華東理工大學(xué)《通信原理》第一章 序論

1、1通信原理通信原理 袁偉娜袁偉娜電子與通信工程系電子與通信工程系華東理工大學(xué)華東理工大學(xué)2課程簡介課程簡介性質(zhì)性質(zhì) 通信工程通信工程、信息工程信息工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課。特點(diǎn)特點(diǎn)系統(tǒng)性強(qiáng)系統(tǒng)性強(qiáng)原理性強(qiáng)原理性強(qiáng)數(shù)學(xué)分析多數(shù)學(xué)分析多預(yù)備知識預(yù)備知識付氏變換（信號與系統(tǒng)）付氏變換（信號與系統(tǒng)）隨機(jī)過程（概率論）隨機(jī)過程（概率論）調(diào)制與解調(diào)（高頻）調(diào)制與解調(diào)（高頻）3主要教學(xué)形式主要教學(xué)形式 授課（授課（ppt教學(xué)和黑板板書）、指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)。教學(xué)和黑板板書）、指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)。學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法掌握基本概念、原理、特點(diǎn)和分析思路掌握基本概念、原理、特點(diǎn)和分析思路會進(jìn)行分析會進(jìn)行分析記住

2、結(jié)論記住結(jié)論 課程成績分配課程成績分配平時成績：平時成績：30%（出勤（出勤5、作業(yè)、作業(yè)5、期中考試、期中考試10、實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)10）期末考試：期末考試：70%4教材教材通信原理通信原理 樊昌信等編樊昌信等編 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社參考書參考書數(shù)字通信數(shù)字通信 基礎(chǔ)與應(yīng)用（第二版，英文版）基礎(chǔ)與應(yīng)用（第二版，英文版） 美美Bernard Sklar 著著 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社通信原理，續(xù)大我等編，北京郵電大學(xué)出版社通信原理，續(xù)大我等編，北京郵電大學(xué)出版社通信原理教程，樊昌信編通信原理教程，樊昌信編 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社通信原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解，王福昌，華中科技大學(xué)出版通信原

3、理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解，王福昌，華中科技大學(xué)出版社。社。通信原理考研指導(dǎo)，郝建軍等，北京郵電大學(xué)出版社通信原理考研指導(dǎo)，郝建軍等，北京郵電大學(xué)出版社。通信原理學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo)，沙濟(jì)彰等，科學(xué)出版社通信原理學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo)，沙濟(jì)彰等，科學(xué)出版社 5第一章第一章 緒論緒論1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通信系統(tǒng)組成通信系統(tǒng)組成1.3 1.3 通信系統(tǒng)分類及通信方式通信系統(tǒng)分類及通信方式1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 1.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)61.1 引言引言7通信的定義通信的定義通信：通信：信息的傳輸和交換。信息的傳輸和交換。通信方式：通信方式：運(yùn)動通信；電通信運(yùn)動通信；電通

4、信運(yùn)動通信：運(yùn)動通信：利用人力或機(jī)械的方式傳遞信息（郵政）利用人力或機(jī)械的方式傳遞信息（郵政）電通信：電通信：利用有線電、無線電、光學(xué)或其它電磁系統(tǒng)對符號、利用有線電、無線電、光學(xué)或其它電磁系統(tǒng)對符號、信號、文字、影象、聲音或任何信息的傳輸、發(fā)射或接收。信號、文字、影象、聲音或任何信息的傳輸、發(fā)射或接收。通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。發(fā)話人發(fā)話人空氣空氣聽話人聽話人信源信源信道信道信宿信宿通信系統(tǒng)簡圖8通信的隨機(jī)性：通信的隨機(jī)性：通信的本質(zhì)是隨機(jī)的通信的本質(zhì)是隨機(jī)的隨機(jī)信源隨機(jī)信源被發(fā)送的信號，在傳輸或接收端，會受到隨機(jī)形式的干被發(fā)送的

5、信號，在傳輸或接收端，會受到隨機(jī)形式的干擾（隨機(jī)噪聲）擾（隨機(jī)噪聲）9消息、信號、信息消息、信號、信息消息（消息（message)message)：通信系統(tǒng)要傳送的內(nèi)容，例如：語音、文通信系統(tǒng)要傳送的內(nèi)容，例如：語音、文字、圖象等字、圖象等根據(jù)消息的狀態(tài)可分為：根據(jù)消息的狀態(tài)可分為：離散消息：可數(shù)的消息狀態(tài)離散消息：可數(shù)的消息狀態(tài)( ( 符號、文字、數(shù)據(jù)等符號、文字、數(shù)據(jù)等) )連續(xù)消息：連續(xù)的消息狀態(tài)連續(xù)消息：連續(xù)的消息狀態(tài)( ( 語音、圖像等語音、圖像等) )（電）信號（電）信號（signal)signal)：傳輸消息的手段，是消息的載體。傳輸消息的手段，是消息的載體。在通信系統(tǒng)中是用電信

