型基于点与点之间的通信系统的模型可用P2图 1-1 来描述。图1-1 通信系统的一般模型发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端

8、发送端接收端接收端信息源信息源1、通信系统的模型、通信系统的模型第一章第一章 绪论绪论是消息的产生地，2、各部分作用、各部分作用信源：信源：例如：电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数 字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出 的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数 字信号。语言语言电信号语音电信号语音话筒话筒输入转换器输入转换器基带信号：信号的最高频率与最低频率的比值远大于基带信号：信号的最高频率与最低频率的比值远大于1 1的信号。的信号。即即“”。作用：消息消息 原始电信号原始电信号（消息信号或基带信号）（消息信号或基带信号）变换变换信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接

9、收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论将信源和信道匹配起来，发送设备：发送设备：变换变换信号信号信号信号直接直接信道信道调制调制信道信道（基带传输）（基带传输）（频带传输）（频带传输）基带信号：基带信号：频带信号：频带信号：信号的频谱从零频率附近，信号的频谱从零频率附近，如语音信号为如语音信号为300-3400HZ300-3400HZ。经过调制以后的已调信号（频带信号）。经过调制以后的已调信号（频带信号）。信源：信源：作用：消息消息 原始电信号原始电信号（基带信号）（基带信号）作用：原始电信号原始电信号 信道信号信道信号变换变换（基带信号（基带信号频带信号

10、）频带信号）信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论信道信道 ：是指传输信号的物理媒质是指传输信号的物理媒质无线信道：无线信道：有线信道：有线信道：大气（自由空间）大气（自由空间）明线、明线、电缆或光纤电缆或光纤发送设备：发送设备：作用：原始电信号原始电信号 信道信号信道信号基带信号基带信号频带信号频带信号信源：信源：作用：消息消息 原始电信号原始电信号（基带信号）（基带信号）信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论噪声源：噪声源：

11、不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，为了分析方便，把噪声源视为各处信道中所固有的，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的噪声的集中集中表现而表现而抽象加入到信道抽象加入到信道。接收设备：接收设备：是完成是完成发送设备的反变换发送设备的反变换，即进行解调、译码、解即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。还包括解除多路复用，实现正确分路。作用

12、：信道信号信道信号 原始电信号原始电信号有噪声有噪声还原还原信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论 图图1-11-1概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性，概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性，因此称之为通信系统的一般模型。根据研究的对象以及所关注的问题不因此称之为通信系统的一般模型。根据研究的对象以及所关注的问题不同，同，图图1-11-1模型中的各小方框的内容和作用将有所不同，因而相应有不模型中的各小方框的内容和作用将有所不同，因而相应有不同形式的更具体的通信模型。今后的讨论

13、就是围绕着通信系统的模型而同形式的更具体的通信模型。今后的讨论就是围绕着通信系统的模型而展开的。展开的。是传输信息的归宿点是传输信息的归宿点受信者（信宿）：受信者（信宿）：作用：复原的复原的原始电信号原始电信号 消息消息 还原还原电信号语音电信号语音语言语言听筒听筒输出转换器输出转换器例如：信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论 消息的传递是通过它的物质载体消息的传递是通过它的物质载体电信号来实现的，电信号来实现的，即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的

14、幅度、频率或相位；率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。脉冲波的幅度、宽度或位置）。1.1.2模拟通信模型和数字通信模型模拟通信模型和数字通信模型离散消息：离散消息：连续消息：连续消息：消息消息连续消息是指消息的状态连续变化或是不可连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语言、活动图片等。数的，如语言、活动图片等。离散消息则是指消息的状态是可数的或离散离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的，的，如符号、数据等。如符号、数据等。第一章第一章 绪论绪论数字信号：数字信号：模拟信号：模拟信号：信号信号凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息

15、相对应的信号。的，且直接与消息相对应的信号。如电话机如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。号等。凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号，均称为数字信号接与消息相对应的信号，均称为数字信号，如电报信号、计算机输入如电报信号、计算机输入/输出信号、输出信号、PCM信信号等。号等。模拟信号与数字信号的区别：模拟信号与数字信号的区别：模拟信号参量（幅度等）连续；模拟信号参量（幅度等）连续；数字信号参量（幅度等）离散。数字信号参量（幅度等）离散。第一章第一章 绪论绪论 图 1 2 模拟信号波形

