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通信原理第一章

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通信原理讲义

通信原理讲义

通信原理讲义第一章绪论1．1 通信系统的组成１.1．1 通信一般系统模型点对点通信模型:反映了通信系统的共性。

1．1．2 模拟通信与数字通信●消息可以分成两类ﻩﻩ离散消息：消息的状态是可数的或离散型的（如符号、文字等）,也称为数字消息。

连续消息：状态连续变化的消息（如语音、图像）,也称为模拟消息。

●消息与电信号之间必须建立单一的对应关系。

通常,消息被载荷在电信号的某以参量上。

ﻩﻩ数字信号:电信号的参量携带离散消息，该参量离散取值。

模拟信号:电信号的参量携带连续消息，参量连续取值。

●相应的通信系统分成两类ﻩ数字通信系统ﻩﻩ模拟通信系统●模拟信号与数字信号之间可以相互转换在信息源中使用模-数（数-模)转换器,接受端使用数－模（模－数)转换器。

●数字通信比模拟通信更能适应对通信技术越来越高的要求（1）数字传输的抗干扰能力强，中继时可以消除噪声的积累；（2）传输差错可以控制；（3）便于使用现代数字信号处理技术对信息进行处理；（4） 易于加密处理;（5） 可以综合传递各种消息,增强系统功能。

● 模拟通信系统模型（点对点）基带信号：携带信息，但具有频率很低的频谱分量,不适宜传输的原始电信号。

已调信号：基带信号经过调之后转换成其频带适合信道传输的信号，也称频带信号。

调制器:将基带信号转变为频带信号的设备。

解调器：将频带信号转变为基带信号的设备。

模拟通信强调变换的线性特性,既已调参量与基带信号成比例。

● 数字通信系统模型（点对点） 强调已调参量与基带信号之间的一一对应。

数字通信需要解决的问题:（2） 编码与解码：通过差错控制编码消除噪声或干扰造成的差错; （3） 加密和解密：对基带信号进行人为“搅乱”；（4） 同步:发送和接收节拍一致,包括：位同步（码元同步)和群同步、帧同步、句同步或码组同步。

数字通信模型:同步环节的位置不固定,图中没有出现。

消息消息数字基带传输模型：● 数字通信的缺点 比模拟通信占据更宽的频带。

通信原理 (完整)精选全文

通信原理 (完整)精选全文

数字通信的主要优点：
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
数字通信的主要缺点：
➢ 占用带宽大 ➢ 设备复杂 ➢ 同步要求高
宽带通信、压缩编码 VLSI、SOC、ASIC 信号处理技术
应用实例：
➢ 数字传输技术：电话、电视、计算机数据等 信号的远距离传输。
➢ 模拟传输技术：有线电话环路、无线电广 播、电视广播等。
狭义信道
有线信道 无线信道
中长波地波 短波电离层反射 超短波、微波视距传输 超短波、微波对流层散射 卫星中继
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
噪 声
接收设备
广义信道
广义信道
调制信道：
调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。 研究调制和解调时，常用调制信道。 连续信道/模拟信道。
eo(t)
e0t htei t nt e0t kt ei t nt
n(t)
n(t): 加性干扰 k(t): 乘性干扰
k t 依赖于网络的特性，k t 反映网络特性对 ei t 的作用。
干扰
加性干扰：本地噪声
始终存在
乘性干扰：非理理想信道 与信号共存
sR t sT tht nt
乘性 加性
增量调制DM
军用、 民用电话
Hale Waihona Puke 差分脉码调制DPCM电视电话、 图像编码
其 他 语 言 编 码 方 式 中低速数字电话 ADPCM、 APC、 LPC
按信号复用方式分类

