【正文】 通信原理基礎(chǔ)知識(shí) 通信原理基礎(chǔ)知識(shí)專欄本課程為計(jì)算機(jī)通信專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)，及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)。其目的是使計(jì)算機(jī)學(xué)院畢業(yè)的學(xué)生具有一定的通信知識(shí)背景，了解和掌握現(xiàn)代通信的基本原理及相關(guān)技術(shù)，尤其是數(shù)字通信的基本原理，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)通信和網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。 [ 閱讀全文 ] 第1章 通信系統(tǒng)概述更多..通信按傳統(tǒng)理解就是信息的傳輸與交換，信息可以是語音、文字、符號(hào)、音樂、圖像等等第1節(jié) 通信的基本概念第2節(jié) 通信的發(fā)展歷程第3節(jié) 通信的發(fā)展趨勢(shì)第4節(jié) 本書概述第2章 傳輸介質(zhì)更多..傳輸介質(zhì)是連接通信設(shè)備，為通信設(shè)備之間提供信息傳輸?shù)奈锢硗ǖ溃皇切畔鬏數(shù)膶?shí)際載體第1節(jié) 傳輸介質(zhì)的基本概念第2節(jié) 雙絞線第3節(jié) 同軸電纜第4節(jié) 無線信道第5節(jié) 無線信道的微波頻段第6節(jié) 光纖第3章 信號(hào)的傳輸技術(shù)更多..根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，傳輸是指通過物理介質(zhì)傳播含有信息的信號(hào)的過程第1節(jié) 傳輸技術(shù)概述第2節(jié) 模擬信號(hào)的調(diào)制傳輸?shù)?節(jié) 數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸?shù)?節(jié) 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸?shù)?節(jié) 光信號(hào)的傳輸?shù)?章 信號(hào)的數(shù)字化處理技術(shù)更多..通信系統(tǒng)中的信號(hào)可以分為模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)兩大類，與模擬信號(hào)相比，由于數(shù)字信號(hào)在傳輸、交換、處理等過程中有極大的優(yōu)越性，因此目前的通信系統(tǒng)普遍是以數(shù)字信號(hào)為主的數(shù)字通信系統(tǒng)概述第1節(jié) 模擬信號(hào)的數(shù)字化第2節(jié) 多路復(fù)用技術(shù)第3節(jié) 數(shù)字復(fù)接技術(shù)第4節(jié) 同步技術(shù)第5節(jié) 同步數(shù)字系列（SDH）第5章 信號(hào)的交換更多..“交換”即是在通信網(wǎng)大量的用戶終端之間，根據(jù)用戶通信的需要，在相應(yīng)終端設(shè)備之間互相傳遞話音、圖像、數(shù)據(jù)等信息第1節(jié) 交換技術(shù)概述第2節(jié) 數(shù)字程控交換第3節(jié) ATM交換第4節(jié) 以太網(wǎng)交換第5節(jié) 光交換第6章 話音通信更多..公用交換電話網(wǎng)即PSTN（Public Switched Telephone Network），它是以電路交換為信息交換方式，以電話業(yè)務(wù)為主要業(yè)務(wù)的電信網(wǎng)。PSTN同時(shí)也提供傳真等部分簡單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)第1節(jié) 公用交換電話網(wǎng)（PSTN）第2節(jié) 信令與信令網(wǎng)第3節(jié) 智能網(wǎng)第7章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)更多..數(shù)據(jù)通信是指計(jì)算機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備之間通過通信節(jié)點(diǎn)、有線或無線鏈路進(jìn)行數(shù)字信息的交換第1節(jié) 數(shù)據(jù)通信的演變第2節(jié) 數(shù)據(jù)通信概述第3節(jié) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要任務(wù)第4節(jié) 數(shù)據(jù)傳輸方式第5節(jié) 數(shù)據(jù)通信關(guān)鍵技術(shù)第6節(jié) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)第7節(jié) 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)第8節(jié) OSI參考模型與協(xié)議第8章 局域網(wǎng)更多..