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1、1通通 信信 原原 理理Principles of CommunicationsPrinciples of Communications通信原理教学组2课程介绍 通信原理通信原理是通信工程专业一门重要的是通信工程专业一门重要的专业基础专业基础理论课程理论课程。本课程系统深入地阐述现代通信系统的。本课程系统深入地阐述现代通信系统的基本原理，其中包括模拟通信和数字通信。基本原理，其中包括模拟通信和数字通信。一、课程性质一、课程性质 本课程本课程通过通过课堂教学课堂教学、习题练习习题练习、实验实验等教学等教学环节，旨在使学生系统地掌握环节，旨在使学生系统地掌握 通信系统的通信系统的基本原理基本原理
2、及其及其性能的基本分析方法性能的基本分析方法，了解现代通信技术与理，了解现代通信技术与理论的论的发展状况发展状况。3二、与其它课程的关系二、与其它课程的关系课程介绍课程介绍先修课程：先修课程：后续课程：后续课程：信号与信号与线线性系性系统统 移移动动通信系通信系统统概率论与随机过程概率论与随机过程 光纤通信系统光纤通信系统信息论基础信息论基础 SDHSDH技术技术模拟电子技术模拟电子技术 卫星通信系统卫星通信系统数字电子技术数字电子技术 现代通信网现代通信网高频电子线路高频电子线路 接入网技术接入网技术4三、教学内容三、教学内容 第第 1 章章 绪论绪论 第第 2 章章 确知信号确知信号 第第
3、 3 章章 随机过程随机过程 第第 4 章章 信道信道 第第 5 章章 模拟调制系统模拟调制系统 第第 6 章章 数字基带传输系统数字基带传输系统 第第 7 章章 数字带通传输系统数字带通传输系统 第第 8 章章 新型数字带通调制技术新型数字带通调制技术 第第 9 章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输 第第10章章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收 第第11章章 差错控制编码差错控制编码 第第12章章 正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列 第第13章章 同步原理同步原理 第第14章章 通信网通信网5课程介绍课程介绍课程学习课程学习 课堂教学：课堂教学：64 学时学时 实验教学：实
4、验教学：24 学时学时注意：注意：充分利用充分利用 课程网站、图书馆、数字图书课程网站、图书馆、数字图书 馆馆资源资源，做好预习、复习；做好预习、复习；认真认真做作业、认真做实验。做作业、认真做实验。既要既要打好基础打好基础，又要，又要提高能力提高能力。6课程介绍课程介绍课程考核方式：课程考核方式：闭卷考试闭卷考试 最终总成绩包括：最终总成绩包括：作业成绩：作业成绩：10%考勤成绩：考勤成绩：10%考试成绩：考试成绩：80%7课程介绍课程介绍四、教材与参考资料四、教材与参考资料通信原理（第六版）通信原理（第六版），樊昌信等，樊昌信等 编著，国防工业出版社编著，国防工业出版社 2006.5200
5、6.5现代通信原理现代通信原理，曹志刚等，曹志刚等 编著编著，清华大学出版社，清华大学出版社，19921992数字与模拟通信系统数字与模拟通信系统，L.W.CouchL.W.Couch 编著，电子工业出版社编著，电子工业出版社 2007.112007.118课程介绍课程介绍西安电子科技大学西安电子科技大学 通信原理：通信原理：http:/ 通信原理网站：通信原理网站：http:/ 通信原理网站：通信原理网站：http:/ 通信原理网站：通信原理网站：http:/ 通信原理网站：通信原理网站：http:/202.119.236.185/tongxin/index.aspx麻省理工学院麻省理工学院
6、 http:/web.mit.edu/6.441/www/移移动通信在通信在线 http:/ 无线资讯网：无线资讯网：http:/ http:/ http:/ 1章章 绪论绪论 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念通信的基本概念通信的基本概念 1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成通信系统的组成通信系统的组成 1.3 1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标通信系统主要性能指
7、标11本章学习目标本章学习目标 了解了解通信技术的发展；通信技术的发展；掌握掌握 消息消息、信息信息、信号信号 的定义；的定义；掌握掌握数字通信的概念，理解数字通信的概念，理解 数字通信的优点数字通信的优点；掌握掌握 通信系统模型通信系统模型 及其及其 主要性能指标；主要性能指标；重点：重点：1.信息的度量；信息的度量；2.数字通信系统模型的理解与掌握。数字通信系统模型的理解与掌握。难点：难点：数字通信系统性能指标的理解与计算；数字通信系统性能指标的理解与计算；121.1 通信的基本概念通信的基本概念通信通信:信息信息（或消息）的传输和交换（或消息）的传输和交换。（要求准确要求准确、迅速、迅速
