129127021775312500第一章(1)解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,*,通信原理,主讲：王卫华,湖北汽车工业学院电信系,Tel：小号66991),E-mail：,引 言,课程定位,电信类专业的一门重要专业根底课程,是必修课、核心主干课,是一门专业的标志性课程,是“信息与通信工程”学科争论生入学考试课,程之一,2,引 言,课程目标,把握通信系统的根本概念、根本理,论、根本技术和系统性能分析方法；,把握根本的分析、设计思想和方法；,了解仿真工具的应用；,了解通信新技术的应用和进展；,3,引 言,课程体系,由浅入深分为六个局部：,通信根底学问,模拟通信原理,数字通信原理,模拟信号的数字传输,数字信号的最正确接收,通信的同步技术,4,引 言,课程特点,具有理论性强、学问综合、难度大等特点；,是一门理论性和实践性都很强的专业根底课,学习时要留意数学分析方法，更要留意数学,分析所得结论的物理概念、物理意义；,5,涉及的相关理论,信源,发送设备,信道,接收设备,信宿,噪声,概率论与统计,信源编码,密码理论,信号处理,调制理论,信道编码,电磁场与电波传播理论,随机过程,伪随机序列,信号处理,解调理论,过失把握编码,滤波理论,密码理论,信号与系统、电路分析、电子线路、交换理论、排队论、同步、通信网等,6,第1章 概论,7,目标要求,根本要求,了解通信的进展；,把握消息、信息、信号的定义；,把握通信的概念，理解数字通信的优点；,了解通信系统分类与通信方式;,把握通信系统模型及其主要性能指标；,8,目标要求,重点、难点,重点是：,信息的度量；,数字通信系统模型的理解与把握。,难点是：,数字通信系统性能指标的理解与计算。,9,1.1 通信的进展,历史,古代：公元前800年(周朝)，周幽王烽火戏诸侯。,应用光通信的见证；,最简洁的二进制数字通信。,近代：,1838年：莫尔斯将电报通信推向有用。,1876年：贝尔制造 ，模拟通信的开头。,10,1.1 通信的进展,20世纪60年月以后：,数字通信技术进入高级进展阶段。,近20多年：,数字通信迅猛进展；,光纤通信也携手同行。,两者都成为现代通行网的主要支柱。,11,1.1 通信的进展,作为一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。1826年至1842年任美国画家协会主席。,在一次远洋旅途中，莫尔斯结识了杰克逊。杰克逊是波士顿城的一位医生，也是一位电学博士。闲聊中，杰克逊把话题转到电磁感应现象上。,从今，莫尔斯走上了科学制造的坎坷道路。为了维持生活，莫尔斯于1836年不得不重操旧业，担当纽约大学艺术及设计教授。课余时间，他照旧连续从事电报制造工作。最终在1837年9月4日，莫尔斯制造出了一台电报机。,1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，进展电报发收试验。年过半百的莫尔斯在预先商定的时间，兴奋地向巴尔的摩发出人类历史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句话的电报：“上帝制造了何等的奇迹!”,塞缪尔莫尔斯Samuel Finley Breese Morse，1791-1872,12,1.1 通信的进展,诞生于美国爱丁堡，早年争论声学。21岁时在伦敦大学攻读生理解剖学。,1871年迁居加拿大。24岁时又移民美国，后参与美国国籍。,1872年起任波士顿大学语言生理学教授。在此时期，曾以利用电流传送声音的争论。,1876年3月10日，他制造了有线 ，贝尔通过送话机与试验室的助手沃森首次通话成功。,1877年，建成从波士顿到纽约之间长距离 线通话。第一份用 发出的新闻电讯稿被发送到波士顿世界报，标志着 为公众所承受。,1878年，贝尔 公司正式成立。,贝尔1847-1922，美国 制造者,13,1.1 通信的进展,1876年3月10日，美国制造家贝尔制造世界上第一部 ，并获美国专利局批准的 专利。这是2023年8月11日拍摄的美国新泽西州默里山贝尔试验室博物馆内的世界第一部 。,14,1.1 通信的进展,麦克斯韦是19世纪宏大的英国物理学家、数学家，经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。19世纪最奇异的科学觉察电磁场理论的完成者，并且预言了电磁波的存在。,麦克斯韦1831年6月13日诞生于爱丁堡。16岁时进入爱丁堡大学，三年后转入剑桥大学学习数学，1854年毕业并留校任教，两年后到苏格兰的马里沙耳学院任自然哲学教授，1860年到伦敦国王学院任教，1871年受聘筹建剑桥大学卡文迪什试验室，并任第一任主任。1879年11月5日在剑桥逝世。,麦克斯韦在物理学中的最大奉献是建立了统一的经典电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在。而这种理论预见后来得到了充分的试验证明。1873年，麦克斯韦完成巨著电磁学通论，这是一部可以同牛顿的自然哲学的数学原理相媲美的书，具有划时代的意义，是牛顿以后科学史上的又一座丰碑。,麦克斯韦(James Clerk Maxwel 18311879)英国物理学家,15,1.1 通信的进展,生于汉堡。早在少年时代就被光学和力学试验所吸引。