通信原理第一章总结

通信原理第一章总结
2
第一章 绪论
课程要点（2）
3
本节要点
信息如何度量？与何参数有关？计算公式？
离散信源的信息量：
1 I log 2 log 2 P ( x) bit P( x)
熵（统计平均信息量）： n H ( x) P ( xi ) l og 2 P ( xi ) 等概时熵最大：
i 1
bit/符号
H max log 2 M
算术平均信息量存源的信息量如何求？（不要求，可自学）
4
本节要点
有效性和可靠性是通信系统的两个重要指标
模拟系统：有效性（带宽B） 可靠性（信噪比S/N） 数字系统：有效性（传输速率） 可靠性（差错率） 码元速率(传码率)RB与信息速率(传信率)Rb的关系：
Rb= RB log2M= RB H bit/s (H为等概时信源的熵)
频带利用率：
η= RB /B
误码率与误比特率（误信率）
有效性和可靠性常常是一对矛盾
5
第一章思考题和作业
什么是通信？通信的目的是什么？如何进行通
信？ 通信系统的组成以及分类？ 什么是模拟通信系统、数字通信系统？并比较它 们的异同。 什么是信息、消息和信号？信息是如何度量的？ 衡量通信系统优劣的指标有哪些？ 作业：
必做：1-4，1-5，1-7 选作：1－6 , 1-9 ，1-10
6
第一章 绪论
课程要点（1）
1
本节要点
通信发展简史 通信的目的和通信系统的概念、模型 通信系统一般由发送端、接收端、信道三大部
分组成，模拟与数字通信系统模型
通信系统可以按许多形式进行分类 通信系统中的两种变换：
非电信号 电信号（基带信号） 基带信号 频带信号（模拟强调变换的线性 ，数字强调变 换的一一对应。无此变换的系统为基带通信系统）

通信原理第一章

通信原理第一章

任何人、任何时候在任何地方以任意的方式进行通信。

1.1.1 通信系统的一般模型（主要培养全局系统的概念）　通信: 从一地向另一地传递和交换信息。

通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质基于点与点之间的通信系统的模型用图1 -1 来描述。

　送设备信道接收设备受信者噪声源接收端信息源：消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为基带信号。

包括：电话机、电视摄像机和电传机、计算机等。

前者是模拟信源，输出模拟信号；后者是数字信源，输出数字信号。

发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。

变换方式是多种多样的，比如：放大、调制、编码等等；　信道：指传输信号的物理媒质。

包括：大气（自由空间）、明线、电缆或光纤。

模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。

数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。

　通信系统分为模拟通信系统+数字通信系统。

1. 模拟通信系统模型图1-4 模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源课程重点调制器：原始基带信号变换成适合信道传输的信号；从信号与系统的角度：调制器=频带搬移。

调制后的信号称为已调信号、频带信号。

已调信号有三个基本特征：一：携带有完整的基带信息二：适合在信道中传输三：信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。

信道编译码　数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。

为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。

接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。

作用：提高通信系统抗干扰能力。

数字调制与解调　把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。

基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。

通信原理第1章

通信原理第1章

1.5.1 数字通信系统有效性指标的具体表述
*码元传输速率通常又可称为码元速率、数 码率、传码率、码率、信号速率或波形速率。
码元速率：指单位时间(每秒钟)内传输码
元的数目，用符号RB来表示。
➢码元速率：RB － 波特(B) 码元速率RB与信号的进制数无关，只与 码元宽度Tb有关：
RB
1 Tb
通常在给出系统码元速率时，有必要说 明码元的进制，多进制(N)码元速率RBN与二 进制码元速率RB2之间，在保证系统信息速率 不变的情况下，相互可转换，转换关系式为 :
象等 6. 按收信者是否运动分:固定与移动 7. 按信号复用方式分：TDM、FDM、CDM
1.3.2 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A
信道
B
(a)
A
信道
B
(b)
A
信道
B
(c)
(a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
2. 按数字信号排序分
101
发 送 设 备
接 收 设 备
解： 信源输出的信息序列中，A出现23次，B出现14次， C出现13次，D出现7次，共有57个。
该信息源总的信息量为 ：
1.5 通信系统的主要性能指标
有效性和可靠性的关系（速度～质量） 模拟通信系统性能指标：
有效性指标：单位时间内传送的信息量 可靠性指标：均方误差 数字通信系统性能指标： 有效性指标：传输速率 可靠性指标：差错率
一种前所未有、方便快捷的通信手段。
(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到 来，地球变成“地球村”。
通信发展现状和趋势
1)融合趋势：PSTN、CATV、计算机网络三网业务 融合；语音和数据融合；电域与光域融合；移动与 WLAN融合