8、）消息消息：信息：信息的的物理物理表现形式表现形式。如符号、文字、。如符号、文字、话音、话音、数据或图像等数据或图像等。信息信息：消息的消息的内涵内涵，即信息是消息，即信息是消息 中所包含中所包含 的的人们原来不知而待知的内容人们原来不知而待知的内容。131.1 通信的基本概念通信的基本概念电通信电通信：是利用是利用电电（电流或电波，包括光）（电流或电波，包括光）来传递信息来传递信息。现代通信一般均是指现代通信一般均是指“电通信电通信”。信号信号：消息的电的表示形式。在电通信系统中，消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。电信号是消息传递的物质载体。通信系统通信系统：是
9、完成传递信息任务所需要的一切是完成传递信息任务所需要的一切 技术设备和传输媒介所构成的总体。技术设备和传输媒介所构成的总体。141.1 通信的基本概念通信的基本概念 通信系统与电力系统的主要区别通信系统与电力系统的主要区别v在电力系统中，信号的波形是确定的，设计电力系统时在电力系统中，信号的波形是确定的，设计电力系统时主要考虑如何尽量减少电能的损失。主要考虑如何尽量减少电能的损失。v通信系统中，接收端在没有收到信号之前是不知道信号通信系统中，接收端在没有收到信号之前是不知道信号波形的，否则就没有可传输的信息，也就没必要进行通波形的，否则就没有可传输的信息，也就没必要进行通信了。信了。思考：思考
10、：15图1-1 通信系统的一般模型1.2 通信系统的组成 1.2.11.2.1 通信系统一般模型通信系统一般模型 把各种可能把各种可能的的消息消息转换成转换成原始电信号原始电信号。如麦克风等。如麦克风等。对对原始电信号原始电信号进进行行变换变换，使其适合，使其适合在信道中传输。在信道中传输。信号传输的通信号传输的通道，有道，有无线无线和和有有线线两种方式。两种方式。与发送设备与发送设备作用相反，从作用相反，从接收信号中接收信号中恢恢复复出相应的出相应的原原始电信号始电信号。将恢复的将恢复的原始原始电信号电信号转换成相转换成相应的应的消息消息。包括信道中的包括信道中的噪声和分散在通噪声和分散在通
11、信系统其他各处信系统其他各处的噪声。的噪声。基于点到点之间的通信16 信源信源 是消息的是消息的 产生地产生地，其，其作用作用是是把各种消息把各种消息 转换转换成成原始电信号原始电信号(基带信号基带信号)。1.2 通信系统的组成通信系统的组成 发送设备发送设备 的基本功能是将信源和信道匹配起来的基本功能是将信源和信道匹配起来,即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号输的信号(如已调信号）。如已调信号）。发送信道发送信道 是指传输信号的是指传输信号的物理媒质物理媒质。在无线信。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是大
12、气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆、光纤。道中，信道可以是明线、电缆、光纤。17电梯用综合电缆电梯用综合电缆7575射频同轴电缆射频同轴电缆室外非金属光缆室外非金属光缆金属光缆金属光缆18噪声源噪声源 是通信系统中各种设备以及信道中噪声是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表现。与干扰的集中表现。接收设备接收设备 的基本功能是完成的基本功能是完成 发送设备的反变发送设备的反变换，它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢换，它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来。复出相应的原始基带信号来。信宿信宿 是传输信息的归宿点，其作用是将复原的是传输信息的归宿
13、点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。原始信号转换成相应的消息。1.2 通信系统的组成通信系统的组成191.2.2 1.2.2 模拟通信系统与数字通信系统模拟通信系统与数字通信系统1.2 通信系统的组成通信系统的组成 通信传输的通信传输的消息类型消息类型多种多样，即有不同的业务需求多种多样，即有不同的业务需求连续消息连续消息（模拟消息模拟消息）：是指消息的状态连续变）：是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、图像等。化或是不可数的，如语音、图像等。离散消息离散消息（数字消息）（数字消息）：是指消息的状态是可数：是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据、文字等。的或离散的，如符号