十九岁入德累斯顿工学院学工程，由于对自然科学的爱好，次年转入柏林大学，在物理学教授亥姆霍兹指导下学习。1885年任卡尔鲁厄大学物理学教授。1889年，接替克劳修斯担当波恩大学物理学教授，直到逝世。,赫兹对人类最宏大的奉献是用试验证明白电磁波的存在。,赫兹1857-1894德国物理学家,1888年1月，赫兹将这些成果总结在论动电效应的传播速度一文中。赫兹试验公布后，轰动了全世界的科学界。由法拉第开创，麦克斯韦总结的电磁理论，至此才取得预备性的成功。,1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。赫兹的觉察具有划时代的意义，它不仅证明白麦克斯韦觉察的真理，更重要的是开创了无线电电子技术的新纪元。为了纪念他在电磁波觉察中的卓越奉献，后人将频率的单位命名为赫兹。,16,1.1 通信的进展,在觉察电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报1894年、无线电播送1906年、无线电导航1911年、无线 1916年、短波通讯1921年、无线电 1923年、电视1929年、微波通讯1933年、雷达1935年，以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。,17,1.1 通信的进展,1838,莫尔斯 有线电报,1948,晶体管 香农IT 通信统计理论建立,1864,麦克斯韦尔 电磁辐射方程,1950,时分多路通信 应用于电话,1876,贝尔 电话,1956,越洋电话铺设,1896,马克尼 无线电报,1957,第一颗人造卫星发射,1906,真空管,1958,第一颗通信卫星发射,1918,调幅广播 超外差接收机,1960,发明激光,1925,三路明线载波电话 多路通信,1961,发明集成电路,1936,调频广播,1962,第一颗同步通信卫星 PCM进入实用,1937,脉冲编码调制,1960,彩电 数字传输理论 高速计算机,1938,电视广播,1970,LSI 商用卫星 程控交换 光纤通讯,1940,二战刺激 雷达和微波系统发展,1980,SLSI 长波光纤通信 ISDN 3G,18,1.2 消息、信息和信号,通信的目的：,传递,消息中包含的,信息,。,消息：,是指信源所产生的信息的物理表现。,例如：语音、文字、图形、图像等。,消息必需转换成电信号简称信号，才能,在通信系统中传输。,19,1.2 消息、信息和信号,信息：,是指消息中所包含的对受信者有意义的内容,或有效内容。,不同形式表现汉字、符号、图形等的同,一消息，载有一样的信息。,信号：,是指,消息的物理载体,，是传输消息的手段。,可分为模拟信号和数字信号。,20,1.2 消息、信息和信号,度量信息量的方法，必需满足：,如何度量信息？,首先要解决的问题,。,能度量任何消息；,与消息的类型无关；,消息的重要程度无关。,21,1.2 消息、信息和信号,信息量的定义,：,信息量是消息消逝概率的函数；,消息消逝的概率越小，所包含的信息量就,越大；,假设某消息由假设干个独立消息所组成，则该,消息所包含的信息量是每个独立消息所含,信息量之和。,22,1.2 消息、信息和信号,因此，假设消息 消逝的概率为 ，则所含信息量 I 可定义为：,信息量,单位,：,，则为比特bit，简记为b，最常用;,，则为奈特nat;,，则为哈特莱hartley。,23,1.2 消息、信息和信号,对于,M,个离散独立,等概,消息组成的消息源，它发送的每个消息所包含的信息量为 。,等概时具最大熵,：,对于离散独立非等概消息组成的消息源，则承受平均统计平均信息量熵来描述：,熵的单位为：,bit,/符号,24,1.2 消息、信息和信号,当M=2时，则I=1b。,工程上，常常不考虑是否为等概率的消息，总认为一个二进制波形或码元等于1b。即通常把一个二进制码元称做1b。易与信息量的单位混淆，应留意。,假设承受一个M进制的波形，来传送M 个独立的等概离散消息之一，则每一码元的信息量为：,(b),25,例 一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们消逝的概率分别为3/8,1/4,1/4,1/8，且每个符号的消逝都是独立的。试求某消息,20230的信息量。,解：此消息中，0消逝23次，1消逝14次，2消逝13次，3消逝7次，共有57个符号，故该消息的信息量为,每个符号的算术平均信息量为,假设用熵的概念来计算，由式得,26,1.2 消息、信息和信号,1916年4月30日生于密歇根州盖洛德。1936年获密歇根大学理学士学位，1940年获麻省理工学院哲学博士学位。1941年起在美国贝尔 试验室工作。1956年起任麻省理工学院教授。,1938年首次使用“比特”概念；1948年发表通信的数学理论，提出负熵概念，1949年发表噪声中的通信，从而奠定了信息论的根底。1949年发表保密系统的通信理论，使他成为密码学的先驱。1956年与J.麦卡锡合编自动机争论论文集，是自动机理论方面的重要文献。曾获电气和电子工程师学会(IEEE)的诺贝尔奖等多项世界性科学大奖。1956年中选美国科学院院士，并是多个学会的资深会员。,无失真变长信源编码定理(香农第确定理)有噪信道编码定理(香农其次定理)保真准则下信源编码定理(香农第三定理),香农1916Shannon，ClaudeElwood,美国数学家，,信息论创始人,NEXT,27,