现代通信原理现代通信原理第一章第一章 绪论绪论 现代通信与信息社会现代通信与信息社会 通信系统的组成通信系统的组成 通信系统的分类通信系统的分类 通信技术发展概况通信技术发展概况 通信系统的性能度量通信系统的性能度量1.1 现代通信与信息社会现代通信与信息社会语言语言文字文字图像图像人力人力马力马力电话、广播电话、广播信鸽、邮政信鸽、邮政电报电报Email烽火台烽火台电视电视 视频会议视频会议信息社会信息社会信号弹信号弹1.2 通信系统的组成通信系统的组成信源信源信道调制传输媒介信宿信源信道解调信源：连续信源信源：连续信源-模拟信号模拟信号 离散信源离散信源-符号序列，数字信号符号序列，数字信号 信号处理：预处理，数字化，转换信号处理：预处理，数字化，转换 发送与接收发送与接收 传输媒质：声波，电磁波，光波传输媒质：声波，电磁波，光波 电缆，光缆，无线电波等电缆，光缆，无线电波等 通信网络与信令通信网络与信令传输方式：基带传输，频带传输传输方式：基带传输，频带传输复用方式：频分，时分，码分和空分复用方式：频分，时分，码分和空分调制方式调制方式连续波连续波脉冲调制脉冲调制ASK，FSK，PSK，QAM线性线性 AM，SSB，VSB非线性非线性 FM，PM模拟模拟数字数字模拟模拟数字数字PAM，PPMPCM，ADPCM，CVSD，M1.3 通信系统的分类通信系统的分类1.4 通信技术发展概况通信技术发展概况1838莫尔斯莫尔斯 有线电报有线电报1948晶体管晶体管 香农香农IT 通信统计理论建立通信统计理论建立1864麦克斯韦尔麦克斯韦尔 电磁辐射方程电磁辐射方程1950时分多路通信时分多路通信 应用于电话应用于电话1876贝尔贝尔 电话电话1956越洋电话铺设越洋电话铺设1896马克尼马克尼 无线电报无线电报1957第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星发射1906真空管真空管1958第一颗通信卫星发射第一颗通信卫星发射1918调幅广播调幅广播 超外差接收机超外差接收机1960发明激光发明激光1925三路明线载波电话三路明线载波电话 多路通信多路通信1961发明集成电路发明集成电路1936调频广播调频广播1962第一颗同步通信卫星第一颗同步通信卫星 PCM进入实用进入实用1937脉冲编码调制脉冲编码调制1960彩电彩电 数字传输理论数字传输理论 高速计算机高速计算机1938电视广播电视广播1970LSI 商用卫星商用卫星 程控交换程控交换 光纤通讯光纤通讯1940二战刺激二战刺激 雷达和微波系统发展雷达和微波系统发展1980SLSI 长波光纤通信长波光纤通信 ISDN 3G 塞塞缪尔莫莫尔斯（斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872），），作作为一名画家是成功的。莫一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和学，在肖像画和历史史绘画方面成了当画方面成了当时公公认的一流画家。的一流画家。1826年至年至1842年任美国画家年任美国画家协会主席。会主席。 在在一一次次远洋远洋旅途中，莫旅途中，莫尔斯斯结识了杰克了杰克逊。杰克。杰克逊是是波士波士顿城的一位医生，也是一位城的一位医生，也是一位电学博士。学博士。闲聊中，杰克聊中，杰克逊把把话题转到到电磁感磁感应现象上。象上。 从此，莫从此，莫尔斯走上了科学斯走上了科学发明的崎明的崎岖道路。道路。为了了维持生活，莫持生活，莫尔斯于斯于1836年不得不重操旧年不得不重操旧业，担任，担任纽约大学大学艺术及及设计教授。教授。课余余时间，他仍然，他仍然继续从事从事电报发明工作。明工作。终于在于在1837年年9月月4日，莫日，莫尔斯制造出了一台斯制造出了一台电报机。机。 1844年年5月月24日，在日，在华盛盛顿国会大厦国会大厦联邦最高法院会邦最高法院会议厅里，里，进行行电报发收收试验。年。年过半百的莫半百的莫尔斯在斯在预先先约定的定的时间，兴奋地向巴地向巴尔的摩的摩发出人出人类历史上的第一份史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句。他的助手很快收到那份只有一句话的的电报：“上帝上帝创造了何等的奇迹造了何等的奇迹!”1862年年31岁，麦克斯韦发表了第二篇论文论岁，麦克斯韦发表了第二篇论文论物理力线，不但进一步发展了法拉第的思想，物理力线，不但进一步发展了法拉第的思想，扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三年他的第三篇论文电磁场的动力学理论，从几个基本篇论文电磁场的动力学理论，从几个基本实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。立了系统的电磁理论。1873年出版的电学和年出版的电学和磁学论一书是集电磁学大成的划时代著作，磁学论一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的自然哲学的数学原理、达部可以同牛顿的自然哲学的数学原理、达尔文的物种起源和赖尔的地质学原理尔文的物种起源和赖尔的地质学原理相媲美的里程碑式的著作。相媲美的里程碑式的著作。 麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立动论、热力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克（者普朗克（Max Plank l8581947）指出的：指出的：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界”。赫兹是一个短命的物理学家。赫兹是一个短命的物理学家。他于他于1894年逝世时，年仅年逝世时，年仅37岁。岁。 1886年年29岁发现电磁波，其后岁发现电磁波，其后不到不到6年，意大利的马可尼、俄国年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术：无线电报（电磁波的技术：无线电报（1894年）、无线电广播（年）、无线电广播（1906年）、年）、无线电导航（无线电导航（1911年）、无线电年）、无线电话（话（1916年）、短波通讯（年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（年）、无线电传真（1923年）、年）、电视（电视（1929年）、微波通讯年）、微波通讯（1933年）、雷达（年）、雷达（1935年），年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学电天文学它们使整个世界面它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。貌发生了深刻的变化。赫兹关于电磁波的实验，为赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。为赫兹。信息论的创始人香农信息论的创始人香农Shannon，1916年生于美国，大年生于美国，大学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过布尔代数课，并曾在发明微分分析仪的数学家布什的布尔代数课，并曾在发明微分分析仪的数学家布什的指导下使用微分分析仪，这使他对继电器电路的分析指导下使用微分分析仪，这使他对继电器电路的分析产生兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实产生兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代数。数。1938年，香农发表了著名的论文继电器和开关年，香农发表了著名的论文继电器和开关电路的符号分析，首次用布尔代数进行开关电路分电路的符号分析，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算路来实现，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的电子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。的开端。 后来，香农到后来，香农到贝尔贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应用。应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应用。 无失真变长信源编码定理无失真变长信源编码定理(香农第一定理香农第一定理) 有噪信道编码定理有噪信道编码定理(香农第二香农第二定理定理) 保真准则下信源编码定理保真准则下信源编码定理(香农第三定理香农第三定理) 1.5 通信系统的性能度量通信系统的性能度量 传递信息的有效性和可靠性，是通信系统最主要的质量指标。有效传递信息的有效性和可靠性，是通信系统最主要的质量指标。有效性指给定信道内能传输的信息内容的多少，而可靠性指接收信息的准确性指给定信道内能传输的信息内容的多少，而可靠性指接收信息的准确程度。两者之间，相互矛盾，相互依赖。程度。两者之间，相互矛盾，相互依赖。 模拟通信系统的有效性，可以用有效传输频带来衡量，同样的消息模拟通信系统的有效性，可以用有效传输频带来衡量，同样的消息不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性可以用信噪比来衡量，不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性可以用信噪比来衡量，电话：电话：2040dB，电视：电视：40dB以上。调频质量好于调幅，但需要传输以上。调频质量好于调幅，但需要传输的频带却大于调幅。的频带却大于调幅。 数字通信系统的有效性，可以用有效传输数率来衡量，二进制数字数字通信系统的有效性，可以用有效传输数率来衡量，二进制数字消息的速率用消息的速率用bps(比特比特/秒秒)表示。当信道一定时，信息速率越高，有效表示。当信道一定时，信息速率越高，有效性越好性越好。可以采用多进制传输，提高有效性。可以采用多进制传输，提高有效性。 若码元速率为若码元速率为Rs，信息速率为信息速率为Rb，每个码元有每个码元有N种可能的符号，种可能的符号，则他们的关系为：则他们的关系为：Rb=Rslog2N(bps) 或或 Rs=Rb/log2N(baud) 误比特率：误比特率：Pb=误比特数误比特数/总比特数，误码率总比特数，误码率Ps=误码元数误码元数/总码元总码元数数