現(xiàn)代通信課程設(shè)計.doc

1、1.引言1.1 固定電話的現(xiàn)狀 固定電話起源于歐洲，1854年，電話原理就已由法國人鮑薩爾設(shè)想出來了，1876年貝爾發(fā)明了電話，電話發(fā)明后的幾十年里，圍繞著電話的經(jīng)營、技術(shù)等問題，通信系統(tǒng)的發(fā)展有了巨大的進步。1949年以前，中國電信系統(tǒng)發(fā)展緩慢，到1949年，中國電話的普及率僅為0.05%，電話用戶只有23萬。1949以后，中國迅速恢復和發(fā)展通信。發(fā)展至今，雖然全國固定電話用戶繼續(xù)呈現(xiàn)逐步減少的態(tài)勢，但也發(fā)展到了幾乎每五個人就有一部固定電話。1）固定電話的迅猛發(fā)展改革開放以來，我國電信業(yè)進入快速發(fā)展期，固定通信作為基礎(chǔ)，首先獲得了長足的發(fā)展：逐步建成了較完善的網(wǎng)絡(luò)，固定電話用戶數(shù)量快速增長，

2、在過去十年內(nèi)用戶的平均增長速度高達34，取得了巨大的成就。截至2002年底，用戶總數(shù)已達到2.14億，比2001年增長了19，固定電話的主線普及率達到16.8線/百人，其中城市電話主線普及率為24.8，規(guī)模容量已躍居世界首位。2）固定電話對人們生活的重要性在戰(zhàn)爭年代，固定電話的流入中國，使得軍隊作戰(zhàn)的溝通，信息傳達更加迅速、準確，為軍事做出重大貢獻。這時候人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|電話的機會并不多。改革開放以前，人們?yōu)榱舜螂娫捯砰L隊，也不能方便快捷的跟親人朋友做更多交流，在迅猛發(fā)展之后，人們可以隨時跟外界交流，人與人之間的距離拉近，世界變得更小，信息的共享就更多了。固定電話在人們的生活中有著舉足輕重

3、的地位。3）固定電話目前的發(fā)展現(xiàn)如今，人類社會已進入信息化時代，人們工作、學習和生活等方面對信息的需求量越來越大，利用率越來越高，聯(lián)系范圍也越來越廣。然而，人類最早使用的主要通信工具固定電話的發(fā)展速度卻日趨緩慢，業(yè)務(wù)收入增長率逐年下降。固定電話與信息時代發(fā)展步伐極不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，已在全球范圍內(nèi)引起業(yè)界廣泛關(guān)注。一些用戶的固定電話機上落滿灰塵，因為他們使用手機打電話；有些購買新居的用戶，家庭首選是手機而不是安裝固定電話；不少用戶退出固定電話網(wǎng)，加入移動網(wǎng)。這就是目前固定電話遭遇的尷尬。1.2固定電話通信系統(tǒng)1）固定電話的的工作原理電話通信是通過聲能與電能相互轉(zhuǎn)換、并利用“電”這個媒介來傳輸語言的一

4、種通信技術(shù)。兩個用戶要進行通信，最簡單的形式就是將兩部電話機用一對線路連接起來。當發(fā)話者拿起電話機對著送話器講話時，聲帶的振動激勵空氣振動，形成聲波。聲波作用于送話器上，使之產(chǎn)生電流，稱為話音電流。話音電流沿著線路傳送到對方電話機的受話器內(nèi)。而受話器作用與送話器剛好相反-把電流轉(zhuǎn)化為聲波，通過空氣傳至人的耳朵中。這樣，就完成了最簡單的通話過程。2）固定電話的基本功能電話機設(shè)置在電話通信起點和終點的用戶側(cè)，是電話網(wǎng)的用戶終端設(shè)備。現(xiàn)代的電話機能夠方便地實現(xiàn)終端用戶之間的呼叫和通話，是經(jīng)過一百多年來許多人的研究和無數(shù)次的改進而形成的。盡管它們的式樣千差萬別，但一般都有如下基本功能：（1）聲電互換因

