第一章 绪论

1. 主要内容： 通信系统的基本概念及模型。 通信网的基本概念。 通信系统的技术指标。 第一章 绪论 • 重点： • 通信系统模型。 • 通信系统的任务。 • 信号在传输过程中的无失真分析思路。

2. 第一章 绪论 第一章 绪论 §1.1引言 §1.2通信系统的组成 §1.3通信系统的分类及通信方式 §1.4信息及其度量 §1.5通信系统的主要性能指标

3. 第一章 绪论 现代通信与信息社会 • 通信的任务 • 交流方式/技术特点的划分历史 • 现代通信系统是信息时代的生命线 • 电信的社会作用（有线无线及其有机结合） • 第一类电信事业与第二类电信事业 • 现代通信与经济的发展密切相关

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8. 第一章 绪论 §1.1引言 1.1.1 基本概念 1、通信:就是把消息从一地传送到另一地（要求准确、迅速） 完成信息的转换和传输。 2、电通信:是利用电（电流或电波，包括光的特征值）来传递信息 3、通信系统：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。（点对点的单向传输） 4、电信网：多用户通信系统互联的通信体系。 （多点中的任意两点间的双向传输）

9. 第一章 绪论 §1.1引言 4、通信网：包括电信网， CATV网，计算机网，移动通信网，广播电视网等。 5、网的结构：环型，星型，总线型，复合型，网型 6、网的组成: 以电话网为例 框图

10. 第一章 绪论 §1.2通信系统的组成 1.2.1通信系统模型（总模型） 描述点对点的通信 框图 1.2.2 模拟通信与数字通信系统模型 1、模拟系统框图 2、数字系统框图 传输的信号是“离散”的 强调已调参量和基带信号之间的一一对应性。

11. 第一章 绪论 §1.2通信系统的组成 数字通信的特点 1）数字信号传输中所受的干扰可通过差错控制编码控制并消除。 增加编码器、解码器 2）需要保密时可对基带信号人为“扰乱” 加密、解密 3）传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。 收发须同步控制：包括码元同步、帧同步、群同步等。 数字通信系统的具体模型也根据其设计方法有所不同 常用的方式分两大类：数字基带传输系统和数字调制系统

12. 第一章 绪论 §1.2通信系统的组成 数字通信的优点： 1)数字传输的抗干扰能力强,尤其在中继时,数字信号可以再生而消除噪声的积累 2)传输差错可以控制,从而改善了传输质量 3)便于使用数字信号处理技术来对数字信息进行处理 4)数字信息易于作高保密性的加密处理 5)数字信息可以综合传递各种消息,使通信系统功能增强 其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的。 　　在系统频带紧张的场合这将成为其缺点。

13. 第一章 绪论 AM、DSB、SSB、VSB 信号模拟 模拟调制 FM、PM 正弦波调制 信号数字：ASK、FSK、PSK、DPSK 数字调制 两类 信号模拟：PAM、PDM、PPM 脉冲模拟调制 脉冲调制 信号数字：PCM 、 ∆M 等 脉冲数字调制 §1.3通信系统的分类及通信方式 1.3.1 通信系统分类 1、按消息的物理特征分类（业务） 如电报、电话、数据、图像通信系统 2、按调制方式分类 针对频带传输信号而言

14. 第一章 绪论 §1.3通信系统的分类及通信方式 3、按信号特征分类 最常用分为模拟与数字通信系统两大类 4、按传输媒介分类 　最常用分为有线（包括光纤）与无线 5、按信号复用方式分类 频分复用：使不同的信号占据不同的频率范围 时分复用：不同的信号占据不同的时间区间 码分复用：用一组包含正交码字的码组携带多路信息

15. 第一章 绪论 §1.3通信系统的分类及通信方式 1.3.2 通信方式 单工、半双工、全双工 单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控 半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时收发。 　　　　　　例如无线对讲机 全双工：通信双方（两点）能同时收发信号。例如电话

16. 第一章 绪论 发端 信 道 收端 ( a ) 发端 发端 发端 发端 信 道 信 道 信 道 收端 收端 收端 收端 ( b ) ( c )

17. 第一章 绪论 §1.3通信系统的分类及通信方式 数字通信 串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输,它占用一条通路。适合远距离。 并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，适合近距离

18. 第一章 绪论 发 接 0 1 1 送 收 … 发 接 设 设 送 收 备 备 设 设 备 备 ( a ) ( b )

