通信技术原理第一章
通信原理 (完整)精选全文
数字通信的主要优点：
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
数字通信的主要缺点：
➢ 占用带宽大 ➢ 设备复杂 ➢ 同步要求高
宽带通信、压缩编码 VLSI、SOC、ASIC 信号处理技术
应用实例：
➢ 数字传输技术：电话、电视、计算机数据等 信号的远距离传输。
➢ 模拟传输技术：有线电话环路、无线电广 播、电视广播等。
狭义信道
有线信道 无线信道
中长波地波 短波电离层反射 超短波、微波视距传输 超短波、微波对流层散射 卫星中继
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
噪 声
接收设备
广义信道
广义信道
调制信道：
调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。 研究调制和解调时，常用调制信道。 连续信道/模拟信道。
eo(t)
e0t htei t nt e0t kt ei t nt
n(t)
n(t): 加性干扰 k(t): 乘性干扰
k t 依赖于网络的特性，k t 反映网络特性对 ei t 的作用。
干扰
加性干扰：本地噪声
始终存在
乘性干扰：非理理想信道 与信号共存
sR t sT tht nt
乘性 加性
增量调制DM
军用、 民用电话
Hale Waihona Puke 差分脉码调制DPCM电视电话、 图像编码
其 他 语 言 编 码 方 式 中低速数字电话 ADPCM、 APC、 LPC
按信号复用方式分类
通信原理与通信技术_张卫钢_第1章_通信与通信系统的基本概念
第1章 通信与通信系统的基本概念
•
总之，数字通信的优点很多，但 事物总是一分为二的。数字通信的许多 长处是以增加信号带宽为代价的。比如， 一路模拟电话信号的带宽为4kHz，而一 路数字电话信号大概要占20～60kHz的 带宽。这说明数字通信的频带利用率低。 尽管如此，数字通信仍将是未来通信的 发展方向。
第1章 通信与通信系统的基本概念
1.2 通信系统
• • 1.2.1 通信系统的定义与组成 用于进行通信的设备硬件、软件和 传输介质的集合叫做通信系统。需要强调 的是，过去对通信系统的定义没有软件部 分，但随着计算机进入通信系统，通信软 件就成为组成通信系统的基本要素，因此 我们在定义中加入软件这一模块。
第1章 通信与通信系统的基本概 念
• • • • • • 1.1 通信的概念 1.2 通信系统 1.3 通信方式 1.4 信道和传输介质 1.5 信号与噪声 1.6 信号频谱与信道通 频带
第1章 通信与通信系统的基本概念
第1章 通信与通信系统的基本概念
• • • • •
1.7 信息的度量与香农公式 1.8 多路复用的基本概念 1.9 常用的通信手段 1.10 通信系统的性能评价 1.11 通信技术发展史
数字通信系统示意图信源信道模拟通信信道数字通信数据通信信道信源通信与通信系统的基本概念需要说明的是自从有了数据通信系统之后这种以信道传输信号的种类为标准对通信系统进行的分类就显得不够严谨因为数据通信系统的信道可以是传输数字信号的信道也可以是传输模拟信号的信道或者说数据通信中的数据信号既可以以数字信号的形式在数字信道中传输比如局域网也可以转换成模拟信号在模拟信道中传输比如通过猫调制解调器上网
第1章 通信与通信系统的基本概念
1.3 通信方式
移动通信基本原理
并实现整个通信系统的运行、 管理。
第1章 移动通信基本原理
第1章 移动通信基本原理
1） 移动交换中心MSC MSC是计算机控制的全自动交换系统。
MSC是整个GSM网络的核心，它控制所有BSC的业
务，提供交换功能及和系统内其它功能的连接，MSC 可以直接提供或通过移动网关GMSC提供和公共电话
交换网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、公共
线资源管理等功能。 功能实体可分为基站控制器
（BSC）和基站收发信台（BTS）。
第1章 移动通信基本原理
1） 基站收发信台BTS BTS完全由BSC控制， 主要负责无线传输， 完成 无线与有线的转换、 无线分集、 无线信道加密、 跳频 等功能。 2） 基站控制器BSC
基站控制器是基站的智能控制部分， 负责本基站
第1章 移动通信基本原理
•半双工通信