14、、数据、文字等。M 为传递消息，必须将各种消息转换成（电）信号为传递消息，必须将各种消息转换成（电）信号M 消息与信号之间必须建立一一的对应关系消息与信号之间必须建立一一的对应关系20模拟信号模拟信号：凡信号的某一参量可以取无限多个值，：凡信号的某一参量可以取无限多个值，并且该参量直接反映消息的状态变化。并且该参量直接反映消息的状态变化。如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。的图像信号等。M连续是指信号中携带消息的参量可以连续变化或连续是指信号中携带消息的参量可以连续变化或取无穷多个值，而不一定在时间上也连续。取无穷多个值，而不一定在时间上也
15、连续。1.2 通信系统的组成通信系统的组成 按按信号参量的取值方式信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号不同可把信号分为模拟信号 和数和数字信号。字信号。211.2 通信系统的组成通信系统的组成 (a)(a)话音信号话音信号 (b)(b)抽样信号抽样信号图图1-2 1-2 模拟信号模拟信号22数字信号数字信号 信号中携带消息的参量只能取有限个值。信号中携带消息的参量只能取有限个值。如电报信号、计算机输入如电报信号、计算机输入/输出信号等。输出信号等。1.2 通信系统的组成通信系统的组成M并不是模拟信号只能在模拟通信系统传输，数字并不是模拟信号只能在模拟通信系统传输，数字信号只能在数字通信系
16、统传输，如信号只能在数字通信系统传输，如Modem M按按照照信信道道中中传传输输的的是是模模拟拟信信号号还还是是数数字字信信号号，可可相相应应地地把把 通通信信系系统统 分分为为模模拟拟通通信信系系统统和和数数字通信系统字通信系统。231.2 通信系统的组成通信系统的组成图图1-3 1-3 数字信号数字信号 (a)二进制信号二进制信号；(b)2 2 PSKPSK信号信号 24 模拟通信系统模拟通信系统 是传输模拟信号的通信系统。是传输模拟信号的通信系统。信信源源发发出出的的原原始始电电信信号号是是基基带带信信号号，基基带带的的含含义义是指信号的频谱从零频附近开始。是指信号的频谱从零频附近开始
17、。如语音信号为如语音信号为 3003400Hz，图像信号为图像信号为 06MHz。模模拟拟信信号号具具有有频频率率很很低低的的频频谱谱分分量量，一一般般不不宜宜直直接接传传输输，需需要要把把基基带带信信号号变变换换成成其其频频带带适适合合在在信信道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换。道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换。完完成成这这种种变变换换和和反反变变换换作作用用的的通通常常是是调调制制器器和和解调器。解调器。1.模拟通信系统模型模拟通信系统模型1.2 通信系统的组成通信系统的组成25携带有信息携带有信息适合在信道中传输适合在信道中传输信信号号的的频频谱谱具具有有带带通通形形式
18、式且且中中心心频频率率远远离离零零频频，因而已调信号又称因而已调信号又称频带信号频带信号 。1.2 通信系统的组成通信系统的组成已调信号已调信号 有三个基本特征：有三个基本特征：模拟通信模拟通信系统模型可由图系统模型可由图1-11-1略加演变而成，如图略加演变而成，如图1-41-4 所示。所示。26 图图中中的的调调制制器器和和解解调调器器就就代代表表图图1-11-1中中的的发发送送设设备备和和接收设备接收设备。图图 1-4 1-4 模拟通信系统模型模拟通信系统模型1.2 通信系统的组成通信系统的组成272、数字通信系统模型数字通信系统模型 图图 1 15 5 数字通信系统模型数字通信系统模型
19、1.2 通信系统的组成通信系统的组成 数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。28一、将模拟信号转换成数字信号，即模/数转换 二、设法减少码元数目和减少冗余信息，即数据压缩。（1）信源编码与译码信源编码与译码1.2 通信系统的组成通信系统的组成码码元元：数字通信中传输的一个接一个按节拍传送的数字信号单元。信源译码是信源编码的逆过程。M 信源编码的作用：29 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错差错。为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码抗
20、干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信可靠通信。（2）信道编码与译码信道编码与译码1.2 通信系统的组成通信系统的组成30 在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息，叫解密。（3）加密与解密加密与解密1.2 通信系统的组成通信系统的组成（4）数字调制与解调数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。信源 载波信号 已调信号