5、為要進行快速的、遠距離的通信，不能直接傳送聲音，而必須先把聲音變成電信號（即以電作為載體），到對方后再把電信號還原成為聲音。（2）摘機識別當主叫方拿起電話機時，交換機應有能知道“有人要打電話”的功能，以便交換機做好接續(xù)準備。（3）發(fā)送信號自動電話機正是通過發(fā)送撥號信號來指揮電話交換機的工作，并進而建立兩個電話機之間的連接的。(4）響鈴即在對方來電話時，電話機能以鈴聲告訴主人：“有人來電話了?！保?）電接續(xù)電話機中，實現(xiàn)這五大功能的部件依次是：送受話器、叉簧、撥號盤（或按鍵盤）、電話鈴和電話回路。3）固定電話的不足和優(yōu)勢作為一種傳統(tǒng)的通信工具和手段，比起新的技術(shù)，其運營商在經(jīng)營管理方面存在著先天

6、的不足。由于在通信技術(shù)發(fā)展的早期，近百年的時間里，固話一直占據(jù)著絕對的壟斷地位，這就使得固網(wǎng)運營商對市場的競爭機制不熟悉，對市場規(guī)律的變化不敏感，經(jīng)營觀念陳舊，很多運營機制不適應當前的市場發(fā)展；另外，企業(yè)中人力結(jié)構(gòu)不合理，復合型、創(chuàng)新型、精英型的人才缺失以及企業(yè)缺乏科技創(chuàng)新，這些都對固定電話的發(fā)展造成了阻礙。然而，在存在不足的同時，經(jīng)過 100 多年的發(fā)展，固定電話也自有其在運營經(jīng)驗、管理文化底蘊等方面的優(yōu)勢，另外，其品牌的影響力仍在，因而，作為當前最為環(huán)保的通信工具，固定電話依舊有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的發(fā)展空間。4） 固定電話通信當前的發(fā)展趨勢國外的傳統(tǒng)固定電話在發(fā)展中，為了突破發(fā)展的瓶頸

7、，在近年來出現(xiàn)了將語音、寬帶數(shù)據(jù)與視頻內(nèi)容打包的業(yè)務(wù)模式，這一模式很好地提高了信息服務(wù)水平，對固定電話的發(fā)展指明了一條可行的發(fā)展道路。5)固定電話發(fā)展的出路從固定電話的發(fā)展趨勢不難看出，固定電話的發(fā)展出路在于擴張寬帶業(yè)務(wù)、開展多媒體通體、積極拓展增值業(yè)務(wù)，并應繼續(xù)擴大發(fā)展規(guī)模，建立起信息普遍受益的機制，促進固話的長遠發(fā)展。（1）擴張寬帶業(yè)務(wù)。中國的寬帶用戶，就絕對用戶量來說，其總體規(guī)?？偭績H次于美國，位居世界第二，這對于固定電話的運營商來說，是發(fā)展的一大機遇，只要利用好這一優(yōu)勢，將寬帶業(yè)務(wù)作為固定電話發(fā)展的重點，建立起互聯(lián)網(wǎng)接入客戶管理平臺，在內(nèi)容和力度上不斷地創(chuàng)新，加大開發(fā)的力度，就能使其成

8、為固定電話業(yè)務(wù)新的增長點和亮點，有效地促進固話通信的發(fā)展。（2）開展多媒體通信。固定電話的多媒體通信不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的語音信息傳遞，還能傳遞文字和圖像信息，實現(xiàn)固定電話通信的可視化。在實踐中，固定電話運營商可以開展以IPTV（Interactive Personality TV）為主的視頻業(yè)務(wù)，通過合作開發(fā) IPTV 等視頻業(yè)務(wù)，開展多媒體通信，滿足用戶需求，培育市場，從而促進固定電話的發(fā)展。（3）拓展增值業(yè)務(wù)。增值業(yè)務(wù)雖然在個人的消費中所占的比例較小，帶來的直接利潤也不大，但好的增值業(yè)務(wù)能有效地樹立運營商的口碑，提高運營商的市場競爭力，為運營商帶來客戶。因此，在加強傳統(tǒng)業(yè)務(wù)、寬帶業(yè)務(wù)、多媒體