6、號的某一個或多個參量在通信系統(tǒng)中是用電信號的某一個或多個參量( (頻率、幅值、相位等頻率、幅值、相位等) )來承載消息。來承載消息。按代表消息的參量的取值方式不同，可分為模擬信號和數(shù)字信號按代表消息的參量的取值方式不同，可分為模擬信號和數(shù)字信號區(qū)分模擬信號和數(shù)字信號的準(zhǔn)繩是看其取值是連續(xù)的還是離散的，而區(qū)分模擬信號和數(shù)字信號的準(zhǔn)繩是看其取值是連續(xù)的還是離散的，而不是看時間。數(shù)字信號在時間上可以是連續(xù)的，模擬信號在時間上可不是看時間。數(shù)字信號在時間上可以是連續(xù)的，模擬信號在時間上可能是離散的。能是離散的。信息信息(information)(information)：消息中包含的新的，有意義的且可

7、被消息中包含的新的，有意義的且可被理解的、不可壓縮的東西，消息是信息的載體。理解的、不可壓縮的東西，消息是信息的載體。10通信技術(shù)發(fā)展歷史（通信技術(shù)發(fā)展歷史（1 1） 19 19世紀(jì)發(fā)展電通信以來，通信技術(shù)的發(fā)展很快，其發(fā)世紀(jì)發(fā)展電通信以來，通信技術(shù)的發(fā)展很快，其發(fā)展簡史如下：展簡史如下：A.D.1844A.D.1844，MorseMorse在華盛頓與巴爾的摩之間發(fā)送世界在華盛頓與巴爾的摩之間發(fā)送世界 上上第一份電報第一份電報（數(shù)字通信）（數(shù)字通信）A.D.1864A.D.1864，MaxwellMaxwell提出提出電磁輻射方程電磁輻射方程A.D.1876A.D.1876，BellBell發(fā)

8、明發(fā)明電話電話并獲得專利（模擬通信）并獲得專利（模擬通信）A.D.1896A.D.1896，MarconiMarconi發(fā)明發(fā)明無線電報無線電報A.D.1918A.D.1918，AMAM廣播，廣播，超外差接收機(jī)超外差接收機(jī)問世問世A.D.1936A.D.1936，BBCBBC開始開始電視廣播電視廣播A.D.1937A.D.1937，Alex ReevesAlex Reeves構(gòu)想出構(gòu)想出PCMPCM原理原理A.D.1948A.D.1948，ShannonShannon提出提出信息論信息論A.D.1962A.D.1962，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星；，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星；PCMPCM進(jìn)入實(shí)用進(jìn)入

9、實(shí)用11通信技術(shù)發(fā)展歷史（通信技術(shù)發(fā)展歷史（2 2）A.D.1963A.D.1963，IEEEIEEE成立成立A.D.1960-1970 A.D.1960-1970 彩色電視機(jī)彩色電視機(jī)問世；數(shù)字傳輸理論與技問世；數(shù)字傳輸理論與技術(shù)迅速發(fā)展；出現(xiàn)高速數(shù)字電子計(jì)算機(jī)術(shù)迅速發(fā)展；出現(xiàn)高速數(shù)字電子計(jì)算機(jī)A.D.1970-1980A.D.1970-1980，VLSIVLSI、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、光纖通信、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、光纖通信系統(tǒng)、微處理器迅速發(fā)展系統(tǒng)、微處理器迅速發(fā)展A.D.1985A.D.1985，傳真機(jī)普遍實(shí)用，傳真機(jī)普遍實(shí)用A.D.1989A.D.1989，MotoralaMotorala引入便

10、攜式蜂窩移動電話引入便攜式蜂窩移動電話A.D. 1990A.D. 1990至今：至今：InternetInternet、 GSMGSM與與CDMACDMA、ISDNISDN、 xDSLxDSL、HDTVHDTV、GPSGPS 軟件無線電、軟件無線電、ATMATM與與IPIP、藍(lán)牙技術(shù)，、藍(lán)牙技術(shù)，SDH 3G 4GSDH 3G 4G . .121.2 通信系統(tǒng)組成通信系統(tǒng)組成13通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型信息源信息源把消息轉(zhuǎn)換成原始電信號（基帶信號），把消息轉(zhuǎn)換成原始電信號（基帶信號），即完成即完成“非電量非電量”到到“電量電量”的變換。（如：話筒，攝像機(jī)等）的變換。（如：話筒，攝像