21、S(t)Acos(t+)S(t)Acos(t+)31 同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。（5）同步同步1.2 通信系统的组成通信系统的组成 图1-5 是数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节。如在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，可以直接传送，称之为数字信号的基带传输，其模型中就不包括调制与解调环节。32抗干扰能力强，通过再生，可消除噪声积累；采用信道编码技术可使误码率降低，提高传输的可靠性
22、，即差错可控；通过超大规模集成电路和现代数字信号处理技术，设备易于集成化、微型化、低功耗化。易于加密处理，且保密强度高。易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、变换、存储，从而形成智能网。数字通信的数字通信的 主要优点主要优点 1.2 通信系统的组成通信系统的组成33数字通信的数字通信的 主要不足主要不足占用带宽大；一路模拟电话4KHz，一路数字电话64KHz系统同步要求高。1.2 通信系统的组成通信系统的组成 随着光纤、数字微波等宽带信道的使用以及数字频带压缩技术的发展，第一个缺点的影响已减小。341、按通信业务分类按通信业务分类 按通信业务，可分为话务通信话务通信和非话务通信
23、非话务通信。非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信及图像通信、会议电视等。1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式2、按调制方式分类按调制方式分类 根据是否采用调制，可将通信系统分为：基基带带传传输输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。频带频带(调制调制)传输传输是对各种信号调制后传输的总称一、通信系统分类一、通信系统分类35调调调调 制制制制 方方方方 式式式式 用用用用 途途途途 连连连连续续续续波波波波调调调调制制制制线性调制线性调制线性调制线性调制常规双边带调幅常规双边带调幅常规双边带调幅常规双边带调幅广播广播广播广播 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅抑制载波
24、双边带调幅抑制载波双边带调幅 立体声广播立体声广播立体声广播立体声广播 单边带调幅单边带调幅单边带调幅单边带调幅 SSB SSB SSB SSB 载波通信、无线电台、数传载波通信、无线电台、数传载波通信、无线电台、数传载波通信、无线电台、数传 残留边带调幅残留边带调幅残留边带调幅残留边带调幅 VSB VSB VSB VSB 电视广播、电视广播、电视广播、电视广播、数传、数传、数传、数传、传真传真传真传真 非线性非线性非线性非线性调调调调 制制制制频率调制频率调制频率调制频率调制 FM FM FM FM 微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、
25、广播 相位调制相位调制相位调制相位调制 PM PM PM PM 中间调制方式中间调制方式中间调制方式中间调制方式 数字调制数字调制数字调制数字调制幅度键控幅度键控幅度键控幅度键控 ASK ASK ASK ASK 数据传输数据传输数据传输数据传输 频移键控频移键控频移键控频移键控 FSKFSKFSKFSK数据传输数据传输数据传输数据传输 1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式表表1 1 1 1 1 1 常见调制方式及用途常见调制方式及用途36脉脉脉脉冲冲冲冲调调调调制制制制数字数字数字数字调制调制调制调制相位键控相位键控相位键控相位键控 PSKPSKPSKPSK、DPSKDPSKD
26、PSKDPSK、QPSKQPSKQPSKQPSK等等等等 数据传输、数据传输、数字微波、数字微波、空空间通信间通信 其他高效数字调制其他高效数字调制其他高效数字调制其他高效数字调制 QAMQAMQAMQAM、MSKMSKMSKMSK等等等等 数字微波、数字微波、空间通信空间通信 脉脉脉脉 冲冲冲冲模模模模 拟拟拟拟调调调调 制制制制脉幅调制脉幅调制脉幅调制脉幅调制 PAMPAMPAMPAM 中间调制方式、中间调制方式、遥测遥测 脉宽调制脉宽调制脉宽调制脉宽调制 PDM(PWM)PDM(PWM)PDM(PWM)PDM(PWM)中间调制方式中间调制方式 脉位调制脉位调制脉位调制脉位调制 PPM P
