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1、通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院通 信 原 理第 1 章 绪 论通 信 原 理第 1 章 绪 论通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势（1）通信：信息传输或消息传输。通信历史回顾：通信：信息传输或消息传输。通信历史回顾：?电通信系统：电话、电视、因特网、物联网等。电通信系统：电话、电视、因特网、物联网等。?非电的通信系统：旌旗、烽火台、飞鸽传书等非电的通信系统：旌旗、烽火台、飞鸽传书等以传输的业务为例：以传输的业务为例：电话通信业务电话通信业务?1837年莫尔斯发明电报。年莫尔斯发明电报。?1876年贝尔为他发明的电话机申请了专利。
2、年贝尔为他发明的电话机申请了专利。插曲插曲?1926年贝尔实验室发明了横越大西洋的无线电话机，纽约和伦敦之间首次开通无线电话业务。年贝尔实验室发明了横越大西洋的无线电话机，纽约和伦敦之间首次开通无线电话业务。?1962年贝尔实验室研制成第一颗国际通信卫星，担负年贝尔实验室研制成第一颗国际通信卫星，担负600 路电话通信并首次将电话信号从美国传到大西洋彼岸的欧洲。路电话通信并首次将电话信号从美国传到大西洋彼岸的欧洲。?80年代数字程控电话业务的开展直到现在年代数字程控电话业务的开展直到现在IP网络电话。网络电话。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势
3、（2）图像通信业务：还没有普及到语音通信的程度。图像通信业务：还没有普及到语音通信的程度。?1843年美国人年美国人Alexander Bain 发明了属于图像通信范围的传真机。发明了属于图像通信范围的传真机。?1925年年Bell 实验室完成了现代传真的研制工作，并于次年开放了横越美国大陆照片传真业务。实验室完成了现代传真的研制工作，并于次年开放了横越美国大陆照片传真业务。?1925年美国人年美国人 J.L.Baird 发明了电视。发明了电视。?1931年在美国纽约、洛杉矶开始电视试播。年在美国纽约、洛杉矶开始电视试播。?60年代逐渐形成了目前世界上年代逐渐形成了目前世界上 NTSC、PAL
4、 和和 SECAM 三大模拟电视制式标准。三大模拟电视制式标准。?70年代日本开始高清晰度电视（年代日本开始高清晰度电视（HDTV）的研究。）的研究。?至今至今70年代以来，数字图像业务广泛发展起来。年代以来，数字图像业务广泛发展起来。VOD、远程医疗、教学视频会议、数字视频广播、远程医疗、教学视频会议、数字视频广播DVB、高清晰度电视。、高清晰度电视。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势（3）数据业务数据业务70年代末80年代初期的计算机点对点通信-计算机简单组网Internet 70年代末80年代初期的计算机点对点通信-计算机简单组网Inte
5、rnet 插曲插曲录像演示录像演示通信手段而言通信手段而言?卫星通信地面微波中继通信的继承和发展。卫星通信承担了卫星通信地面微波中继通信的继承和发展。卫星通信承担了1/3 以上的远洋通信业务，并提供了几乎世界上所有的远洋电视，体育节目转播。以上的远洋通信业务，并提供了几乎世界上所有的远洋电视，体育节目转播。?光纤通信长途干线通信光纤通信长途干线通信?移动通信移动通信?数据通信局域网（数据通信局域网（LAN）、城域网（）、城域网（MAN）和广域网（）和广域网（WAN）。）。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院一、发展历史与趋势一、发展历史与趋势（4）通信网通信网由于历史和技术上的原因
6、，网络有其独立性，诸如公共电话网，计算机网以及 有线电视网，导致资源利用率低网络综合化，将各类业务综合在同一数字通 信网中，由于历史和技术上的原因，网络有其独立性，诸如公共电话网，计算机网以及 有线电视网，导致资源利用率低网络综合化，将各类业务综合在同一数字通 信网中，ISDN、B-ISDN（综合业务数字网络）。三网融合通信发展将要达到（综合业务数字网络）。三网融合通信发展将要达到“4A”：Anybody、Anyplace、Anytime、Anyservice。新技术新技术 宽带网核心技术（宽带网核心技术（IP与与ATM）接入网技术）接入网技术WIFI、WIMAX 光纤接入技术 第四代移动通信
7、技术 超宽带等无线通信技术（光纤接入技术 第四代移动通信技术 超宽带等无线通信技术（UWB）无线传感器网络）无线传感器网络zigbee 电力通信网、物联网 光通信量子通信 电力通信网、物联网 光通信量子通信通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、通信系统的组成（1）?信息源信息源：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。?发送设备发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。：产生适合于在信道中传输的信号。?信道信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道