19. 第一章 绪论 §1.4信息及其度量 1.4.1信息的描述 传输信息的多少用信息量衡量 信息：消息中有意义的内容，消息理解为信源 由信息论知：消息出现的概率愈小，所包含的信息量愈大 （1） 定义：信息量为 I、消息出现的概率为 p(x ) 则 I=[ p(x )] I是p (x )函数 对由若干个相互独立事件构成消息，有： I [p(x1 ) p(x2 )… ] = I [ p(x1 )] + I [ p(x2 )] + …（2）

20. 第一章 绪论 1 ∴ = = - log p ( x ) I log a a p ( x ) §1.4信息及其度量 ∵I 与 P(x ) 间的关系必满足（1）、（2） 取 a = 2I：bit比特 取 a = eI：net奈特 取 a = 10I：哈特莱

21. 第一章 绪论 §1.4信息及其度量 1.4.2信息的度量 1、等概率 1）设有二进制，等概率出现的离散消息 0、 1消息 p (x1 )=p (x2 )= 1/2 定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为 1 bit

22. 第一章 绪论 §1.4信息及其度量 2） 对M进制，等概率出现的离散消息 0，1，2 ,┅ , M-1消息 p( x1 )=p (x2 )=┅ =1/M 从波形上看，M进制有M种波性，每一种波形等概率出现 所以M 是波形数，p (xi ) =P 是每一波形出现的概率

23. 第一章 绪论 §1.4信息及其度量 2、非等概率 设消息由 n个相互独立的符号组成，称为符号集 且每个符号包含的信息量均不相等 所以用统计平均的方法来描述一个符号所含的信息量 定义信息源的熵 H(X )

24. 第一章 绪论 §1.4信息及其度量 1.4.3 连续消息的信息量 依据抽样定理，一个连续信号的频带限制在0~W Hz内，那么它完全可以用间隔为（1/2W）秒的抽样序列无失真地表示。 求每个抽样点所包含的信息量，以与离散消息中每个符号所携带的信息量相对应，可把连续消息看成是离散消息的极限情况。则有：

25. 第一章 绪论 §1.4信息及其度量

26. 第一章 绪论 总 §1.4信息及其度量 解：方法一 因消息共57个符号，一个符号含有算术平均信息量为

27. 第一章 绪论 §1.4信息及其度量 方法二 总

28. 第一章 绪论 §1.5通信系统的主要性能指标 通信系统的质量优劣，必须采用性能指标来衡量，即质量指标。广泛涉及到通信的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等。就传输来说，有效性和可靠性是最重要的基本指标。 有效性：指传输一定的信息量所需要的信道资源（带宽或时间）。 可靠性：指接收信息的准确程度。 有效性和可靠性通常是矛盾的，需要依据技术水平尽可能取得一定程度的统一。模拟通信与数字通信对这两个指标的内容不一。

29. 第一章 绪论 §1.5通信系统的主要性能指标 1.5.1模拟通信系统的质量指标 1.有效性 模拟通信系统的有效性采用有效传输带宽来度量。同样的消息采用不同的调制方式，需要不同的频带宽度。频带宽度越窄，则有效性越好。 2.可靠性 模拟通信系统的可靠性采用接收端最终的输出信噪比来度量。信噪比越高，则表示通信质量越高。

30. 第一章 绪论 §1.5通信系统的主要性能指标 1.5.2数字通信系统的质量指标 数字通信系统的有效性采用传输速率表示，可靠性采用差错率衡量。 1.传输速率 数字信号由码元组成，码元携带一定的信息量。 定义单位时间传输的码元数为码元速率RS，单位为码元/s，又称为波特（baud）,即波特率。 定义单位时间传输的信息量为信息速率Rb，单位为比特/秒（bit/s），即比特率。

31. 第一章 绪论 §1.5通信系统的主要性能指标 一个二进制码元的信息量为1bit，一个M进制码元的信息量为log2M bit，所以码元速率RS和信息速率Rb的关系：Rb=RSlog2M （bit/s） 或 RS=Rb/log2M （baud）

32. 第一章 绪论 §1.5通信系统的主要性能指标 二进制码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称为数码率。 数字信号的传输带宽取决于码元速率，而码元速率和信息速率有着确定的关系。为比较不同系统的传输效率，定义频带利用率为： 其物理意义为单位频带内传输的信息速率bit/(s*Hz)

33. 第一章 绪论 §1.5通信系统的主要性能指标 2.差错率 定义误比特率Pb为：Pb=错误比特数/传输总比特数 定义误码元率PS为：PS=错误码元数/传输的总码元数 二进制中，Pb=PS ，误信率和误码率相同。

