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1、通通 信信 原原 理理 教教 程程 主讲人主讲人:第第1章章 绪论绪论v11通信的基本概念通信的基本概念v通信：通信：由一地向另一地传递消息。由一地向另一地传递消息。v消息形式：消息形式：符号、文字、语音、音乐、数据、图片、活动图像等。符号、文字、语音、音乐、数据、图片、活动图像等。v通信方法：通信方法：电通信和光通信等。电通信和光通信等。v电通信：电通信：利用电磁波携带消息进行传输。利用电磁波携带消息进行传输。v特点：特点：迅速、准确、可靠，几乎不受时间、空间、地点、距离的限制。迅速、准确、可靠，几乎不受时间、空间、地点、距离的限制。v应用：应用：广泛。广泛。v光光通通信信：利利用用光光波波
2、携携带带消消息息进进行行传传输输。光光也也是是电电磁磁波波，也也属属于于电电通通信信一一类。类。v消消息息：通通信信中中传传输输的的具具体体对对象象，例例如如，电电话话中中的的语语音音，电电视视中中的的活活动动图图像，电报中的电文，遥测系统中的数据等。像，电报中的电文，遥测系统中的数据等。v消息类型：消息类型：连续（模拟）消息和离散消息。连续（模拟）消息和离散消息。第第1章章 绪论绪论v连续消息：连续消息：语音、视频、活动图像等；语音、视频、活动图像等；v离散消息：离散消息：书信、电报、数据等。书信、电报、数据等。v“连续连续”或或“离散离散”是对时间而言的。是对时间而言的。v信号：信号：消息
3、的载荷者，与消息一一对应。消息的载荷者，与消息一一对应。v连续信号（模拟信号连续信号（模拟信号）：）：信号为时间的连续函数。信号为时间的连续函数。v离离散散信信号号：当当信信号号参参量量（如如电电信信号号的的幅幅度度、频频率率、相相位位等等）的的改改变变，在在时间上是离散的。时间上是离散的。v数数字字信信号号：信信号号参参量量的的变变化化，不不仅仅在在时时间间上上离离散散，取取值值也也离离散散，并并且且有有限。限。第第1章章 绪论绪论v12 通信系统模型通信系统模型v通信系统：通信系统：完成通信过程的全部设备和传输介质。完成通信过程的全部设备和传输介质。v信源信源：产生消息。离散信源产生离散消
4、息；连续信源产生连续消息。：产生消息。离散信源产生离散消息；连续信源产生连续消息。v发送设备发送设备：将消息转换为适合信道传输的信号。：将消息转换为适合信道传输的信号。v信道信道：信号传输的通道。：信号传输的通道。v噪声源：噪声源：噪声散布在系统各点，为了分析方便，图中将噪声源集中表示。噪声散布在系统各点，为了分析方便，图中将噪声源集中表示。v接收设备接收设备：完成解调、解码等任务，将信号转换为消息。：完成解调、解码等任务，将信号转换为消息。v信宿信宿：消息传输的对象。消息传输的对象。v信源和信源和信宿信宿可以是人，也可以是设备，统称为发终端和收终端。可以是人，也可以是设备，统称为发终端和收终
5、端。v13模拟通信系统模拟通信系统模型模型v模拟通信系统：模拟通信系统：传输模拟信号的通信系统。传输模拟信号的通信系统。v发发送送设设备备简简化化为为调调制制器器，接接收收设设备备简简化化为为解解调调器器。调调制制在在通通信信系系统统中中主主要要用来变换信号。用来变换信号。v基带信号基带信号（低通信号低通信号）：由消息变换过来的原始信号。）：由消息变换过来的原始信号。v特点：特点：其频谱由零频附近开始延伸到某个通常小于几兆赫的有限值。其频谱由零频附近开始延伸到某个通常小于几兆赫的有限值。v基带传输：基带传输：基带信号直接传输。基带信号直接传输。v调调制制和和解解调调对对信信号号变变换换起起着着
6、决决定定性性的的作作用用，它它们们是是保保证证通通信信质质量量的的关关键键。其它处理过程都可以看作是理想的，可将它们合并到信道中去。其它处理过程都可以看作是理想的，可将它们合并到信道中去。第第1章章 绪论绪论v14数字通信系统模型数字通信系统模型 v数字通信系统：数字通信系统：传输数字信号的通信系统。传输数字信号的通信系统。v编码：编码：为了某种目的而对数字信号进行的变换。为了某种目的而对数字信号进行的变换。v信信源源编编码码：用用来来提提高高传传输输有有效效性性而而对对信信号号采采取取的的处处理理功功能能。数数字字加加密密在在此此归并到了信源编码中。归并到了信源编码中。v信道编码信道编码：提
