第1章通信基本概念

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现代通信技术

第1章概论1.1 本章重点（1）通信系统的基本概念（2）通信系统的质量评价（3）通信网的组成（4）通信信道（5）现代通信技术的应用和发展1.2 内容要点1.2.1 通信概述1. 通信基本概念通信是指利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行信息传递和交换的过程。

·信源：消息的来源，是消息的产生者或接收者，提供消息的可以是人或机器。

·消息：通信系统要传送的对象，由信源传输，如语音、图像、文字或者某些物理参数等，语音及图像的编码常称为信源编码。

·信号：在通信系统中为传送消息而对其变换后传输的某种物理量，如电信号、声信号、光信号等。

信号是消息的载体。

·信令：通信系统进行控制操作或为用户服务的一类控制信号。

·信息：消息中的有效内容，消息内容的含量用信息量衡量。

2. 通信系统模型通信的任务是完成信息的传递和交换。

可用点对点通信的基本模型描述，如图1-1所示。

从该模型可以看出，要实现信息从一端向另一端的传递，必须包括5个部分：信息源、发送设备、信道、接收设备、受信者。

图1-1 通信系统的基本模型从通信网络的系统组成角度，可将其分为4个功能模块：接入模块、传输功能模块、控制功能模块与应用功能模块。

3. 通信系统的分类按通信业务分类·按传输内容：可分为单媒体通信与多媒体通信。

·按传输方向：可分为单向传输与交互传输。

·按传输带宽：可分为窄带通信与宽带通信。

·按传输时间：可分为实时通信与非实时通信。

按传输介质分类·有线通信：传输介质为电缆和光缆。

·无线通信：借助于电磁波在自由空间的传播来传输信号。

按调制方式分类·基带传输：将未经调制的信号直接在线路上传输。

·频带传输：先对信号进行调制后再进行传输。

按信道中传输的信号分类可分为模拟通信和数字通信。

按收发者是否运动分类可分为固定通信和移动通信。

第一章通信的基本概念PPT课件

• 1938年美国贝尔实验室为美国军方制成了世界上第一部“移动电话”手机
• 1942年，对讲机应用于二战
微波通信
• 1931年，英国多佛尔和法国加来之间在建立世界上第一条超短波接力线路
• 20世纪50年代出现微波接力通信
光纤通信
• 1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光纤通信的基础。
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。
– 数字系统：每秒所传输的位数来计量(bit/s)
• ADSL上网的速率: 上行：0.54Mbit/s 下载： 8Mbit/s
• 以太网上网的速率: 10Mbit/s 、100Mbit/s 到桌面
• 宽带：2Mbit/s 作为划分点
1.4.2 模拟通信系统
模拟通信利用模拟信号来传递消息。模拟通信系统框图如图1-2所示:
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End 演讲人：XXXXXX 时间：XX年XX月XX日
（1）信息与信号
• 信息←→冗余
– 消息中不定的部分
• 信号
– 信息的物理载体：电、光信号
• 模拟信号与数字信号

第一章移动通信概述

下面将给出几类在不同环境与条件下经常使用的著名经验公式与模型。 •1)奥村—哈塔(Okumura-Hata)模型 •2) Hata模型向个人通信PCS系统的扩展 •3)Walfisch-Ikegami模型(WIM) •4)室内传播模型
1.5 移动通信噪声与干扰

信道对信号传输的限制除了损耗和衰落外，另一重要限制因素是噪声和干扰。
20世纪80年代—90年代—21世纪前10年
第三代移动通信
数字蜂窝移动通信系统 (多频) IMT-2000
(CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA)
主要接入技术：CDMA
IP网业务和多媒体业务的发展和应用——业务驱动数字业务、IP业务、音视频业务会逐步成为主流业务
技术特点：
自适应技术：调制自适应，编码自适应，接入自适应，网络自适应。网络技术：分组连接，多网连接。业务技术：业务分类，编码组帧，数据压缩。静止状态下提供2Mbit/s的数据传输速率。

四种主要效应

阴影效应：由大型建筑物和其它物体的阻挡，在电波传播的接收区域中产生传播半盲区。它类似于太阳光受阻挡后可产生的阴影，光波的波长较短，因此阴影可见，电磁波波长较长，阴影不可见，但是接收终端(如手机) 与专用仪表可以测试出来。远近效应：由于接收用户的随机移动性，移动用户与基站之间的距离也是在随机变化，若各移动用户发射信号功率一样，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者信号弱。通信系统中的非线性将进一步加重信号强弱的不平衡性，甚至出现了以强压弱的现象，并使弱者，即离基站较远的用户产生掉话 (通信中断)现象，通常称这一现象为远近效应。

