1、通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院通通 信信 原原 理理第第 1 1 章章 緒論緒論通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院一、發展歷史與趨勢一、發展歷史與趨勢（1）通信通信 ：信息傳輸或消息傳輸。：信息傳輸或消息傳輸。通信歷史回顧通信歷史回顧 ： l非電的通信系統非電的通信系統： 旌旗、烽火臺、飛鴿傳書等。旌旗、烽火臺、飛鴿傳書等。l電通信系統電通信系統 ： 電話、電視、因特網、物聯網等。電話、電視、因特網、物聯網等。以傳輸的業務為例以傳輸的業務為例：電話通信業務：電話通信業務l18371837年年 莫爾斯發明電報。莫爾斯發明電報。l18761876年年 貝爾為他發明的

2、電話機申請了專利。貝爾為他發明的電話機申請了專利。l19261926年年 貝爾實驗室發明了橫越大西洋的無線電話機，紐約和倫敦貝爾實驗室發明了橫越大西洋的無線電話機，紐約和倫敦 之間首次開通無線電話業務之間首次開通無線電話業務。l19621962年年 貝爾實驗室研制成第一顆國際通信衛星，擔負貝爾實驗室研制成第一顆國際通信衛星，擔負600600路電話路電話 通信并首次將電話信號從美國傳到大西洋彼岸的歐洲。通信并首次將電話信號從美國傳到大西洋彼岸的歐洲。l8080年代年代 數字程控電話業務的開展直到現在數字程控電話業務的開展直到現在IPIP網絡電話網絡電話。l l 通信原理課件孫 怡大連理工大學信息

3、與通信工程學院一、發展歷史與趨勢一、發展歷史與趨勢（2） 圖像通信業務：開始普遍應用。圖像通信業務：開始普遍應用。l1843年年 美國人美國人 Alexander Bain 發明了屬于圖像通信范圍的傳真機發明了屬于圖像通信范圍的傳真機。l1925年年 Bell 實驗室完成了現代傳真的研制工作，并于次年設了橫越美實驗室完成了現代傳真的研制工作，并于次年設了橫越美 國大陸的照片傳真業務。國大陸的照片傳真業務。 l1925年年 美國人美國人 J . L . Baird 發明了電視。發明了電視。l1931年年 在美國紐約、洛杉磯開始電視試播。在美國紐約、洛杉磯開始電視試播。l60年代年代 逐漸形成了目

4、前世界上逐漸形成了目前世界上 NTSC、PAL 和和 SECAM 三大模擬電視制三大模擬電視制 式標準。式標準。 l70年代年代 日本開始高清晰度電視（日本開始高清晰度電視（HDTV）的研究。）的研究。l至今至今 70年代以來，數字圖像業務廣泛發展起來，年代以來，數字圖像業務廣泛發展起來，VOD、遠程醫療、教學視、遠程醫療、教學視 頻會議、數字視頻廣播頻會議、數字視頻廣播DVB、高清晰度電視。、高清晰度電視。通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院一、發展歷史與趨勢一、發展歷史與趨勢（3）數據業務數據業務7070年代末年代末8080年代初期的計算機點對點通信年代初期的計算機點對點通信-

5、 -計算機簡單組網計算機簡單組網InternetInternet數據業務成為主流通信媒體數據業務成為主流通信媒體通信手段而言通信手段而言l衛星通信衛星通信 地面微波中繼通信的繼承和發展。衛星通信承擔了地面微波中繼通信的繼承和發展。衛星通信承擔了1/3以上的遠以上的遠 洋通信業務，并提供了幾乎世界上所有的遠洋電視，體育節目洋通信業務，并提供了幾乎世界上所有的遠洋電視，體育節目 轉播。轉播。l光纖通信光纖通信 長途干線通信長途干線通信l移動通信移動通信 l數據通信網數據通信網 局域網（局域網（LAN）、城域網（）、城域網（MAN）和廣域網（）和廣域網（WAN）。）。通信原理課件孫 怡大連理工大學信

6、息與通信工程學院一、發展歷史與趨勢一、發展歷史與趨勢（4）通信網通信網由于歷史和技術上的原因，網絡有其獨立性，諸如公共電話網，計算機網以及有由于歷史和技術上的原因，網絡有其獨立性，諸如公共電話網，計算機網以及有線電視網，導致資源利用率低線電視網，導致資源利用率低網絡綜合化，將各類業務綜合在同一數字通信網網絡綜合化，將各類業務綜合在同一數字通信網中，中，ISDN、B-ISDN（綜合業務數字網絡）。三網融合（綜合業務數字網絡）。三網融合通信發展將要達到通信發展將要達到“4A” ： Anybody、Anyplace、Anytime、Anyservice。新技術新技術 寬帶網核心技術（寬帶網核心技術（

