哈工大通信原理课件.ppt
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- 哈工大 通信 原理 课件
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1、Principles of Communications第一章第一章 绪论绪论2课程简介课程简介教材及参考书教材及参考书樊昌信等,樊昌信等,通信原理通信原理,国防工业出版社,国防工业出版社周炯磐等周炯磐等,通信原理通信原理,北京邮电大学出版社,北京邮电大学出版社 课程内容课程内容点对点点对点物理层物理层算法级算法级第一章第一章 绪论绪论3学习基础及方法学习基础及方法熟悉熟悉信号与系统信号与系统中傅立叶变换及性质中傅立叶变换及性质熟悉熟悉随机过程随机过程中的基本概念中的基本概念熟悉各种常用模块的信号变换关系熟悉各种常用模块的信号变换关系基于系统模型掌握各种通信系统基于系统模型掌握各种通信系统实验
2、教学实验教学硬件实验硬件实验软件仿真软件仿真SystemView matlab1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章第一章 绪论绪论51.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 在人类社会历史的长河中,人际之间进行在人类社会历史的长河中,人际之间进行思想情感的交流离不开信息的传递。古代的思想情感的交流离不开信息的传递。古代的烽火台、驿站;现代的电报、电话、传真、烽火台、驿站;现
3、代的电报、电话、传真、电子信箱、广播、电视等都是传递信息的手电子信箱、广播、电视等都是传递信息的手段和方式。自然界中,人们听到、观察到的段和方式。自然界中,人们听到、观察到的现象,可用语言、文字、图像等信息来表达、现象,可用语言、文字、图像等信息来表达、存储或传递。信息被认为是人类社会重要资存储或传递。信息被认为是人类社会重要资源之一,在政治、军事、生产乃至人们日常源之一,在政治、军事、生产乃至人们日常生活中起着十分重要的作用。生活中起着十分重要的作用。第一章第一章 绪论绪论6 语言语言、数据数据、图像等信息是不能直接在图像等信息是不能直接在通信系统中传递,为此需在发送端将它们转通信系统中传递
4、,为此需在发送端将它们转换成电(光)信号(即信源)来载荷这些信换成电(光)信号(即信源)来载荷这些信息。电(光)信号经通信系统传送至接收端,息。电(光)信号经通信系统传送至接收端,收端将电(光)信号还原成语言收端将电(光)信号还原成语言、数据数据、图图像等信息。像等信息。通信就是传输信息,以语言、图像、数通信就是传输信息,以语言、图像、数据为媒体,通过电(或光)信号将信息由一据为媒体,通过电(或光)信号将信息由一方传输到另一方。方传输到另一方。第一章第一章 绪论绪论71.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.2.1 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 我们把实现信息传输所需
5、一切设备和传输我们把实现信息传输所需一切设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统。以点对点媒介所构成的总体称为通信系统。以点对点通信为例,通信系统的一般模型如图通信为例,通信系统的一般模型如图1-11-1所所示。示。第一章第一章 绪论绪论8发送发送设备设备接收接收设备设备信信息息源源信信道道受受信信者者噪声源噪声源发送端发送端接收端接收端图图1-1 1-1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 第一章第一章 绪论绪论9 发送端发送端:信息源信息源的作用是把信息转换成原始电的作用是把信息转换成原始电信号,该原始电信号称为基带信号;信号,该原始电信号称为基带信号;发送设备发送设备将原始电信号处理成适
6、合在信道中传将原始电信号处理成适合在信道中传输的信号。它所要完成的功能很多,例如调制、输的信号。它所要完成的功能很多,例如调制、放大、滤波和发射等,在数字通信系统中发送放大、滤波和发射等,在数字通信系统中发送设备又常包含信源编码和信道编码等。设备又常包含信源编码和信道编码等。信道信道是指信号传输通道,按传输媒介的不同,是指信号传输通道,按传输媒介的不同,可分为有线信道和无线信道两大类。可分为有线信道和无线信道两大类。噪声源噪声源,是信道中的所有噪声以及分散在通信,是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。系统中其它各处噪声的集合。第一章第一章 绪论绪论10 接收端:接收端:接收
7、设备接收设备的功能与发送设备相反,的功能与发送设备相反,即进行解调、译码等。它的任务是从带有干即进行解调、译码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号;扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号;受信者受信者将复原电信号转换成相应的信息。将复原电信号转换成相应的信息。第一章第一章 绪论绪论111.2.2 1.2.2 模拟通信系统模型模拟通信系统模型 传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。信信息息源源调制调制器器信信道道解调解调器器收收信信者者噪声源噪声源图图1-2 1-2 模拟通信系统模型模拟通信系统模型 模拟广播通信系统模拟广播通信系统第一章第一
8、章 绪论绪论12 以语音信号为例来说明下图模拟通信系统以语音信号为例来说明下图模拟通信系统模型各部分的作用。模型各部分的作用。第一章第一章 绪论绪论13 发信人讲话的语音信息首先经发信人讲话的语音信息首先经变换器变换器将将语音信息变成电信号(模拟信源),然后电语音信息变成电信号(模拟信源),然后电信号经放大设备后可以直接在信道中传输。信号经放大设备后可以直接在信道中传输。为了提高频带利用率,使多路信号同时在信为了提高频带利用率,使多路信号同时在信道中传输,原始的电信号(基带信号)一般道中传输,原始的电信号(基带信号)一般要进行调制才能传输到信道中去。要进行调制才能传输到信道中去。调制调制是信是