局域網(wǎng)是一種地理范圍有限的網(wǎng)絡(luò)，是一種使小區(qū)域內(nèi)的各種通信設(shè)備互聯(lián)在一起的通信網(wǎng)絡(luò)第1節(jié) 局域網(wǎng)概述第2節(jié) 局域網(wǎng)技術(shù)第3節(jié) 以太網(wǎng)第4節(jié) 家庭網(wǎng)第9章 廣域網(wǎng)更多..廣域網(wǎng)是將地理位置上相距較遠(yuǎn)的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過通信線路按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議連接起來，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間相互通信的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合第1節(jié) 廣域網(wǎng)概述第2節(jié) 廣域網(wǎng)技術(shù)第3節(jié) 第4節(jié) 幀中繼技術(shù)第5節(jié) ATM網(wǎng)技術(shù)第10章 互聯(lián)網(wǎng)更多..如果每個(gè)網(wǎng)絡(luò)成員都保持它自身的特性，并且需要使用一些特殊的機(jī)制來完成經(jīng)過多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的通信，那么這整個(gè)網(wǎng)絡(luò)配置通常就被稱為是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)第1節(jié) 互聯(lián)網(wǎng)概述第2節(jié) 互聯(lián)網(wǎng)的基本原理與關(guān)鍵技...第3節(jié) 因特網(wǎng)第11章 綜合業(yè)務(wù)和多媒體通信更多..ISDN是基于公共電話網(wǎng)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)、專為高速數(shù)據(jù)傳輸和高質(zhì)量語音通信而設(shè)計(jì)的一種高速、高質(zhì)量的通信網(wǎng)絡(luò)第1節(jié) 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）第2節(jié) 多媒體通信第12章 衛(wèi)星和蜂窩移動(dòng)通信更多..衛(wèi)星通信實(shí)際上也是一種微波通信，它以衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，在多個(gè)地面站之間通信第1節(jié) 衛(wèi)星通信第2節(jié) 蜂窩移動(dòng)通信 通信原理 通信原理基礎(chǔ)知識(shí)孫巖北京郵電大學(xué) 計(jì)算機(jī)系sunyan@簡介 ? 課程目的 本課程為計(jì)算機(jī)通信專業(yè)、網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)，及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)。其目的是使計(jì)算機(jī)學(xué)院畢業(yè)的學(xué)生具有一定的通信知識(shí)背景，了解和掌握現(xiàn)代通信的基本原理及相關(guān)技術(shù)，尤其是數(shù)字通信的基本原理，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)通信和網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程打下基礎(chǔ)。 ? 教材 《通信原理》（第6版）樊昌信 ? 預(yù)備知識(shí) 電子電路、數(shù)字電路、信號(hào)與系統(tǒng)、電路分析基礎(chǔ)、概率論與隨機(jī)過程 ? 課程介紹 是一門介紹信息傳輸基本原理（理論和技術(shù)）的課程。它的研究對(duì)象是通信系統(tǒng)。 ? 考核方式 作業(yè)10%，期中考試30%，期末考試60% ? 作業(yè) 周一交作業(yè)古代的通信方法 ? 光視覺：烽火，火炬 ? 聲波：擊鼓鳴金 ? 信鴿、旗語 烽火臺(tái)18世紀(jì)以來的通信方法 ? 1837年Samuel Morse 發(fā)明電報(bào) ? 1876年Alexander Graham Bell 發(fā)明電話 ? 1895年Guglielmo Marconi 發(fā)明無線電 ? 1906年電子管的發(fā)明使模擬通信得到發(fā)展 ? 1928年Nyquist取樣定理和1948年shannon定理在理論上為數(shù)字通信奠定了基礎(chǔ) ? 20世紀(jì)50年代、60年代半導(dǎo)體和集成電路的發(fā)展使數(shù)字通信得到發(fā)展 ? 1945年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的問世到80年代計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展使數(shù)據(jù)通信成為可能 ? 1963年第一次實(shí)現(xiàn)同步衛(wèi)星通信 ? 20世紀(jì)70年代光導(dǎo)纖維的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了光纖通信 ? 1974年美國Bell實(shí)驗(yàn)室提出蜂窩移動(dòng)通信概念課程要求 ? 