•通信双方中，一方使用双频双工方式，即收发信机同时 •工作；另一方使用双频单工方式，即收发信机交替工作。
A T 发射机 受话器 R 接收机 f2 天线共用器 f1 R f1 f2 B T
发话器
Play
图1-5 半双工方式
第1章 移动通信基本原理
• 半双工方式，基站为双工，移动台为异频单工
数据网（PDN）等固定网的接口功能，把移动用户与 移动用户、移动用户和固定网用户互相连接起来。
第1章 移动通信基本原理
MSC支持的呼叫业务是： （1） 本地呼叫、 长途呼叫和国际呼叫。
（2） 通过MSC进行移动用户与市话、 长话之间的
联系， 控制不同蜂窝小区的运营。 （3） 支持移动电话机的越区切换、 漫游、 入网登 录和计费。
发话器 A T 发射机 天线共用器 受话器 R f2 f1 R f1 f2 B T
光纤通信原理和技术PPT课件
波长（µm） 系统类型
0.85
IM/DD
光纤 多模
BL(Gb/s·km) 年代
2
1978
1.3
IM/DD
单模
第1章 绪论
1.1 光通信发展史 1.2 国内外光纤通信技术发展概况 1.3 光纤通信系统的基本构成
第1章 绪论
1.1 光通信发展史
1.1.1 现代通信的发展
人类社会出现后，人与人之间就需要信息交流。原始社会 人们可以靠声音（语言）、肢体动作（肢体语言）或面部表情 等交流信息，这就是原始的通信，是人们面对面的交流。
60年代最好的光纤传输衰减为1000dB/km，即传输1km， 光功率降到原来的1/10100≈0，因而这种光纤不可能用作通 信媒质。当时没有人相信光纤可以用于通信，也没有人从 事光纤用于通信的研究。英藉华人学者高锟博士的贡献在 于理论上证明这样大的传输衰减是由于光纤中杂质吸收和 散射引起的。如将光纤提纯，则传输衰减可以降到可在通 信中实用的程度（最初提出的指标是20dB/km）[1].这一贡 献具有深远意义，完全改变了通信容量不适应社会发展的 需求，推动了信息社会更快地到来。由于这一贡献，高锟 博士获得了2009年诺贝尔物理学奖。
第1章 绪论
2.半导体激光器性能的突破
1960年发明的第一个激光器是红宝石(固体)激光器，不久 （1961年）半导体激光器研制成功，但当时需要在低温(液氮) 下脉冲工作。后来采用异质结技术使激光器可在常温下连续 工作，但开始只有数小时甚至数分钟的寿命，由于寿命极短 不能实用化。经过一段时间的努力，才研制成功可实用的半 导体激光器。现在的半导体激光器的性能有了极大的提高， 其寿命可达106小时，甚至达108小时，功率可达10 毫瓦量级 (泵浦激光器可达几百毫瓦),可调谐范围几百GHz,线宽低到 1―10MHz(外腔激光器能达几十kHz)，适用于各种光通信系统， 为光纤通信实用化打下了基础。激光器价格也在不断下降， 干线通信系统所用激光器已降到千美元量级；几十美元，甚 至几美元的半导体激光器可用于接入网系统。
通信原理 1-1_概述
西安工业大学
计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
1.2 数据通信的基本概念
1.2.1 通信术语 1、消息（message） 、消息（ ） 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 传输的具体对象 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。例如 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 2、信息（information） 、信息（ ） 消息所包含的内容。 是消息所包含的内容。例如每天的天气预报是一 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何， 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何，就 是该消息所包含的“信息” 即消息的含义。 是该消息所包含的“信息”，即消息的含义。
西安工业大学 计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
通信系统举例： 通信系统举例：智能大楼
• 智能大楼的定义有两种
