交大通信技術(shù)基礎(chǔ)課件

通信技術(shù)基礎(chǔ)2004年2月至6月聯(lián)系方法姓名：馬連川辦公室：SY1001電話：51688537E-mail：課程性質(zhì)1、本質(zhì)：通信原理2、性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課3、與自控專業(yè)關(guān)系課程內(nèi)容第一章緒論（4學(xué)時(shí)）第二章信道（6學(xué)時(shí)）第三章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（6學(xué)時(shí)）第四章數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)（6學(xué)時(shí)）第五章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸（6學(xué)時(shí)）第六章差錯(cuò)控制編碼（6學(xué)時(shí)）第七章同步原理（4學(xué)時(shí)）第八章通信網(wǎng)（4學(xué)時(shí)）另外安排習(xí)題課和總復(fù)習(xí)6學(xué)時(shí)課程要求1、出勤率2、作業(yè)3、考試第一節(jié)通信發(fā)展簡(jiǎn)史1、通信的概念：信息的傳輸與交換2、古代通信的內(nèi)容和形式3、現(xiàn)代通信的開始Morse（有線電報(bào)）1844年5月24日，美國(guó)國(guó)會(huì)大廈，莫爾斯向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報(bào):“上帝創(chuàng)造了何等奇跡！”Maxwell（電磁場(chǎng)理論）1864年，麥克斯韋發(fā)表了電磁場(chǎng)理論，成為人類歷史上預(yù)言電磁波存在的第一人。1887年亨利?！?shù)婪颉ず掌澴C實(shí)電磁波的存在。Bell（電話機(jī)）1875年6月2日，美國(guó)波士頓法院路109號(hào)，貝爾不小心把硫酸濺到自己的腿上，他疼痛地叫了起來:“沃森特先生，快來幫我啊！”----人類第一句通過電話傳送的話音。Marconi（無線電報(bào)）1896年，波波夫無線電進(jìn)行莫爾斯電碼的傳送，距離為250米，電文內(nèi)容為——“海因里斯·赫茲”。1897年5月18日，馬可尼在布里斯托爾海峽進(jìn)行無線電通信取得成功，把信息傳播了12公里。4、通信技術(shù)的發(fā)展*器件的發(fā)展：電子管→晶體管→IC→LSI→VLSI*傳輸線路的發(fā)展：明線、雙絞線→同軸電纜→光纖*無線通信的發(fā)展：長(zhǎng)波、短波→超短波→微波*調(diào)制技術(shù)的發(fā)展：模擬調(diào)制→脈沖調(diào)制、數(shù)字調(diào)制*通信業(yè)務(wù)的發(fā)展：電信（電話、電報(bào)）、Internet、廣播電視*通信理論的發(fā)展：奈奎斯特（Nyquist）：傳信率與信道帶寬的關(guān)系；哈特萊（Hartly）：信息量的定義和計(jì)算方法；卡爾遜（Carson）：調(diào)頻波的有效帶寬計(jì)算公式。仙農(nóng)（Shannon）：通信的數(shù)學(xué)理論，建立了比較完整的通信科學(xué)理論體系，他提出的信源和信道編碼定理、信道容量計(jì)算公式以及率失真理論等至今仍是重要的研究課題。維納（Wiener）將數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論引入通信學(xué)科，開始建立起統(tǒng)計(jì)通信的概念。第二節(jié)通信系統(tǒng)的組成一、通信系統(tǒng)模型信息源：把各種可能的消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。發(fā)送設(shè)備：對(duì)原始電信號(hào)進(jìn)行變換，使其適合在信道中傳輸。信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃袩o線和有線兩種方式。接收設(shè)備：與發(fā)送設(shè)備作用相反，從接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)。受信者：將恢復(fù)的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。噪聲源：包括信道中的噪聲和分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲。二、模擬通信與數(shù)字通信1、模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)2、數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：?抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字信號(hào)可再生從而消除噪聲及積累。?使用差錯(cuò)控制編碼技術(shù)，傳輸差錯(cuò)可以控制。?通過超大規(guī)模集成電路和現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，設(shè)備易于集成化、微型化、低功耗化。?保密性強(qiáng)。?便于綜合傳遞各種消息。

缺點(diǎn)：

?系統(tǒng)占用頻帶寬

?系統(tǒng)同步要求高。三、模擬通信系統(tǒng)模型基帶信號(hào)：原始電信號(hào)基帶傳輸系統(tǒng)：基帶信號(hào)直接在信道中傳輸調(diào)制與解調(diào)：對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行頻譜搬移和反搬移頻帶信號(hào)：經(jīng)過調(diào)制的已調(diào)信號(hào)頻帶傳輸系統(tǒng)：頻帶信號(hào)在信道中傳輸四、數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼：將原來不適合在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)變換成比較理想和有效的數(shù)字信號(hào)。此外數(shù)據(jù)擾亂、數(shù)字信號(hào)加密、編碼比特壓縮等處理功能都可以在信源編碼器內(nèi)完成。信道編碼：在原來的數(shù)字序列中引入某些作為差錯(cuò)控制的碼字，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，當(dāng)然這時(shí)會(huì)降低信息傳輸速率。同步：包括碼元同步、群同步等，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸時(shí)收發(fā)兩端的節(jié)拍一致、消息編組規(guī)律一致。第三節(jié)通信系統(tǒng)的分類與通信方式一、通信系統(tǒng)的分類 *按消息的物理特征分類 *按調(diào)制方式分類 *按信號(hào)特征分類 *按傳輸媒介分類 *按信號(hào)復(fù)用方式分類二、通信方式