11、機(jī)等）發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備將原始電信號變成適合在信道傳輸?shù)男问綄⒃茧娦盘栕兂蛇m合在信道傳輸?shù)男问剑ㄈ纾壕幋a器、調(diào)制器等）（如：編碼器、調(diào)制器等）信道信道信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)，包括有線信道和無線信道信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)，包括有線信道和無線信道接收設(shè)備接收設(shè)備將信道中送來的將信道中送來的帶有噪聲和干擾的接帶有噪聲和干擾的接收信號正確還原成原始電信號收信號正確還原成原始電信號受信者受信者將復(fù)原的原始電信號還原成消息。將復(fù)原的原始電信號還原成消息。（如：揚(yáng)聲器、顯象管等）（如：揚(yáng)聲器、顯象管等）噪聲源：信道中或通信系統(tǒng)各噪聲和干擾的等效集中表示，為了分析方便，我們把噪噪聲源：信道中或通信系統(tǒng)各噪聲和干擾的等效集中表

12、示，為了分析方便，我們把噪聲和干擾理想化，并認(rèn)為是從信道中引入的。聲和干擾理想化，并認(rèn)為是從信道中引入的。接收接收設(shè)備設(shè)備信信源源發(fā)送發(fā)送設(shè)備設(shè)備信信道道信信宿宿噪聲與干擾噪聲與干擾發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端消息消息原始電原始電信號信號變換電變換電信號信號接收電接收電信號信號原始電原始電信號信號消息消息14模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型連續(xù)連續(xù)消息消息頻帶信號頻帶信號模擬模擬信信息息源源調(diào)調(diào)制制器器信信道道解解調(diào)調(diào)器器受受信信者者噪聲源噪聲源發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端電信號電信號已調(diào)已調(diào)信號信號有擾有擾信號信號電信號電信號連續(xù)連續(xù)消息消息噪聲電信號噪聲電信號基帶信號基帶信號基帶信號基帶信號模擬通

13、信中強(qiáng)調(diào)已調(diào)信號模擬通信中強(qiáng)調(diào)已調(diào)信號參量與基帶信號成比例參量與基帶信號成比例15信息源信息源模擬通信中的信息源是狀態(tài)連續(xù)的模擬信號模擬通信中的信息源是狀態(tài)連續(xù)的模擬信號調(diào)制器調(diào)制器進(jìn)行頻譜搬移，將原始的基帶信號變換成適合進(jìn)行頻譜搬移，將原始的基帶信號變換成適合在不同信道內(nèi)傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。（線性調(diào)制和非線性調(diào)制）在不同信道內(nèi)傳輸?shù)囊颜{(diào)信號。（線性調(diào)制和非線性調(diào)制）解調(diào)器解調(diào)器將已調(diào)信號還原成基帶信號，解調(diào)是調(diào)制的反將已調(diào)信號還原成基帶信號，解調(diào)是調(diào)制的反過程。（相干解調(diào)和非相干解調(diào)）過程。（相干解調(diào)和非相干解調(diào)）基帶：基帶：來自信源（和經(jīng)過編碼）的信號所占用的頻帶稱為來自信源（和經(jīng)過編碼）的信

14、號所占用的頻帶稱為基本頻帶，簡稱基帶。基本頻帶，簡稱基帶?；鶐盘枺夯鶐盘枺簛碜孕旁矗ê徒?jīng)過編碼）的信號，通常包含較來自信源（和經(jīng)過編碼）的信號，通常包含較低頻率的分量，甚至包含直流分量低頻率的分量，甚至包含直流分量頻帶信號：頻帶信號：經(jīng)過載波調(diào)制后的信號稱為頻帶信號。經(jīng)過載波調(diào)制后的信號稱為頻帶信號。16數(shù)字（調(diào)制）通信系統(tǒng)模型數(shù)字（調(diào)制）通信系統(tǒng)模型信信源源信信宿宿信信源源編編碼碼信信道道編編碼碼調(diào)調(diào)制制器器信信道道干擾與噪聲干擾與噪聲信信源源解解碼碼信信道道譯譯碼碼解解調(diào)調(diào)器器1 11 1 0 01 10 01 11 11 1 0 01 10 01 1同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)基帶信號基帶信號頻

15、帶信號頻帶信號基帶信號基帶信號壓壓縮縮編編碼碼保保密密編編碼碼信源編碼信源編碼數(shù)字通信中強(qiáng)調(diào)已調(diào)頻帶信數(shù)字通信中強(qiáng)調(diào)已調(diào)頻帶信號參量與基帶信號一一對應(yīng)號參量與基帶信號一一對應(yīng)17信源編信源編/ /譯碼器譯碼器(Source Encoder/Decoder)(Source Encoder/Decoder)：信源編碼器的作用信源編碼器的作用包括：提高消息傳輸?shù)陌踩?、有效性，將模擬信號轉(zhuǎn)換成為包括：提高消息傳輸?shù)陌踩?、有效性，將模擬信號轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號從而實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。信源譯碼器是信源編數(shù)字信號從而實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。信源譯碼器是信源編碼器的逆處理。碼器的逆處理。信源編信源編/ /

