通信原理第1章和緒論

1、6464學(xué)時(shí)，（學(xué)時(shí)，（5454學(xué)時(shí)授課學(xué)時(shí)授課1010學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）通信電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與電磁波通信電子線路、信號(hào)與系統(tǒng)、電磁場(chǎng)與電磁波 隨機(jī)信號(hào)分析、信息論隨機(jī)信號(hào)分析、信息論曹志剛等曹志剛等. .現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理. .北京：清華大學(xué)出版社北京：清華大學(xué)出版社必修課（考試）必修課（考試）樊昌信等樊昌信等. .通信原理（第五版）通信原理（第五版）. .北京北京: :國(guó)防工業(yè)出版社國(guó)防工業(yè)出版社,2001,2001 周炯槃等周炯槃等. .通信原理通信原理. .北京北京: :北京郵電大學(xué)出版社，北京郵電大學(xué)出版社，20022002 各類通信原理習(xí)題集和考研輔導(dǎo)書各類通信

2、原理習(xí)題集和考研輔導(dǎo)書西北工業(yè)大學(xué)西北工業(yè)大學(xué) /jp2004/16/內(nèi)容摘要：內(nèi)容摘要：常用通信術(shù)語(yǔ)常用通信術(shù)語(yǔ)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別通信系統(tǒng)組成和分類，通信系統(tǒng)組成和分類，數(shù)字通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)離散消息的信息量，平均信息量（信源熵）離散消息的信息量，平均信息量（信源熵）碼元素率、信息速率、頻帶利用率和誤碼率碼元素率、信息速率、頻帶利用率和誤碼率1.11.1通信系統(tǒng)的幾個(gè)基本概念通信系統(tǒng)的幾個(gè)基本概念 ：是信息的物理表現(xiàn)形式。分離散消息（消息狀態(tài)是信息的物理表現(xiàn)形式。分離散消息（消息狀態(tài) 可數(shù)或有限，如文字、

3、符號(hào)、數(shù)據(jù)等）和連續(xù)消可數(shù)或有限，如文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)等）和連續(xù)消 息（消息狀態(tài)連續(xù)化，如語(yǔ)言、活動(dòng)圖片等）。息（消息狀態(tài)連續(xù)化，如語(yǔ)言、活動(dòng)圖片等）。 ：是消息的內(nèi)涵，即消息中所包含的受信者原來(lái)不是消息的內(nèi)涵，即消息中所包含的受信者原來(lái)不 知而待知的內(nèi)容。知而待知的內(nèi)容。 ：是信息（或消息）的傳輸和交換。利用是信息（或消息）的傳輸和交換。利用“電電”來(lái)來(lái)傳傳 遞消息的方式稱為遞消息的方式稱為“電通信電通信”，簡(jiǎn)稱通信。，簡(jiǎn)稱通信。 因此，通信的根本目的是傳輸含有因此，通信的根本目的是傳輸含有的消息。的消息。 所以，所以，“通信通信”也就是也就是“信息傳輸信息傳輸”或或“消息傳消息傳輸輸”。：是

4、消息的電的表示形式（或者說(shuō)與消息對(duì)應(yīng)的電量是消息的電的表示形式（或者說(shuō)與消息對(duì)應(yīng)的電量 或光量）。電信號(hào)是消息傳遞的物質(zhì)載體，可用電或光量）。電信號(hào)是消息傳遞的物質(zhì)載體，可用電 信號(hào)的某一參數(shù)變化（如幅度、頻率、相位；或脈信號(hào)的某一參數(shù)變化（如幅度、頻率、相位；或脈 沖幅度、寬度和位置等）來(lái)傳遞消息的內(nèi)容。沖幅度、寬度和位置等）來(lái)傳遞消息的內(nèi)容。 ： 信號(hào)的參數(shù)只取有限個(gè)值（常常不直接與離散消息相信號(hào)的參數(shù)只取有限個(gè)值（常常不直接與離散消息相 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)如二進(jìn)制編碼信號(hào)）如二進(jìn)制編碼信號(hào)）. .如電報(bào)信號(hào)如電報(bào)信號(hào), ,計(jì)算機(jī)輸入計(jì)算機(jī)輸入 輸出數(shù)字信號(hào)，輸出數(shù)字信號(hào)，PCMPCM信號(hào)等。信號(hào)等

5、。： 信號(hào)的參數(shù)連續(xù)取值或無(wú)窮多個(gè)值（直接與連續(xù)消息信號(hào)的參數(shù)連續(xù)取值或無(wú)窮多個(gè)值（直接與連續(xù)消息 相對(duì)應(yīng)）。如話筒送出的語(yǔ)音信號(hào)，電視圖像信號(hào)等。相對(duì)應(yīng)）。如話筒送出的語(yǔ)音信號(hào)，電視圖像信號(hào)等。1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成. 消息的發(fā)出者。 是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成， 稱之為消息信號(hào)或分 為：模擬信源（電話、無(wú)線廣播、電視等）、 離散信源（電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等） 不同的信息源的不同，因而對(duì)傳輸系統(tǒng)的要求也不同一、一、 通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為。2 2、：原始電信號(hào)原始電信號(hào) 變成變成的信號(hào)的

