第1章 緒論——通信基本概念及系統(tǒng)模型

1、1第第 1 章章 緒論緒論通信的基本概念通信的基本概念&通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型2概率論與數(shù)理統(tǒng)計概率論與數(shù)理統(tǒng)計信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理信息論與編碼信息論與編碼高頻電子線路高頻電子線路3為什么要學(xué)習(xí)為什么要學(xué)習(xí)通信原理通信原理？4通信系統(tǒng)（設(shè)備）開發(fā)的一般步驟：通信系統(tǒng)（設(shè)備）開發(fā)的一般步驟：通過選片：通過選片：DSP、FPGA或嵌入式系或嵌入式系統(tǒng)芯片進(jìn)行統(tǒng)芯片進(jìn)行硬件設(shè)計，硬件設(shè)計，繼而進(jìn)行軟繼而進(jìn)行軟件開發(fā)件開發(fā)通過數(shù)學(xué)通過數(shù)學(xué)建模，設(shè)建模，設(shè)計通信系計通信系統(tǒng)，通過統(tǒng)，通過數(shù)學(xué)分析數(shù)學(xué)分析得到通信得到通信系統(tǒng)的性系統(tǒng)的性能指標(biāo)能指標(biāo)通過數(shù)學(xué)

2、通過數(shù)學(xué)軟件工具軟件工具M(jìn)atlab等等來對通信來對通信系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)行仿真，驗仿真，驗證其正確證其正確性性5學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)通信原理通信原理的目的：的目的： 解決通信系統(tǒng)開發(fā)的解決通信系統(tǒng)開發(fā)的前兩步前兩步。對現(xiàn)存的各種通信系統(tǒng)進(jìn)行對現(xiàn)存的各種通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模數(shù)學(xué)建模，通過數(shù)學(xué)分析得，通過數(shù)學(xué)分析得出各系統(tǒng)的出各系統(tǒng)的性能指標(biāo)性能指標(biāo)，總結(jié)出這些系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點，總結(jié)出這些系統(tǒng)的優(yōu)點和缺點，并對缺點進(jìn)行改進(jìn)。并對缺點進(jìn)行改進(jìn)。要求能夠通過要求能夠通過Matlab對通信系統(tǒng)進(jìn)行對通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真仿真，給出相關(guān)的，給出相關(guān)的仿真圖。仿真圖。6 常用通信術(shù)語；常用通信術(shù)語； 模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別；

3、模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別； 基帶信號與已調(diào)信號的區(qū)別；基帶信號與已調(diào)信號的區(qū)別； 通信系統(tǒng)的組成、分類及通信方式；通信系統(tǒng)的組成、分類及通信方式； 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要特點；數(shù)字通信系統(tǒng)的主要特點；本節(jié)知識要點：本節(jié)知識要點：7（1）通信）通信 利用利用電（或光）信號電（或光）信號將消息中所包含的將消息中所包含的信息信息從信源傳送到從信源傳送到一個或多個目的地。一個或多個目的地。（2）消息）消息 信息的信息的物理表現(xiàn)形式物理表現(xiàn)形式，如文字、符號、數(shù)據(jù)、話音和活動，如文字、符號、數(shù)據(jù)、話音和活動圖片等。圖片等。（3）信息）信息 消息的消息的內(nèi)涵內(nèi)涵，即消息中所包含的受信者原來不知而待知的，即消息

4、中所包含的受信者原來不知而待知的有效內(nèi)容。有效內(nèi)容。（4）信號）信號 消息的消息的電的表現(xiàn)形式電的表現(xiàn)形式，即與消息相對應(yīng)的電量或光量。在，即與消息相對應(yīng)的電量或光量。在電通信中，消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體電通信中，消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體電信號來實現(xiàn)電信號來實現(xiàn)的。消息攜載在電信號的的。消息攜載在電信號的某一參量某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率、上（如連續(xù)波的幅度、頻率、相位；脈沖波的幅度、寬度和位置）。相位；脈沖波的幅度、寬度和位置）。8 通信系統(tǒng)的定義：通信系統(tǒng)的定義： 傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。1.2.1 通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般

