1、現代通信原理現代通信原理 第一章第一章 緒論緒論 現代通信與信息社會現代通信與信息社會 通信系統的組成通信系統的組成 通信系統的分類通信系統的分類 通信技術發展概況通信技術發展概況 通信系統的性能度量通信系統的性能度量1.1 現代通信與信息社會現代通信與信息社會語言語言文字文字圖像圖像人力人力馬力馬力電話、廣播電話、廣播信鴿、郵政信鴿、郵政電報電報Email烽火臺烽火臺電視電視 視頻會議視頻會議信息社會信息社會信號彈信號彈1.2 通信系統的組成通信系統的組成信源信源信道調制傳輸媒介信宿信源信道解調連續波連續波脈沖調制脈沖調制ASK，FSK，PSK，QAM線性線性 AM，SSB，VSB非線性非線

2、性 FM，PM模擬模擬數字數字模擬模擬數字數字PAM，PPMPCM，ADPCM，CVSD，M1.3 通信系統的分類通信系統的分類1.4 通信技術發展概況通信技術發展概況 塞繆爾塞繆爾莫爾斯（莫爾斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872），），作為一名畫家是成功的。莫爾斯曾兩度赴歐洲留作為一名畫家是成功的。莫爾斯曾兩度赴歐洲留學，在肖像畫和歷史繪畫方面成了當時公認的一流畫家。學，在肖像畫和歷史繪畫方面成了當時公認的一流畫家。1826年至年至1842年任美國畫家協會主席。年任美國畫家協會主席。 在在一一次次遠洋遠洋旅途中，莫爾斯結識了杰克遜。杰克遜是旅途中，莫爾

3、斯結識了杰克遜。杰克遜是波士頓城的一位醫生，也是一位電學博士。閑聊中，杰克波士頓城的一位醫生，也是一位電學博士。閑聊中，杰克遜把話題轉到電磁感應現象上。遜把話題轉到電磁感應現象上。 從此，莫爾斯走上了科學發明的崎嶇道路。為了維持生活，莫爾斯于從此，莫爾斯走上了科學發明的崎嶇道路。為了維持生活，莫爾斯于1836年不得不重操舊業，擔任紐約大學藝術及設計教授。課余時間，他仍年不得不重操舊業，擔任紐約大學藝術及設計教授。課余時間，他仍然繼續從事電報發明工作。終于在然繼續從事電報發明工作。終于在1837年年9月月4日，莫爾斯制造出了一臺電日，莫爾斯制造出了一臺電報機。報機。 1844年年5月月24日，在

4、華盛頓國會大廈聯邦最高法院會議廳里，進行電報日，在華盛頓國會大廈聯邦最高法院會議廳里，進行電報發收試驗。年過半百的莫爾斯在預先約定的時間，興奮地向巴爾的摩發出人發收試驗。年過半百的莫爾斯在預先約定的時間，興奮地向巴爾的摩發出人類歷史上的第一份電報。他的助手很快收到那份只有一句話的電報：類歷史上的第一份電報。他的助手很快收到那份只有一句話的電報：“上帝上帝創造了何等的奇跡創造了何等的奇跡!”1862年年31歲，麥克斯韋發表了第二篇論文論歲，麥克斯韋發表了第二篇論文論物理力線，不但進一步發展了法拉第的思想，物理力線，不但進一步發展了法拉第的思想，擴充到磁場變化產生電場，而且得到了新的結擴充到磁場變

5、化產生電場，而且得到了新的結果：電場變化產生磁場，由此預言了電磁波的果：電場變化產生磁場，由此預言了電磁波的存在，并證明了這種波的速度等于光速，揭示存在，并證明了這種波的速度等于光速，揭示了光的電磁本質。這篇文章包括了麥克斯韋研了光的電磁本質。這篇文章包括了麥克斯韋研究電磁理論達到的主要結果。究電磁理論達到的主要結果。1864年他的第三年他的第三篇論文電磁場的動力學理論，從幾個基本篇論文電磁場的動力學理論，從幾個基本實驗事實出發，運用場論的觀點，以演繹法建實驗事實出發，運用場論的觀點，以演繹法建立了系統的電磁理論。立了系統的電磁理論。1873年出版的電學和年出版的電學和磁學論一書是集電磁學大成

6、的劃時代著作，磁學論一書是集電磁學大成的劃時代著作，全面地總結了全面地總結了19世紀中葉以前對電磁現象的研世紀中葉以前對電磁現象的研究成果，建立了完整的電磁理論體系。這是一究成果，建立了完整的電磁理論體系。這是一部可以同牛頓的自然哲學的數學原理、達部可以同牛頓的自然哲學的數學原理、達爾文的物種起源和賴爾的地質學原理爾文的物種起源和賴爾的地質學原理相媲美的里程碑式的著作。相媲美的里程碑式的著作。 麥克斯韋的主要科學貢獻在電磁學方面，同時在天體物理學、氣體分子運麥克斯韋的主要科學貢獻在電磁學方面，同時在天體物理學、氣體分子運動論、熱力學、統計物理學等方面，都作出了卓越的成績。正如量子論的創立動論、