8、和无线信道两大类。：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。?噪声源噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。?接收设备接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。?受信者受信者：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。（信源）（信宿）（信源）（信宿）通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、通信系统的组成（2）tt(a)二进制信号 二进制信号(b)2PSK信号图信号图1-4 数字信号图数字信
9、号图1-2 模拟通信系统模型图模拟通信系统模型图1-3 数字通信系统模型数字通信系统模型通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、通信系统的组成（3）模拟通信系统调制：将信号变换成适合在信道中传输的信号，如语音信号模拟通信系统调制：将信号变换成适合在信道中传输的信号，如语音信号300Hz 3000Hz调制到调制到2G（900MHz)或或 3G(1.9G-2.2GHz)的频段上传输。信源编码：提高信息传输的有效性。的频段上传输。信源编码：提高信息传输的有效性。S101000.6S2110100.2S31111100.2平均码长 平均码长 31.6信道编码：提高信息传输
10、的可靠性。如奇偶校验，和校验等初级方法。加密：保密通信。信道编码：提高信息传输的可靠性。如奇偶校验，和校验等初级方法。加密：保密通信。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院二、通信系统的组成二、通信系统的组成（4）模拟通信与数字通信对比模拟通信与数字通信对比优点优点：?抗干扰能力强，且噪声不积累。抗干扰能力强，且噪声不积累。?传输差错可控。传输差错可控。?便于处理、变换、存储。便于处理、变换、存储。?便于将来自不同信源的信号综合到一起传输。便于将来自不同信源的信号综合到一起传输。?易于集成，使通信设备微型化，重量轻。易于集成，使通信设备微型化，重量轻。?易于加密处理，且保密性好。易于
11、加密处理，且保密性好。缺点缺点：?需要较大的传输带宽。需要较大的传输带宽。?对同步要求高。对同步要求高。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（1）?按通信业务分类按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统?按调制方式分类：按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统基带传输系统和带通（调制）传输系统（调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1）。（调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1）。?按信号特征分类：按信号特征分类：模拟通信系统
12、和数字通信系统。模拟通信系统和数字通信系统。?按传输媒介分类：按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统。有线通信系统和无线通信系统。?按工作波段分类：按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信长波通信、中波通信、短波通信?按复用方式分类：按复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用。频分复用、时分复用、码分复用。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（2）调制方式用途举例连续波调制线性调制常规双边带调幅调制方式用途举例连续波调制线性调制常规双边带调幅AM广播双边带调幅广播双边带调幅DSB立体声广播单边带调幅立体声广播单边带调幅S
13、SB载波通信、无线电台、数据传输残留边带调幅载波通信、无线电台、数据传输残留边带调幅VSB电视广播、数据传输、传输非线性调制频率调制电视广播、数据传输、传输非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播相位调制微波中继、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式数字调制振幅键控中间调制方式数字调制振幅键控ASK数据传输频移键控数据传输频移键控FSK数据传输相移键控数据传输相移键控PSK、DPSK、QPSK数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK数字微波、空间通信脉冲调制脉冲模拟调制脉幅调制数字微波、空间通信脉冲调制脉冲模拟调制脉幅调制P
14、AM中间调制方式、遥测脉宽调制中间调制方式、遥测脉宽调制PDM（PWM）中间调制方式脉位调制）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、空间通信增量调制市话、卫星、空间通信增量调制DM（M）军用、民用数字电话差分脉码调制）军用、民用数字电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码其他话音编码方式电视电话、图像编码其他话音编码方式ADPCM中速数字电话中速数字电话通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（3）频率范围频率范围/Hz名称典型应用名称典型应用330极低频（极