5、模型1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.2 通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的模型？9信息源信息源發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道信道噪聲源噪聲源接收設(shè)備接收設(shè)備受信者受信者信息源（信源）信息源（信源）：把各種消息轉(zhuǎn)換成：把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號（基帶信號）原始電信號（基帶信號），即完成非電量即完成非電量電量的轉(zhuǎn)換。例：電話聽筒、麥克風(fēng)等屬于電量的轉(zhuǎn)換。例：電話聽筒、麥克風(fēng)等屬于模擬信源模擬信源，送出的是模擬信號。電傳機(jī)、計算機(jī)等屬于，送出的是模擬信號。電傳機(jī)、計算機(jī)等屬于數(shù)字信數(shù)字信源源，送出的是數(shù)字信號。，送出的是數(shù)字信號。發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備：將信源和信道

6、匹配起來，其目的是把信源產(chǎn)生的消：將信源和信道匹配起來，其目的是把信源產(chǎn)生的消息信號變換成適合于在信道中傳輸?shù)男盘?。變換方法有很多種，息信號變換成適合于在信道中傳輸?shù)男盘?。變換方法有很多種，如調(diào)制、放大、濾波、編碼等。如調(diào)制、放大、濾波、編碼等。發(fā)送端發(fā)送端10信息源信息源發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道信道噪聲源噪聲源接收設(shè)備接收設(shè)備受信者受信者信道信道：將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為：將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線有線 和和 無線無線 兩大類。信道既給信號以通路，也會對信號產(chǎn)生兩大類。信道既給信號以通路，也會對信號產(chǎn)生損耗和干擾。損耗和干擾。噪聲源噪聲源：集中表

7、示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。接收設(shè)備接收設(shè)備：從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。：從受到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。 受信者（信宿）受信者（信宿）：把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器：把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器等。等。接收端接收端111.2.2.1 模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別（1）區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)：）區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)：按照按照信號參量的取值方式信號參量的取值方式不同。不同。 若代表消息的信號參量取值連續(xù)（不可數(shù)、無窮多），例如麥若代表消息的信號參量取值連續(xù)（不可數(shù)、無窮多），例如麥克風(fēng)輸出電壓，則為克風(fēng)輸出電壓，

8、則為模擬信號模擬信號； 若代表消息的信號參量取值離散（可數(shù)的、有限個）若代表消息的信號參量取值離散（可數(shù)的、有限個） ，例如電，例如電報信號、計算機(jī)輸入輸出信號，則為報信號、計算機(jī)輸入輸出信號，則為數(shù)字信號數(shù)字信號；121.2.2.1 模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別例：例：(a) (a) 話音信號話音信號tm(t)0-3T -2T-TT2T3Ttm(t)0-3T -2T-TT2T3T(b) (b) 抽樣信號抽樣信號模模擬擬信信號號131.2.2.1 模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別例：例：2FSK信號信號數(shù)字信號數(shù)字信號141.2.2.1 模擬信號和數(shù)字信號的

9、區(qū)別模擬信號和數(shù)字信號的區(qū)別 結(jié)論：結(jié)論： 區(qū)別模擬信號和數(shù)字信號的關(guān)鍵，是看區(qū)別模擬信號和數(shù)字信號的關(guān)鍵，是看攜載消息攜載消息的信號參量（如幅值、頻率、相位）的取值是連續(xù)的的信號參量（如幅值、頻率、相位）的取值是連續(xù)的還是離散的，而不是看時間還是離散的，而不是看時間。151.2.2.2 系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型 利用利用模擬信號模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)來傳遞信息的通信系統(tǒng)兩種重要變換：兩種重要變換：模擬消息模擬消息 原始電信號（基帶信號）原始電信號（基帶信號）基帶信號基帶信號 已調(diào)信號（帶通信號）已調(diào)信號（帶通信號）16信息源基帶信號、載波信號基帶信號、載波信號和和已調(diào)信號已調(diào)信號 基帶信號：基

10、帶信號：來自來自信源信源的消息信號的消息信號, 即即原始電信號原始電信號（也（也稱稱調(diào)制信號調(diào)制信號）。它可以是）。它可以是模擬模擬的也可以是的也可以是數(shù)字?jǐn)?shù)字的。的?；鶐Щ鶐У暮x是指信號的頻譜從零頻附近開始，如話的含義是指信號的頻譜從零頻附近開始，如話音信號的頻率范圍是音信號的頻率范圍是300Hz3400Hz，圖像信號的頻，圖像信號的頻率范圍是率范圍是06MHz。載波信號：載波信號：指未受調(diào)制的高頻振蕩指未受調(diào)制的高頻振蕩信號。信號。已調(diào)信號：已調(diào)信號：參量受到調(diào)參量受到調(diào)制后的已調(diào)載波信號。制后的已調(diào)載波信號。已調(diào)信號具有三個基本特征：已調(diào)信號具有三個基本特征：（1）攜帶有信息；）攜帶有