7、IP與與ATM） 接入網技術接入網技術WIFI、WIMAX 光纖接入技術光纖接入技術 第五代移動通信技術第五代移動通信技術 超寬帶等無線通信技術（超寬帶等無線通信技術（UWB ） 無線傳感器網絡無線傳感器網絡zigbee 電力通信網、物聯網電力通信網、物聯網 光通信、量子通信光通信、量子通信通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院二、通信系統的組成二、通信系統的組成（1）l 信息源信息源： 把各種消息轉換成原始電信號，如麥克風。信源可分為把各種消息轉換成原始電信號，如麥克風。信源可分為 模擬信源和數字信源。模擬信源和數字信源。l 發送設備發送設備： 產生適合于在信道中傳輸的信號。產生適

8、合于在信道中傳輸的信號。l 信道信道： 將來自發送設備的信號傳送到接收端的物理媒質。分為將來自發送設備的信號傳送到接收端的物理媒質。分為 有線信道和無線信道兩大類。有線信道和無線信道兩大類。l 噪聲源噪聲源： 集中表示分布于通信系統中各處的噪聲。集中表示分布于通信系統中各處的噪聲。l 接收設備接收設備： 從受到減損的接收信號中正確恢復出原始電信號。從受到減損的接收信號中正確恢復出原始電信號。l 受信者受信者： 把原始電信號還原成相應的消息，如揚聲器等。把原始電信號還原成相應的消息，如揚聲器等。（信源）（信源）（信宿）（信宿）通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院二、通信系統的組成二、

9、通信系統的組成（2）圖圖1-2 模擬通信系統模型模擬通信系統模型圖圖1-3 數字通信系統模型數字通信系統模型 (a) 二進制信號二進制信號 (b) 2PSK信號信號圖圖1-4 數字信號數字信號通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院二、通信系統的組成二、通信系統的組成（3）模擬通信系統調制：模擬通信系統調制： 將信號變換成適合在信道中傳輸的信號，如語音信號將信號變換成適合在信道中傳輸的信號，如語音信號 300Hz 3000Hz調制到調制到2G（900MHz) 或或 3G (1.9G- 2.2GHz)的頻段上傳輸。的頻段上傳輸。 信源編碼：信源編碼： 提高信息傳輸的有效性。提高信息傳輸的

10、有效性。S101000.6S2110100.2S31111100.2平均碼長平均碼長 3 1.6信道編碼信道編碼 ： 提高信息傳輸的可靠性。提高信息傳輸的可靠性。 如奇偶校驗，和校驗等初級方法。如奇偶校驗，和校驗等初級方法。加密：加密： 保密通信。保密通信。通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院二、通信系統的組成二、通信系統的組成（4）數字通信與模擬通信對比數字通信與模擬通信對比優點優點：l抗干擾能力強，且噪聲不積累。抗干擾能力強，且噪聲不積累。l傳輸差錯可控。傳輸差錯可控。l便于處理、變換、存儲。便于處理、變換、存儲。l便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸。便于將來自不同信源的信

11、號綜合到一起傳輸。l易于集成，使通信設備微型化，重量輕。易于集成，使通信設備微型化，重量輕。l易于加密處理，且保密性好。易于加密處理，且保密性好。缺點缺點：l需要較大的傳輸帶寬。需要較大的傳輸帶寬。l對同步要求高。對同步要求高。通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院三、通信系統分類與通信方式三、通信系統分類與通信方式（1）l按通信業務分類：按通信業務分類： 電報通信系統、電話通信系統、數據通信系統、圖像通信電報通信系統、電話通信系統、數據通信系統、圖像通信 系統系統l按調制方式分類：按調制方式分類： 基帶傳輸系統和帶通（調制）傳輸系統基帶傳輸系統和帶通（調制）傳輸系統（調制傳輸系統調

12、制傳輸系統 又分為多種調制，詳見書中表又分為多種調制，詳見書中表1-11-1）。）。l按信號特征分類：按信號特征分類： 模擬通信系統和數字通信系統。模擬通信系統和數字通信系統。l按傳輸媒介分類：按傳輸媒介分類： 有線通信系統和無線通信系統。有線通信系統和無線通信系統。l按工作波段分類：按工作波段分類： 長波通信、中波通信、短波通信長波通信、中波通信、短波通信 l按復用方式分類：按復用方式分類： 頻分復用、時分復用、碼分復用。頻分復用、時分復用、碼分復用。 通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院三、通信系統分類與通信方式三、通信系統分類與通信方式（2）調制方式調制方式用途舉例用途舉例連

13、續波調制連續波調制線性調制線性調制常規雙邊帶調幅常規雙邊帶調幅AM廣播廣播雙邊帶調幅雙邊帶調幅DSB立體聲廣播立體聲廣播單邊帶調幅單邊帶調幅SSB載波通信、無線電臺、數據傳輸載波通信、無線電臺、數據傳輸殘留邊帶調幅殘留邊帶調幅VSB電視廣播、數據傳輸、傳輸電視廣播、數據傳輸、傳輸非線性調制非線性調制頻率調制頻率調制FM微波中繼、衛星通信、廣播微波中繼、衛星通信、廣播相位調制相位調制PM中間調制方式中間調制方式數字調制數字調制振幅鍵控振幅鍵控ASK數據傳輸數據傳輸頻移鍵控頻移鍵控FSK數據傳輸數據傳輸相移鍵控相移鍵控PSK、DPSK、QPSK數據傳輸、數字微波、空間通信數據傳輸、數字微波、空間通