9、業(yè)務(wù)發(fā)展的同時，還應積極地拓展增值業(yè)務(wù)，使其能發(fā)揮良好的帶動作用，進一步促進固定電話的發(fā)展。6）發(fā)展固定電話多媒體通信，應思考以下問題：（1）解決固話發(fā)展中的瓶頸問題目前，中國電信和中國網(wǎng)通是我國最大的固定電話運營商，擁有當今世界上最龐大、最先進的固定電話網(wǎng)，用戶數(shù)居全球第一，市場之大也是全球第一。但是，這些優(yōu)勢并沒有得到充分的發(fā)揮和應用，固話一些新業(yè)務(wù)的開發(fā)與應用遠遠落后于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，特別是固話終端設(shè)備，基本還是原始的電話機，只能完成語音的收發(fā)，功能單一。這不僅造成網(wǎng)絡(luò)資源的巨大浪費， 阻礙了各類新業(yè)務(wù)的開發(fā)，制約了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展，而且也很不適應信息化時代發(fā)展的市場需要，成為固話發(fā)

10、展的瓶頸問題。 因此，當務(wù)之急必須研發(fā)一種先進的固話終端設(shè)備，使其與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展同步。既能滿足傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的需求，又能適用于新業(yè)務(wù)的發(fā)展和不同層次用戶的需要，以解決固話發(fā)展的瓶頸問題。（2）多媒體固定電話機的設(shè)計多媒體固定電話機應由接收、發(fā)送、處理控制等部分組成。接收部分包括受話器、顯示屏、打印機和連接線等，主要用于接收各類信息；發(fā)送部分包括送話器、攝像頭、鍵盤和連接線等附屬品，主要用于發(fā)送各類信息；處理控制部分是多媒體固定電話機的司令部，主要用于處理各類信息，控制接收、發(fā)送任務(wù)的完成。（3）多媒體固定電話的廣闊市場前景當今國家，地區(qū)之間的各種交往活動日益頻繁，人們之間的溝通也越來越密切。由

11、于人類的生活條件已發(fā)生根本變化，對通信消費的觀念產(chǎn)生了巨大轉(zhuǎn)變。需要通過高質(zhì)量的具有多種業(yè)務(wù)功能的通信方式，全方位、多層次地獲得和有效利用各類信息，以獲得最大的效益和效率。據(jù)統(tǒng)計，在人類的通信中，信息的有效性50%-60%是通過視覺實現(xiàn)的，30%-38%是通過語音實現(xiàn)的，有7%的比例是通過內(nèi)容實現(xiàn)的。傳統(tǒng)的通信工具，包括電話、傳真等，由于功能單一，嚴重制約了信息有效性的充分發(fā)揮。而固定電話多媒體通信的突出特點是集語音、文字、圖像為一體，具有交互能力和多種功能、能夠消除現(xiàn)有通信工具的局限性，最大限度地實現(xiàn)信息的有效性，從而實現(xiàn)真正意義上的面對面溝通和電話機上網(wǎng)，這是傳統(tǒng)的通信工具和其他多媒體通信

12、方式所無法替代的。2通信系統(tǒng)的設(shè)計2.1設(shè)計的總體框圖 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)，其模型如圖(1)所示，其中包含兩種重要變換。第一種變換時，在發(fā)送端把連續(xù)信號變換成原始電信號，在接收端進行相反的變換，這種變換由信源和信宿來完成。這里所說的是原始電信號通常稱為基帶信號，基帶的含義是指信號的頻譜從零頻開始，如語音信號的頻率范圍為300Hz3400Hz，圖像信號的頻率范圍為06MHz。有些信道可以直接傳輸基帶信號，而以自由空間作為信道的無線電傳輸這些信號。因此，模擬通信系統(tǒng)中常常需要進行第二種變換：把基帶信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?，并在接收端進行反變換。完成這種變換和反變