27、PM PPM PPM 遥测、遥测、光纤传输光纤传输 脉脉脉脉 冲冲冲冲数数数数 字字字字调调调调 制制制制脉码调制脉码调制脉码调制脉码调制 PCM PCM PCM PCM 市话、市话、卫星、卫星、空间通信空间通信 增量调制增量调制增量调制增量调制 DM DM DM DM 军用、军用、民用电话民用电话 差分脉码调制差分脉码调制差分脉码调制差分脉码调制 DPCM DPCM DPCM DPCM 电视电话、电视电话、图像编码图像编码 其他语言编码方式其他语言编码方式其他语言编码方式其他语言编码方式ADPCMADPCMADPCMADPCM、APCAPCAPCAPC、LPCLPCLPCLPC 中低速数字电
28、话中低速数字电话 373、按信号特征分类按信号特征分类 按信道中所传输的是模拟信号还是数字信号相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式4、按传输媒质分类按传输媒质分类有有线线通通信信 用导导线线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无无线线通通信信 依靠电电磁磁波波在空空间间传播达到传递消息的目的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。38 按通信设备的工作频率不同可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、远红外线通信等。工作波长和频率的换算公式为；5、按工作波
29、段分类按工作波段分类1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式 为工作波长，f 为工作频率，c 为光速。39表表1 1 2 2 通信波段与常用传输媒质通信波段与常用传输媒质频频频频 率率率率波波波波 长长长长 符号符号符号符号 媒媒媒媒 质质质质 用用用用 途途途途3Hz3Hz30 kHz 30 kHz 10104 410108 8 m m 甚低频甚低频甚低频甚低频 VLF VLF 有线线对有线线对有线线对有线线对长波无线电长波无线电长波无线电长波无线电 音频、电话、数音频、电话、数音频、电话、数音频、电话、数据终端、长距离据终端、长距离据终端、长距离据终端、长距离导航、时标导航、时
30、标导航、时标导航、时标 3030300 kHz 300 kHz 10103 310104 4 m m 低频低频低频低频 LF LF 有线线对有线线对有线线对有线线对长波无线电长波无线电长波无线电长波无线电 导航、导航、导航、导航、信标、信标、信标、信标、电力线通信电力线通信电力线通信电力线通信 300 kHz300 kHz3 MHz 3 MHz 10102 210103 3 m m 中频中频中频中频 MF MF 同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆短波无线电短波无线电短波无线电短波无线电 调幅广播、移动调幅广播、移动调幅广播、移动调幅广播、移动陆地通信、业余陆地通信、业余陆地通信、业余陆地通信、业
31、余无线电无线电无线电无线电 3 330 MHz 30 MHz 101010102 2 m m 高频高频高频高频 HF HF 同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆短波无线电短波无线电短波无线电短波无线电 移动电话、移动电话、移动电话、移动电话、短波短波短波短波广播定点军用通广播定点军用通广播定点军用通广播定点军用通信、业余无线电信、业余无线电信、业余无线电信、业余无线电 40 30 30 300 MHz 300 MHz 110 m 110 m 甚高频甚高频甚高频甚高频VHF VHF 同轴电缆同轴电缆同轴电缆同轴电缆米波无线电米波无线电米波无线电米波无线电 电视、电视、电视、电视、调频广播、调频广播、
32、调频广播、调频广播、空中管制、空中管制、空中管制、空中管制、车辆、车辆、车辆、车辆、通信、通信、通信、通信、导航导航导航导航 300 MHz 300 MHz 3 GHz 3 GHz 10100 cm 10100 cm 特高频特高频特高频特高频UHF UHF 波导波导波导波导分米波无线电分米波无线电分米波无线电分米波无线电 微波接力、微波接力、微波接力、微波接力、卫星和卫星和卫星和卫星和空间通信、空间通信、空间通信、空间通信、雷达雷达雷达雷达 3 330 GHz 30 GHz 110 cm 110 cm 超高频超高频超高频超高频SHF SHF 波导波导波导波导厘米波无线电厘米波无线电厘米波无线电
33、厘米波无线电 微波接力、微波接力、微波接力、微波接力、卫星和卫星和卫星和卫星和空间通信、空间通信、空间通信、空间通信、雷达雷达雷达雷达 30 30 300 GHz 300 GHz 110 mm 110 mm 极高频极高频极高频极高频EHF EHF 波导波导波导波导毫米波无线电毫米波无线电毫米波无线电毫米波无线电 雷达、雷达、雷达、雷达、微波接力、微波接力、微波接力、微波接力、射电天文学射电天文学射电天文学射电天文学 107 107 108 GHz 108 GHz 310310-5-5 310310-4-4 cm cm 紫外紫外紫外紫外 可可可可见光见光见光见光 红红红红外外外外 光纤光纤光纤光