《通信技术基础》课件——任务1 通信的一般概念

— 25 —
第一章通信技术概论
1.1 通信技术的一般概念
数字信号：如：电传机（键盘字符→ 数字信号）、计算机等各种数字终端
— 26 —
数字信号：特征量取值离散的信号（幅度、频率和相位）
第一章通信技术概论
1.1 通信技术的一般概念
— 27 —
模拟信号与数宇信号是可以相互转换的。模拟信号可以通过 A/D转换变为数字信号,而数宇信号通过 D/A 转换又可以变为模拟信号，在通信中常见的 A/D转换方式有脉冲编码调制、增量调制以及在此基础上改进的各种方式。
第一章通信技术概论
1.1 通信技术的一般概念
— 30 —
通信系统
通信是将信号从一个地方向另一个地方传输的过程。用于完成信号的传递与处理的系统称为通信系统(Communication System)。现代通信要实现多个用户之间的相互连接，这种由多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网络(Communication Network)。通信网络以转接交换设备为核心，由通信链路将多个用户终端连接起来，在管理机构（包含各种通信与网络协议）的控制下实现网上各个用户之间的相互通信。
第一章通信技术概论
1.1 通信技术的一般概念
信道
— 29 —
广义信道，可以分为调制信道和编码信道两类。调制信道是指信号从调制器的输出端传输到解调器的输入端经过的部分；编码信道是指数字信号由编码器输出端传输到译码器输入端经过的部分。本书中我们讨论的信道主要指有线信道和无线电波信道这两类狭义信道。
第一章通信技术概论
1.1 通信技术的一般概念
通信系统的一般模型
通信系统将是信源指产通生信的中所需要的一切技术设备和传输媒介构成的总体。

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

通信基础培训-第1章__通信与通信系统的基本概念

1.1 通信的概念
•
谈到通信，我们每个人都不陌生。古代的烽火报警，就是
把敌人入侵的消息通过烽火传达给远方的人们(类似的例子还有抗
日战争时期的“消息树”)；舰船上的灯语和旗语通过灯的闪烁和旗
子的挥动与另一舰船或港口进行无声的对话；
• 传统的信函以文字形式把游子的思乡之情浓缩于尺素之中，再利用邮政媒体送达家人；在各种建设工地上，工人们经常使用对讲机相互联络，协调工作；在电影电视中经常看到军人或警察利用无线电台进行作战指挥；还有电报、电传、电话、寻呼、移动电话、有线广播、无线广播、有线电视、无线电视等当代最为普及的通信手段都是现实生活中我们所熟悉的通信实例。
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
• 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
发
传
接
信
送
输
收
信
源
设
介
设
宿
备
质
备
干扰
图1―1 模拟通信系统的一般模型
•
比如电话通信系统就包括：送话器、电
线、交换机、载波机、受话器等要素。广播通
信系统包括麦克风、放大器、发送设备、无线
电波、收音机等。两个通信系统实例示意图如
图1―2所示。
导线载波机
载波机
(a) 有线长途电话系统示意图
声被不断地放大，形成噪声积累直到通信终端。

通信系统概述

第一章通信系统概述1.1 通信系统模型一、通信的定义1.信息：对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容﹙包括语音、图象、文字等﹚人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。

古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。

2.信号：与消息一一对应的电量。

它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。

3．通信就是由一地向另一地传递消息。

二、电通信1．定义利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。

2．特点电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。

电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。

（1）模拟信号与数字信号：按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。

模拟信号：信号的取值是连续的。

数字信号：信号的取值是离散的。

（2）基带信号与频带信号：按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。

基带信号：发信源发出的信号。

频带信号：通过调制将基带信号变换为频带信号。

基带传输：在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和有线广播等)。

频带传输:通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。

（FM、AM、MODEM）三、通信系统的模型1.通信系统的一般模型(1)通信系统：通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。

(2)通信系统的基本模型●发信源：是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。

变换：将非电物理量转换为掂量。

信源可分为模拟信源和离散信源。

模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续的信号；离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。

●发送设备：作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信号。

它要完成调制、放大、滤波、发射等。

在数字通信系统中还要包括编码和加密。

通信原理第一章

P7
特点：随机性的，无法预知的。
信号：反映消息的电信号。
信息：把消息中的内容用概率统计的方法抽象出来。信息是消息和信号中包含的某种有意义的抽象的东西。
2、信息量：是信息或消息的一种度量。信息的大小由信息量来衡量。
不同的消息人们对它的反映是不同的，如：下雨、地震
（太阳从东方升起）下雨：经常发生，不足为奇，信息量小；地震：不常发生，很惊讶，信息量大。（太阳从西方升起）
P（x）：消息的概率 a ：2的整数次幂 P8
信息量的单位的确定取决于底数a：
若对数以2为底时单位是“比特”（bit — binary unit的缩写）；
若以e为底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；
若以10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。
数字通信系统还有一个非常重要的控制单元，即同步系统。使收发两端的信号在时间上保持步调一致
3、数字通信的主要特点目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的主流。
与模拟通信相比，它有如下优点： 1、抗干扰、抗噪声性能好 2、差错可控 3、易加密 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造更容易，体积更小，重量更轻。 5、数字信号便于计算机处理，数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。 6、易于与现代技术相结合。
消息出现的概率越大，则消息中包含的信息量越小；消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量越大。
信息量：I information ∵ P（x）＝1 必然事件 P（x）＝0 不可能发生事件 I＝0 I＝∞