6、信號(hào) 基本功能是將信源和信道基本功能是將信源和信道起來(lái)起來(lái) 即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)（） 對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼 ：是把連續(xù)消息變換為數(shù)字消息,提高傳輸?shù)摹?：是使數(shù)字信號(hào)與傳輸媒介匹配,提高傳輸?shù)摹?對(duì)有特殊要求的發(fā)送設(shè)備還包括以及等。3 3、是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。 無(wú)線信道中的，信道可以是大氣（自由空間），有線信道中，可以是明線、 電纜、光纖。 有線和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。 媒介的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到變換方式的選擇媒介的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到變換方式的選擇4、線路及系統(tǒng)各部分的噪聲集中

7、體現(xiàn)。線路及系統(tǒng)各部分的噪聲集中體現(xiàn)。 不是人為加入的設(shè)備不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道5、任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中出相應(yīng)出相應(yīng) 的原始基帶信號(hào)的原始基帶信號(hào) 完成與發(fā)送設(shè)備工作相反過(guò)程, 即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼解調(diào)、譯碼、解碼等6 6、消息的接收者消息的接收者 上述是通信系統(tǒng)，作為通信系統(tǒng)要求通信雙方都要有收發(fā)設(shè)備，若兩個(gè)方向都有各自的媒質(zhì)，則雙方均可獨(dú)立工作，若兩個(gè)方向共用一個(gè)媒介，必須采用頻率或時(shí)間分割的形式來(lái)共享*（見(jiàn)動(dòng)畫）（見(jiàn)動(dòng)畫）1.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類

8、通信系統(tǒng)的分類一、通信系統(tǒng)的分類有多種不同的方法,通常按照以下分類方法：n消息的物理特征消息的物理特征n電報(bào)通信系統(tǒng)n電話通信系統(tǒng)n數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)n圖像通信系統(tǒng)n調(diào)制方式調(diào)制方式n基帶傳輸系統(tǒng)：將未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接發(fā)送，如市內(nèi)電話n調(diào)制傳輸系統(tǒng)：對(duì)各種信號(hào)變換方式后傳輸?shù)目偡Qn信號(hào)特征信號(hào)特征n模擬通信系統(tǒng)、 數(shù)字通信系統(tǒng)n傳輸媒介傳輸媒介n有線通信、 無(wú)線通信n信號(hào)復(fù)用方式信號(hào)復(fù)用方式n頻分復(fù)用(FDMA)n時(shí)分復(fù)用(TDMA)n碼分復(fù)用(CDMA)1.4 1.4 通信技術(shù)發(fā)展概況通信技術(shù)發(fā)展概況古古代：代：公元前公元前800800年年( (周朝周朝) )，周幽王烽火戲諸侯。，周幽王烽火戲諸侯

9、。 應(yīng)用光通信的見(jiàn)證；應(yīng)用光通信的見(jiàn)證； 最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù)字通信。最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制數(shù)字通信。近代：近代：18201820年：安培發(fā)明電報(bào)通信，近代數(shù)字通信的開(kāi)始。年：安培發(fā)明電報(bào)通信，近代數(shù)字通信的開(kāi)始。18381838年：莫爾斯將電報(bào)通信推向?qū)嵱?。年：莫爾斯將電?bào)通信推向?qū)嵱谩?8761876年：貝爾發(fā)明電話，模擬通信的開(kāi)始。年：貝爾發(fā)明電話，模擬通信的開(kāi)始。1.4 1.4 通信技術(shù)發(fā)展概況通信技術(shù)發(fā)展概況： 數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)入高級(jí)發(fā)展階段。數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)入高級(jí)發(fā)展階段。 ： 數(shù)字通信迅猛發(fā)展；數(shù)字通信迅猛發(fā)展； 光纖通信也攜手同行。光纖通信也攜手同行。 兩者都成為現(xiàn)代通行網(wǎng)的主要支柱。兩者都成

10、為現(xiàn)代通行網(wǎng)的主要支柱。近代深空通信的一個(gè)成功范例近代深空通信的一個(gè)成功范例 美國(guó)宇航局美國(guó)宇航局20052005年年1 1月月1212日發(fā)射了用來(lái)探測(cè)彗星的日發(fā)射了用來(lái)探測(cè)彗星的“深度撞擊深度撞擊”號(hào)探測(cè)器，它的目標(biāo)是號(hào)探測(cè)器，它的目標(biāo)是“坦普爾一號(hào)坦普爾一號(hào)”彗星的彗核。彗星的彗核。 “ “深度撞擊深度撞擊”發(fā)射了一發(fā)發(fā)射了一發(fā)“炮彈炮彈”于于7 7月月4 4日與彗星日與彗星TEMPEL1TEMPEL1在距地球在距地球1.321.32億公里處億公里處相撞，并將觀測(cè)到的寶貴圖像和數(shù)據(jù)傳回地球（延時(shí)大約相撞，并將觀測(cè)到的寶貴圖像和數(shù)據(jù)傳回地球（延時(shí)大約7474分鐘）。分鐘）。對(duì)空通信、衛(wèi)星通信