16、模拟信号模拟信号有时也称有时也称连续信号连续信号f(nT)tPAM信号(b)OOf(t)t(a)连续变化，连续变化，在某一取值范围内可以取无穷多个值在某一取值范围内可以取无穷多个值连续连续指信号的某一参量指信号的某一参量抽样信号抽样信号时间连续信号时间连续信号第一章第一章 绪论绪论 时间连续信号时间连续信号注意：幅注意：幅度离散度离散 图 1-3数字信号波形2PSK波形 100110111001Of(nT)t00111001数字信息PSK波形(a)(b)二进制波形；注意：相注意：相位离散位离散数字信号数字信号有时也称有时也称离散信号离散信号 离散离散：指信号的某一参量离散变化：指信号的某一参量

17、离散变化第一章第一章 绪论绪论*按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地可相应地把通信系统分为把通信系统分为模拟通信系统模拟通信系统和和数字通信系统。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通信系统：模拟通信系统：是利用模拟信号来传递信息的通信系统。是利用模拟信号来传递信息的通信系统。图图 1-4 模拟通信系统模型模拟通信系统模型信息源信息源调制器调制器信道信道解调器解调器受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论*按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地可

18、相应地把通信系统分为把通信系统分为模拟通信系统模拟通信系统和和数字通信系统。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通信系统：模拟通信系统：是利用模拟信号来传递信息的通信系统。是利用模拟信号来传递信息的通信系统。图图 1-4 模拟通信系统模型模拟通信系统模型发送设发送设备备接收设接收设备备信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端信息源信息源调制器调制器信道信道解调器解调器受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论 1.模拟通信系统模型模拟通信系统模型图图 1-4 模拟通信系统模型模拟通信系统模

19、型原始电信号原始电信号消息消息变换变换信道信道语音信号、语音信号、图像信号图像信号反变换反变换原始电信号原始电信号消息消息调制调制解调解调（基带信号）（基带信号）发送设发送设备备接收设接收设备备（频带信号）（频带信号）信息源信息源调制器调制器信道信道解调器解调器受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端第一章第一章 绪论绪论完成这种完成这种变换变换和和反变换反变换作用的通常是作用的通常是调制器调制器和和解调器解调器 需要指出需要指出：消息从发送端到接收端的传递过程中，不仅仅：消息从发送端到接收端的传递过程中，不仅仅只有连续只有连续消息消息与与基带基带信号和信号和基带基带信号与信号与频带频

20、带信号之间的两种信号之间的两种变换，实际通信系统中可能还有变换，实际通信系统中可能还有等过程。由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性等过程。由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用，而其他过程对信号作用，而其他过程对信号，只是对信号进，只是对信号进行了放大或改善了信号特性，因而被认为是理想的而不予讨行了放大或改善了信号特性，因而被认为是理想的而不予讨论。论。第一章第一章 绪论绪论已调信号有三个基本特征：已调信号有三个基本特征：携带有信息携带有信息适合在信道中传输适合在信道中传输信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信 号

21、又称频带信号。号又称频带信号。调制器调制器基带信号基带信号已调信号已调信号第一章第一章 绪论绪论 2 数字通信系统模型数字通信系统模型是利用数字信号来传递信息的通信系统。是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统：数字通信系统：图图 1 5 数字通信系统模型数字通信系统模型信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源第一章第一章 绪论绪论信源编码的作用之一信源编码的作用之一：是设法减少：是设法减少码元数目码元数目和降低和降低码元速率码元速率，即通常所说的即通常所说的。码元速率将直接影响传输所占的。码元速率将直接影响传输所占的带带宽宽，而传输带宽又直接

22、反映了通信的，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。有效性。各部分技术介绍：各部分技术介绍：1)信源编码与译码信源编码与译码作用之二是：作用之二是：当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号器将其转换成数字信号（），以实现模拟信号的数，以实现模拟信号的数字化传输。第字化传输。第6章中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：章中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)和增量调制和增量调制(M)。信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源信源译码是信源编码的逆过程。信源译码是信