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5
通原 (I) 的基本内容
通信基本概念确定信号和随机信号分析模拟调制系统数字基带传输系统正弦载波数字调制系统数字信号的最佳接收模拟信号的数字传输
6
第一章绪论（通信基本概念）
什么是通信？通信的发展简史通信系统的组成通信系统的分类和通信方式信息及其度量通信系统的主要性能指标
7
30
•
4.1 恒参信道举例(1)
双绞线
既可用于模拟传输，也可用于数据传输带宽依赖于线的粗细和传输距离无屏蔽双绞线(UTP) 屏蔽双绞线(STP): 以箔屏蔽来减少干扰
31
4.1 恒参信道举例(2)
同轴电缆
基带同轴电缆：50Ω，为数据通信传输基带数字信号，局域网中广泛使用
10Mb/s, 1km
通信原理 (I)
信息与通信工程学院
桑林
sanglin@ 62281331
关于课程
先修课程：《信号与系统》、《概率论与随机过程》学习方式：课堂教学/课后作业考试方式：闭卷笔试成绩评定：期末+ 平时通信原理: http:
2
课程性质
现代通信系统的基本理论，是工科：电子、信息、通信等专业的必修课。专业基础课
大量使用电子管的持续期，只有约50~70年大量使用晶体管的持续期，只有约20~30年 80、90年代大量使用的软盘己被闪存取代。磁带录音机、磁带录像机己被MP3、MP4、 VCD、DVD取代。
曾流行一时的产品
固定电话作为主要通话工具将让位给移动电话、网络电话；电灯泡将被半导体照明取代· ·。。。。。新的技术取代老的技术，意味着原有的生产线得关闭，知识陈旧的技术人员将失业。只有与时俱进，不断学习，才能跟上技术发展的步伐，企业才能生存发展！
基带数字通信系统模型
数字信息源波形形成信道接收滤波受信者
噪声源
22
3. 通信系统的组成(5)
数字通信的优点：
抗干扰能力强(消除噪声积累；差错可控) 便于处理和管理，便于传输和交换便于与各种数字终端接口，进行处理、加工、变换、存储，形成智能网；便于集成化，微型化；便于加密处理
麦克斯韦
1947年巴丁、布拉坦和肖克利制造出了世界上第一只点接触型锗晶体三极管，从此跨入了固体电子学时代。
发明电灯泡基础上的第一只晶体管和肖克利巴丁布拉坦
12
弗莱明
2. 发展简史——关于科学家
1958年工程师杰克·基尔比在一块6.45平方毫米硅片上集成了12个元件，制成了一个RC移相振荡器。这是世界上第一块集成电路芯片。
3
研究的问题：
通信系统是如何工作的？
微积分运算及性质富氏变换及性质卷积变换及性质
通信系统在有噪声时的性能如何？
概率论，随机过程特殊函数
解决办法
4
主要参考书
樊昌信等编，通信原理，国防工业出版社周炯磐等编，通信原理，北京邮电大学出版社曹志刚等编，现代通信原理，清华大学出版社 Leon W Couch Digital and Analog Communication Systems （4Edition). 清华大学出版社 Simon Haykin, Communication Systems, 电子工业出版社 J.G.Proakis. Digital Communication(4rd Edition). 电子工业出版社通信原理习题集
非导向媒体：自由空间
无线电(短波、微波、卫星)、红外线
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4.1 信道定义、分类(2)
102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 Hz
双绞线电话业务同轴电缆
FM 无线电和 TV AM 无线电
地面微波接力卫星
35
地球
地面站
4.1 恒参信道举例(6)
地球同步(GEO)卫星
距地面约35860km。相对于地面站来说，同步卫星在空中的位置是静止的使用3个卫星(赤道上空)覆盖全球 INMARSAT
36,000 公里
中轨道(MEO)卫星
GPS：17723km高，24颗星伽利略计划：30颗星
地球
低轨道(LEO)卫星
（前后）雷达、电视诞生
1958年
集成电路诞生开启了微电子时代
1964年
激光发明开启光电子时代
没有电子信息技术，人类只能停留在工业化时期。
大规模集成电路、卫星、个人电脑、互联网、进入知识经济时代
移动通信、彩色电视大发展
科学技术是第一生产力！
14
2. 发展简史——技术的发展历程
曾流行一时的产品