1、按消息傳送的方向和時(shí)間關(guān)系 *單工通信 *半雙工通信 *全雙工通信

2、按數(shù)字信號(hào)碼元排列方法不同

*并行傳輸 *串行傳輸?shù)谒墓?jié)信息論初步一、消息的統(tǒng)計(jì)特性

1、離散信源： 設(shè)離散信源為包含N種符號(hào)x1，x2，…xN的集合。每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率分別為P（x1），P（x2），…，P（xN），那么可以用概率場(chǎng)來描述離散信源。2、連續(xù)信源第四節(jié)信息論初步（續(xù)）二、離散信源的信息量直觀經(jīng)驗(yàn)1：消息出現(xiàn)的可能性越小，則此消息攜帶的信息就越多。直觀經(jīng)驗(yàn)2：若干獨(dú)立消息之和的信息量應(yīng)該是每個(gè)消息所合信息量的線性疊加，即信息具有相加性。直觀經(jīng)驗(yàn)3：由有限個(gè)符號(hào)組成的離散信息源隨著消息長(zhǎng)度的增加，其可能出現(xiàn)的消息數(shù)目卻是按指數(shù)增加的，而信息按線性增加的。哈特萊（Hartly）提出采用消息出現(xiàn)概率的對(duì)數(shù)測(cè)度作為離散消息的信息度量單位。某離散消息所攜帶的信息量：對(duì)于由一串符號(hào)構(gòu)成的消息，如果各符號(hào)的出現(xiàn)相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，離散信源的概率場(chǎng)如前所示，則根據(jù)信息相加性概念，整個(gè)消息的信息量：第四節(jié)例題[例1．4．1]已知二元離散信息源只有“0”、“1”兩種符號(hào)，若出現(xiàn)“0”的概率為1/3，求出現(xiàn)“1”的信息量；出現(xiàn)“0”、“1”兩種符號(hào)是等概的，求出現(xiàn)“0”或“1”的信息量。[例1．4．2]某離散信息源有0、1、2、3四種符號(hào)組成，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)是獨(dú)立的，其概率場(chǎng)為：求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。第四節(jié)信息論初步（續(xù)）三、離散信源的平均信息量（信源的熵）若二元離散信源的統(tǒng)計(jì)特性為則熵為：第三節(jié)信息論初步（續(xù)）第三節(jié)信息論初步（續(xù)）離散信源的最大熵發(fā)生在每個(gè)符號(hào)等概出現(xiàn)時(shí)，即：而最大熵值為：第五節(jié)主要性能指標(biāo)一、通信系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1、有效性主要是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}

2、可靠性主要是指消息傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題二、模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

1、消息傳輸速度

2、均方誤差（輸出信噪比）三、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

1、二進(jìn)制碼元和N進(jìn)制碼元

2、傳輸速率：碼元傳輸速率和信息傳輸速率

3、差錯(cuò)率：誤碼率及誤信率碼元傳輸速率碼元傳輸速率又稱碼元速率或傳碼率。定義：每秒鐘傳送碼元的數(shù)目。單位：“波特”，常用符號(hào)“B”表示。若碼元寬度為T秒，則：設(shè)二進(jìn)制碼元速率為，N進(jìn)制碼元速率為且有 ，則二進(jìn)制與N進(jìn)制的碼元速率有如下的轉(zhuǎn)換關(guān)系：信息傳輸速率信息傳輸速率又稱信息速率或傳信率。定義：每秒鐘傳送的信息量。單位：“比特/秒”，或記為bit/s（或?qū)懗蒪ps）。在N進(jìn)制下，設(shè)信息速率為 ，碼元速率為，則有：

每個(gè)符號(hào)等概時(shí)有： 或差錯(cuò)率所謂誤碼率，是指錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)在傳送總碼元數(shù)中所占的比例，或者更確切地說，誤碼率即是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率。所謂誤信率，又稱誤比特率，是指錯(cuò)誤接收的信息量在傳送信息總量中所占的比例，或者說，它是碼元的信息量在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率。第五節(jié)例題[例1．5．1]設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)碼元時(shí)間長(zhǎng)度為0.833ms，如果采用8電平傳輸，求碼元傳輸速率和信息傳輸速率。[例1．5．2]設(shè)信道上每秒傳輸符號(hào)“0”、“1”1200個(gè)，求二進(jìn)制和16進(jìn)制碼元傳輸速率和信息傳輸速率。本章基本概念與內(nèi)容要點(diǎn)1、常用通信術(shù)語(yǔ)：通信、消息、信號(hào)（模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)）、通信系統(tǒng)2、通信系統(tǒng)的一般模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型3、通信系統(tǒng)的分類與通信方式4、離散信