14、信其他高效數字調制其他高效數字調制QAM、MSK數字微波、空間通信數字微波、空間通信脈沖調制脈沖調制脈沖模擬調制脈沖模擬調制脈幅調制脈幅調制PAM中間調制方式、遙測中間調制方式、遙測脈寬調制脈寬調制PDM（PWM）中間調制方式中間調制方式脈位調制脈位調制PPM遙測、光纖傳輸遙測、光纖傳輸脈沖數字調制脈沖數字調制脈碼調制脈碼調制PCM市話、衛星、空間通信市話、衛星、空間通信增量調制增量調制DM（M）軍用、民用數字電話軍用、民用數字電話差分脈碼調制差分脈碼調制DPCM電視電話、圖像編碼電視電話、圖像編碼其他話音編碼方式其他話音編碼方式ADPCM中速數字電話中速數字電話通信原理課件孫 怡大連理工大學

15、信息與通信工程學院三、通信系統分類與通信方式三、通信系統分類與通信方式（3）頻率范圍頻率范圍/Hz名稱名稱典型應用典型應用330極低頻（極低頻（ELF） 遠程導航、水下通信遠程導航、水下通信30300超低頻（超低頻（SLF） 水下通信水下通信3003000特低頻（特低頻（ULF） 遠程通信遠程通信3k30k甚低頻（甚低頻（VLF） 遠程導航、水下通信、聲納遠程導航、水下通信、聲納30k300k低頻（低頻（LF） 導航、水下通信、無線電信標導航、水下通信、無線電信標300k3000k中頻（中頻（MF） 廣播、海事通信、測向、遇險求救、海岸警衛廣播、海事通信、測向、遇險求救、海岸警衛3M30M高頻

16、（高頻（HF） 遠程廣播、電報、電話、傳真、搜尋救生、飛機與船只間通信、船岸通信、業余無遠程廣播、電報、電話、傳真、搜尋救生、飛機與船只間通信、船岸通信、業余無線線 電電30M300M甚高頻（甚高頻（VHF） 電視、調頻廣播、陸地交通、空中交通管制、出租汽車、警察、導航、飛機通信電視、調頻廣播、陸地交通、空中交通管制、出租汽車、警察、導航、飛機通信0.3G3G特高頻（特高頻（UHF） 電視、蜂窩網、微波鏈路、無線電探空儀、導航、衛星通信、電視、蜂窩網、微波鏈路、無線電探空儀、導航、衛星通信、GPS、監視雷達、無線、監視雷達、無線 電高度計電高度計3G30G超高頻（超高頻（SHF） 衛星通信、無

17、線電高度計、微波鏈路、機載雷達、氣象雷達、公用陸地移動通信衛星通信、無線電高度計、微波鏈路、機載雷達、氣象雷達、公用陸地移動通信30G300G極高頻（極高頻（EHF） 雷達著陸系統、衛星通信、移動通信、鐵路業務雷達著陸系統、衛星通信、移動通信、鐵路業務300G3T亞毫米波亞毫米波（0.1mm1mm） 未劃分，實驗用未劃分，實驗用43T430T紅外紅外（7m0.7m） 光通信系統光通信系統430T750T可見光可見光（0.7m0.4m） 光通信系統光通信系統750T3000T紫外線紫外線（0.4m0.4m） 光通信系統光通信系統注：注：1kHz =103Hz, 1MHz =106Hz, 1GHz

18、 =109Hz, 1THz=1012Hz, 1mm =10-3m, 1m=10-6m通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院三、通信系統分類與通信方式（4）單工通信：單工通信：消息只能單方向傳輸的工作方式。消息只能單方向傳輸的工作方式。半雙工通信：半雙工通信：通信雙方都能收發消息，但不能同時收發的工作方式。通信雙方都能收發消息，但不能同時收發的工作方式。全雙工通信：全雙工通信：通信雙方可同時進行收發消息的工作方式通信雙方可同時進行收發消息的工作方式 。通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院三、通信系統分類與通信方式三、通信系統分類與通信方式（5）并行傳輸：并行傳輸：串行傳輸串行傳輸 ：通信原理課件孫 怡大連理工大學信息與通信工程學院四、信息及其度量四、信息及其度量l信息量與事件出現的概率有關，越不可能發生的事件，對人感觸越深，信息量越大信息量與事件出現的概率有關，越不可能發生的事件，對人感觸越深，信息量越大。 l若干個互相獨立事件構成的消息，所含信息量是各獨立事件信息量之和。若干個互相獨立事件