9、信号的一种变换,通常是将不便于信道直接传号的一种变换,通常是将不便于信道直接传输的基带信号变换成适合信道中传输的信号,输的基带信号变换成适合信道中传输的信号,这一过程由调制器完成,经过调制后的信号这一过程由调制器完成,经过调制后的信号称为已调信号。在收端,经称为已调信号。在收端,经解调器解调器和和逆变换逆变换器器还原成语音信息。还原成语音信息。第一章第一章 绪论绪论141.2.3 1.2.3 数字通信系统一般模型数字通信系统一般模型 数字通信系统是利用数字信号来传递信数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。息的通信系统。可进一步细分为数字频带传可进一步细分为数字频带传输通信系统和数字基
10、带传输通信系统。输通信系统和数字基带传输通信系统。一、数字频带传输通信系统一、数字频带传输通信系统 数字频带传输通信系统如图数字频带传输通信系统如图1-31-3所示。所示。信信源编码源编码的主要任务是提高数字信号传输的有的主要任务是提高数字信号传输的有效性。信源编码器的输出就是信息码元效性。信源编码器的输出就是信息码元,此外,此外,话音和图像压缩编码等都是在信源编码器内话音和图像压缩编码等都是在信源编码器内完成。接收端完成。接收端信源译码信源译码则是信源编码的逆过则是信源编码的逆过程。程。第一章第一章 绪论绪论15信信息息源源信信道道噪声源噪声源信信源源编编码码信信道道编编码码调调制制器器解解
11、调调器器信信道道译译码码信信源源解解码码收收信信者者GSM通信系统计算机通过网线连接图图1-3 1-3 数字通信系统模型数字通信系统模型 第一章第一章 绪论绪论16 信道编码信道编码的任务是提高数字信号传输的的任务是提高数字信号传输的可靠性。基本做法是在信息码组中按一定的可靠性。基本做法是在信息码组中按一定的规则附加一些监督码元,以使接收端根据相规则附加一些监督码元,以使接收端根据相应的规则进行检错和纠错,信道编码也称纠应的规则进行检错和纠错,信道编码也称纠错编码。接收端错编码。接收端信道译码信道译码是其相反的过程。是其相反的过程。数字通信系统还有一个非常重要的控制单数字通信系统还有一个非常重
12、要的控制单元,即同步系统(图元,即同步系统(图1-31-3没有画出)。它可以没有画出)。它可以使通信系统的收、发两端或整个通信系统,使通信系统的收、发两端或整个通信系统,以精度很高的时钟提供定时,以使系统的数以精度很高的时钟提供定时,以使系统的数据流能与发送端同步、有序而准确地接收与据流能与发送端同步、有序而准确地接收与恢复原信息。恢复原信息。第一章第一章 绪论绪论17 二、数字基带传输通信系统二、数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应,我们把没有调制器与频带传输系统相对应,我们把没有调制器/解调器的数字通信系统称为数字基带传输通解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统,如图信系统,如
13、图1-41-4所示。图中基带信号形成器所示。图中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等,接可能包括编码器、加密器以及波形变换等,接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。图图1-4 1-4 数字基带传输系统模型数字基带传输系统模型 第一章第一章 绪论绪论18数字通信与模拟通信比较数字通信与模拟通信比较模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 根据电信号参量是否离散进行判断根据电信号参量是否离散进行判断 二进制与多进制二进制与多进制模拟通信系统与数字通信系统模拟通信系统与数字通信系统模拟系统接收机必须处理无穷多个波形模拟系统接收机必须处理无穷多个波形数字系
14、统接收机处理已知波形集中有限个波形之一数字系统接收机处理已知波形集中有限个波形之一数字通信系统的优点数字通信系统的优点更好的抗失真和干扰的能力更好的抗失真和干扰的能力第一章第一章 绪论绪论19容易实现,成本低,更具灵活性容易实现,成本低,更具灵活性差错控制编码差错控制编码容易实现保密通信容易实现保密通信更适合数字业务,容易实现多网合一更适合数字业务,容易实现多网合一数字通信系统的缺点数字通信系统的缺点数字信号具有更宽的频带数字信号具有更宽的频带同步设备复杂同步设备复杂第一章第一章 绪论绪论201834年,高斯与韦伯制造出电磁式电报机;年,高斯与韦伯制造出电磁式电报机;1837年,莫尔斯发明有线
15、电报;年,莫尔斯发明有线电报;1842年,实现莫尔斯电报通信;年,实现莫尔斯电报通信;1864年,马克斯韦尔提出电磁辐射方程;年,马克斯韦尔提出电磁辐射方程;1876年,贝尔发明电话;年,贝尔发明电话;1896年,马可尼发明无线电报;年,马可尼发明无线电报;1918年,调幅无线电广播、超外差接收机问世;年,调幅无线电广播、超外差接收机问世;1925年,开始采用三路明线载波电话、多路通信;年,开始采用三路明线载波电话、多路通信;1936年,调频无线电广播开播;年,调频无线电广播开播;通信发展概况通信发展概况第一章第一章 绪论绪论211937年,发明脉冲编码调制原理;年,发明脉冲编码调制原理;19
16、38年,电视广播开播;年,电视广播开播;19401945年,年,“二次大战二次大战”刺激了雷达和微波通刺激了雷达和微波通信信系统的发展;系统的发展;1948年,发明晶体管,香农提出了信息论;年,发明晶体管,香农提出了信息论;1950年,时分多路通信应用于电话;年,时分多路通信应用于电话;1957年,发射第一颗人造卫星;年,发射第一颗人造卫星;1958年,发射第一颗通信卫星;年,发射第一颗通信卫星;1960年,发明激光;年,发明激光;1961年,发明集成电路;年,发明集成电路;第一章第一章 绪论绪论221962年,发射第一颗同步通信卫星,脉冲编码调制进年,发射第一颗同步通信卫星,脉冲编码调制进入
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