希望學(xué)生盡可能做到課前預(yù)習(xí)、課上認(rèn)真聽講、課后及時(shí)復(fù)習(xí)、按時(shí)獨(dú)立完成規(guī)定作業(yè)、遇到疑難問題應(yīng)盡快通過答疑、討論等環(huán)節(jié)來解決，以便更好地學(xué)好本課程。教學(xué)內(nèi)容 ? 緒論 ? 確知信號(hào) ? 隨機(jī)過程 ? 信道 ? 模擬調(diào)制系統(tǒng) ? 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) ? 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) ? 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù) ? 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 差錯(cuò)控制編碼 ? 正交編碼與偽隨機(jī)序列 ? 同步原理第一章 通信系統(tǒng)概述通信按傳統(tǒng)理解就是信息的傳輸與交換，信息可以是語音、文字、符號(hào)、音樂、圖像等等。第一節(jié)通信的基本概念 通信的基本概念 通信1．通信的定義 通信按傳統(tǒng)理解就是信息的傳輸與交換，信息可以是語音、文字、符號(hào)、音樂、圖像等等。任何一個(gè)通信系統(tǒng)，都是從一個(gè)稱為信息源的時(shí)空點(diǎn)向另一個(gè)稱為信宿的目的點(diǎn)傳送信息。以各種通信技術(shù)，如以長途和本地的有線電話網(wǎng)（包括光纜、同軸電纜網(wǎng)）、無線電話網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信、微波中繼通信網(wǎng)）、有線電視網(wǎng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)網(wǎng)為基礎(chǔ)組成的現(xiàn)代通信網(wǎng)，通過多媒體技術(shù)，可為家庭、辦公室、醫(yī)院、學(xué)校等提供文化、娛樂、教育、衛(wèi)生、金融等廣泛的信息服務(wù)?？梢?，通信網(wǎng)絡(luò)已成為支撐現(xiàn)代社會(huì)的最重要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之一。 (1) 通信的定義：通信是傳遞信息的手段，即將信息從發(fā)送器傳送到接收器 (2) 相關(guān)概念：① 信息：可被理解為消息中包含的有意義的內(nèi)容。 信息一詞在概念上與消息的意義相似，但它的含義卻更普通化，抽象化。② 消息：消息是信息的表現(xiàn)形式，消息具有不同的形式，例如符號(hào)、文字、話音、音樂、數(shù)據(jù)、圖片、活動(dòng)圖像等。也就是說：一條信息可以用多種形式的消息來表示，不同形式的消息可以包含相同的信息。例如：分別用文字（訪問特定網(wǎng)站）和話音（撥打121特服號(hào)）發(fā)送的天氣預(yù)報(bào)，所含信息內(nèi)容相同。③ 信號(hào)：信號(hào)是消息的載體，消息是靠信號(hào)來傳遞的。信號(hào)一般為某種形式的電磁能（電信號(hào)、無線電、光）。 (3) 通信的目的：通信的目的是為了完成信息的傳輸和交換。2．消息、信息與信號(hào)（1）消息、信息與信息量 一般將語言、文字、圖像或數(shù)據(jù)稱為消息，將消息給予受信者的新知識(shí)稱為信息。因此，消息與信息不完全是一回事，有的消息包含較多的信息，有的消息根本不包含任何信息，為了更合理地評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)傳遞信息的能力，需要對(duì)信息進(jìn)行量化——即用“信息量”這一概念表示信息的多少。如何評(píng)價(jià)一個(gè)消息中所含信息量為多少呢？既可以從發(fā)送者角度來考慮，也可以從接收者角度來考慮。一般我們從接收者角度來考慮，當(dāng)人們得到消息之前，對(duì)它的內(nèi)容有一種“不確定性”或者說是“猜測”。當(dāng)受信者得到消息后，若事前猜測消息中所描述的事件發(fā)生了，就會(huì)感覺沒多少信息量，即已經(jīng)被猜中；若事前的猜測沒發(fā)生，發(fā)生了其它的事，受信者會(huì)感到很有信息量，事件若越是出乎意料，那么信息量就越大。 事件出現(xiàn)的不確定性，可以用其出現(xiàn)的概率來描述。因此，消息中信息量I的大小與消息出現(xiàn)的概率P密切相關(guān)，如果一個(gè)消息所表示的事件是必然事件，即該事件出現(xiàn)的概率為100％，則該消息所包含的信息量為0，如果一個(gè)消息表示的是不可能事件，即該事件的出現(xiàn)的概率為0，則這一消息的信息量為無窮大。為了對(duì)信息進(jìn)行度量，科學(xué)家哈萊特提出采用消息出現(xiàn)概率倒數(shù)的對(duì)數(shù)作為信息量的度量單位。定義：若一個(gè)消息出現(xiàn)的概率為P，則這一消息所含信息量I為： 當(dāng) a=2，信息量單位為比特（bit）； a=e，信息量單位為奈特（nit）；a=10，信息量單位為哈萊特； 目前應(yīng)用最廣泛的是比特，即a=2。以下舉例說明信息量的含義：不可能事件P＝0，I= ；小概率事件P＝，I=3；大概率事件P＝，I=1； 必然事件P＝0，I=0； 可見，信息量I是事件發(fā)生概率P的單調(diào)遞減函數(shù)。 