16、譯碼器通過采用加密技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)，提高數(shù)字信息傳譯碼器通過采用加密技術(shù)和數(shù)字壓縮技術(shù)，提高數(shù)字信息傳輸?shù)陌踩?，減少數(shù)字信息的冗余度，從而提高傳輸效率。輸?shù)陌踩裕瑴p少數(shù)字信息的冗余度，從而提高傳輸效率。通過采用模數(shù)通過采用模數(shù)( (A/D A/D ) )變換，可以將模擬信息源輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為變換，可以將模擬信息源輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。數(shù)字信號，從而實(shí)現(xiàn)模擬信號的數(shù)字傳輸。( (參見第參見第7 7章章) )信道編信道編/ /譯器譯器(Channel Encoder/Decoder)(Channel Encoder/Decoder)：信道編碼器的目的信

17、道編碼器的目的是提高信號傳輸?shù)目煽啃允翘岣咝盘杺鬏數(shù)目煽啃园凑找欢ǖ囊?guī)則在數(shù)字信號中添加一些保護(hù)成分按照一定的規(guī)則在數(shù)字信號中添加一些保護(hù)成分( (冗余信息），從而冗余信息），從而提高數(shù)字信息對抗噪聲和干擾的能力。提高數(shù)字信息對抗噪聲和干擾的能力。信道譯碼器按照對應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼的過程中發(fā)現(xiàn)和糾正錯信道譯碼器按照對應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼的過程中發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，從而提高數(shù)字信息的傳輸可靠性。誤，從而提高數(shù)字信息的傳輸可靠性。調(diào)制調(diào)制( (Modulate) )：使經(jīng)過編碼的信號特性與信道的特性相適使經(jīng)過編碼的信號特性與信道的特性相適應(yīng)，使信號經(jīng)過調(diào)制后能夠順利通過信道傳輸。應(yīng)，使信號經(jīng)

18、過調(diào)制后能夠順利通過信道傳輸。18模擬信號數(shù)字化傳輸模擬信號數(shù)字化傳輸模模擬擬信信號號A/D數(shù)數(shù)字字通通信信系系統(tǒng)統(tǒng)D/A受受信信者者1 11 1 0 01 10 01 11 11 1 0 01 10 01 119數(shù)字通信與模擬通信比較數(shù)字通信與模擬通信比較數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)n可再生更好的抗失真和干擾的能力可再生更好的抗失真和干擾的能力n信道編碼技術(shù)信號傳輸質(zhì)量好，可靠信道編碼技術(shù)信號傳輸質(zhì)量好，可靠性高性高n數(shù)字加解密技術(shù)保密性好數(shù)字加解密技術(shù)保密性好n數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展容易實(shí)現(xiàn)，數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展容易實(shí)現(xiàn)，成本低，更具靈活性成本低，更具靈活性n更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易

19、實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容易實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)n同步設(shè)備復(fù)雜位同步，幀同步設(shè)備復(fù)雜位同步，幀同步同步n占用帶寬較寬例如一路模占用帶寬較寬例如一路模擬電話所需帶寬為擬電話所需帶寬為4KHz，而，而一路數(shù)字電話的帶寬可以達(dá)一路數(shù)字電話的帶寬可以達(dá)到幾十千赫到幾十千赫(64KHz)。發(fā)端發(fā)端放大放大收端收端發(fā)端發(fā)端再生再生收端收端201.3 通信系統(tǒng)分類及傳輸方式通信系統(tǒng)分類及傳輸方式21通信系統(tǒng)的分類（通信系統(tǒng)的分類（1）按消息的物理特征按消息的物理特征電話通信：傳送消息是語音信號電話通信：傳送消息是語音信號電報通信：傳送的消息是文字、符號電報通信：傳送的消息是文

20、字、符號圖象通信：靜止圖象（傳真）和活動圖象（視頻）圖象通信：靜止圖象（傳真）和活動圖象（視頻）數(shù)據(jù)通信：一種總稱，傳送數(shù)據(jù)流（語音、圖象、文字等）數(shù)據(jù)通信：一種總稱，傳送數(shù)據(jù)流（語音、圖象、文字等）按調(diào)制方式按調(diào)制方式基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送基帶傳輸：未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送頻帶（調(diào)制）傳輸頻帶（調(diào)制）傳輸連續(xù)波調(diào)制（載波為連續(xù)信號）連續(xù)波調(diào)制（載波為連續(xù)信號）模擬線性調(diào)制模擬線性調(diào)制(AM(AM、DSBDSB、SSBSSB、VSBVSB）、模擬非線性調(diào)制）、模擬非線性調(diào)制(FM(FM、PMPM）數(shù)字調(diào)制（數(shù)字調(diào)制（FSKFSK、PSKPSK、ASKASK）脈沖調(diào)制（載波為矩形脈沖）脈