– 通过对建筑物的结构、系统、服务和管理四个基本要素以 结构、系统、服务和管理 结构 及它们之间内在关联的最优组合，提供一个投资合理并且 高效、舒适、便利的环境。 • 这种定义从用户观点 从用户观点出发，突出了智能大楼在管理和信 从用户观点 息传输以及服务方面的特点。 – 在大楼建设中建立一个独立的局域网，通过结构化布线系 统组成一个集成环境，连接用户的各种设备，让大楼的管 理机构能够随时监测，并能自动采取相应的措施。 • 这种定义突出智能大楼“智能”的根本 智能大楼“ 智能大楼 智能”的根本所在——信息传 输系统
第一章 绪论
通信原理知识要点
通信原理知识要点第一章概论1 、通信的目的2 、通信系统的基本构成●模拟信号、模拟通信系统、数字信号、数字通信系统●两类通信系统的特点、区别、基本构成、每个环节的作用3 、通信方式的分类4 、频率和波长的换算5 、通信系统性能的度量6 、传码速率、频带利用率、误码率的计算第二章信息论基础1 、信息的定义2 、离散信源信息量的计算（平均信息量、总信息量）3 、传信率的计算4 、离散信道的信道容量5 、连续信道的信道容量：掌握香农信道容量公式第三章信道与噪声了解信道的一般特性第四章模拟调制技术1 、基带信号、频带信号、调制、解调2 、模拟调制的分类、线性调制的分类3 、 AM 信号的解调方法、每个环节的作用第五章信源编码技术1 、低通、带通信号的采样定理（例 5 － 1 、例 5 －2 ）2 、脉冲振幅调制3 、量化：●均匀量化：量化电平数、量化间隔、量化误差、量化信噪比●非均匀量化： 15 折线 u 律、 13 折线 A 律4 、 13 折线 A 律 PCM 编码（过载电压问题－ 2048 份）5 、 PCM 一次群帧结构（ P106 ）6 、 PCM 系统性能分析7 、增量调制 DM 、增量脉码调制 DPCM ：概念、特点、与 PCM 的比较第六章数字基带信号传输1 、熟悉数字基带信号的常用波形2 、掌握数字基带信号的常用码型3 、无码间干扰的时域条件、频域条件（奈奎斯特第一准则）4 、怎样求“等效”的理想低通（）5 、眼图分析（示波器的扫描周期）6 、均衡滤波器第七章数字调制技术1 、 2ASK 、 2FSK 、 2PSK 、 2DPSK 的典型波形图2 、上述调制技术的性能比较3 、 MASK 、 MFSK 、 MPSK 、 MDPSK 、 QPSK 、 QDPSK 、 MSK （ h=0.5 ）、APK 的含义、特点4 、数字调制技术的改进措施第七章复用与多址技术1 、复用与多址技术的基本概念、分类、特点、目的（区别）2 、同步技术的分类、应用第九章差错控制技术1 、常用的差错控制方式（ ARQ 、 FEC 、 HEC ）、优缺点2 、基本概念3 、最小码距与检错纠错能力的关系4 、常用的简单差错控制编码（概念、特点、编写）5 、线性分组码：基本概念、特点6 、汉明码的特点6 、循环码●概念●码字的多项式描述、模运算、循环多项式的模运算●循环码的生成多项式●根据生成多项式求循环码的：码字、（典型）生成矩阵、监督多项式、（典型）监督矩阵较大题目的范围1 、信息量的度量2 、信道容量的计算3 、 13 折线 A 律 PCM 编码4 、均衡效果的计算5 、数字调制波形的绘制6 、 HDB3 编码、解码7 、循环码重点Part I 基础知识1. 通信系统的组成框图 , 数字 / 模拟通信系统的组成框图。
通信原理第1章
1.5.1 数字通信系统有效性指标的具体表述
*码元传输速率通常又可称为码元速率、数 码率、传码率、码率、信号速率或波形速率。
码元速率：指单位时间(每秒钟)内传输码
元的数目，用符号RB来表示。
➢码元速率：RB － 波特(B) 码元速率RB与信号的进制数无关，只与 码元宽度Tb有关：
RB
1 Tb
通常在给出系统码元速率时，有必要说 明码元的进制，多进制(N)码元速率RBN与二 进制码元速率RB2之间，在保证系统信息速率 不变的情况下，相互可转换，转换关系式为 :
象等 6. 按收信者是否运动分:固定与移动 7. 按信号复用方式分：TDM、FDM、CDM
1.3.2 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A
信道
B
(a)
A
信道
B
(b)
A
信道
B
(c)
(a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
2. 按数字信号排序分
101
发 送 设 备