11、信息；（2）適合在信道中傳送；）適合在信道中傳送；（3）信號的頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而又稱頻）信號的頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而又稱頻帶信號（帶通信號）帶信號（帶通信號）171.2.3.1 系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)來傳遞信息的通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 18信源編碼與譯碼目的信源編碼與譯碼目的: （1）完成模）完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換 （2）將數(shù)字信號進(jìn)行壓縮處理，提高信息傳輸?shù)挠行裕p少碼元數(shù)）將數(shù)字信號進(jìn)行壓縮處理，提高信息傳輸?shù)挠行裕p少碼元數(shù)目或降低碼元速率）目或降低碼元速率

12、）加密與解密目的：加密與解密目的：保證所傳信息的安全（密鑰）保證所傳信息的安全（密鑰）信道編碼與譯碼目的：信道編碼與譯碼目的：增強(qiáng)抗干擾能力（加入監(jiān)督碼元）增強(qiáng)抗干擾能力（加入監(jiān)督碼元）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘栃纬蛇m合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?同步目的：同步目的：使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 191.2.3.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點：數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點：與模擬通信相比，數(shù)字通信具有以下主要優(yōu)點：與模擬通信相比，數(shù)字通信具有以下主要優(yōu)點：（1）抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不累積（利

13、用中繼技術(shù)）；）抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不累積（利用中繼技術(shù)）；（2）傳輸差錯可控（利用信道編碼技術(shù)）；）傳輸差錯可控（利用信道編碼技術(shù)）；（3）便于進(jìn)行信號加工、處理、變換和存儲，從而可以將）便于進(jìn)行信號加工、處理、變換和存儲，從而可以將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸；來自不同信源的信號綜合到一起傳輸；（4）易于集成，使通信設(shè)備小型化；）易于集成，使通信設(shè)備小型化；（5）易于加密處理，且保密性好。）易于加密處理，且保密性好。 20數(shù)字通信的缺點：數(shù)字通信的缺點：（1）占用較大的傳輸帶寬；）占用較大的傳輸帶寬；（2）對同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備較復(fù)雜。）對同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備較復(fù)雜。 21按通

14、信業(yè)務(wù)按通信業(yè)務(wù)分類分類按信號特征按信號特征分類分類按傳輸媒按傳輸媒介分類介分類按工作波按工作波段分類段分類按信號復(fù)按信號復(fù)用方式分用方式分類類按調(diào)制方按調(diào)制方式分類式分類電報通信、電報通信、電話通信、電話通信、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)通信、圖像通信圖像通信 模擬通信、模擬通信、數(shù)字通信數(shù)字通信有線通信、有線通信、無線通信無線通信長波通信、長波通信、中波通信、中波通信、短波通信短波通信 FDMATDMACDMA基帶傳輸、基帶傳輸、 帶通（調(diào)帶通（調(diào)制）傳輸制）傳輸22按消息傳遞的方按消息傳遞的方向時間關(guān)系分類向時間關(guān)系分類按數(shù)據(jù)代碼排列按數(shù)據(jù)代碼排列的時序分類的時序分類按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 按同

15、步方式分類按同步方式分類單工通信單工通信半雙工通信半雙工通信全雙工通信全雙工通信并行通信并行通信串行通信串行通信點到點通信（專點到點通信（專線通信）線通信）點到多點通信點到多點通信多點之間通信多點之間通信（網(wǎng)通信）（網(wǎng)通信）同步通信同步通信異步通信異步通信通信雙方或者多方之間的工作方式通信雙方或者多方之間的工作方式23單工通信：單工通信：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞较⒅荒軉畏较騻鬏數(shù)墓ぷ鞣绞桨腚p工通信：半雙工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時收發(fā)的工通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時收發(fā)的工作方式作方式全雙工通信：全雙工通信：通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式 24并行傳輸：并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸兩條或兩條以上的并行信