数字通信的缺点：
频带利用率低：一路模拟电话：4KHz，接近同样话音质量的一路数字电话：20-60KHz。对同步要求高，系统设备比较复杂。
23
3. 通信系统的组成(6)
两种应用
利用数字通信系统传送模拟消息
A/D，D/A变换，例如电话
利用模拟通信系统传送数字信号
加装数字终端，例如调制解调器
电话网
因特网
基尔比
研究这些划时代的伟大科学家，考察他们的发明成就，其意义是跨出了他们前人还没有跨出的第一步。他们的成就主要来源于他们的实践、目标追求和永不放弃！
1960年梅曼发明红宝石激光器
13
梅曼
2. 发展简史——技术的发展历程
1906年
电子管发明开启电子时代
无线广播、无线通信诞生
1947年
晶体三极管发明开启固体电子学时代
37
4.2通信系统的分类(2)
根据信号复用方式
频分复用(FDM)
频率 4 3 2 1 时间 1 2 1 2 1 3 3 4 时间频率
时分复用(TDM)
码分复用(CDM)
频率
4
时间
38
4.3 点到点的通信方式(1)
按消息传送方向与时间关系
单工：遥测、遥控、寻呼半双工：无线电对讲机(同一载频) 全双工通信：电话发送端发送端信道接收端发送端接收端信道信道接收端接收端发送端
铜芯绝缘层外导体
宽带同轴电缆：75Ω，多用于CATV系统，传送频分复用的模拟信号
6MHz/300~400MHz， 100km 单向放大器
保护套
32
4.1 恒参信道举例(3)
光纤
纤芯和包层构成的双层通信圆柱体，依靠光波承载信息光纤传输系统：光源、光纤线路和光电探测器
光源
光调制器
光纤线路
光探测器
24
4.1 通信系统的分类(1)
根据信号特征模拟通信系统数字通信系统根据消息的物理特征：
电话、数据、图ห้องสมุดไป่ตู้…
模拟与数字视音频业务数据通信业务多媒体通信业务
25
4.1 通信系统的分类(2)
模拟与数字视音频业务普通电话、 IP电话、移动电话、数字电话、可视电话、会议电视、广播电视、数字视频广播、点播电视数据业务 DDN业务帧中继FR ISDN业务 ATM业务 IP业务传真存储转发虚拟专网业务 VPN 电子数据交换 EDI
26
4.1 通信系统的分类(3)
根据调制方式基带传输：频带传输：根据传输媒介有线传输无线传输
27
4.1 信道定义、分类(1)
影响系统可靠性能：
噪声和信道传输特性的不理想
信道：信号通道，必不可少狭义信道：信号的传输媒质(物理通路)
导向传输媒体：电磁波被导向沿着固体媒体传播
金属导体：双绞线、同轴电缆光纤
发射功率小，用于移动通信和个人通信系统 “铱”系统：765km高，66颗星 Globalstar：1389km高，48颗星
36
4.1 随参信道举例
短波电离层反射信道
电离层：离地面高60~600km的大气层短波：3~30MHz(100~10m) 传输无盲区，设备简单，灵活传输可靠性差，需经常更换工作频率短波广播，应急通信，抗灾通信，军事通信
10
2. 通信的发展简史(3)
1958年，发明第一块集成电路 1961年，FM立体声广播开播 1964年，第一台全电子电话系统问世 1972年，Motorola发明蜂窝电话 1976年，个人PC问世 1989年，“便携式”蜂窝电话问世 1990－，超大规模集成电路的大量使用，计算机和通信正向着兼容互补的方向发展发展趋势
光纤
海事无线电
无线电
红外线
紫外线可见光
微波
29
4.1 信道定义、分类(3)
无线电通信使用的频谱资源，最低可为3KHz，最高达 3THz。更高的电磁频谱当然不是以3THz为限的，使用3THz以上电磁频谱的电信系统也在研究探索之中，但最大不能超过可见光的范围。受到技术上和可提供能够操作使用的无线电设备方面的限制，ITU当前只划分了9KHz~400GHz范围，目前实用的较高的频段只是在几十GHz。微波：300MHz~300GHz 3G: 2GHz左右的频段，带宽1.25MHz~5MHz GSM网络带宽~200KHz. 频段：900MHz, 1800MHz, 1900MHz
1. 什么是通信?
通信：交流，传递消息；信息的传输与交换
信息是要表示和传送的对象（本质）消息是表示信息的媒体（形式）
消息：语言、文字、图象、符号、声音等。同一信息可以用不同的消息表示。
信号常常由消息变换而来，是与消息对应的某种物理量，通常是时间的函数，（电压，电流)。通信系统中传送的是信号.
通信是一种产业，它生产的是一种信息在空间转移的效应