23、源编码的逆过程。第一章第一章 绪论绪论 2）信道编码与译码信道编码与译码 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。为了减少差错，信道编码器等，将会引起差错。为了减少差错，信道编码器对传输的信对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码，接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或从解码过程中发现错误或纠纠正正错错误，从而提高通信系统误，从而提高通信系统抗干抗干扰能力扰能力，实现可靠通信实现可靠通信。

24、信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源各部分技术介绍：各部分技术介绍：第一章第一章 绪论绪论 在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息，叫解密。数字序列进行解密，恢复原来信息，叫解密。3）加密与解密加密与解密各部分技术介绍：各部分技术介绍：信息源信源编码器信道

25、编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源第一章第一章 绪论绪论4）数字调制与解调数字调制与解调 数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成形成适合在信道中传输的频带信号适合在信道中传输的频带信号。基本的数字调制方式有振幅键。基本的数字调制方式有振幅键控控ASK、频移键控、频移键控FSK、绝对相移键控、绝对相移键控PSK、相对（差分）相、相对（差分）相移键控移键控DPSK。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。第原为数字基带信号。第7章中介绍。章中介绍。各部分

26、技术介绍：各部分技术介绍：信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源第一章第一章 绪论绪论 同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。少的前提条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致一致。按照同步的功用不同，可分为。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同载波同步、位同步、群同步和网同步步和网同步，这些问题将集中在第，这些问题将集中在第11章中讨论。章中讨论。5）同步与数字复接同步与数字复接数字复接：数字复接：就是依据时分复用

27、基本原理把若干个就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号低速数字信号合并成一个高速的数字信号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输效率。，以扩大传输容量和提高传输效率。复用与复接概念将在第复用与复接概念将在第10章中介绍。章中介绍。第一章第一章 绪论绪论 图图 1-5 是数字通信系统的一般化模型，是数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信实际的数字通信系统不一定包括图系统不一定包括图 1-5中的所有环节。中的所有环节。如在某些有线信道中，如在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需数字基带信号无需调制，可以直接传送

28、，称之为数字信号的调制，可以直接传送，称之为数字信号的基带传输基带传输，其模型中，其模型中就不包括调制与解调环节，详见第就不包括调制与解调环节，详见第5章。章。说明：说明：信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源第一章第一章 绪论绪论应该指出的是：应该指出的是：模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输，数字模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输，数字电话系统就是以数字方式传输模拟语音信号的例子。电话系统就是以数字方式传输模拟语音信号的例子。数字信号也可以在模拟通信系统中传输，如计算机数据可以通数字信号也可以在模拟通信系统中传输，如计算机数

29、据可以通过模拟电话线路传输，但这时必须使用过模拟电话线路传输，但这时必须使用调制解调器调制解调器（Modem）将数字基带信号进行正弦调制，以适应模拟信道的传输特性。将数字基带信号进行正弦调制，以适应模拟信道的传输特性。可见，可见，模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种类。类。第一章第一章 绪论绪论 3.数字通信的主要特点数字通信的主要特点 （1）抗干扰能力强抗干扰能力强在远距离传输，如微波中继通信时，各中继站可利用数字通在远距离传输，如微波中继通信时，各中继站可利用数字通信特有的信特有的判决再生判决再生接收方式，对数字信号波形进行接收方

30、式，对数字信号波形进行整形再生整形再生而而消除噪声积累消除噪声积累。（2）差错可控差错可控可以采用信道编码技术使误码率降低，可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。提高传输的可靠性。优点：优点：第一章第一章 绪论绪论（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。（4）易于集成化，易于集成化，从而使通信设备微型化。从而使通信设备微型化。（5）易于加密处理，易于加密处理，且保密强度高。且保密强度高。第一章第一章 绪论绪论 不过，随着新的宽带传输信道（如

31、光导纤维）的采用、不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些窄带调制技术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。缺点已经弱化。（2）由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。）由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。（1）系统频带宽）系统频带宽缺点：缺点：以电话为例，一路模拟电话通常只占据以电话为例，一路模拟电话通常只占据4kHz带宽，但一路带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据接近同样话音质量的数字电话可能要占据 2060kHz的带宽，的带宽，因此数字通信的因此数字通信的。第一章第一章 绪论绪论3