11、對(duì)空通信、衛(wèi)星通信編隊(duì)通信、對(duì)岸通信編隊(duì)通信、對(duì)岸通信對(duì)潛通信（水聲）對(duì)潛通信（水聲）通信偵察、通信對(duì)抗通信偵察、通信對(duì)抗內(nèi)部通信（語(yǔ)音、數(shù)內(nèi)部通信（語(yǔ)音、數(shù) 據(jù)、圖像）據(jù)、圖像）甲板話音通信甲板話音通信 按照人類交流方式與技術(shù)的不同，可以把通信歷史按照人類交流方式與技術(shù)的不同，可以把通信歷史劃分以下幾個(gè)階段：劃分以下幾個(gè)階段： 第一階段第一階段 語(yǔ)言語(yǔ)言 第二階段第二階段 文字、郵政文字、郵政 第三階段第三階段 印刷術(shù)、出版物印刷術(shù)、出版物 第四階段第四階段 電報(bào)、電話、廣播電報(bào)、電話、廣播 第五階段第五階段 通信與計(jì)算機(jī)的結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)通信與計(jì)算機(jī)的結(jié)合、網(wǎng)絡(luò) 1753 1753年年2 2月月

12、1717日日，蘇格蘭人雜志上發(fā)表了一封署名，蘇格蘭人雜志上發(fā)表了一封署名C.MC.M的的書信。在這封信中，作者提出了書信。在這封信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他。他建議：把一組金屬線從一個(gè)地點(diǎn)延伸到另一個(gè)地點(diǎn)，每根金屬線建議：把一組金屬線從一個(gè)地點(diǎn)延伸到另一個(gè)地點(diǎn)，每根金屬線與一個(gè)字母相對(duì)應(yīng)。在一端發(fā)報(bào)時(shí)，便根據(jù)報(bào)文內(nèi)容將一條條金與一個(gè)字母相對(duì)應(yīng)。在一端發(fā)報(bào)時(shí)，便根據(jù)報(bào)文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機(jī)相連接，使它們依次通過(guò)電流。電流通過(guò)金屬線上屬線與靜電機(jī)相連接，使它們依次通過(guò)電流。電流通過(guò)金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來(lái)，的小球

13、便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來(lái)，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。 1844 1844年年5 5月月2424日日，莫爾斯從華盛頓，莫爾斯從華盛頓到巴爾蒂摩拍發(fā)人類歷史上的第一到巴爾蒂摩拍發(fā)人類歷史上的第一份電報(bào)。在座無(wú)虛席的國(guó)會(huì)大廈里份電報(bào)。在座無(wú)虛席的國(guó)會(huì)大廈里, ,莫爾斯用激動(dòng)得有些顫抖的雙手莫爾斯用激動(dòng)得有些顫抖的雙手, ,操縱著他傾注十余年心血研制成功操縱著他傾注十余年心血研制成功的電報(bào)機(jī)的電報(bào)機(jī), , 發(fā)出了發(fā)出了:“:“”一語(yǔ)。一語(yǔ)。 莫爾斯發(fā)出第一封莫爾斯發(fā)出第一封電報(bào)設(shè)備的復(fù)制品電報(bào)設(shè)備的復(fù)制品 最早的有線電話最早的有線電話 187

14、51875年年6 6月月2 2日日，美國(guó)人亞力山大，美國(guó)人亞力山大. .格雷厄姆格雷厄姆. .貝貝爾爾( (Bell,Alekander Graham)Bell,Alekander Graham)發(fā)明了電話。發(fā)明了電話。至今美國(guó)波士頓法院路至今美國(guó)波士頓法院路109109號(hào)的門口，仍釘號(hào)的門口，仍釘著塊鐫有：著塊鐫有：18751875年年6 6月月2 2日電話誕生在這里日電話誕生在這里的銅牌。的銅牌。18761876年年2 2月月1414日日，貝爾申請(qǐng)了那個(gè)著名的他和，貝爾申請(qǐng)了那個(gè)著名的他和沃森一直研究著的裝置沃森一直研究著的裝置電話的專利。電話的專利。同一天另一個(gè)發(fā)明家格雷（同一天另一個(gè)發(fā)

15、明家格雷（1835-19011835-1901）也）也向美國(guó)專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請(qǐng)向美國(guó)專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請(qǐng)書，只因比貝爾晚了幾個(gè)小時(shí)而痛失電話書，只因比貝爾晚了幾個(gè)小時(shí)而痛失電話發(fā)明權(quán)。發(fā)明權(quán)。 貝爾獲得電話貝爾獲得電話的專利證書的專利證書 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn) 1887 1887年年3 3月月2121日日，德國(guó)物理學(xué)家赫茲（，德國(guó)物理學(xué)家赫茲（HertzHertz）在實(shí)在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過(guò)空間傳到遠(yuǎn)處。這是驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過(guò)空間傳到遠(yuǎn)處。這是人類歷史上第一次證實(shí)了電磁波的存在。但赫茲斷然否人類歷史上第一次證實(shí)了電磁波的存在。但赫茲斷然否認(rèn)選用