21、沖調(diào)制（載波為矩形脈沖）脈沖模擬調(diào)制（脈沖模擬調(diào)制（PAMPAM）、脈沖數(shù)字調(diào)制（）、脈沖數(shù)字調(diào)制（PCMPCM、DPCMDPCM）22常用調(diào)制方式及用途常用調(diào)制方式及用途數(shù)字微波、空間通信數(shù)字微波、空間通信其它如其它如QAMQAM，MSKMSK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控相位鍵控PSKPSK、DPSKDPSK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控頻移鍵控FSKFSK數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸振幅鍵控振幅鍵控ASKASK數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式相位調(diào)制相位調(diào)制PMPM微波中繼，衛(wèi)星通信微波中繼，衛(wèi)星通信頻率調(diào)制頻率調(diào)制FMFM非線性調(diào)制非線性調(diào)制立體聲廣播立體聲廣播雙邊帶雙邊帶DSBDSB載波通信，短波無

22、線電載波通信，短波無線電單邊帶單邊帶SSBSSB線性調(diào)制線性調(diào)制廣播廣播常規(guī)雙邊帶常規(guī)雙邊帶AMAM用途用途調(diào)制方式調(diào)制方式載波調(diào)制23市話中繼線、衛(wèi)星、空市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信間通信脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制PCMPCM脈沖數(shù)脈沖數(shù)字調(diào)制字調(diào)制遙測、光纖傳輸遙測、光纖傳輸脈位調(diào)制脈位調(diào)制PPMPPM中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制PDMPDM脈沖脈沖模擬模擬調(diào)制調(diào)制中間調(diào)制方式，遙測中間調(diào)制方式，遙測脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制PAMPAM用途用途調(diào)制方式調(diào)制方式脈沖調(diào)制電視電話、圖象編碼電視電話、圖象編碼差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制DPCMDPCM軍用、民用數(shù)字電話軍用、民用數(shù)字電話增量調(diào)制增量調(diào)制DM

23、DM中速數(shù)字電話中速數(shù)字電話其它編碼方式其它編碼方式ADPCMADPCM24通信系統(tǒng)的分類（通信系統(tǒng)的分類（2）按傳輸信號特征按傳輸信號特征模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號模擬通信系統(tǒng)：傳輸模擬信號數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號按信號復(fù)用方式按信號復(fù)用方式頻分復(fù)用（頻分復(fù)用（FDM）時分復(fù)用（時分復(fù)用（TDM）碼分復(fù)用（碼分復(fù)用（CDM）波分復(fù)用（波分復(fù)用（WDM）按傳輸媒介按傳輸媒介有線（電纜通信、光纖通信）有線（電纜通信、光纖通信）無線（微波中繼，衛(wèi)星和移動通信）無線（微波中繼，衛(wèi)星和移動通信）ft1tt2 t3TDMAtfc1c2c3CDMAf2f3tff1FDMAFDM

24、A25通信系統(tǒng)的分類（通信系統(tǒng)的分類（3）頻率范圍頻率范圍波長波長符號符號傳輸媒介傳輸媒介用途用途108104 m 甚低頻甚低頻VLF有線線對有線線對長波長波無線電無線電音頻、電話、音頻、電話、數(shù)據(jù)終端等數(shù)據(jù)終端等30kHz-300kHz104103 m低頻低頻LF有線線對有線線對長波長波無線電無線電導(dǎo)航、電力線導(dǎo)航、電力線通信等通信等300kHz-3MHz103102 m中頻中頻MF同軸電纜同軸電纜中波中波無線電無線電調(diào)幅廣播、業(yè)調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電等余無線電等3MHz-30MHz10210 m高頻高頻HF同軸電纜同軸電纜短波短波無線電無線電短波廣播等短波廣播等30MHz-300MHz101

25、 m甚高頻甚高頻VHF同軸電纜同軸電纜米波無線電米波無線電電視、調(diào)頻廣電視、調(diào)頻廣播等播等3Hz-30kHz常用傳輸媒介及用途常用傳輸媒介及用途26通信系統(tǒng)的分類（通信系統(tǒng)的分類（4）頻率范圍頻率范圍波長波長符號符號傳輸媒介傳輸媒介用途用途10010cm 特高頻特高頻ULF波導(dǎo)波導(dǎo)分米波無線分米波無線電電電視、雷達(dá)電視、雷達(dá)導(dǎo)航、移動導(dǎo)航、移動通信等通信等3GHz-30GHz101cm超高頻超高頻SHF波導(dǎo)波導(dǎo)厘米波厘米波無線無線電電微波中繼、微波中繼、衛(wèi)星通信等衛(wèi)星通信等30GHz-300GHz101mm極高頻極高頻EHF波導(dǎo)波導(dǎo)毫米波毫米波無線無線電電雷達(dá)、微波雷達(dá)、微波中繼等中繼等105

