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1、通信原理通信原理principlesofcommunication元秀华华中科技高校武汉光电国家试验室/光学与电子信息学院 绪论Introduction一、通信的目的及任务沟通、交换信息，传递信息。克服距离障碍，快速、精确的传递信息围绕上述任务，通信技术经验了相当长时期的发展全双工点对点光无线通信大气Inter-satellite linkInter-satellite linkData relay satelliteData relay satelliteHigh-speed High-speed(10Gb/s)(10Gb/s)Optical feeder linkOptical feede
2、r linkGround station withGround station withadaptive opticsadaptive opticsFiber opticFiber opticlinklinkInternational International space stationspace station空间地面地面通信链路二、通信技术的发展与演化第一阶段：语言、人力、马力；其次阶段：文字独创、邮政；第三阶段：印刷术独创；第四阶段：电话、电报第五阶段：信息时代，现代通信。古老的通信方式烽火书信（快马），中继方式驿站。现代通信模拟通信：1877年，贝尔试验室独创电话数字通信：1836年
3、，莫尔斯独创电报通信发展过程简史1838摩尔斯独创有线电报1864麦克斯韦提出电磁辐射方程1876贝尔独创电话1896马可尼独创无线电报1906独创真空管1918调幅无线电广播、超外差接收机问世1925起先接受三路明线载波电话、多路通信1936调频无线电广播开播1937独创脉冲编码调制原理1938电视广播开播19401945二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展通信发展简史1948 独创晶体管，香农提出了信息论，通信统计理论起先建立。1950 时分多路通信应用于电话1956 敷设了越洋电线 1957 放射第一颗人造卫星1958 放射第一颗通信卫星1960 独创激光1961 独创集成电路通信发展
4、简史1962放射第一颗同步通信卫星；脉冲编码调制进入好用阶段19601970彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输的理沦和技术得到了迅速发展19701980出现高速数字电子计算机、大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理机等快速发展；1980超大规模集成电路、长波长光纤通信系统广泛应用；综合业务数字网崛起。星星通信星地通信。主要传输技术及发展的趋势电缆，SSB/FDM，13200话路，6路电视微波中继，SSB/FDM，6000路，可敷设电缆无法到达的地方光纤通信，百万路以上/每纤芯卫星通信，国际卫星组织数十万条话路，80100洲际卫星用于远距离电视传送，技术：模拟
5、，FDMA；移动通信，集有线、无线于一体，数字化、微型化。我国是最大的市场。通信和经济的关系没有现代通信，就没有经济的高速发展我国的通信事业和设施须要跟上经济发展的步伐，更须要赶上现代化发展速度！一、通信系统的组成通信的目的是传送消息（信息）。消息不能干脆传输，须要借助相应的设备变换为适合通信信道传输的信号。全部完成信息变换及信息传输的设备的全体（有机组合）构成一个完整的通信系统。1、通信系统的基本相识2、通信系统的组成通信系统由信号源信号源、发送设备发送设备、信道信道、接收设备接收设备和受信者受信者组成，见图1。信号源发送设备信道接收设备受信者发送端噪声源接收端图1点对点通信系统的模型其中，
6、噪声是信道或设备产生的一种随机信号，在任何通信系统中，不行避开。3、通信过程是一个随机过程。信号是随机信号。信号源发送设备信道接收设备受信者发送端噪声源接收端二、通信系统特征1、模拟通信系统模拟通信系统信号特征：信号连续。须要两种变换：a:连续消息原始电信号连续消息b:原始电信号具有低频重量，不宜干脆传输，须要调制变换，模拟通信系统特点：处理时间连续信号，简洁实现，主要缺点是易受干扰，对信道要求较高，难以实现大容量和超高速的信号传输。模拟通信系统组成：如图。明确系统任务信号源调制器信道解调器受信者噪声源模拟通信系统模型完成信号变换完成信号反变换调制器的作用：将须要传输的信息加载到载波上，并将信
7、号变换为适合信道传输形式。放射机接收机光通信系统光接收机光源传输介质光调制器对于任何一个光通信系统，基本部分由下面系统结构组成。干脆调制光纤自由空间大气信号源光通信系统光源光纤线路光探测器基带处理解调电信号光调制器基带处理调制电信号基带电信号基带电信号已调光信号光学天线光学天线自由空间关于传输的几个基本概念：基带信号：原始电信号，调制信号频带信号：基带信号经调制变换、成为已调信号载波：高频等幅度信号或其它形式信号（如脉冲信号等）相互关系：调制信号（基带信号）载波参量已调信号（频带信号）调制过程示意图基带信号载波信号已调信号(AM)调幅（AM）信号调制过程AmplitudeModulationF