34. 第一章 绪论 §1.5通信系统的主要性能指标 差错率越小，通信的可靠性越高。对Pb要求与所传输的信号有关，如传输数字电话信号，要求在Pb 10-3~10-6，而传输计算机数据则要求Pb <10-9。当信道不能满足要求时，必须加纠错措施。

35. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 1.6.1电信发展简史 通信技术50年代以来发展尤为迅速。如50年代出现了同轴电缆和微波系统，使通信的容量大幅度增加，成本大幅度下降，促进了长途通信的发展。60年代使用了海底电缆和卫星通信，使国际通信得到迅速发展。70年代以来，大规模集成电路、光纤通信系统得到应用，数字通信进入全盛时期，包括语言、文本、数据、图像等信息，传输的综合业务数字网崛起，标志世界开始进入“信息时代”。

36. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 电信发展的原因 1.传输信道的发展： 多芯电缆---同轴电缆---光纤 2.通信用元器件的发展： 真空管---晶体管---集成电路---大规模集成电路 3.传输方法的发展： 电报、电话、多载波调制（AM），PCM时分多址等

37. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 1.6.2主要传输手段的发展现状和趋势 1.电缆通信 架空明线工作频率：3HZ~300KHZ 同轴电缆工作频率：300KHZ~60MHZ 与架空明线相比同轴电缆抗干扰能力强，容量大，（能传送数于乃致万路载波），是长途干线的主要通信手段。

38. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 2.微波中继通信 60年代开始发展，工作频率：50MHZ~15GHZ，容量大，带宽达几十至上百千兆赫，有几十个分频段，每个频段又有6~10个频道，每个频道占有约30兆赫带宽，每频道可传输数千路话路；传播比短波稳定；但需要每隔约50公里设立微波中继站。目前主要用于国内长途通信和广播电视节目传送。其发展方向是数字微波及采用多电平调制技术。

39. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 3.光纤通信 70年代开始发展，工作频率：105 GHZ~107 GHZ。容量大，成本低，不受电磁干扰。由于长波长光纤（波长为.0~1.6μm），使每路光纤通话路数可达百万路，且由于其低损耗性，中继距离将超过100公里。发展方向是长波长光纤通信，大容量数字传输技术和相干光通信

40. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 4.卫星通信 短波通信容量小，不稳定，微波中继通信不能越洋，海底电缆费用太高。如在远离地球三万六千公里的赤道上空的同步卫星上设置一个“微波中继站”，则通信距离可长达18000公里，范围覆盖的三分之一以上。在地球赤道上空均匀地分布三颗卫星，基本上可实现全球范围的通信。其发展方向也是数字调制、时分多路及向更高频段发展。地面系统的发展趋势是小型化。

41. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 5.移动通信 公用移动通信（移动电话、无线寻呼）近几年发展迅速，专用移动通信（导航、卫星定位等）。移动通信发展方向是数字化、微型化和标准化。

42. 第一章 绪论 §1.6 通信技术发展概况 1.6.3当前热门的前沿技术 软件无线电原理； 蓝牙技术； 宽带接入技术； 卫星定位及测量系统。

43. §1 完

44. 第一章 绪论 返回 §1.1引言 局内传输 局内传输 局间传输 交 换 机 交 换 机     信道   噪声 终端 终端 电话网结构示意图  为用户 构成网的基本要素： 终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）

45. 第一章 绪论 §1.2通信系统的组成 发送端 接收端 信 道 发送设备 接收设备 受信者 信号源 噪声源 各处的噪声之和 通信系统总模型

46. 第一章 绪论 返回 §1.2通信系统的组成 通信系统由五部分组成。 信源：消息信号转换为原始电信号或基带信号； 发送设备：对基带信号处理，适合于信道中传输； 传输媒介：传输信息的电通道，如有线、无线信道； 接收设备：作用与发送设备相反，恢复基带信号； 信宿：还原出原始信号，如声音、图象等； 噪声干扰：信道中的噪声及其它噪声。 通信原理的讨论是围绕通信系统的模型而展开的 根据具体的通信形式有具体的系统模型与之对应

47. 第一章 绪论 噪声源 返回 §1.2通信系统的组成 信 道 信号源 调制器 解调器 受信者 基 带 信 号 频 带 信 号 模拟系统框图

48. 第一章 绪论 返回 §1.2通信系统的组成 译 码 器 调 制 器 受 信 者 信 息 源 加 密 器 解 密 器 编 码 器 解 调 器 信 道 噪 声 源 频带信号 基带信号 数字系统框图 注：缺省同步系统。