第1章 概 论 李伟基版.ppt

现代通信原理 第1章 概 论 1.1 通信的发展 这里说的电信号是广义的，包括光信号，中国是世界上最早采用电信的国家之一。 1837年美国人塞缪尔·莫尔斯（见图1-1）发明了实用的有线电报通信，这是现代电信的肇始。 1876年出生于苏格兰的美国人亚历山大·格雷厄姆·贝尔发明了有线电话通信。 1895年意大利人伽利尔摩·马可尼和俄国人亚历山大·斯塔帕诺维奇·波波夫分别于同年发明了无线电通信。 1906年加拿大人雷金纳德·费森登发明了调幅广播，这是用无线电传送声音的开始。 1933年美国人爱德文·阿姆斯壮发明了调频系统。 现代数字通信有着重要作用的脉冲编码调制（PCM）则是美国人亚历克·芮福斯于1937年提出的。 卫星通信方式是美国人约翰·皮尔斯于1955年建议的，1962年诞生了第一颗通信卫星。 光纤，它是华裔科学家高锟（见图1-3）于1966年发明的。 蜂窝移动通信的概念是美国贝尔实验室的法朗基尔和恩克尔在1971年提出的，1978年建成了世界上第一个蜂窝移动通信系统—先进移动电话系统（AMPS） 1.2 信息及其度量 1.2.1 消息和信息 电信是用电信号来传递消息。 消息是包含信息的事物，信息是消息中包含的有效内容。 相同的信息可以用不同类型的消息传递。 1.2.2 信号 信号是消息的载体，是一种电波形。在通信系统中传输的是信号。 按照信号中代表消息的参量取值方式的不同，信号可以分为模拟信号和数字信号两大类。 模拟信号的电压和电流可以用取值连续的时间函数表示，如图1-4（a）所示。 数字信号的电压和电流仅可能取有限个离散值，如图1-5（a）所示。 区分模拟信号和数字信号的准绳是其代表消息的参量取值是连续还是离散，而不是时间波形连续变化与否。 模拟信号在时间上可以是离散的，如图1-4（b）所示。 数字信号在波形上可以是连续变化的，如图1-5（b）所示。 1.2.3 信息量 消息中包含的信息量大小，主要和该消息出现的可能性大小有关。 出现的可能性越小，所含的信息量越大。 消息出现的概率越小，则该消息所含的信息量越大。 信息量的定义给出如下 将一个二进制符号称为1比特。 1比特就是指一个二进制符号，电路中一个二进制符号用一个二进制码元表示，如图1-5（a）所示。 一个二进制码元又可以称为一个比特。 对于M进制码元，当M种符号以等概率出现时，每种符号出现的概率P(x) = 1/M，按照式（1-1）的定义，有 若M是2的整次幂，例如M = 2k (k = 1, 2, 3, ???)，由式（1-2），离散消息所含信息量的度量方法变为 抽样定理告诉我们：一个频带受限的连续信号，可以用每秒一定数目的抽样值来代替。 而每个抽样值可以用若干个二进制脉冲来表示。 因此，以上信息量的定义和计算同样适用于连续消息。 1.3 通 信 系 统 通信是将信源产生的消息传送到目的地的信宿。 通信系统是指完成通信的一切技术设备的总和。 1.3.1 通信系统的基本模型 图1-6中画出通信系统的基本模型。 信源将消息转变成适合由通信系统传输的电信号。 通信系统的核心是发送设备、信道和接收设备。 （1）发送设备 发送设备将输入的电信号变成适合信道传输的形式。 调制的主要手段是使一个正弦载波的振幅、频率或相位随输入信号电压而变化。 发送设备除了调制功能外还完成。 对输入和输出信号的滤波和放大；在无线电发送设备中还必须有发射天线，用以将信号辐射出去。 （2）信道和噪声 通信信道是将信号从发送设备向接收设备传送的物理媒质。 在无线电通信中，信道是大气层和自由空间。有线电话的信道是铜线或光纤。 衰减是指信号的功率因在信道中传输而下降。 基本的干扰是由通信系统中各元器件产生的热噪声。 在无线电信道中，还有人为噪声和自然噪声等干扰进入接收设备。 上述这些噪声都是叠加在信号上的，故统称为加性干扰或加性噪声。 在某些无线信道中，多径传播是另外一种使信号质量降低的干扰。 多径传播使信号振幅随机起伏的现象称为衰落。 一般将衰落称为乘性干扰或乘性噪声。 （3）接收设备 接收设备的功能是恢复接收信号中包含的消息。 接收设备需要将接收信号解调来提取出消息。 除了解调外，接收设备还有一些其他功能，包括滤波和抑制噪声等。 1.3.2 通信方式 通常将通信双方之间的工作方式或信号传输方式称为通信方式。 通信方式可分为单工、半双工及全双工通信3种。 单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道，如图1-7（a）所示。 半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发