7、高传输可靠性的纠错编码。：提高传输可靠性的纠错编码。v编码器：编码器：进行编码的设备。进行编码的设备。v译码：译码：将接收的编码信号恢复成编码前的信号。将接收的编码信号恢复成编码前的信号。v同步同步:在数字通信系统中是不可缺少的。它的位置往往不固定。在数字通信系统中是不可缺少的。它的位置往往不固定。第第1章章 绪论绪论第第1章章 绪论绪论v15通信系统的分类通信系统的分类 v1.按照业务类型按照业务类型v分分为为语语音音通通信信和和非非语语音音通通信信。电电话话通通信信是是语语音音通通信信最最典典型型的的例例子子；互互联联网是非语音通信的典型代表。网是非语音通信的典型代表。v2.按照传输方式按
8、照传输方式v分分为为基基带带传传输输系系统统和和频频带带传传输输系系统统。基基带带传传输输系系统统用用于于传传输输基基带带信信号号，如如市市话话系系统统、计计算算机机局局域域网网等等。已已调调信信号号是是一一种种频频带带信信号号，频频带带传传输输系系统用于传输调制以后的信号，如广播系统、卫星通信系统等。统用于传输调制以后的信号，如广播系统、卫星通信系统等。v3.按照信号类型按照信号类型v分分为为模模拟拟通通信信系系统统和和数数字字通通信信系系统统。模模拟拟通通信信系系统统用用于于传传输输模模拟拟信信号号，如无线电广播系统。数字通信系统用于传输数字信号，如计算机网络等。如无线电广播系统。数字通信
9、系统用于传输数字信号，如计算机网络等。第第1章章 绪论绪论v4.按照信道类型按照信道类型v信信道道分分为为有有线线信信道道和和无无线线信信道道，因因此此，通通信信系系统统可可分分为为有有线线通通信信系系统统和和无无线线通通信信系系统统。电电话话网网、有有线线电电视视网网等等是是有有线线通通信信系系统统。电电视视广广播播系系统统、卫星通信系统等是无线通信系统。卫星通信系统等是无线通信系统。v从其他角度来分类：从其他角度来分类：v若若按按照照复复用用方方式式，可可分分为为频频分分复复用用通通信信系系统统、时时分分复复用用通通信信系系统统、波波分分复用通信系统、码分复用通信系统等。复用通信系统、码分
10、复用通信系统等。v若若按按照照多多址址方方式式，可可分分为为频频分分多多址址通通信信系系统统、时时分分多多址址通通信信系系统统、码码分分多址通信系统等。多址通信系统等。第第1章章 绪论绪论v16传输方式传输方式v串行和并行传输；单工、半双工和全双工传输；同步和异步传输。串行和并行传输；单工、半双工和全双工传输；同步和异步传输。v1.串行传输和并行传输串行传输和并行传输v（1）串行传输）串行传输v数数据据一一位位接接一一位位地地在在一一条条信信道道上上传传输输。收收发发双双方方要要保保持持位位同同步步和和字字符符同同步。步。v收发双方只需要一条传输通道。实现容易，是一种常用传输方式。收发双方只需
11、要一条传输通道。实现容易，是一种常用传输方式。v（2）并行传输）并行传输v一个字符的所一个字符的所v有比特同时传有比特同时传v送，每一位单送，每一位单v独使用一条通独使用一条通v道。道。第第1章章 绪论绪论v2.异步传输和同步传输异步传输和同步传输 v(1)异步传输异步传输v也称为起止式传输，每次只传也称为起止式传输，每次只传v送一个字符，用起始位和停止送一个字符，用起始位和停止v位来指示被传输字符的开始和位来指示被传输字符的开始和v结束。结束。v(2)同步传输同步传输v以一个数据块为传输单位。以一个数据块为传输单位。第第1章章 绪论绪论v3单工、半双工与全双工传输单工、半双工与全双工传输 v
12、按照信号传输方向和时间的关按照信号传输方向和时间的关v系分为：系分为：v（1）单工传输）单工传输v信号只能在一个方向传输。信号只能在一个方向传输。v（2）半双工传输）半双工传输v信号可以在两个方向上传输，信号可以在两个方向上传输，v但不能同时传输，必须是交但不能同时传输，必须是交v替进行。一个时间只能允许替进行。一个时间只能允许v向一个方向传送。向一个方向传送。v（3）全双工传输）全双工传输v信号可以同时在两个方向上传输。信道是一种双向信道。信号可以同时在两个方向上传输。信道是一种双向信道。第第1章章 绪论绪论v1.7通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 v通信系统的性能指标是衡量通信