16、電磁波進(jìn)行通信的可能性。他認(rèn)為如要利用電磁認(rèn)選用電磁波進(jìn)行通信的可能性。他認(rèn)為如要利用電磁波進(jìn)行通信的話，需要有一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木薏ㄟM(jìn)行通信的話，需要有一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R。型反射鏡。 最早的無(wú)線通信最早的無(wú)線通信 1895 1895年年5 5月月7 7日日，3636歲的歲的波波夫波波夫在彼德堡的在彼德堡的俄國(guó)物理化學(xué)會(huì)的物理分會(huì)上，宣讀了關(guān)俄國(guó)物理化學(xué)會(huì)的物理分會(huì)上，宣讀了關(guān)于于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文，并的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無(wú)線電接收機(jī)。當(dāng)他當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無(wú)線電接收機(jī)。當(dāng)他的助手在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)的助手在大廳的另一端接

17、通火花式電波發(fā)生器時(shí)，波波夫的無(wú)線電接收機(jī)便響起鈴生器時(shí)，波波夫的無(wú)線電接收機(jī)便響起鈴來(lái)；斷開(kāi)電波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾來(lái)；斷開(kāi)電波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了紀(jì)念波波夫在這一天的劃時(shí)十年后，為了紀(jì)念波波夫在這一天的劃時(shí)代創(chuàng)舉，當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)政府便把代創(chuàng)舉，當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)政府便把5 5月月7 7日定為日定為“無(wú)線電發(fā)明日無(wú)線電發(fā)明日”。 波波夫?qū)嶒?yàn)用的無(wú)線電接收機(jī)波波夫?qū)嶒?yàn)用的無(wú)線電接收機(jī) 人類首次遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信人類首次遠(yuǎn)距離無(wú)線電通信 18971897年年5 5月月1818日日, ,意大利無(wú)線電工程師意大利無(wú)線電工程師馬可尼馬可尼進(jìn)行橫跨布里斯托爾進(jìn)行橫跨布里斯托爾（BristolBri

18、stol）海峽的無(wú)線電通信取得成功，通信距離為海峽的無(wú)線電通信取得成功，通信距離為1414公里。公里。19061906年年, ,李李德弗雷斯特德弗雷斯特 Lee DeforestLee Deforest發(fā)明了真空三極管放大器。發(fā)明了真空三極管放大器。 19251925年年，英國(guó)發(fā)明家，英國(guó)發(fā)明家貝爾德貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成了世界在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成了世界上第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的電視機(jī)。上第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的電視機(jī)。19411941年年，美國(guó)衣阿華州立大學(xué)教授美國(guó)衣阿華州立大學(xué)教授約翰阿坦那索夫約翰阿坦那索夫 John John V.AtanasoffV.Atanasoff發(fā)明數(shù)字計(jì)算

19、機(jī)。發(fā)明數(shù)字計(jì)算機(jī)。19471947年年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的，貝爾實(shí)驗(yàn)室的史提夫史提夫 O.O.賴斯賴斯Steve O.RiceSteve O.Rice給出了噪聲的給出了噪聲的統(tǒng)計(jì)描述。統(tǒng)計(jì)描述。 19481948年年，貝爾實(shí)驗(yàn)室向公眾展，貝爾實(shí)驗(yàn)室向公眾展示了用以取代真空管的晶體示了用以取代真空管的晶體管。管。19481948年年，克勞德克勞德E香農(nóng)香農(nóng)Claude E.ShannonClaude E.Shannon發(fā)表了信息發(fā)表了信息論。論。著名的香農(nóng)公式：著名的香農(nóng)公式：2log1SCBNC C 信道容量信道容量B B 信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬S/N S/N 信號(hào)與噪聲的功率之比信號(hào)與噪聲的功率之比1

20、9571957年年1010月月4 4日日，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球上第一次收到了來(lái)自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航上第一次收到了來(lái)自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航天時(shí)代的開(kāi)始，也意味著一個(gè)利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的時(shí)代天時(shí)代的開(kāi)始，也意味著一個(gè)利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的時(shí)代即將到來(lái)。即將到來(lái)。19581958年年，發(fā)明了集成電路。，發(fā)明了集成電路。19641964年年，電子電話交換機(jī)投入使用。，電子電話交換機(jī)投入使用。19721972年年，摩托羅拉公司為，摩托羅拉公司為FCCFCC演示蜂窩電話系統(tǒng)。演示蜂窩電話系統(tǒng)。 Federal Communication