7、熱力學、統計物理學等方面，都作出了卓越的成績。正如量子論的創立者普朗克（者普朗克（Max Plank l8581947）指出的：指出的：“麥克斯韋的光輝名字將永遠鐫麥克斯韋的光輝名字將永遠鐫刻在經典物理學家的門扉上，永放光芒。從生地來說，他屬于愛丁堡；從個性刻在經典物理學家的門扉上，永放光芒。從生地來說，他屬于愛丁堡；從個性來說，他屬于劍橋大學；從功績來說，他屬于全世界來說，他屬于劍橋大學；從功績來說，他屬于全世界”。赫茲是一個短命的物理學家。赫茲是一個短命的物理學家。他于他于1894年逝世時，年僅年逝世時，年僅37歲。歲。 1886年年29歲發現電磁波，其后歲發現電磁波，其后不到不到6年，意

8、大利的馬可尼、俄國年，意大利的馬可尼、俄國的波波夫分別實現廠無線電傳播，的波波夫分別實現廠無線電傳播，并很快投人實際使用。其他利用并很快投人實際使用。其他利用電磁波的技術：無線電報（電磁波的技術：無線電報（1894年）、無線電廣播（年）、無線電廣播（1906年）、年）、無線電導航（無線電導航（1911年）、無線電年）、無線電話（話（1916年）、短波通訊（年）、短波通訊（1921年）、無線電傳真（年）、無線電傳真（1923年）、年）、電視（電視（1929年）、微波通訊年）、微波通訊（1933年）、雷達（年）、雷達（1935年），年），以及遙控、遙感、衛星通訊、射以及遙控、遙感、衛星通訊、射電天

9、文學電天文學它們使整個世界面它們使整個世界面貌發生了深刻的變化。貌發生了深刻的變化。赫茲關于電磁波的實驗，為赫茲關于電磁波的實驗，為無線電技術的發展開拓了新的道無線電技術的發展開拓了新的道路，構成了現代文明的骨架，后路，構成了現代文明的骨架，后人為了紀念他，把頻率的單位定人為了紀念他，把頻率的單位定為赫茲。為赫茲。信息論的創始人香農信息論的創始人香農Shannon，1916年生于美國，大年生于美國，大學時代在美國密執安大學和麻省理工學院學習，修過學時代在美國密執安大學和麻省理工學院學習，修過布爾代數課，并曾在發明微分分析儀的數學家布什的布爾代數課，并曾在發明微分分析儀的數學家布什的指導下使用微

10、分分析儀，這使他對繼電器電路的分析指導下使用微分分析儀，這使他對繼電器電路的分析產生興趣。他認為這些電路的設計可用符號邏輯來實產生興趣。他認為這些電路的設計可用符號邏輯來實現，并意識到分析繼電器的有效數學工具正是布爾代現，并意識到分析繼電器的有效數學工具正是布爾代數。數。1938年，香農發表了著名的論文繼電器和開關年，香農發表了著名的論文繼電器和開關電路的符號分析，首次用布爾代數進行開關電路分電路的符號分析，首次用布爾代數進行開關電路分析，并證明布爾代數的邏輯運算，可以通過繼電器電析，并證明布爾代數的邏輯運算，可以通過繼電器電路來實現，明確地給出了實現加、減、乘、除等運算路來實現，明確地給出了

11、實現加、減、乘、除等運算的電子電路的設計方法。這篇論文成為開關電路理論的電子電路的設計方法。這篇論文成為開關電路理論的開端。的開端。 后來，香農到后來，香農到貝爾貝爾實驗室工作，他進一步證明了可以采用能實現布爾代實驗室工作，他進一步證明了可以采用能實現布爾代數運算的繼電器或電子元件來制造計算機，香農的理論還為計算機具有邏輯數運算的繼電器或電子元件來制造計算機，香農的理論還為計算機具有邏輯功能奠定了基礎，從而使電子計算機既能用于數值計算，又具有各種非數值功能奠定了基礎，從而使電子計算機既能用于數值計算，又具有各種非數值應用功能，使得以后的計算機在幾乎任何領域中都得到了廣泛的應用。應用功能，使得以

12、后的計算機在幾乎任何領域中都得到了廣泛的應用。 無失真變長信源編碼定理無失真變長信源編碼定理(香農第一定理香農第一定理) 有噪信道編碼定理有噪信道編碼定理(香農第二香農第二定理定理) 保真準則下信源編碼定理保真準則下信源編碼定理(香農第三定理香農第三定理) 1.5 通信系統的性能度量通信系統的性能度量 傳遞信息的有效性和可靠性，是通信系統最主要的質量指標。有傳遞信息的有效性和可靠性，是通信系統最主要的質量指標。有效性指給定信道內能傳輸的信息內容的多少，而可靠性指接收信息的效性指給定信道內能傳輸的信息內容的多少，而可靠性指接收信息的準確程度。兩者之間，相互矛盾，相互依賴。準確程度。兩者之間，相互

13、矛盾，相互依賴。 模擬通信系統的有效性，可以用有效傳輸頻帶來衡量，同樣的消模擬通信系統的有效性，可以用有效傳輸頻帶來衡量，同樣的消息不同的調制方式，則需要不同的頻帶寬度。可靠性可以用信噪比來息不同的調制方式，則需要不同的頻帶寬度。可靠性可以用信噪比來衡量，電話：衡量，電話：2040dB，電視：電視：40dB以上。調頻質量好于調幅，但需以上。調頻質量好于調幅，但需要傳輸的頻帶卻大于調幅。要傳輸的頻帶卻大于調幅。 數字通信系統的有效性，可以用有效傳輸數率來衡量，二進制數數字通信系統的有效性，可以用有效傳輸數率來衡量，二進制數字消息的速率用字消息的速率用bps(比特比特/秒秒)表示。當信道一定時，信息速率越高，有表示。當信道一定時，信息速率越高，有