通信原理第一章

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P7
特点：随机性的，无法预知的。
信号：反映消息的电信号。
信息：把消息中的内容用概率统计的方法抽象出来。 信息是消息和信号中包含的某种有意义的抽象的东西。
2、信息量：是信息或消息的一种度量。信息的 大小由信息量来衡量。
不同的消息人们对它的反映是不同的，如：下雨、地震
（太阳从东方升起） 下雨：经常发生，不足为奇，信息量小； 地震：不常发生，很惊讶，信息量大。 （太阳从西方升起）
P（x）：消息的概率 a ：2的整数次幂 P8
信息量的单位的确定取决于底数a：
若对数以2为底时单位是“比特”（bit — binary unit的缩 写）；
若以e为底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；
若以10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。
数字通信系统还有一个非常重要的控制单元， 即同步系统。使收发两端的信号在时间上保持 步调一致
3、数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信， 在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。 但是，数字通信更能适应现代社会对通信技 术越来越高的要求，数字通信技术已成为当 代通信技术的主流。
与模拟通信相比，它有如下优点： 1、抗干扰、抗噪声性能好 2、差错可控 3、易加密 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计 和制造更容易，体积更小，重量更轻。 5、数字信号便于计算机处理，数字信号可以 通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提 高信道利用率。 6、易于与现代技术相结合。
消息出现的概率越大，则消息中包含的信息量 越小； 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量 越大。
信息量：I information ∵ P（x）＝1 必然事件 P（x）＝0 不可能发生事件 I＝0 I＝∞

通信原理第一章

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• 2．模拟信号与数字信号 • 模拟信号：电信号的参量连续取值
– 基带信号(一般指未调制过的信号)瞬时值状态数无限，如正弦信号、 语音信号、图像信号等。 – 已调信号(载波一般为正弦信号)的参数A.F.P状态数无限。
正弦:
AM:
FM:
PM:
• 数字信号：电信号的参量离散取值
– 基带信号的瞬时值状态数有限。 如计算机.电报机等输出的信号。 – 已调信号的参数A.F.P状态数有限。 • *注: 也可称ASK 、FSK 、PSK等数字已调信号为连续信号,因为 他们的瞬时值在某一范围内连续取值。
Æð
Ö¹ Ò»¸ ö×Ö· û Ò»¸ ö×Ö· û
Ö¹
(a)
Òì½´ ² «Êä
SYN×Ö · û
SYN×Ö · û
SOH×Ö · û
ÐÅÏ ¢×Ö· û
EOT×Ö · û
ʱÖÓÐź Å
(b)
Í ½´ ¬² «Êä

单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联 络信号
正向数据信道
Dn2
对信号进行时域分割（TDM），也可进行频域分割（FDM）。
若无帧同步码，则无法对各路信号进行正确分接。
...
mn(t)

• 2、 需要研究的问题
– – – – – – – 数字基带信号的特性（A/D变换）； 数字调制与解调原理； 已调信号的特性； 数字通信系统的抗干扰性能； 信道编码、译码（差错控制）； 加密； 同步。
最小频移键控MSK等 脉幅调制PAM 数字微波、空间通信 中间调制方式、遥测 中间调制方式 遥测、光纤传输 市话中继线、卫星、空间通信 军用、民用数字电话 电视电话、图象编码 语音、图象压缩编码

通信原理ppt 第1章

通信原理ppt 第1章


1.2.2 模拟通信系统模型
连续消息→原始电信 号 电信号→连续消息
基带信号→已调信号
已调信号→基带信号

两对重要变换： “连续消息↔原始电信号”，相应器件是信源和信宿。 “基带信号↔已调信号”，相应器件是调制器和解调器。

1.2.3 数字通信系统模型




信源编码（source coding）：一是进行模/数（A/D）转换；二是去除 冗余信息，提高传输的有效性。解码（译码）是编码的逆过程。 信道编码：进行差错控制，提高传输的可靠性。（详见第8章） 数字调制与模拟调制的本质及原理相似，都是把基带信号加载到高频 载波上。解调是调制的逆过程。（详见第7章） 综上所述，在完成通信的过程中，将涉及以下主要通信技术： “编码、解码、调制、解调” 本书的重点就是介绍这些技术的原理、性能和应用。
1.3 通信系统的分类