21、s Commission美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)簡(jiǎn)稱FCC19761976年年，出現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)。，出現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)。19791979年年，6464KBKB隨機(jī)存儲(chǔ)器的出現(xiàn)宣告超大規(guī)模集成（隨機(jī)存儲(chǔ)器的出現(xiàn)宣告超大規(guī)模集成（VLSIVLSI）電路時(shí)代的電路時(shí)代的到來(lái)。到來(lái)。19801980年年，貝爾公司推出，貝爾公司推出FT3FT3光纖通信系統(tǒng)。光纖通信系統(tǒng)。19851985年年，傳真機(jī)（，傳真機(jī)（FAXFAX）廣泛使用。廣泛使用。19891989年年，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）完成部署完成部署 。19951995年年，互聯(lián)網(wǎng)（，互聯(lián)網(wǎng)（InternetInternet）及及W

22、WWWWW瀏覽廣泛流行。瀏覽廣泛流行。20002000年至今年至今，進(jìn)入基于微處理器的數(shù)字信號(hào)處理、高速個(gè)人計(jì)算機(jī)、擴(kuò)，進(jìn)入基于微處理器的數(shù)字信號(hào)處理、高速個(gè)人計(jì)算機(jī)、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)字電視、數(shù)字廣播以及個(gè)人通信系頻通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)字電視、數(shù)字廣播以及個(gè)人通信系統(tǒng)時(shí)代。統(tǒng)時(shí)代。18711871年年，英國(guó)、俄羅斯、丹麥敷設(shè)的香港至上海、長(zhǎng)崎至上海的水線，英國(guó)、俄羅斯、丹麥敷設(shè)的香港至上海、長(zhǎng)崎至上海的水線，全長(zhǎng)全長(zhǎng)22372237海里。于海里。于18711871年年4 4月，違反清政府不得登陸的規(guī)定，由丹麥月，違反清政府不得登陸的規(guī)定，由丹麥大北電報(bào)公司出面，秘密從海上將

23、海纜引出，沿?fù)P子江、黃浦江敷設(shè)大北電報(bào)公司出面，秘密從海上將海纜引出，沿?fù)P子江、黃浦江敷設(shè)到上海市內(nèi)登陸，并在南京路到上海市內(nèi)登陸，并在南京路1212號(hào)設(shè)立報(bào)房。于號(hào)設(shè)立報(bào)房。于18711871年年6 6月月3 3日開(kāi)始日開(kāi)始通報(bào)。這是帝國(guó)主義入侵中國(guó)的第一條電報(bào)水線和在上海租界設(shè)立的通報(bào)。這是帝國(guó)主義入侵中國(guó)的第一條電報(bào)水線和在上海租界設(shè)立的電報(bào)局。電報(bào)局。 18751875年年，福建巡撫丁日昌積極倡導(dǎo)創(chuàng)辦電報(bào)。，福建巡撫丁日昌積極倡導(dǎo)創(chuàng)辦電報(bào)。18751875年在福建船政學(xué)堂年在福建船政學(xué)堂附設(shè)了電報(bào)學(xué)堂，培訓(xùn)電報(bào)技術(shù)人員。這是中國(guó)第一所電報(bào)學(xué)堂。附設(shè)了電報(bào)學(xué)堂，培訓(xùn)電報(bào)技術(shù)人員。這是中國(guó)

24、第一所電報(bào)學(xué)堂。 18991899年年，我國(guó)最早使用無(wú)線電通信的地區(qū)是廣州。早在，我國(guó)最早使用無(wú)線電通信的地區(qū)是廣州。早在18991899年，就在廣州督署、馬口、前山、威遠(yuǎn)等要塞以及年，就在廣州督署、馬口、前山、威遠(yuǎn)等要塞以及廣海、寶壁、龍?bào)J（廣海、寶壁、龍?bào)J（xing）、江大、江鞏等江防軍艦上）、江大、江鞏等江防軍艦上設(shè)立無(wú)線電機(jī)。設(shè)立無(wú)線電機(jī)。19081908年年，英商在上海英租界的匯中旅館私設(shè)了一部無(wú)線，英商在上海英租界的匯中旅館私設(shè)了一部無(wú)線電臺(tái)，與海上船舶通報(bào)。后由清政府收買，移裝到上海電臺(tái)，與海上船舶通報(bào)。后由清政府收買，移裝到上海電報(bào)總局內(nèi)，這是上海地區(qū)最早的無(wú)線電臺(tái)。電報(bào)總局內(nèi)

25、，這是上海地區(qū)最早的無(wú)線電臺(tái)。19211921年年1 1月月7 7日日，中國(guó)加入國(guó)際電報(bào)公約，中國(guó)加入國(guó)際電報(bào)公約19331933年年, ,中國(guó)電報(bào)通信首次使用打字電報(bào)機(jī)中國(guó)電報(bào)通信首次使用打字電報(bào)機(jī)新中國(guó)成立后新中國(guó)成立后19501950年年1212月月1212日日，我國(guó)第一條有線國(guó)際電話電路，我國(guó)第一條有線國(guó)際電話電路-北京北京至莫斯科的電話電路開(kāi)通。經(jīng)由蘇聯(lián)轉(zhuǎn)接通往東歐各國(guó)至莫斯科的電話電路開(kāi)通。經(jīng)由蘇聯(lián)轉(zhuǎn)接通往東歐各國(guó)的國(guó)際電話電路也陸續(xù)開(kāi)通。的國(guó)際電話電路也陸續(xù)開(kāi)通。19581958年年，上海試制成功第一部縱橫制自動(dòng)電話交換機(jī)，上海試制成功第一部縱橫制自動(dòng)電話交換機(jī) ，第一套國(guó)產(chǎn)明線