26、-107GHz3 10-43 10-6 cm紫外、可見紫外、可見光、紅外光、紅外光纖光纖激光空間傳激光空間傳播播光通信、遙光通信、遙控等控等300MHz-3GHz27通信傳輸方式（通信傳輸方式（1）發(fā)端發(fā)端信道信道收端收端單單 工工 半雙工半雙工發(fā)端發(fā)端信道信道收端收端收端收端發(fā)端發(fā)端雙雙 工工發(fā)端發(fā)端信道信道收端收端收端收端發(fā)端發(fā)端信道信道消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進(jìn)行接收和發(fā)送消息的工作方式。通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進(jìn)行接收和發(fā)送消息的工作方式。通信雙方可以同時進(jìn)行接收和發(fā)送消息的工作方式。通信雙方可以同時進(jìn)行接收和

27、發(fā)送消息的工作方式。28串行傳輸與并行傳輸串行傳輸與并行傳輸串行：碼組的各位被依次串行送出串行：碼組的各位被依次串行送出并行：碼組的所有碼元被并列同步傳送，堪稱并行：碼組的所有碼元被并列同步傳送，堪稱“齊步走齊步走”b7b6b5b4b3b2b0b1b7b6b5b4b3b2b0b1信道b7b6b5b4b3b2b0b1b7b6b5b4b3b2b0b1.按照數(shù)字信號排列順序分類按照數(shù)字信號排列順序分類29通信傳輸方式（通信傳輸方式（2）同步傳輸與異步傳輸同步傳輸與異步傳輸并行傳輸中的各位必須同步并行傳輸中的各位必須同步串行傳輸則有同步與異步之分串行傳輸則有同步與異步之分b7b6b5b4b3b2b0b

28、1b7b6b5b4b3b2b0b1碼組碼組傳送方向串行數(shù)據(jù)流位同步脈沖幀同步脈沖串行數(shù)據(jù)流的同步傳輸30串行傳輸?shù)漠惒絺鬏敶袀鬏數(shù)漠惒絺鬏斣诋惒椒绞较?，一般在傳送的同一個數(shù)據(jù)幀內(nèi)各個碼在異步方式下，一般在傳送的同一個數(shù)據(jù)幀內(nèi)各個碼元是緊密排列，一位接一位，而各幀之間則可能有間元是緊密排列，一位接一位，而各幀之間則可能有間隔，間隔大小不定。隔，間隔大小不定。通信傳輸方式（通信傳輸方式（3）碼組1碼組2傳送方向串行數(shù)據(jù)流起元b7 b0止元起元b7 b0止元起元b7 b0止元間隔間隔碼組3串行數(shù)據(jù)流的異步傳輸311.4 信息及其度量信息及其度量32離散信源的度量離散信源的度量直觀經(jīng)驗(yàn)直觀經(jīng)驗(yàn)消息出

29、現(xiàn)的可能性越小，攜帶的信息量就越大；消息出現(xiàn)的可能性越小，攜帶的信息量就越大；消息持續(xù)時間越長，攜帶的信息量越大；消息持續(xù)時間越長，攜帶的信息量越大；信息量的定義信息量的定義1）單個離散消息單個離散消息x所攜帶的信息量所攜帶的信息量其中其中P(x)為消息為消息x發(fā)生的概率，以發(fā)生的概率，以2為底時，單位為底時，單位bit ,a=10, 哈特萊哈特萊,a=e, 奈特奈特信息及其度量（信息及其度量（1）)(1logxPIa33信息及其度量（信息及其度量（2）例例1已知二元離散信源只有已知二元離散信源只有“0”、“1”兩種符號，若兩種符號，若“0”出出現(xiàn)的概率為現(xiàn)的概率為1/3，則出現(xiàn)，則出現(xiàn)“1”

30、的信息量為的信息量為 例例2若用若用M進(jìn)制波形之一來傳送進(jìn)制波形之一來傳送M個消息之一，且這個消息之一，且這M個消息個消息出現(xiàn)的概率是相等的，則發(fā)送每一波形的信息量為出現(xiàn)的概率是相等的，則發(fā)送每一波形的信息量為若若M=2，有，有 )(585.0)23(log)1(2bitI)(log)/11(log22bitMMI)(1 bitI 34信息及其度量（信息及其度量（3）注意注意：用二進(jìn)制信號傳送二進(jìn)制消息時，當(dāng)消息出現(xiàn)：用二進(jìn)制信號傳送二進(jìn)制消息時，當(dāng)消息出現(xiàn)的概率相等時，的概率相等時， 每一信號攜帶的信息量為每一信號攜帶的信息量為1bit。+1-1t+1t+1/2t-1/2t-1t（二進(jìn)制信號