13、系统质量好坏的一个标准。通信系统的性能指标是衡量通信系统质量好坏的一个标准。v涉及系统的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性以及维护使用等。涉及系统的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性以及维护使用等。v对消息的传输，有效性和可靠性是最主要的。对消息的传输，有效性和可靠性是最主要的。v有有效效性性是是指指“速速度度”问问题题，要要求求高高效效率率地地传传输输消消息息。讨讨论论如如何何以以最最合合理理、最经济的方法来传输最大数量的消息。最经济的方法来传输最大数量的消息。v可靠性可靠性是指质量问题，要求可靠地传输消息。是指质量问题，要求可靠地传输消息。v二者相互矛盾。二者相互矛盾。v模拟通信系
14、统和数字通信系统对于这两个指标要求的具体内容有所不同。模拟通信系统和数字通信系统对于这两个指标要求的具体内容有所不同。v1.模拟通信系统模拟通信系统v（1)有效性有效性 v可可用用传传输输带带宽宽来来衡衡量量，同同样样的的消消息息，占占用用的的传传输输带带宽宽越越窄窄，其其有有效效性性就就越好。多路复用技术可以用来提高系统传输的有效性。越好。多路复用技术可以用来提高系统传输的有效性。第第1章章 绪论绪论v(2)可靠性可靠性v通通常常用用系系统统的的输输出出信信噪噪比比来来衡衡量量。接接收收端端恢恢复复出出的的信信号号与与发发送送端端的的调调制制信号是有差别的，这种差别受两个方面影响：信号是有差
15、别的，这种差别受两个方面影响：v（a）信号传输时叠加上了噪声，使信号产生了失真，称为加性干扰。信号传输时叠加上了噪声，使信号产生了失真，称为加性干扰。v（b）信道传输特性不理想使信号产生了畸变，称为乘性干扰。信道传输特性不理想使信号产生了畸变，称为乘性干扰。v第一种干扰，无论信号有无，它始终是存在的。第一种干扰，无论信号有无，它始终是存在的。v第二种干扰，只有信号存在时才存在。第二种干扰，只有信号存在时才存在。v乘乘性性干干扰扰可可通通过过采采取取某某些些措措施施校校正正，加加性性干干扰扰不不可可克克服服，主主要要讨讨论论加加性性干扰的影响。干扰的影响。v加加性性干干扰扰造造成成的的影影响响通
16、通常常用用系系统统的的输输出出信信噪噪比比来来衡衡量量，输输出出信信噪噪比比越越高高，通通信信质质量量就就越越好好。输输出出信信噪噪比比除除与与信信号号功功率率和和噪噪声声功功率率大大小小有有关关外外，还还与调制方式有关，改变调制方式，可以改善系统的性能。与调制方式有关，改变调制方式，可以改善系统的性能。第第1章章 绪论绪论v2.数字通信系统数字通信系统v有效性和可靠性是用数字信号的传输速率和差错率来分别度量。有效性和可靠性是用数字信号的传输速率和差错率来分别度量。v（1）有效性有效性 v可用传输速率来衡量。传输速率有码元速率和比特速率之分。可用传输速率来衡量。传输速率有码元速率和比特速率之分
17、。v（a）码元速率码元速率 v又称传码率，是指每秒钟传送的码元数目，而不管码元是何进制，单位又称传码率，是指每秒钟传送的码元数目，而不管码元是何进制，单位为为“波特波特”(Band)，通常用符号通常用符号“B”表示。码元速率表示。码元速率vT为码元周期。为码元周期。v（b）比特速率比特速率v也称信息速率，是指每秒钟传送的信息量（比特数），单位：（也称信息速率，是指每秒钟传送的信息量（比特数），单位：（b/s）。第第1章章 绪论绪论v二进制：每个码元含有二进制：每个码元含有1bit的信息，的信息，Rb和和RB 在数值上相等。在数值上相等。v多进制：多进制：R Rb b和和R RB B不相等。信息
18、速率和码元速率的关系：不相等。信息速率和码元速率的关系：vM-码元状态数，码元状态数，T-M进制码元周期。进制码元周期。v例：四进制码元速率为例：四进制码元速率为1200B，其信息速率为其信息速率为2400b/s。v注意：在进行差错控制编码传输时，计算信息速率不应包括校验位。注意：在进行差错控制编码传输时，计算信息速率不应包括校验位。v（2）可靠性）可靠性v用差错率来衡量，是衡量系统正常工作时，消息传输可靠程度的重要用差错率来衡量，是衡量系统正常工作时，消息传输可靠程度的重要性能指标。性能指标。v表示方法：误码率和误比特率。表示方法：误码率和误比特率。第第1章章 绪论绪论v（a）误码率误码率v错误接收码元数在传输码元总数中所占的比例。更确切地说，是指码元错误接收码元数在传输码元总数中所占的比例。更确切地说，是指码元在传输中被错误接收的概率。在传输中被错误接收的概率。v（b）误比特率误比特率v错错误误接接收收的的比比特特数数在在传传输输总总比比特特数数中中所所占占的的比比例例。或或者者确确切切地地说说，是是指指传输每比特信息被错误接收的概率。传输每比特信息被错误接收的概率。