接 收 设 备
解： 信源输出的信息序列中，A出现23次，B出现14次， C出现13次，D出现7次，共有57个。
该信息源总的信息量为 ：
1.5 通信系统的主要性能指标
有效性和可靠性的关系（速度～质量） 模拟通信系统性能指标：
有效性指标：单位时间内传送的信息量 可靠性指标：均方误差 数字通信系统性能指标： 有效性指标：传输速率 可靠性指标：差错率
一种前所未有、方便快捷的通信手段。
(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到 来，地球变成“地球村”。
通信发展现状和趋势
1)融合趋势：PSTN、CATV、计算机网络三网业务 融合；语音和数据融合；电域与光域融合；移动与 WLAN融合
通信原理第一章小结
通信原理第一章小结通信原理是一门介绍通信系统基本原理和技术的学科。
本文将对通信原理第一章内容进行小结，包括通信系统的基本构成、模拟信号与数字信号的特点以及常用的调制技术。
一、通信系统的基本构成通信系统是由发送机、信道和接收机组成的。
发送机将信息转化为信号，并通过信道传输到接收机，接收机将信号恢复为信息。
在通信系统中，发送机的主要任务是将信息转化为便于传输的信号。
信道是信息传输的媒介，可以是有线传输线路、光纤或者无线信道等。
接收机负责将接收到的信号恢复为原始的信息。
二、模拟信号与数字信号的特点1. 模拟信号模拟信号是一种连续的信号，它的取值可以是任意的实数。
模拟信号可以通过不同的方式表示，例如电压、电流或者声音的振幅。
模拟信号具有以下特点：•连续性：模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的。
•无失真传输：模拟信号在传输过程中不会发生形状或幅度的变化。
2. 数字信号数字信号是一种离散的信号，它的取值只能是离散的整数。
数字信号通过采样和量化将连续的模拟信号转化为离散的信号。
数字信号具有以下特点：•离散性：数字信号在时间和幅度上都是离散的。
•误差累积：数字信号在采样和量化过程中会引入误差，这些误差会随着传输的进行不断累积。
三、常用的调制技术调制是指将原始信号转换为适合传输的信号。
常用的调制技术包括模拟调制和数字调制。
1. 模拟调制模拟调制是指通过改变载波的某些参数来表示原始信号的调制技术。
常见的模拟调制技术有： - 幅度调制（AM）：通过改变载波的振幅来表示原始信号。
- 频率调制（FM）：通过改变载波的频率来表示原始信号。
- 相位调制（PM）：通过改变载波的相位来表示原始信号。
2. 数字调制数字调制是指将原始信号转换为离散的数字信号的调制技术。
常见的数字调制技术有： - 脉冲调制（PAM）：通过改变脉冲的幅度来表示数字信号。
- 正交幅度调制（QAM）：通过改变两个正交载波的幅度和相位来表示数字信号。
- 正交频分复用（OFDM）：将数字信号分成多个子载波进行传输。
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2 8 b i t s /k e y 2 . 0 3 k e y /s 3 2 . 4 8 b i t s /s
模拟信源的基本指标:
如：语音的音量 电信号
电信号
频带的宽度（赫或赫兹，Hz）
二、数字波形与模拟波形（传输波形） 对于数字信源
数字波形：信号的传信息的参量只取有限个值。
收发两端结构基本对称，相应的单元彼此互逆。
格式化： 发格式化：把来自信源的消息信号整理为二进制序列。 收格式化：把收到的二进制序列还原为原始消息信号。
对于模拟信源，格式化还包括A/D和D/A变换。
脉冲基带调制和基带检测 脉冲基带调制: 把二进制序列变换成二元或多元传输波形 基带检波形进行抽样和判决实现。
t
数字通信系统模型
GSM通信系统
计算机通过网线连接
信源编码和信源译码 信源编码: 为了改善传输效率（压缩编码） 信源译码: 为了恢复原始信号，作相反的变换
信道编码和信道译码 信道编码: 为了改善传输的可靠性（信道纠错编码） 信道译码: 为了恢复原始信号，作相反的变换
调制的目的
提高信号频率以便天线辐射 改变信号占用带宽 实现信道复用 改善系统性能
可以用二元（二进制）波形（信号）传输，也可以用多元（多进制）波形 （信号）传输。
二进制（binary）信号: 1 bit二进制代码用一个脉冲传，故 在一个 Ts 时隙内传两种不同的脉冲之一.