32、8通信系统的一般模型信息源信息源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端作用：传输信号传输信号信源：信源：发送设备：发送设备：信道：信道：接收设备：接收设备：受信者：受信者：作用：信道信号信道信号 原始电信号原始电信号还原还原作用：复原的复原的原始电信号原始电信号 消息消息 还原还原作用：消息消息 原始电信号原始电信号（基带信号）（基带信号）变换变换作用：原始电信号原始电信号 信道信号信道信号基带信号基带信号频带信号频带信号变换变换第一章第一章 绪论绪论39模拟通信系统模型模拟通信系统模型信息源信息源调制器调制器信道信道解调器解调器受信者受信者噪

33、声源噪声源发送端发送端接收端接收端数字通信系统模型数字通信系统模型信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源第一章第一章 绪论绪论40数字通信的主要特点数字通信的主要特点 （1）抗干扰能力强抗干扰能力强（2）差错可控差错可控（3）易于与各种数字终端接口易于与各种数字终端接口（4）易于集成化易于集成化（5）易于加密处理易于加密处理优点：优点：（2）系统设备比较复杂。）系统设备比较复杂。（1）系统频带宽）系统频带宽缺点：缺点：第一章第一章 绪论绪论1.2通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.2.1通信系统的分类通信系统的分类1 按通信业务分类按通

34、信业务分类按通信业务按通信业务话务通信话务通信非话务通信非话务通信（电话业务在电信领域中一直占主（电话业务在电信领域中一直占主 导导 地位，它属于人与人之间的通信）地位，它属于人与人之间的通信）分组数据业务、计算机通信、数据分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等视、图像通信等第一章第一章 绪论绪论2 按调制方式分类按调制方式分类是否采用调制是否采用调制基带传输：基带传输：频带传输：频带传输：是将未经调制的信号直接传送，是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。如音

35、频市内电话。是对各种信号调制后传输的总称。是对各种信号调制后传输的总称。连连续续载载波波调调制制脉冲数字调制脉冲数字调制第一章第一章 绪论绪论 调 制 方 式 用途 连连续续载载波波调调制制线性调制常规双边带调制AM广播 抑制载波双边带调幅 立体声广播 单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传 残留边带调幅VSB 电视广播、数传、传真 非线性调制频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播 相位调制PM 中间调制方式 数字调制幅度键控ASK 数据传输 相位键控PSK、DPSK、QPSK等 数据传输、数字微波、空间通信 其他高效数字调制QAM、MSK等 数字微波、空间通信 表表 1-1常见的调制方式

36、常见的调制方式第一章第一章 绪论绪论 调 制 方 式 用途 脉脉冲冲数数字字调调制制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等 数据传输、数字微波、空间通信 其他高效数字调制QAM、MSK等 数字微波、空间通信 脉冲模拟调制脉幅调制PAM 中间调制方式、遥测 脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式 脉位调制PPM 遥测、光纤传输 脉冲数字调制脉码调制PCM 市话、卫星、空间通信 增量调制DM 军用、民用电话 差分脉码调制DPCM 电视电话、图像编码 其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC 中低速数字电话 续表（续表（2）第一章第一章 绪论绪论按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，按照信

37、道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通相应地把通信系统分成信系统分成模拟通信系统模拟通信系统和和数字通信系统数字通信系统。3 按信号特征分类按信号特征分类4 按传输媒质分类按传输媒质分类有线有线通信系统：通信系统：无线无线通信系统：通信系统：是用导线（如架空明线、同轴电缆、是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、市内电话、有线电视、海底电缆通信等。有线电视、海底电缆通信等。是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的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、卫星的，如

38、短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。中继等。第一章第一章 绪论绪论 按通信设备的工作频率不同可分为按通信设备的工作频率不同可分为长波通信长波通信、中波通中波通信、信、短波通信、短波通信、远红外线通信远红外线通信等。表等。表 1-2 列出了通信使用列出了通信使用的频段、的频段、常用的传输媒质及主要用途。常用的传输媒质及主要用途。5 按工作波段分类按工作波段分类工作波长和频率的换算公式为工作波长和频率的换算公式为 =式中，式中，为工作波长，为工作波长，f为工作频率，为工作频率，c为光速。为光速。)()/(1038Hzfsmfc第一章第一章 绪论绪论频率范围频率范围 波长 符号 传输媒质 用途