34、纤激光空间传播激光空间传播激光空间传播激光空间传播 光通信光通信光通信光通信 1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式41频分复用 用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围。时分复用 用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间。码分复用 用正交的脉冲序列分别携带不同的信号。6、按信号复用方式分类按信号复用方式分类1.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式 常见传输多路信号有两种复用方式：421.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式时间时间频率频率时分复用时分复用（TDM）时间时间频率频率码字码字码分复用码分复用（CDM）时间时间频率频率频分复用频分复用（
35、FDM）431.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式二、通信方式二、通信方式 上述通信系统是单向通信系统，但在多数场合下，信源兼为信宿，需要双向通信，下面只对通信方式作一简单介绍。a)按消息传递的方向与时间关系分按消息传递的方向与时间关系分 对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。441.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式单工通信单工通信是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道，如图1-6(a)所示。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。半双工通信半双工通信是指通信双方都能收发消息，但不能
36、同时进行收和发的工作方式，如图1-6(b)所示。例如，使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信都是半双工通信方式。451.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式(a)单工(b)半双工(c)全双工461.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式全双工通信全双工通信是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道，如图1-6(c)所示。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式。b)按数字信号排列顺序分按数字信号排列顺序分 在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。471.3 通信系统分类及通信方式通信系
37、统分类及通信方式(a)串行传输(b)并行传输图1-7 并行和串行通信方式481.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式并行传输并行传输是将代表信息的数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。并行传输的优点是节省传输时间，但需要传输信道多，设备复杂，成本高，故较少采用，一般适用于计算机和其它高速数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信。串行传输串行传输是数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。通常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。491.3 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式c)按通信对象数量的不同按通信对象数量的不同 可分为点到点通信点到点通
38、信、点到多点通信点到多点通信和多点到多多点到多点通信点通信三种(多个对象和多个对象之间的通信)。d)按同步方式的不同按同步方式的不同 又分为同步通信和异步通信。e)按通信终端之间的连接方式按通信终端之间的连接方式 可划分为两点间直直通通方方式式和交交换换方方式式。直通方式是通信双方直接用专线连接；而交换式的通信双方必须经过交换机才能连接起来，如电话系统。501 1、什么是模拟通信，什么是数字通信？、什么是模拟通信，什么是数字通信？2 2、数字通信有哪些优点？、数字通信有哪些优点？3 3、数字通信系统模型。、数字通信系统模型。思思 考考511.4 信息及其度量 任何信源产生的输出都是随机的随机的