圖11討論對(duì)于等概率出現(xiàn)的離散消息的度量。 圖11 二進(jìn)制和四進(jìn)制碼元系列 對(duì)于雙極性二進(jìn)制碼元系列，只有兩個(gè)計(jì)數(shù)符號(hào)（0和1）的進(jìn)制碼系列，如果0、1出現(xiàn)的概率相等，即 ，那么任何一個(gè)0或1碼元的信息量為： 對(duì)于四進(jìn)制碼元系列，共有四種不同狀態(tài)：0、3，每種狀態(tài)必須用兩位二進(jìn)制碼元表示，即00、011。如果每一種碼元出現(xiàn)的概率相等，即 ，那么任何一種0、3碼元的信息量為：由以上分析可知：多進(jìn)制碼元包含的信息量大，所以采用多進(jìn)制信息編碼時(shí)，信息傳輸效率高。當(dāng)采用二進(jìn)制時(shí)，噪聲電壓大于E/2，才會(huì)引起誤碼；而當(dāng)采用四進(jìn)制時(shí)，只要噪聲電壓大于E/4，就會(huì)引起誤碼，因此，進(jìn)制數(shù)越大，抗干擾能力也就越差。（2）信號(hào)的時(shí)域分析時(shí)域：信號(hào)的表示形式是時(shí)間的函數(shù)。其中，三個(gè)重要參數(shù)是：幅度（振幅）、頻率和相位?！也ǖ姆?，表示正弦波的最大值；——正弦波的角頻率；——正弦波的頻率，表示正弦在單位時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)，單位：Hz； ——正弦波的初相位， 時(shí) ，即 值決定 的大小。 時(shí)域信號(hào)的波形如圖12所示。 圖12 正弦信號(hào)時(shí)域波形圖（3 ）信號(hào)的頻域分析 在通信領(lǐng)域中，信號(hào)的頻域觀點(diǎn)比時(shí)域觀點(diǎn)更為重要。如果不考慮相位，正弦波的時(shí)域表達(dá)式為：根據(jù)傅立葉變換，其頻域表達(dá)式為： 頻域波形為圖13所示。圖13 正弦信號(hào)頻域波形圖 我們以一個(gè)例子說明信號(hào)的時(shí)域分析與頻域分析之間的變換關(guān)系。一個(gè)時(shí)域信號(hào)由兩個(gè)正弦波信號(hào)疊加構(gòu)成，其一：幅度為3V，頻率為1hz；其二：幅度為1V，頻率為3hz。信號(hào)的時(shí)域波形如圖14所示。圖14 疊加信號(hào)時(shí)域波形圖信號(hào)的頻譜圖如圖15所示。圖15 疊加信號(hào)頻域波形圖 其中，兩條譜線的長度分別代表兩個(gè)正弦波的幅度，譜線在頻率軸的位置分別代表兩個(gè)正弦波的頻率。 利用傅里葉變換，任何信號(hào)都可以被表示為各種頻率的正弦波的組合。信號(hào)在時(shí)域縮減，叫做頻域展寬；信號(hào)在時(shí)域展寬，叫做頻域縮減。也就是說，信號(hào)的時(shí)間周期越長，則頻率越低；反之，信號(hào)的時(shí)間周期越短，則頻率越高。通信系統(tǒng)是以實(shí)現(xiàn)通信為目標(biāo)的硬件，軟件以及人的集合。1． 通信系統(tǒng)的模型圖16是一個(gè)基本的點(diǎn)到點(diǎn)通信系統(tǒng)的一般模型：圖16 通信系統(tǒng)的一般模型其中，各部分的功能如下：① 信息源：把各種可能消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)；② 發(fā)送設(shè)備：為了使原始電信號(hào)適合在信道中傳輸，對(duì)原始電信號(hào)變換成與傳輸信道相匹配的傳輸信號(hào)；③ 信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?；?接收設(shè)備：從接收信號(hào)中恢復(fù)出原始電信號(hào)；⑤ 收信者：將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息；要傳送的信息（消息）是m（t），其表達(dá)形式可以是語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)……，經(jīng)輸入設(shè)備處理，將其變換成輸入數(shù)據(jù)g（t），并傳輸?shù)桨l(fā)送設(shè)備（發(fā)送機(jī)）。通常g（t）并不是適合傳輸?shù)男问剑úㄐ魏蛶挘?，在發(fā)送機(jī)中，它被變換成與傳輸媒質(zhì)特性，相匹配的傳輸信號(hào)S（t）經(jīng)傳輸媒質(zhì)一方面為信號(hào)傳輸提供通路，另一方面衰減信號(hào)并引入噪聲n（t），r（t）是受到噪聲干擾的S（t），是接收機(jī)恢復(fù)輸入信號(hào)的依據(jù)，r（t）的質(zhì)量決定了通信系統(tǒng)的性能，r（t）經(jīng)接收設(shè)備轉(zhuǎn)換成適合于輸出的形式g’（t），它是輸入數(shù)據(jù)g（t）的近似或估值。最后，輸出設(shè)備將由g’（t）傳出的信息m’（t）提交給終點(diǎn)的經(jīng)辦者，完成一次通信。事實(shí)上，噪聲只對(duì)輸出造成影響，可以將整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲等同成一個(gè)噪聲源。根據(jù)所要研究的對(duì)象和所關(guān)心的問題的重點(diǎn)的不同，又可以使用形式不同的具體模型。2．模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)160