26、第一套國(guó)產(chǎn)明線1212路載波電話機(jī)研制成功路載波電話機(jī)研制成功 19701970年年，我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星（東方紅，我國(guó)第一顆人造衛(wèi)星（東方紅1 1號(hào)）發(fā)射成功。號(hào)）發(fā)射成功。19841984年年5 5月月1 1日日，廣州用，廣州用150150MHzMHz頻段開(kāi)通了我國(guó)第一個(gè)數(shù)頻段開(kāi)通了我國(guó)第一個(gè)數(shù)字尋呼系統(tǒng)。程控中文電報(bào)譯碼機(jī)通過(guò)鑒定并推廣使用字尋呼系統(tǒng)。程控中文電報(bào)譯碼機(jī)通過(guò)鑒定并推廣使用。首次具備國(guó)際直撥功能的編碼縱橫制自動(dòng)電話交換機(jī)。首次具備國(guó)際直撥功能的編碼縱橫制自動(dòng)電話交換機(jī)（HJ09HJ09型）研制成功。型）研制成功。19871987年年1111月月，廣州開(kāi)通了我國(guó)第一個(gè)移動(dòng)電話局

27、，首批，廣州開(kāi)通了我國(guó)第一個(gè)移動(dòng)電話局，首批用戶有用戶有700700個(gè)。個(gè)。 - -我國(guó)第一個(gè)我國(guó)第一個(gè)160160人工信息臺(tái)在上海投入人工信息臺(tái)在上海投入使用。使用。19931993年年9 9月月1919日日, ,我國(guó)第一個(gè)數(shù)字移動(dòng)電話通信網(wǎng)在浙江我國(guó)第一個(gè)數(shù)字移動(dòng)電話通信網(wǎng)在浙江省嘉興市首先開(kāi)通。省嘉興市首先開(kāi)通。19981998年年5 5月月1515日日，北京電信長(zhǎng)城，北京電信長(zhǎng)城CDMACDMA網(wǎng)商用試驗(yàn)網(wǎng)網(wǎng)商用試驗(yàn)網(wǎng)-133-133網(wǎng)，在北京、上海、廣州、西安投入試驗(yàn)。網(wǎng)，在北京、上海、廣州、西安投入試驗(yàn)。1.4 1.4 通信技術(shù)發(fā)展概況通信技術(shù)發(fā)展概況* *塞繆爾塞繆爾莫爾斯莫爾斯

28、（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872） 作為一名畫家是成功的。莫爾斯曾兩度赴歐洲留學(xué)，在肖像畫和歷史繪畫方面成了當(dāng)時(shí)公認(rèn)的一流畫家。1826年至1842年任美國(guó)畫家協(xié)會(huì)主席。 在一次遠(yuǎn)洋旅途中，莫爾斯結(jié)識(shí)了杰克遜。杰克遜是波士頓城的一位醫(yī)生，也是一位電學(xué)博士。閑聊中，杰克遜把話題轉(zhuǎn)到電磁感應(yīng)現(xiàn)象上。從此，莫爾斯走上了科學(xué)發(fā)明的崎嶇道路。 為了維持生活，莫爾斯于1836年不得不重操舊業(yè)，擔(dān)任紐約大學(xué)藝術(shù)及設(shè)計(jì)教授。課余時(shí)間，他仍然繼續(xù)從事電報(bào)發(fā)明工作。終于在1837年9月4日，莫爾斯制造出了一臺(tái)電報(bào)機(jī)。1844年5月24日，在華盛頓國(guó)會(huì)大廈聯(lián)邦最高法院會(huì)議廳

29、里，進(jìn)行電報(bào)發(fā)收試驗(yàn)。年過(guò)半百的莫爾斯在預(yù)先約定的時(shí)間，興奮地向巴爾的摩發(fā)出人類歷史上的第一份電報(bào)。他的助手很快收到那份只有一句話的電報(bào)：“上帝創(chuàng)造了何等的奇跡!”出生于美國(guó)愛(ài)丁堡，早年研究聲學(xué)。21歲時(shí)在倫敦大學(xué)攻讀生理解剖學(xué)。 1871年遷居加拿大。24歲時(shí)又移民美國(guó)，后加入美國(guó)國(guó)籍。 1872年起任波士頓大學(xué)語(yǔ)言生理學(xué)教授。在此時(shí)期，曾從事利用電流傳送聲音的研究。 1876年3月10日，他發(fā)明了有線電話，貝爾通過(guò)送話機(jī)與實(shí)驗(yàn)室的助手沃森首次通話成功。 1877年，建成從波士頓到紐約（300多公里）之間長(zhǎng)距離電話線通話。第一份用電話發(fā)出的新聞電訊稿被發(fā)送到波士頓世界報(bào)，標(biāo)志著電話為公眾所采