39、3 Hz30 kHz 104108 m 甚低频VLF 有线线对长波无线电 音频、电话、数据终端长距离导航、时标 30300 kHz 103104 m 低频LF 有线线对长波无线电 导航、信标、电力线通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中频MF 同轴电缆短波无线电 调幅广播、移动陆地通信、业余无线电 330 MHz 10102 m 高频HF 同轴电缆短波无线电 移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电 30300 MHz 110 m 甚高频VHF 同轴电缆米波无线电 电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航 表表 1 2 通信波段与常用传输媒质通信波段与常用传输媒质第一章第

40、一章 绪论绪论续表（续表（2）频率范围 波长 符号 传输媒质 用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高频UHF 波导分米波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 330 GHz 110 cm 超高频SHF 波导厘米波无线电 微波接力、卫星和空间通信、雷达 30300 GHz 110 mm 极高频EHF 波导毫米波无线电 雷达、微波接力、射电天文学 107108 GHz 310-5 310-4 cm 紫外可见光红外 光纤激光空间传播 光通信 第一章第一章 绪论绪论6 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时分复用：时分复用：TDM码分复用：码分复用：CDM是用

41、频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围，是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围，用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间，用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间，是用正交的脉冲序列分别携带不同信号，是用正交的脉冲序列分别携带不同信号，传统的模拟通信中都采用频分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用。码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。数字通信中都采用时分复用。数字通信中都采用时分复用。第一章第一章 绪论绪论50 1.2.2通信方式通信方式 1 按消息传递的方向与时间关系分按消息传递的方向与时间关系分单工通信：单工通信：指消息只能指消息

42、只能单方向传输单方向传输的工作方式的工作方式只占用一个信道只占用一个信道发端发端信信 道道收端收端(a)单工单工AB 实例：广播、遥测、遥控、无线寻呼等。实例：广播、遥测、遥控、无线寻呼等。第一章第一章 绪论绪论51半双工通信：半双工通信：指通信双方都能收发消息，但指通信双方都能收发消息，但不能同时不能同时进行进行收和发收和发的工作方式的工作方式发端发端信信 道道收端收端发端发端收端收端(b)半双工半双工AB实例：同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索等。实例：同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索等。第一章第一章 绪论绪论52发端发端信信 道道收端收端发端发端收端收端信信 道道(c)全双

43、工全双工全双工通信：全双工通信：指通信双方可指通信双方可同时同时进行进行收发收发消息的工作方式消息的工作方式一般一般是双向信道是双向信道实例：普通电话、手机、计算机之间的高速数据通信等。实例：普通电话、手机、计算机之间的高速数据通信等。AB第一章第一章 绪论绪论53 2 按数字信号排列顺序分按数字信号排列顺序分串行传输串行传输：并行传输并行传输：代表信息的数字序列以串行方式一个接一个地代表信息的数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。在一条信道上传输。远距离远距离数字数字通信通信多采用。多采用。发送设备接收设备101(b)发送设备接收设备(a)第一章第一章 绪论绪论54 2 按数字信号

44、排列顺序分按数字信号排列顺序分串行传输串行传输：并行传输并行传输：数字序列分组后，以分组的方式在多条并行信道数字序列分组后，以分组的方式在多条并行信道上同时传输。上同时传输。代表信息的数字序列以串行方式一个接一个地代表信息的数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。在一条信道上传输。优点：节省传输时间优点：节省传输时间缺点：需要传输信道多，缺点：需要传输信道多，设备复杂，设备复杂，成本高成本高应用：一般适用于计算机和其他应用：一般适用于计算机和其他高速高速数字系统，数字系统，特别适用于设备之间的特别适用于设备之间的近距离通信近距离通信。远距离远距离数字数字通信通信多采用。多采用。发送设备