15、低频（ELF）远程导航、水下通信）远程导航、水下通信30300超低频（超低频（SLF）水下通信）水下通信3003000特低频（特低频（ULF）远程通信）远程通信3k30k甚低频（甚低频（VLF）远程导航、水下通信、声纳）远程导航、水下通信、声纳30k300k低频（低频（LF）导航、水下通信、无线电信标）导航、水下通信、无线电信标300k3000k中频（中频（MF）广播、海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫）广播、海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫3M30M高频（高频（HF）远程广播、电报、电话、传真、搜寻救生、飞机与船只间通信、船岸通信、业余无线电）远程广播、电报、电话、传真、搜寻救生、飞机与船
16、只间通信、船岸通信、业余无线电30M300M甚高频（甚高频（VHF）电视、调频广播、陆地交通、空中交通管制、出租汽车、警察、导航、飞机通信）电视、调频广播、陆地交通、空中交通管制、出租汽车、警察、导航、飞机通信0.3G3G特高频（特高频（UHF）电视、蜂窝网、微波链路、无线电探空仪、导航、卫星通信、）电视、蜂窝网、微波链路、无线电探空仪、导航、卫星通信、GPS、监视雷达、无线电高度计、监视雷达、无线电高度计3G30G超高频（超高频（SHF）卫星通信、无线电高度计、微波链路、机载雷达、气象雷达、公用陆地移动通信）卫星通信、无线电高度计、微波链路、机载雷达、气象雷达、公用陆地移动通信30G300G
17、极高频（极高频（EHF）雷达着陆系统、卫星通信、移动通信、铁路业务）雷达着陆系统、卫星通信、移动通信、铁路业务300G3T亚毫米波（亚毫米波（0.1mm1mm）未划分，实验用）未划分，实验用43T430T红外（红外（7m0.7m）光通信系统）光通信系统430T750T可见光（可见光（0.7m0.4m）光通信系统）光通信系统750T3000T紫外线（紫外线（0.4m0.4m）光通信系统注：）光通信系统注：1kHz=103Hz,1MHz=106Hz,1GHz=109Hz,1THz=1012Hz,1mm=10-3m,1m=10-6m通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通
18、信方式（4）单工通信：单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。消息只能单方向传输的工作方式。半双工通信：半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式。通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式。全双工通信：全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式通信双方可同时进行收发消息的工作方式。通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院三、通信系统分类与通信方式三、通信系统分类与通信方式（5）并行传输：串行传输：并行传输：串行传输：发送方01100100接收方01100100并行/串行转换器串行/并行转换器0 1 1 0 0 1 0 08比特依次发送通信原理课件孙 怡大连理
19、工大学信息与通信工程学院四、信息及其度量四、信息及其度量?信息量与事件出现的概率有关，越不可能发生的事件，对人感触越深，信息量越大信息量与事件出现的概率有关，越不可能发生的事件，对人感触越深，信息量越大?若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量是各独立事件信息量之和。因此信息量与概率之间的关系为：例：二进制系统若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量是各独立事件信息量之和。因此信息量与概率之间的关系为：例：二进制系统0,1等概率分布 等概率分布 M进制系统进制系统熵熵：信息量的统计平均值，例如：信息量的统计平均值，例如M个符号的信源其熵为：个符号的信源其熵为：书上11页例题()()10;()0
20、II P xP xIP xI=，1212()().()().II P x P xI P xI P x=+1loglog()2,()aaIP xabitP x=单位为 22201logloglog()IIIbIM b11=1()=1121212222111()()log()log.()log()()()MMH xP xP xP xP xP xP x=+通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院五、通信系统主要性能指标五、通信系统主要性能指标通信的目标是提高信息传输的效率和可靠性，而二者指标是要相互折衷。通信的目标是提高信息传输的效率和可靠性，而二者指标是要相互折衷。/bps?bBR或或 RbitB=()()HzS HzB错 误 码错 误 码元 数元 数=传 输 总 码传 输 总 码元 数元 数eP错误比特数传输总比特数错误比特数传输总比特数bP=通信原理课件孙 怡大连理工大学信息与通信工程学院作 业作 业 查阅资料，举出一个实际通信系统的例子，说明其工作原 理，工作频率，传输效率，调制方式、可靠性等。查阅资料，举出一个实际通信系统的例子，说明其工作原 理，工作频率，传输效率，调制方式、可靠性等。1-4,1-7,1-10