通信原理第1章 序论课件.ppt
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1、第一章 绪论,1,通信原理,第一章绪论,第一章 绪论,2,第1章绪论,1.1引言 1.2 通信系统模型 1.3通信系统的分类及通信方式1.4信息及其度量 1.5 主要性能指标,第一章 绪论,3,1.1引言,1、通信概念:信息的传递过程称为通信。,人类自存在以来,在生存和斗争中总要进行思想交流和信息的传递,通信自古以来一直沿着人类历史前进的足迹不断地发展。,远古时代的通信:表情、动作;,文明古时代的通信:语言、文字、烽火告警、 驿马传令等;,近代、现代的通信:电报、电话、广播、传真、 电视、雷达、遥控遥测、 人工智能等。,电信号给予通信一个质的飞跃。,第一章 绪论,4,1837年,Morse 发
2、明电报;1876年,贝尔,发明电话;1887年,赫兹,证明电磁波的存在;20世纪初,调幅调制方式; 1936年,调频技术FM发展;1928年,奈奎斯特定理的提出(抽样定理)1937年,PCM通信的发明1955年,皮尔斯 卫星通信; 1962年,发射第一颗通信卫星TELSTAR大规模的集成电路的发展。,通信发展历程,第一章 绪论,5,2、通信网概念: 为了完成多用户中任意两个用户之间信源与信宿之间的通信过程, 一般需要建立一个网络,这个多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网。,3、通信网的构成,1)终端设备:电话、电报、监视器(摄像头)、电视等2)传输设备:电缆、光缆、微波、卫星等3)交换设备
3、:程控交换、ATM交换、光交换等4)协议和准则,通信技术是一门年轻但发展迅速的新技术,已由简单的通信技术发展成为通信科学。,第一章 绪论,6,通信的发展必须在通信技术发展的基础上形成一套科学的标准体系,并得到普遍的遵循和贯彻。,4、通信的标准,标准由很多种:国际标准、国内标准、军用标准和非军用标准等。,随着现代技术,尤其是计算机技术及其应用的发展,现代通信都以网络的方式进行,入网用户数目巨大、业务类型繁多、处理大量数据业务及多媒体业务;终端设备种类、数量不断增多;通信设备越来越广泛,遍布陆地、海洋、天空、地下以至于外层空间,第一章 绪论,7,4、本课程的主要任务 本课程主要介绍信息端到端的传输
4、系统,主要讨论系统的组成、原理和性能指标。,国际标准是指由国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)以及ISO公布的其他27个国际组织通过的标准, 在27个国际组织中,与通信最密切的有两个:,国际无线电通信咨询委员会:CCIR,国际电话电报咨询委员会:CCITT,第一章 绪论,8,1.2 通信系统模型,1.2.1 通信系统模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。基本的点对点通信系统模型:,噪声源,信息源,发送设备,信道,接收设备,受信者,消息原始电信号,原始电信号 传输信号,传输信号 原始电信号,原始电信号消息,第一章 绪论,9,1.信源,电话机、电视摄像机和电
5、传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。模拟信源,输出的是模拟信号;数字信源,输出离散的数字信号。,信源是消息的产生地, 其作用是把各种消息转换成原始电信号,称之为消息信号或基带信号。,第一章 绪论,10,2.发送设备,变换方式是多种多样的,在需要频谱搬移的场合,调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说,发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。,发送设备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输的信号。,第一章 绪论,11,3.信道,信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中,信道可以是大气(自由空间), 在有线信道中,信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线
6、信道均有多种物理媒质。,媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同,需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型,以反映传输媒质对信号的影响。,第一章 绪论,12,4.噪声源,噪声源不是人为加入的设备,而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的,并且是人们所不希望的。噪声的来源是多样的,它可分为内部噪声和外部噪声,而且外部噪声往往是从信道引入的,因此,为了分析方便,把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。,第一章 绪论,13,5.接收设备,接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换, 即进行解调、译码、解码等。其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
7、号来,对于多路复用信号,还包括解除多路复用,实现正确分路。,6.信宿,信宿是传输信息的归宿点。其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。,第一章 绪论,14,1.2.2 模拟通信和数字通信系统模型,连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的,如语音、活动图片等。离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的, 如符号、数据等。,1.消息,消息的传递是通过它的物质载体电信号来实现的,消息与电信号之间必须建立单一的对应关系, 把消息载荷在电信号的某一参量上,,第一章 绪论,15,凡电信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的,且直接与消息相对应的信号,均称为模拟信号,如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的
8、图像信号等。,2.信号,按电信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号和数字信号。,模拟信号有时也称连续信号,这个连续是指信号的某一参量可以连续变化,或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值,而不一定在时间上也连续。,第一章 绪论,16,凡电信号参量只能取有限个值(离散),并且常常不直接与消息相对应的信号,均称为数字信号,如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。,数字信号有时也称离散信号,这个离散是指信号的某一参量是离散变化的,而不一定在时间上也离散。,第一章 绪论,17,模拟信号波形 (a) 连续信号; (b) 抽样信号,第一章 绪论,18,数字信号波形 (a) 二进制波形; (b)
9、2PSK波形,第一章 绪论,19,3. 通信系统,按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号, 可把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。,(1)模拟通信系统模型,发送端,接收端,噪 声,第一章 绪论,20,1)两种变换连续消息 基带信号基带信号/调制信号 频带信号/已调信号,2)调制与解调,信源发出的原始电信号是基带信号,其频谱从零频附近开始,如语音信号为300-3400Hz,图像信号为0-6MHz。由于这种信号具有频率很低的频谱分量, 一般不宜直接传输,这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号(频带信号),并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。,
10、第一章 绪论,21,已调信号的基本特征:携带有信息适合在信道中传输信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频,因而已调信号又称频带信号。,3)已调信号/频带信号经过调制以后的信号。,由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用,而其他过程对信号不会发生质的变化,只是信号进行了放大或改善了信号特性,因而被认为是理想的而不予讨论。,第一章 绪论,22,4)实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。,5)模拟通信的主要特点1) 抗干扰能力差2) 不易于保密通信3) 设备不易于大规模集成4) 不适应飞速发展的计算机通信的要求5) 简单、易于实现。,第一章 绪论,23,技术问题主要有信源编
11、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。,(2) 数字通信系统模型,第一章 绪论,24,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;,第一章 绪论,25,1.信源编码与译码,作用一:是设法减少码元数目和降低码元速率,即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽(正比),而传输带宽又直接反映了通信的有效性(反比)。作用二: 是当信息源给出的是模拟语音信号时,信源编码器将其转换成数字信号,以实现模拟信号的数字化传输。信源编码方法:PCM、ADPAM、DM
12、等 信源译码是信源编码的逆过程。,第一章 绪论,26,2.信道编码与译码,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。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/差错控制编码”。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。信道编码:线性分组码、卷积码、循环码等。,第一章 绪论,27,3.加密与解密,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
13、的数字序列进行解密,恢复原来信息,叫解密。,第一章 绪论,28,4.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。基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对(差分)相移键控DPSK。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。对高斯噪声下的信号检测,一般用相关接收机或匹配滤波器实现。调制与解调不是必须的。,第一章 绪论,29,5.同步与数字复接,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、
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