Ts：Time slot
例1：二进制波形（二电平波形）
x t
数字基带信号
t
频谱在零频附近
a a 电平A和0抽象为符号 和
通信技术原理
课程概况
课程简介
课程名称：通信技术原理 讲课教师：付松涛 课内总学时：48
课程目的
以数字通信为背景，介绍现代通信及系统的原理和技术，
为从事这一领域研究的学生提供最基本的入门知识。
参考书目
曹志刚、钱亚生编写的《现代通信原理》 樊昌信等编写的《通信原理》 李宗豪编写的《基本通信原理》 王秉钧等编写的《现代通信系统原理》
同步单元 为整个数字传输系统提供各种定时时钟，使各个单元能够正 确、有序地工作。
数字通信系统的主要优缺点
如：计算机的输出 0 , 1 如：键盘。 如：汉字集。
模拟信源: 产生的消息的状态（取值）是连续变化的、数目无限的。 如：语音源。
数字消息源: 消息符号、消息符号集、数字消息序列 （数字信号）
消息符号（message symbol）：数字消息的每一种状态或者 取值称为一种消息符号
消息符号集：数字消息源的所有状态或者取值的集合
在接收端：检测该波形的代价又如何？
§1.2 通信系统的组成及分类
通信系统的一般模型
模拟通信系统模型
模拟广播通信系统
数字基带通信模型
一、 数字与模拟信源
Digital and analog information source
1. 信息、消息与信号
2. 数字与模拟信源
数字信源: 产生的消息的状态（取值）数是有限的
如：具有N种取值的数字信源
a1,a2, ,aN
数字消息序列： x1,x2, ,xm,
图1.3.1 数字消息信号示例
其中 xm 取 a1,a2, ,aN中 N个值之一。
3. 数字与模拟信源的基本指标 数字信源的基本指标:
符号速率： R S (符 号 / 秒 或 sym /s)
数字信源的元数：
课程内容
一、 绪论 二、 香农定理 三、 模拟调制技术 四、 模拟信号数字化技术 五、 数字基带传输技术 六、 数字频带传输技术 七、 复用技术与同步原理 八、 差错控制技术
第1章 绪论
§1.1 通信的基本知识 §1.2 通信系统的组成及分类 §1.3 通信系统的性能度量 §1.4 通信技术的发展概况
§1.1 通信的基本知识
通信：克服距离上的障碍，交换和传递信息 消息：用于被传输的文字、符号、数据和语音、活动图片等 信号：指消息的电量形式，与消息是一一对应的 信息：指消息中的有效内容，可以用量化的形式来表示，它与消息出现的概率
密切相关
信号波形设计取决于如下几个因素：
• 信号波形的中心频率及其带宽。 • 信号波形的功率和能量。 • 信号波形的抗干扰能力如何？ • 在发送端：产生该波形的代价如何？
M元数字信源：指数字信源具有M种符号
消息符号
最基本的是二元数字信源：具有2种符号，可以用1 位二进制编码表示，称为1bit.
多元数字信源：如M元，可以用n位二进制编码表示
一般， M 2n
例：假设计算机的终端键盘上有 110 字符 ，每个字符用 二进制代码组来表示。 问每个字符需要用几位二进制代 码?
，两个符号称为二
0
1
元（二进制）符号。
信道符号
T s : 符号周期或码元宽度
多进制 (M-ary) 信号 : n bit二进制代码用一个脉冲传， 在一个
Ts 时隙内传M种不同的脉冲之一. 一般， M 2n
例2：4进制波形 M4,n2
00 3V a0 01 1V a1 10 1V a2 11 3V a3
单位 : symbol/s Baud B
Rb 和 Rs的关系: RbnRs (b/s)
RsRb/n(Baud)
M 2n
对于模拟信源
模拟波形：信号的传信息的参量的取值是连续变化的
w (t) w s(t)
模拟波形在模拟通信系统中传
t 输。模拟波形经过A/D变换
变成数字波形，也可以在数字
通信系统中传输。
解: M 2n M 1 1 0,2 7 1 2 8,n 7
故需要 7bits代码来表示每个字符.
习题： 考虑手机短消息通信，以你自己或其他 某人的经验，试估计（1）按键速率；（2）假定 每个中文字符转换为2字节表示，短消息的二元 符号速率是多少？
解： （1）经过多次试验，按键速率为2.03 key/s
0 1 00
4 2
2 4
T s : 符号周期或码元宽度
数字基带信号
1 1 10
Ts
4个电平抽象为符号 a0,a1,a2,a3 ，4个符号称
为4元（4进制）符号。
信道符号
传输速率：
比特率 : Rb 每秒传输的bit数
单位: bits/s b/s bps
信道符号
符号速率（波特率）: Rs 每秒传输的脉冲数 （符号数）