39、，信息量信息量就是对消息中这种不确定性不确定性的度量度量。信息量信息量与事件发生的概率概率有关，事件出现的概率越小，信息量就越大；必然事件的概率为1，则它传递的信息量就为0。假设 是消息发生的概率，则：信息量信息量是概率的函数概率的函数，即 越小，越大；反之，越小。且时，；时，52 若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量具 有相加性相加性:1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量信息及其度量信息及其度量 综合以上三条规律，根据概率论知识，信息量信息量与消息出现的概率概率之间的关系关系应为：信息量的单位信息量的单位与对数底数a有关。a=2时，信息量的单位为 比特比特(bit)，最常用；最常用；
40、a=e时，信息量的单位为 奈特奈特(nat)；a=10时，信息量的单位为 哈特莱哈特莱（Hartly）。53【例1-1】设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量信息含量为多少？1.4 信息及其度量信息及其度量 可见，传送等概率的二进制二进制 波形波形之一 的信信息息量量为1 比比特特。同理，传送等概率的四四进进制制波波形形之一 的信息量信息量为2比特比特。对于离散信源，M 个波形等等概概率率 发送，且每一个波波形形的的出出现现是独立的，即信源是无无记记忆忆的，则传送M 进制波形进制波形之一的信息量为：1 1、等概率情况下信息量的计算等概率情况下信息量的计算54 传
41、送等概率四进制波形之一的信信息息量量为2比特，每个四进制波形四进制波形需要用2个二进制脉冲个二进制脉冲表示；传送等概率八进制波形之一的信信息息量量为3比特，每个八进制波形八进制波形需要用3个二进制脉冲个二进制脉冲表示。综上所述，式中K 是二进制脉冲数目二进制脉冲数目。1.4 信息及其度量信息及其度量式中P为每一个波形出现的概率，M为传送的波形数。若M是2的整幂次的整幂次，比如 （K=1，2，）则式(1.4-4)可改写为：式(1.4-4)55 设离散离散 信息源信息源是一个由n 个符号个符号组成的集合，按独立出现。记2、非等概情况的信息量的计算 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量信息及其度
42、量信息及其度量 则每个符号每个符号所含信息量的统计平均值统计平均值，即平均平均 信息量信息量为：式(1.4-6)56 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量信息及其度量信息及其度量 由于H 同热力学中的熵形式一样，故通常又称它为信息源的熵信息源的熵，其单位为bit/符号。当信源中每个符号等概独立等概独立出现时，式(1.4-6)即成为式(1.4-5)。可以证明，此时信源的熵有最大值信源的熵有最大值：根据信息量的相加性相加性概念概念，N 个符号的总信息量总信息量可表示为：其中 ni 为符号符号 x xi i 出现的次数(事件发生次数)57【例1-2】一离散信源由0，1，2，3 四个符号四个符号组
43、成，它们出现的概率出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息：201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量信息量。解解：0 0出现2323 次；1 1出现 1414 次；2 2 出现1313 次；3 3 出现7 7 次；共有5757 个个符号，故该消息的总信息量总信息量为 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量信息及其度量信息及其度量58 每个符号的算术平均信息量算术平均信息量为：1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量信息及其度量信息及其度量 可见，两种算法的结果有一定
44、误差，但当消息很长时，用熵的概念熵的概念来计算比较方便比较方便。而且随着消消息息序序列列长长度度的增加，两种计计算算误误差差将将趋于趋于零零。若用熵的概念熵的概念来计算，由式(1.4-5)得：59解解：A A 出现6 6 次；B B出现 3 3次；C C出现 2 2次;D D出现2 2次；共1313 个个 符号。故该消息的信息量及熵分别为算术平均信息量算术平均信息量为24/13 1.85 bit/符号符号一离散信源由一离散信源由 A，B，C，D 四个符号组成，它们出现四个符号组成，它们出现的概率分别的概率分别为为 1/2，1/4，1/8，1/8，且每，且每符号的出现都是符号的出现都是独立的。试