31、）（4進(jìn)制信號）1)1( I2)1( I35信息及其度量（信息及其度量（4）2）一串符號構(gòu)成消息的信息量 離散信源離散信源X產(chǎn)生的由一串符號構(gòu)成的消息中攜帶的產(chǎn)生的由一串符號構(gòu)成的消息中攜帶的信息量為信息量為:其中，其中，ni、P(xi)分別為第分別為第i個符號出現(xiàn)的次數(shù)和概率，個符號出現(xiàn)的次數(shù)和概率，N為離散信源中符號的個數(shù)。為離散信源中符號的個數(shù)。)(log21iNiixPnI36信息及其度量（信息及其度量（5）例例3一信源由一信源由4個符號個符號0,1,2,3組成組成,它們出現(xiàn)的概率分它們出現(xiàn)的概率分別為別為3/8,1/4,1/4和和1/8,且每個符號的出現(xiàn)都是獨(dú)立且每個符號的出現(xiàn)都是獨(dú)

32、立的的.試求消息試求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210 的信息量的信息量. 0 23次次,114次次,213次次,37次次每符號每符號“0”攜帶的信息量為攜帶的信息量為: log2(8/3)=1.415每符號每符號“1”攜帶的信息量為攜帶的信息量為: log2(4)=2每符號每符號“2”攜帶的信息量為攜帶的信息量為: log2(4)=2每符號每符號“3”攜帶的信息量為攜帶的信息量為: log2(8)=3 37信息及其度量（信息及其度量（6）消息的信息量為消息的信息量為每符號的算術(shù)平均信息量為每符號的算術(shù)平均信息

33、量為 ) 8 (log7) 4(log13) 4(log14)38(log232222I)(108 bit符號）/(89. 157108bitI38信息及其度量（信息及其度量（7）3）離散信源平均信息量(熵) 離散信源離散信源X每個符號每個符號xi所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值其中其中P(xi)為第為第i個符號出現(xiàn)概率，個符號出現(xiàn)概率，N為離散信源中符為離散信源中符號的個數(shù)。號的個數(shù)。 在在例例3中中,離散信源的平均信息量為離散信源的平均信息量為)(log)()(21iNiixPxPxH) 8 (log81) 4(log41) 4(log41)38(log832222H)(906

34、. 1bit39信息及其度量（信息及其度量（8）4）離散信源最大熵 當(dāng)離散信源中每個符號等概出現(xiàn)且各符號出現(xiàn)為當(dāng)離散信源中每個符號等概出現(xiàn)且各符號出現(xiàn)為統(tǒng)計(jì)獨(dú)立時統(tǒng)計(jì)獨(dú)立時,該信源有最大平均信息量該信源有最大平均信息量:NNNHNi221maxlog1log140信息及其度量（信息及其度量（9）連續(xù)信源的信息度量連續(xù)信源的信息度量連續(xù)信息的平均信息量（相對）為連續(xù)信息的平均信息量（相對）為dxxfxfxH)(log)()(2411.5 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)42q有效性指標(biāo)有效性指標(biāo): :有效性是指傳輸一定信息量時所占用的信道資源數(shù)有效性是指傳輸一定信息量時所占用的信道資源數(shù)( (頻率范圍或

35、時間間隔頻率范圍或時間間隔) )( (模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)有不同的有效模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)有不同的有效性評估指標(biāo)性評估指標(biāo)!)!)v 模擬通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)：模擬通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)：有效傳輸頻帶寬度有效傳輸頻帶寬度( (帶寬帶寬) ) v 在傳輸?shù)男畔⒘坎蛔兊臈l件下，模擬通信系統(tǒng)所占用地有效帶寬在傳輸?shù)男畔⒘坎蛔兊臈l件下，模擬通信系統(tǒng)所占用地有效帶寬越小，系統(tǒng)的有效性越好。越小，系統(tǒng)的有效性越好。v 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)：數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)：傳輸速率和頻帶利用率傳輸速率和頻帶利用率v 傳輸速率和頻帶利用率分別反映了傳輸一定信息量時數(shù)字通信系傳輸速率和頻帶利用率分別反映

36、了傳輸一定信息量時數(shù)字通信系統(tǒng)所占用的信道時間間隔和頻帶寬度。統(tǒng)所占用的信道時間間隔和頻帶寬度。 傳輸速率：碼元傳輸速率：碼元( (消息符號消息符號) )傳輸速率和信息傳輸速率。傳輸速率和信息傳輸速率。 碼元傳輸速率：每秒鐘傳送的碼元個數(shù)碼元傳輸速率：每秒鐘傳送的碼元個數(shù)( (又稱碼元速率、傳碼又稱碼元速率、傳碼率、波特率率、波特率) )，常用符號，常用符號RB表示，單位為波特表示，單位為波特( (Baud= Symbol/s) )。43 傳輸速率傳輸速率( (續(xù)續(xù)) )：碼元：碼元( (消息符號消息符號) )傳輸速率和信息傳輸速率。傳輸速率和信息傳輸速率。 若信道上傳輸一個碼元符號所需的時間