通信系统可以从不同角度进行分类，常见分类如下。 用导线（如各种电缆） 以基带信号（未经 作为传输媒质。如有 信道中传输的 按信道信号特征分类 按传输媒质分类 按传输方式分类 按通信业务分类 线电视系统等。 调制的信号）作为 是模拟信号。 传输信号的系统。
模拟通信 数字通信 有线通信 无线通信 基带传输 带通传输


表1-1 模拟信号
信号类型与特征 数字信号 特征：信号的取值是离散的 例如：电报机、计算机输出的信号
特征：信号的取值是连续的 例如：电话机送出的语音信号，摄像机 输出的图像信号等
图1-2 模拟信号和数字信号示例

消息与电信号之间的转换，通常由传感器来实现。例如：

话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号； 摄像机把图像转变成视频信号； 热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。

通信原理 第一章

通信原理 第一章
2）乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起 。目前，我们仅研究加性干扰产生的误差，均方误差指 标将转化为信噪比。
18
1.5.2 数字通信系统性能指标：传输速率和差错率
数字信号的描述：二进制：0、1 N 进制：0、1、2 … N-1
两个状态 N个状态
进制之间的相互转换关系： 例：N = 4 表示4 进制的每个状态可用2 位二进制状态描述； 若为小数，则取大于此值的第一个整数。
定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为 1 bit 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
15
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
3、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）
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
4
问题
1、什么形式的电信号适合系统传输？ 2、何种性能的系统能完成信号的传输？
12
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 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，

《通信原理》课件第1章

《通信原理》课件第1章

2． 串行传输采用的是单一信道，数字码元按顺序逐个传送， 远程通信均采用这种方式。串行传输如图1.3.7(a)所示。在这 种通信方式中， 收、发双方必须保持位同步和字同步，否则 就不能在接收端正确恢复原始信息。这种传输方式是实际通 信系统中比较常用的一种方式，其造价低但传输速度慢。 长
由于消息存在着许多不同的类型以及不同的传输方法， 因此产生了种类繁多的通信系统。
为了分析消息传输的实质，可以把各类通信系统共性及 基本组成概括为一个一般模型。不管何种通信系统，信息总 是由发送端通过信道传递到接收端的。因此，通信系统的一 般模型如图1.2.3
图1.2.3 通信系统的一般模型
信源的作用是产生(形成)消息。消息可以是多种多样的， 可以是语音、图像、数据、文字、符号等等。信源可以是有 次序的符号序列，也可以是连续变换的时间函数，前者我们 称为数字信号，后者称为模拟信号。传输模拟信号的通信系 统，称为模拟通信系统，相应地，传输数字信号的通信系统，
4． 根据信号传输媒介的不同可将通信系统分成两大类。信 通信系统、光纤通信系统、有线电视系统等； 信号通过自由空间传输的通信系统称为无线通信系统， GSM通信系统、微波接力通信系统、卫星通信系统、无
5． 根据传输多路信号的信道复用方式可将通信系统分为频 分复用(FDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDM)和波分复 用(WDM) 通信系统。传统的模拟通信系统中大都采用频分 复用方式，数字通信系统中采用时分复用方式，空间扩频、 移动通信和卫星通信中采用码分复用方式，而光纤通信系统
如图1.3.1(b)所示，它是对图1.3.1(a)的模拟信号每隔时间 T抽样一次所得到的信号。虽然其波形在时间上是不连续的， 但其幅度取值是连续的，所以仍是模拟信号，称之为脉冲幅 度调制(PAM，简称脉幅调制)信号。数字信号指幅度的取值 是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内，如图1.3.1(c) 所示。二进制码就是一种数字信号。二进制码受噪声的影响