30、用。 1878年，貝爾電話公司正式成立。（1847-1922）美國(guó)電話發(fā)明者 1876年3月10日，美國(guó)發(fā)明家貝爾發(fā)明世界上第一部電話，并獲美國(guó)專利局批準(zhǔn)的電話專利。這是2005年8月11日拍攝的美國(guó)新澤西州默里山貝爾實(shí)驗(yàn)室博物館內(nèi)的世界第一部電話。 麥克斯韋麥克斯韋是19世紀(jì)偉大的英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家，經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的奠基人之一。19世紀(jì)最美妙的科學(xué)發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)理論的完成者，并且預(yù)言了電磁波的存在。 麥克斯韋1831年6月13日出生于愛(ài)丁堡。16歲時(shí)進(jìn)入愛(ài)丁堡大學(xué)，三年后轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，1854年畢業(yè)并留校任教，兩年后到蘇格蘭的馬里沙耳學(xué)院任自然哲學(xué)教授，1860年到倫

31、敦國(guó)王學(xué)院任教，1871年受聘籌建劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，并任第一任主任。1879年11月5日在劍橋逝世。 麥克斯韋在物理學(xué)中的最大貢獻(xiàn)是建立了統(tǒng)一的經(jīng)典電磁場(chǎng)理論和光的電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在。而這種理論預(yù)見(jiàn)后來(lái)得到了充分的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1873年，麥克斯韋完成巨著電磁學(xué)通論，這是一部可以同牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理相媲美的書，具有劃時(shí)代的意義，是牛頓以后科學(xué)史上的又一座豐碑。麥克斯韋麥克斯韋( (James Clerk James Clerk Maxwel1831Maxwel18311879)1879)英國(guó)物英國(guó)物理學(xué)家理學(xué)家 麥克斯韋在電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)方面也有重要貢獻(xiàn)。他建立了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的嚴(yán)格理論

32、，并重復(fù)卡文迪許的實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)精度提高了3個(gè)數(shù)量級(jí)。他的驗(yàn)證理論成為后世精確驗(yàn)證靜電力平方反比定律的依據(jù)。此外他還發(fā)明了麥克斯韋電橋。 麥克斯韋在分子動(dòng)理論方面的功績(jī)也是不可磨滅的。他運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法導(dǎo)出了分子運(yùn)動(dòng)的麥克斯韋速度分布律。還研究過(guò)土星的光環(huán)和視覺(jué)理論，創(chuàng)立了定量色度學(xué)。 麥克斯韋是運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析物理問(wèn)題和精確地表述科學(xué)思想的大師，他非常重視實(shí)驗(yàn)，由他負(fù)責(zé)建立起來(lái)的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，在他和以后幾位主任的領(lǐng)導(dǎo)下，發(fā)展成為舉世聞名的學(xué)術(shù)中心之一。他善于從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，經(jīng)過(guò)敏銳的觀察思考，應(yīng)用嫻熟的數(shù)學(xué)技巧，從縝密的分析和推理，大膽地提出有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的假設(shè)，建立新的理論，再使理論及其預(yù)言的結(jié)

33、論接受實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，逐漸完善，形成系統(tǒng)、完整的理論。特別是湯姆孫W卓有成效地運(yùn)用類比的方法使麥克斯韋深受啟示，使他成為建立各種模型來(lái)類比研究不同物理現(xiàn)象的能手。在他的電磁場(chǎng)理論的三篇論文中多次使用了類比研究方法，尋找到了不同現(xiàn)象之間的聯(lián)系，從而逐步揭示了科學(xué)真理。 麥克斯韋嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)研究方法是人類極其寶貴的精神財(cái)富。赫茲赫茲（1857-1857-18941894）德國(guó)）德國(guó)物理學(xué)家物理學(xué)家赫茲赫茲生于漢堡。早在少年時(shí)代就被光學(xué)和力學(xué)實(shí)驗(yàn)所吸引。十九歲入德累斯頓工學(xué)院學(xué)工程，由于對(duì)自然科學(xué)的愛(ài)好，次年轉(zhuǎn)入柏林大學(xué)，在物理學(xué)教授亥姆霍茲指導(dǎo)下學(xué)習(xí)。1885年任卡爾魯厄大學(xué)物理學(xué)教授。1889

34、年，接替克勞修斯擔(dān)任波恩大學(xué)物理學(xué)教授，直到逝世。 赫茲對(duì)人類最偉大的貢獻(xiàn)是用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。 1888年1月，赫茲將這些成果總結(jié)在論動(dòng)電效應(yīng)的傳播速度一文中。赫茲實(shí)驗(yàn)公布后，轟動(dòng)了全世界的科學(xué)界。由法拉第開(kāi)創(chuàng)，麥克斯韋總結(jié)的電磁理論，至此才取得決定性的勝利。 1888年，成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時(shí)代的意義，它不僅證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開(kāi)創(chuàng)了無(wú)線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。為了紀(jì)念他在電磁波發(fā)現(xiàn)中的卓越貢獻(xiàn)，后人將頻率的單位命名為赫茲。n設(shè)消息中所含的信息量為設(shè)消息中所含的信息量為I I，消息出現(xiàn)的概率為，消息出現(xiàn)的概率為P(X)，則它們之間的關(guān)系為，則它們