45、求消息独立的。试求消息 AAAAABBACCDDB 的信息量及熵的信息量及熵 601.5 通信系统的主要性能指标 通信的任务是快速、准确地传递信息。评价通信系统优劣的主要性能指标是系统的有效性和可靠性。有效性有效性是指在给定时间内所传输的信息内容的多多少少，或者说是传输的“速度速度”问题；可靠性可靠性是指接收信息的准确程度准确程度，也就是传输的“质量质量”问题。这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常还可以进行互换互换。61一、模拟通信系统有效性指标：用单位时间单位时间传送的信息量信息量或有效传输频有效传输频带带来衡量。频带相同时，单位时间内传送信息量越大，有效性越好；单位时间传送的信息量相同时，
46、占用频带越窄，有效性越好。1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 如调频信号抗干扰能力抗干扰能力比调幅好，但调频信号所需传输频带传输频带却宽于调幅。可靠性指标：用接收端最终输出信噪比信噪比来度量，信噪比越大，可靠性越好。62有效性 用传输速率来衡量；可靠性 用差错率来衡量。二、数字通信系统1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标1 1、传输速率传输速率码元传输速率码元传输速率RB 简称传码率传码率，又称符号速率符号速率。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（波特（BaudBaud），记为），记为B B。例如，若 1秒内传2400个码元，则传码率为2400B63 在数
47、字通信中，一个码元（符号）在时间轴上的长度被称为码元长度。数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度 TB 有关1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标信息传输速率Rb简称传传信信率率，又称比比特特率率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps。64式中，H是信源中每个符号所含的平均信息量平均信息量(熵)1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标码元码元速率速率和信息速率信息速率有确定的关系，即 等概传输时，熵有最大值，信息速率信息速率也达到最大，即 式中，M为符号的进制数进制数。二进制的码
48、元速率码元速率码元速率码元速率和信息速率信息速率信息速率信息速率在数量上相等。65频频带带利利用用率率是单位频带内的码元传输速率。它真正衡量数字通信系统的传输效率，即系统有效性。数字信号的传输带宽B不仅与码元速率RB有关，而且与数字信号的调制方式有关。1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 码元传输速率 RB 与信息传输速率Rb有关，为了比较不同系统的传输效率，又可定义频带利用率频带利用率为：66误误码码率率（码码元元差差错错率率）Pe，是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即：衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误
49、码率和误信率表示。1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标2 2、差错率差错率67误信率（信息差错率）是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即：显然，在二进制中有：1.5通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标68J常用通信术语J通信、通信系统、信(息)源、信宿、调制、解调、基带信号、频带信号、信息、消息、信号 J通信系统的组成和分类J几种通信方式J数字通信系统的主要特点J离散信源的信息量J码元速率与信息速率的关系J误码率的概念691.如何判断一个通信系统是模拟系统还是数字通信系统？2.消息中的信息量与消息发生的概率有什么样的关系？3.离散消息中包含的信息量是如何度量的
50、？4.如何衡量一个数字通信系统的质量？5.如何衡量一个模拟通信系统的质量？70习题：1-2、1-4、1-6、1-10作作 业业71作业解答作业解答1-4 一个由字母A、B、C、D组成的字，对于传输的每一个字母用二进制编码，00代替A，01代替B，10 代替C，11代替D，每个脉冲宽度为5 ms。(1)不同字母等概率出现时的平均信息速率。(2)若每个字母出现概率分别为PA=1/5，PB=1/4，PC=1/4，PD=3/10，计算平均信息速率。平均信息速率：平均信息速率：Rb=RBH(b/s)码元速率：码元速率：7273则信息源的平均速率为 Rb=RBH =1000 6.417=6417bit/s