45、接收设备101(b)发送设备接收设备(a)第一章第一章 绪论绪论551.3 信息及其度量信息及其度量信号是消息的载体，信息是消息的内涵信号是消息的载体，信息是消息的内涵信息：消息中包含的不确定性的（有意义的）内容信息：消息中包含的不确定性的（有意义的）内容信息含量就是对消息中这种不确定性的度量信息含量就是对消息中这种不确定性的度量一、信息的概念一、信息的概念信息量：衡量各不同消息中包含信息的多少。信息量：衡量各不同消息中包含信息的多少。消息中消息中 信息的多少。信息的多少。第一章第一章 绪论绪论561.3 信息及其度量信息及其度量让我们来感觉三条消息：让我们来感觉三条消息：二、信息的度量二、信

46、息的度量 根据概率论知识，事件的根据概率论知识，事件的不确定性不确定性可用事件出现的可用事件出现的概率来概率来描述描述。可能性越小，概率越小；反之，概率越大。因此，。可能性越小，概率越小；反之，概率越大。因此，消消息中包含的信息量与消息发生的概率密切相关。息中包含的信息量与消息发生的概率密切相关。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。明天正常上课；（必然事件）明天正常上课；（必然事件）明天上实验课；明天上实验课；明天不上课，统一在楼顶看日食（不可能事件）明天不上课，统一在楼顶看日食（不可能事件）第一章第一章 绪论绪论57设：设：P(x)是一

47、个是一个消息消息x发生的发生的概率概率，I是从该消息获悉的是从该消息获悉的信息信息，根，根据上面的认知，据上面的认知，I与与P(x)关系：关系：（1）信息量是概率的函数，信息量是概率的函数，即即 I=fP(x)（3）信息具有相加性，）信息具有相加性，若干个互相独立事件构成的消息，若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立所含信息量等于各独立事件信息量之和，即事件信息量之和，即 IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+（2）P(x)越小，越小，I越大；越大；P(x)越大，越大，I越小，越小，且且 P(x)1时，时，I0 P(x)0时，时，I1.3 信息及其度量信息及其度量二、

48、信息的度量二、信息的度量第一章第一章 绪论绪论58推论：信息量推论：信息量I与消息出现的概率与消息出现的概率P(x)之间的关系之间的关系（哈特莱计算公式）（哈特莱计算公式）I=loga =-loga P(x)(1.3-1)(1xp信息量的单位与对数底数信息量的单位与对数底数a有关：有关：a=e时，信息量的单位为奈特时，信息量的单位为奈特(nit)；a=10时，信息量的单位为哈特莱时，信息量的单位为哈特莱(H)。1.3 信息及其度量信息及其度量二、信息的度量二、信息的度量P(x)a=2时，信息量的单位为比特时，信息量的单位为比特(bit)；用于数字通信用于数字通信用于模拟通信用于模拟通信是十进制

49、单位是十进制单位第一章第一章 绪论绪论59例例11 设二进制离散信源，以相等的概率发送数字设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或或1，则信源每个输出的信息含量为多少？，则信源每个输出的信息含量为多少？211解：解：I(0)=I(1)=log2 =log22=1(bit)(1.3-2)可见：传等概的二进制波形之一（可见：传等概的二进制波形之一（P=1/2）的信息量为）的信息量为1比特。比特。类推：传等概的四进制波形之一（类推：传等概的四进制波形之一（P=1/4）的信息量为）的信息量为2比特，比特，传等概的八进制波形之一（传等概的八进制波形之一（P=1/8）的信息量为）的信息量为3比特，比特，

50、每一个四进制波形要用每一个四进制波形要用2个二进制脉冲表示；个二进制脉冲表示；每一个八进制波形至少要用每一个八进制波形至少要用3个二进制脉冲表示。个二进制脉冲表示。第一章第一章 绪论绪论60总结：总结：M进制离散信源，等概（进制离散信源，等概（P=1/M）传送）传送M个独立出现的个独立出现的波形符号，则传送波形符号，则传送M进制波形之一的信息量为进制波形之一的信息量为p1M11I=log2 =log2 =log2 M(bit)(1.3-3)P P为每一个波形出现的概率，为每一个波形出现的概率，M M为传送的波形数为传送的波形数特殊的：若特殊的：若M是是2的整数次幂，的整数次幂，M=2K（K=1