通信原理_第一章 信号绪论

通信原理_第一章 信号绪论

§1.1信号的描述、分类和典型信号
7 单位阶跃信号 单位阶跃信号一般用符号u(t)表示，即
0t 0 u (t ) t 0
在跳跃点t＝0处，函数未定义，或在t＝0 处规定其函数值u(0)=1/2,其波形如图1-11
u(t)
1 t 0
图 1-11
(2) (0) 0 1 2 3 4 t
图 1-2
§1.1信号的描述、分类和典型信号
其给出函数值的离散时间间隔可以是均 匀的也可以是不均匀的。 一般情况都是采用均匀间隔的，这对自 变量t可简化为整数序号来表示，可写作为 x(n)，即仅当n为整数时x(n)才有意义。 离散时间信号也可认为是一组序列的组 合或集合，表示为{x(n)}
1 当t＝2 时，f ( ) Ee 4 0.78E 2
表明函数中参数τ是f(t)由最大值E降为 0.78E时所占据的时间宽度。 钟形信号在随机信号分析中占有十分重要 的地位。 通常这些信号表示为典型理论抽象化的数学 模型，即实际信号按某种条件理想化的结果。 所以可以用这些理想模型进行分析，如斜变、 阶跃、冲激和冲激偶信号，其中两种最重要的 阶跃信号和冲激信号是两种最重要的理想信号 模型。
T
如果矩形脉冲关于纵坐标对称可用符号 GT(t)表示，如图1-14
T T GT (t ) u (t ) u (t ) 2 2
§1.1信号的描述、分类和典型信号 容易看出，单位斜变函数的导数等于单位 阶跃函数，即
df (t ) u (t ) dx
具有延时t0的单位阶跃函数用u(t-t0)表示
0t t 0 u (t t0 ) 1t t
其波形如图1-12
§1.1信号的描述、分类和典型信号

通信原理

通信原理

即
B
或
b

Rb B
b/(s Hz)
可靠性：常用误码率P和e 误传错信输误总 率码码表元元数 示数。
误码率

误信率，又称误比特P率b
错误比特数 传输总比特数
在二进制中有
Pb Pe
第1章 绪论
1.6 小结
通信的目的、电信发明史 通信系统的模型 数字信号、模拟信号，基带信号、已调信号（带通信号、
x1,
x2, , xM
且有
P x1,
Px2 ,
M
, PxM

则x1 , x2, x3,…,ix1MP所(x包i ) 含 1的信息量分别为
于是，lo每g2个P(符x1号) ，所 l含og平2 P均(信x2 )息，量为， log2 P(xM )
H (x) P(x1)[ log2 P(x1)] P(x2)[ log2 P(x2)] P(xM )[log2 P(xM )]
因特网和计算机通信等。
第1章 绪论
电信发明史
1837年：莫尔斯发明有线电报 1876年：贝尔发明有线电话 1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世 1936年：商业电视广播开播
……………
后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”， 包括光通信，因为光也是一种电磁波。
在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实 现的。
第1章 绪论
码元速率和信息速率的关系
或
Rb RB log 2 M (b/s)
RB