35、之間的關(guān)系為()( )1Iloglog PPaaXx w其中對(duì)數(shù)底其中對(duì)數(shù)底a決定信息量的單位，若決定信息量的單位，若a=2，I的單的單位為比特（位為比特（bit）；若）；若a=e，I的單位為奈特的單位為奈特（nit）；若）；若a=10，I的單位為十進(jìn)制單位。的單位為十進(jìn)制單位。w2、若干個(gè)獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，總信息量就是、若干個(gè)獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，總信息量就是若干個(gè)獨(dú)立事件的信息量的總和若干個(gè)獨(dú)立事件的信息量的總和。 nM=2M=2時(shí)，且兩種狀態(tài)出現(xiàn)的概率相等（等概率），時(shí)，且兩種狀態(tài)出現(xiàn)的概率相等（等概率），即即 ，則信息量為，則信息量為 nM2M2時(shí)，即時(shí)，即M M個(gè)狀態(tài)等概率出現(xiàn)，個(gè)狀

36、態(tài)等概率出現(xiàn)， ，則信息量為，則信息量為n如果如果M M是是2 2的冪次，即的冪次，即 ，則，則12P(x) 221Iloglog 21()1/2bit1MP(x) 221Iloglog M(bit)1/MkM2k22Ilog Mlog 2k(bit)3 3、等概率出現(xiàn)的離散消息的度量、等概率出現(xiàn)的離散消息的度量設(shè)離散消息源是一個(gè)有n個(gè)符號(hào)組成的集合 ，符號(hào)集中的每一個(gè)符號(hào) 在消息中是按一定概率獨(dú)立出現(xiàn)的 ，設(shè)符號(hào)集中各符號(hào)出現(xiàn)的概率為 ，并且有 ixiP(x )12n12nx ,x ,xP(x ),P(x ),P(x )nii 1P(x )14 4、非等概率情況下的離散消息的度量、非等概率情

37、況下的離散消息的度量則則 所包含的信息量分別是所包含的信息量分別是 則每個(gè)符號(hào)所包含信息量的則每個(gè)符號(hào)所包含信息量的為為12nx ,x ,x21222nlog P(x ), log P(x ), log P(x )121222n2nH P(x ) log P(x )P(x ) log P(x )P(x ) log P(x )ni2ii 1P(x )log P(x )(/bit 符號(hào)）消息傳輸?shù)?“速度速度”，即在給定信道內(nèi)能傳輸信 息內(nèi)容的多少內(nèi)容的多少消息傳輸?shù)?“質(zhì)量質(zhì)量”，即在給定的信道內(nèi)消息傳遞的準(zhǔn)確程度準(zhǔn)確程度 有效性和可靠性指標(biāo)既相互矛盾矛盾又相互聯(lián)系聯(lián)系還可以互換互換。通信的任務(wù)

38、是通信的任務(wù)是: : 傳遞信息傳遞信息傳輸信息的傳輸信息的和和是通信系統(tǒng)的是通信系統(tǒng)的最主要最主要的技術(shù)指標(biāo)的技術(shù)指標(biāo)n下面來(lái)看對(duì)模擬和數(shù)字系統(tǒng)的要求。 n有效性有效性可用來(lái)度量。（注意：調(diào)制方式不同，帶寬也不同）n可靠性可靠性用來(lái)度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。 如調(diào)頻信號(hào)抗干擾能力比調(diào)幅好，但調(diào)頻信號(hào)所需傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。 轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成2 2個(gè)指標(biāo)：個(gè)指標(biāo)： 1.1.信息信息傳輸速率傳輸速率（）；2差錯(cuò)率差錯(cuò)率（） a a、碼元傳輸速率碼元傳輸速率： RS 單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，或波形個(gè)數(shù) 單位：波特（波特（B）或 baud, 如4800碼元/s4800Bb b、: : 簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等 Rb單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)钠骄畔⒘炕虮忍財(cái)?shù)， 單位：比特比特/秒秒,可記做 bit/s，bps，或或b/sc、： 對(duì)對(duì)N N進(jìn)制由以下關(guān)系進(jìn)制由以下關(guān)系 RbRS log2 N (bit/s) ， 對(duì)于二進(jìn)制時(shí)，對(duì)于二進(jìn)制時(shí)，數(shù)字消息的信息速率單位用數(shù)字消息的信息速率單位用bit/s(bit/s(比特比特/ /秒秒) ) ，若二進(jìn)制數(shù)字，若二進(jìn)制數(shù)字0 0、1 1等概率等概率出