8、requencyModulationPhaseModulation数字通信系统Digitalcommunicationsystem2、数字通信系统数字信号的特征：信号取值离散（时间离散、幅度量化）数字通信系统的特点：1）抗干扰实力强；2）便于加密；3）便于纠错；4）能运用现代数字信号处理技术；5）可综合传递各种消息，通信系统功能增加。数字通信系统组成：见图3。数字复接信息源加密器编码器调制器信道解调器译码器解密器受信者图3数字通信系统模型噪声源发端同步收端同步数字分接接收机放射机信息源基带信号形成器信道接收滤波器受信者噪声源数字基带传输系统放射接收接收滤波器基带信号复原数字通信的特殊技术（1）
9、差错限制通过编码实现，因而发送端须要编码器，接收端须要解码器；（2）须要保密时，发送端需加密，接收端则须要解密；（3）发送端按节拍传送数字信号单元（码元），接收端须按同样节拍接收，即要求严格“同步”。同步：有两种同步，“码元同步”或“位同步”；“码组同步”或“群同步”、“帧同步”。三、通信系统分类分类方法：1、按消息物理特征分类，可分：电报通信系统；电话通信系统；数据通信系统；图象通信系统等。2、按调制方式分类，有基带传输；频带传输。3、按信号特征分类，有模拟通信系统和数字通信系统。4、按传输介质分，可分为有线和无线通信系统。5、按信号复用方式分类，可分为：频分复用；时分复用；码分复用。通信方
10、式点对点通信：单工通信，消息只能单向传输（遥测、遥控）；半双工通信，双方能收、发，但不能同时收发（对讲机等）；全双工通信，双方能同时收发（电话等）。数字通信中，还有串序传输、并序传输。几种通信方式示意图，见图4。发端信道收端（a）发端收端信道发端收端（b）发端发端收端收端信道信道（c）图4通信方式示意图（a）单工通信（b）半双工通信（c）全双工通信发送设备接收设备101（a）串序通信发送设备发送设备（b）并序传输图5串序与并序传输方式激光器调制驱动基带信号形成光学天线自由空间光学天线光电探测信号解调ATM、EthenetSDH光学滤波光学滤波ATM、EthenetSDH自适应光学其它介质信号跟
11、踪信号跟踪多路复用解复用FSO系统组成原理自适应光学四、信息及其度量通信的目的在于传递信息。信息可理解为消息中有意义的内容。不同形式的消息，可以包含相同的信息。消息多种多样，而度量信息量的方法，应对任何消息适用，和消息种类无关。消息中所含信息量的多少，和消息描述的事务发生的概率p(x)有关，事务出现的概率越大，包含的信息量I越少，反之，事务出现的概率越小，所含信息量则越大。即II(p(x)信息量表示由n个独立事务构成的联合事务X对应的信息量I(X)应为n个单个事务信息量的和，即而联合事务对应的概率为只有对数函数可以满足上述关系，因此，若设事务X发生的概率为p(x)，则对应的信息量为哈特莱提出：
12、信息量的单位若传送M进制波形，且M=2k，则I=k(bit)。即对数的底a=2时，单位为比特（bit）；对数的底a=e时，单位为奈特（nit）对数的底a=10时，单位为哈特莱。定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为1，单位为“比特”消息很长时，计算麻烦！上式称为信源的熵！对于一串符号构成的消息，设有N个符号，每个符号出现n次，则有若第i个符号出现的概率是P(xi)，可接受离散信源的平均信息量计算，即二进制和多进制数据传输率的关系设二进制和多进制的码元速率分别为：RB2RBN，则Rb：信息速率。RB：码元速率对于N进制，其信息速率和码元速率的关系为Ts02Ts3Tstt1码的说明电平信号码
13、元的图示说明1、理解不同进制间码元速率和信息速率之间的关系；2、多进制的码元速率和信息速率之间的关系。留意五、通信系统的性能指标1、影响性能指标的因素有效性（消息传输速度）、牢靠性（通信质量）、适应性、标准性、经济性及维护运用等。2、模拟通信系统的性能传输速度。主要确定于消息所含的信息量和对连续消息（信息源）的处理。消息传输速度可用单位时间内传送的信息量衡量。均方误差，衡量发送的模拟信号与接收端复原的模拟信号之间的误差程度。误差由传输过程中叠加在信号上的噪声和信道传输特性不志向产生。信噪比S/N3、数字通信系统的性能传输速率（1）码元传输速率或传码率，定义为单位时间内传送码元的数目，单位为“波
14、特”。（2）信息传送速率或传信率，定义为每秒时间内传送的信息量。单位为“比特”。在二进制情形，码元速率和信息速率在数值上相等。差错率（1）误码率：错误接收的码元占传送总码元数的比例；（2）误信率：错误接收信息量占发送总信息量的比例。点对点通信多路点对点通信复用技术网络通信学习的总体目的要求：驾驭数字通信系统的组成及工作原理；深化理解数字通信系统各个部分的工作原理、特点及系统分析方法；理解数字通信系统的关键技术特点；驾驭现代通信系统的相关标准，技术趋势；娴熟运用多种分析方法，分析基带与频带传输系统的特性，驾驭同步系统的实现方法。本章学习要点1、通信系统图中各框图的意义及作用；2、数字通信与模拟通信的异同；3、通信的基本概念；信息量的概念；4、本章末的全部思索题；5、习题2，3，4，6，8，9。本章结束