37、間隔為若信道上傳輸一個碼元符號所需的時間間隔為Ts秒，則秒，則 注：碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，僅與傳輸一個碼元符號所需的時間間隔注：碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，僅與傳輸一個碼元符號所需的時間間隔Ts有關(guān)有關(guān)! 規(guī)定：每個二進(jìn)制碼元含有規(guī)定：每個二進(jìn)制碼元含有1bit1bit信息量。信息量。 信息傳輸速率：每秒鐘傳送的信息量信息傳輸速率：每秒鐘傳送的信息量( (又稱傳信率、比特率又稱傳信率、比特率) )，常用符，常用符號號Rb表示，單位為比特表示，單位為比特/ /秒秒( (bit/s) )。信息傳輸速率。信息傳輸速率Rb和碼元傳輸速率和碼元傳輸速率RB的關(guān)系的關(guān)系 H為數(shù)字信息源的平均信息量為數(shù)字信息源的

38、平均信息量( (單位：比特單位：比特/ /符號符號) )。 二進(jìn)制和二進(jìn)制和M進(jìn)制數(shù)字信號的比較：若二進(jìn)制和進(jìn)制數(shù)字信號的比較：若二進(jìn)制和M進(jìn)制數(shù)字信號均滿足進(jìn)制數(shù)字信號均滿足等概率取值的假設(shè)條件，則兩者的平均信息量等概率取值的假設(shè)條件，則兩者的平均信息量H2和和HM滿足滿足 若碼元傳輸速率若碼元傳輸速率RB保持不變的前提下，多進(jìn)制數(shù)字信號的信息傳輸速保持不變的前提下，多進(jìn)制數(shù)字信號的信息傳輸速率比二進(jìn)制數(shù)字信號高。率比二進(jìn)制數(shù)字信號高。BaudTRsB1sbitHRRBb/symbolbitMHsymbolbitHM/log,/12log22244 頻帶利用率：單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率或信息

39、傳輸速率頻帶利用率：單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率或信息傳輸速率( (又稱為帶寬又稱為帶寬效率效率) )。 若數(shù)字通信系統(tǒng)在給定的碼元傳輸速率若數(shù)字通信系統(tǒng)在給定的碼元傳輸速率RB或信息傳輸速率或信息傳輸速率Rb下所占下所占用的信道頻率帶寬為用的信道頻率帶寬為B(Hz)，則數(shù)字通信系統(tǒng)的頻帶利用率為，則數(shù)字通信系統(tǒng)的頻帶利用率為 在在數(shù)字通信系統(tǒng)的碼元傳輸速率數(shù)字通信系統(tǒng)的碼元傳輸速率RB一定時，在一定時，在等概取值條件等概取值條件下，多下，多進(jìn)制數(shù)字信號具有更高的頻帶利用率，因而多進(jìn)制數(shù)字信號具有更進(jìn)制數(shù)字信號具有更高的頻帶利用率，因而多進(jìn)制數(shù)字信號具有更好的傳輸有效性。好的傳輸有效性。 其中，其

40、中， 為為M進(jìn)制數(shù)字信號的頻帶利用率，進(jìn)制數(shù)字信號的頻帶利用率， 為二進(jìn)制數(shù)字信為二進(jìn)制數(shù)字信號的頻帶利用率。號的頻帶利用率。注：比較不同的數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性時，不能單看它們的傳輸速率，注：比較不同的數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性時，不能單看它們的傳輸速率，還應(yīng)比較它們的頻帶利用率還應(yīng)比較它們的頻帶利用率!HzsbitBRHzBaudBRbbBB/;/HzsbitMbMb/log22,Mb,2,b45q可靠性指標(biāo)可靠性指標(biāo): :可靠性是指接收消息的準(zhǔn)確程度可靠性是指接收消息的準(zhǔn)確程度( (模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)有不同的可靠性評估指標(biāo)通信系統(tǒng)有不同的可靠性評估指標(biāo)!)!)v 模擬通

41、信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)包括：模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)包括： 信噪比信噪比(signal-to-noise ratio) 百分比失真度百分比失真度(percent distortion) 發(fā)送端波形和接收波形的期望均方誤差等發(fā)送端波形和接收波形的期望均方誤差等。v 數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)為差錯率包括：數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)為差錯率包括： 誤碼率誤碼率Pe：碼元：碼元( (消息符號消息符號) )在傳輸過程中被傳錯在傳輸過程中被傳錯( (碼元丟失碼元丟失) )的概率。的概率。 誤碼率誤碼率Pb：碼元：碼元( (消息符號消息符號) )在傳輸過程中，其信息量被傳錯在傳輸過程中，其信息量被傳錯( (丟失丟失) )的的概率。概率。