Rb log 2 M
(B)
对于二进制数字信号：M = 2，码元速率和信息速率在数
量上相等。
对于多进制，例如在八进制（M = 8）中，若码元速率为

通信原理 第1章绪论

通信原理 第1章绪论

可编辑版
16
有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK 、相对（差分）相移键控 D P S K 。对这些信号可以采用相 干解调或非相干解调还原为数字基带信号。对高斯噪声下 的信号检测，一般用相关器接收机或匹配滤波器实现。数 字调制是本教材的重点内容之一，将在第7章中讨论。
5）
同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不 可缺少的前提条件。同步是使收、发两端的信号在时间上 保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、 位同步、群同步和网同步，这些问题将集中在第 1 1 章中讨 论。
可编辑版
5
信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可
以是大气（自由空间）， 在有线信道中，信道可以是明 线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒 质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量 。根据研究对象的不同， 需要对实际的物理媒质建立不 同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。这一点将 在第3章中讨论。
模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 。 信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指 信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为 3 0 0 ~ 3 4 0 0 H z ，图像信号为 0 ~ 6 M H z 。由于这种信号具有频率很低的频 谱分量， 一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换 成其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收端进行反 变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调 器。经过调制以后的信号称为已调信号。已调信号有三个 基本特征：
2）信道编码与译码
数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干 扰等，将会引起差错。为了减少差错，信道编码器对传输 的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成
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通信原理
第一章绪论
教材：《数字通信基础》
仇佩亮，陈惠芳，谢磊
参考书：
《Communication Systems Engineering》，
J.G.Proakis and M. Salehi
《Digital Communications: Fundamentals and Applications 》
B.Sklar
《通信原理教程》，樊昌信
§1.1 通信技术发展历史回顾
有线通信
1799年Volta 发明电池；
1837年S. Morse发明电报（变长度信源码）；1844年华盛顿——巴尔的摩电报演示；
1858年第一条横跨大西洋的越洋电报电缆建成；1875年 E.Baudet发明定长信源码；
1876年Bell申请电话专利；
1877年建立Bell电话公司；
1906年De Forest发明电子三极管放大；
1915年实现横跨美洲大陆的电话；
二次大战和经济大萧条推迟了越洋电话业务；1953年建立第一条横越大西洋电话电缆；1897年Strowger发明步进制自动交换；
1960年Bell实验室发明数字交换；
在过去50年中电话有极大发展，光纤代替铜缆；
无线通信历史
1820年Oersted发现电流产生磁场；
1831年Faraday发现导线作切割磁力线运动产生感应电流；1864年Maxwell提出电磁场方程，预言电磁波存在；
1894年O. Lodge发明粉末检波器，
在牛津检测到150码远发出的无线信号；
1895年Marconi 发明的无线电报，传输2公里；
1897年Marconi申请无线电报专利，建立无线电
报公司；
1901年12月12日Marconi在加拿大纽芬兰岛收到
从英国Cornwall发出的无线信号，传输距
离1700mile.
1900年专利《调谐电话》获得批准，专利号为
No.7777；同年公司改名为Marconi公司；
1907年获诺贝尔物理奖
1904年Flemin发明电子二极管；
1906年De Forest发明电子三极管放大；
1920年AM广播在美国Pittsburgh开通；
在一次大战中 E. Armstrong发明超外差AM接收机；
1933年E. Armstrong发明FM；
1929年美国人Zworykin发明电视；
1933年英国BBC广播电视开通；
近50年来通信的发展
1947年Brattain,
Bardeen, Shockley发明晶体管；
W. SHOCKLEY
(
1910-1989)J. BARDEEN
(1908-1991)W. H. BRATTAIN (1902-1987)
1955年Bell实验室皮尔斯（Pirece）提出卫星通信；
1962年Telstar I卫星发射，转播欧、美之间电视广播；
1965年发射商用通信卫星；
1958年Townes,Schawlow发明激光；
1966年英国学者高昆（K.C.Kao）与霍克汗姆（G.A.Hockham）预言光纤损耗可以降到20db/km以下，使光纤通信成为可能；
1958年Kilby发明集成电路；
70年代末Bell实验室提出蜂窝式无线公众移动通信网；目前2G→3G→B3G；
Clinton总统給R. Frenkiel授奖
通信系统理论
1924年奈奎斯特（Nyquist）研究表明带宽为W的信道最多可以支持每秒2W个符号的无码间干扰传输，现代数字通信的开端。

1928年维纳（Wiener）提出滤波理论和预测理论，奠定了控制论；1943年诺斯（D. O. North）提出了匹配滤波器理论；
1947年苏联学者卡捷尔尼可夫（Kotelnikov）发展了信号的几何表示理论，并建立了信号的潜在抗干扰理论；
上世纪40年代，赖斯（O. Rice）关于随机噪声的数学研究；
1948年Shannon建立信息论（通信的数学理论）
1950年Hamming提出纠错编码；
之后在Shannon理论指导下，各种信道纠错编码，信源压缩编码，调制方式，多用户通信理论，网络理论，扩谱理论，多天线理论，合作通信理论等蓬勃发展起来；
C. Shannon (1916-2001)
1.2.2 熵和互信息
一、熵
用随机变量X 来描述消息。

设X 是一个离散随机变量，它可以取M 个可能值，并且X 取的概率为，于是把X 的平均不确定性（熵）定义为
1
()()log ()
M
i a i i H X p x p x ==−∑{}12,,,M x x x L i x ()
i p x 当对数的底a 等于2时，熵的单位为比特（bit ），当a 等于e 时，熵的单位称为奈特（nat ）。

由于接收方也可能收到其它的Y 值，所以条件不确定性应对Y 取平均。

于是在Y 给定条件下X 的平均不确定性，或称条件熵为：
(|)j H X Y y =(|)()(|)
j j j
H X Y p y H X Y y ==∑互信息：(;)()(|)I X Y H X H X Y =−[例1.2.3]信源以相等概率，输出二进制数字“0”和“1”，在信道传输过程中“0”错成“1”和“1”错成“0”的概率都等于1/10，二个符号不错的概率为9/10，求从信道收到一位二进制数字对发送数字平均提供多少信息。

[解] 互信息为
(;)()(|)0.531I X Y H X H X Y bit
=−=如接收到Y 后，完全消除X 的不确定性，则由Y 对X 所获得得信息就是
(;)()
I X Y H X =所以信源的熵也可称为是信源所输出的信息量。

§1.3 数字通信系统
1.3.1 基本概念
数字通信与模拟通信相比有许多优点：
（1）在良好设计的数字通信链路上，中继转发不会产生误差积累；（2）在数字通信中可以通过纠错编码技术极大提高抗干扰性能；
（3）数字通信系统中容易采用保密措施，大大提高通信安全性；
（4）在数字通信中，可以通过各种方式把语音、图像和文字都变换成数字，在同一信道中传输多种媒体信息；并便于存贮和处理；（5）数字信号可以通过信源压缩编码，减少冗长度，提高信道利用率；（6）数字通信系统可采用大规模数字集成电路，使设备重量轻，体积小，功耗省。

（7）数字通信系统更加适合于信息论的理论框架，有利于在信息论理论指导下发展新技术，新体制。

1.3.2 数字通信系统的组成
一个数字通信系统主要包括如下九部分信号处理功能：
1、模拟信号的数字格式化，和信源编、译码；
2、基带信号方式；
3、通带信号方式；
4、均衡；
5、信道编、译码；
6、复用与多址；
7、扩展频谱与解扩；
8、密码的加密与解密；
9、同步；
1.3.3 数字通信系统的主要性能指标
（1）传输速率：
①符号速率(码元速率)：每秒传送的符号数目，用表示，单位“波特（Baud ）”。

②比特速率(信息速率)：每秒传送的比特数目，用表示，单位是“比特/秒（bit/s ）”。

B R b R 若符号是M 进制的，则每个符号要用个比特表示它，则这个系统的信息速率为
2log M 2log (/)
b B R R M bit s =2/log ()B b R R M =波特
（2）错误概率：
①误码率或误符号率：指在所传送的符号总数中错误符号所占的比例，即
= 错误符号数目/总传输符号数目
②误比特率：指在所传输的总比特数中，错误比特所占的比例，即
= 错误比特数目/总传输比特数目
e P b P e b P P ≥如果一个符号有k 个比特组成，若其中有一个比特出错，则这个符号必然错了，所以；如果一个符号错了，则组成它的k
个比特中至少有一个比特错，所以，。

1(1)k e b b
P P kP =−−≤③误码字率或者误帧率：
= 错误码字数（误帧数）/总码字数（总帧数）
f P
（3）频带利用率：每赫兹频带所能支持的信息速率，用比特/秒/赫
作为单位。

频带利用率和调制方式与偏码方式有关。

（4）能量利用率：为了达到一定的误比特率，传输每比特所需的信
号能量。

在通信中用误码率与的关系曲线来衡量，其中是每比特能量，为噪声功率谱密度。

0/b E N
§1.4 课程内容
第一章绪论
第二章确定性信号、随机变量与随机过程第三章通信信道
第四章模拟调制系统
第五章模拟信号的数字化
第六章数字基带传输
第七章数字通带传输
第八章数字通信中的同步技术第九章基本信道编码技术
第十章先进信道编码技术
第十一章扩展频谱通信技术
第十二章衰落信道上的数字通信第十三章通信中的多用户技术。