13、換的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。經(jīng)過調(diào)制以后的信號稱為已調(diào)信號，它應有兩個基本特征：一是攜帶有信息：二是適應在信道中傳輸。由于已調(diào)信號的頻譜通常具有帶通形式，因而已調(diào)信號又稱通帶信號（也叫頻帶信號）。模擬信息源調(diào)制器信道解調(diào)器接受者噪聲源圖(1).模擬通信系統(tǒng)模型2.2各個模塊的設(shè)計1)模擬信源 信源的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號。而模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號，如話筒（聲音 音頻信號）攝像機（圖像 視頻信號）；通信系統(tǒng)傳輸?shù)南⑹嵌喾N多樣的，可以是符號、話音、文字、數(shù)據(jù)、圖像等。模擬信號傳輸?shù)氖窍⒌臓顟B(tài)是連續(xù)變化或不可數(shù)的，如連續(xù)變化的話音、圖像等；消息的傳遞是通過它的物理載體電信號來實現(xiàn)的，

14、即把消息寄托在電信號的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻譜或相位）。如果電信號的參量取值連續(xù)（不可數(shù)、無窮多），則稱之為模擬信號。例如，話筒送出的輸出電壓包含話音信息，并在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化，或者說在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個值，而不一定在時間上去也連續(xù)。(下圖為模擬信號)圖（2）模擬信號在本次試驗中所用載波為正弦波，基帶調(diào)制信號為矩形波。2)調(diào)制器 所謂調(diào)制就是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制(也稱為載波調(diào)制)。本實驗采用雙邊帶（DSB）調(diào)制方式載波c(t) 圖（3）雙邊帶（DSB）調(diào)制模型DSB雙邊帶其時域表達式為: 其頻域表達式為: DSB的信

15、號調(diào)制效率是100，即全部功率都用于信息傳輸。DSB雖然節(jié)省了載波功率，但他所需的傳輸帶寬是調(diào)制信號帶寬的兩倍。 3)信道 信道連接發(fā)送端和接收端，其功能是將信號從發(fā)送端傳送到接收端。按照傳輸煤質(zhì)的不同，信道可以分為兩大類:無線信道和有線信道。無線信道利用電磁波在空間的傳播來傳輸信號，而有線信道則利用人造的傳導電或光信號的媒體來傳輸信號。本實驗中的對講機用無線信道傳輸信號的。在通信系統(tǒng)模型中，還提到信道中存在噪聲，它對于信號傳輸有重要的不良影響，所以通常認為它是一種有源干擾。而信道本身的傳輸特性不良可以看作是一種無源干擾。本實驗加載噪聲為高斯白噪聲。 K()圖（4）調(diào)制信道數(shù)學模型4)解調(diào)器

16、解調(diào)是調(diào)制的逆過程，其作用是從接收的已調(diào)信號中恢復出原基帶信號（即調(diào)制信號）。解調(diào)的方法分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。我們的DSB調(diào)制需用相干解調(diào)。 相干解調(diào)也叫同步檢波。解調(diào)是把基帶信號的頻譜搬到載頻位置，這一過程可以通過一個相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。解調(diào)則是調(diào)制的反過程，即把載頻位置的已調(diào)信號的譜搬回到基帶位置，因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實現(xiàn)。在本次實驗解調(diào)為DSB相干解調(diào)，其模型圖為：LPF圖(5)DSB相干解調(diào)抗噪聲性能分析相干解調(diào)適用于所有線性調(diào)制信號解調(diào)。已調(diào)信號的一般表達式為 與同頻同相的相干載波c(t)相乘后，得：經(jīng)低通濾波器（LEP）后，得： 從以上分析可知

17、實現(xiàn)相干解調(diào)的關(guān)鍵是接收端要提供一個與載波信號嚴格同步的相干載波。否則相干解調(diào)后將會使原始基帶信號減弱，甚至帶來嚴重失真。5)接受者在本次試驗中為示波器（Scope）6)噪聲源在本次試驗為高斯白噪聲2.3設(shè)計系統(tǒng)的有效性和可靠性的計算參數(shù)選擇:(1) 傳輸語音信號（0-4KHz）(2) 載波頻率（200KHz）(3) 噪聲功率譜密度（2×10-9w/Hz）(4) 信號功率（8Mw）計算：（1）系統(tǒng)的傳輸速率 （2）系統(tǒng)的信噪比解：選取,則帶通濾波器的最低頻率為196KHz,最高頻率204KHz(1),(2)輸入噪聲功率： 輸入信號平均功率: 輸入信噪比： 輸出信噪比： 3.仿真3.1

18、仿真系統(tǒng)圖3.2各個模塊的參數(shù)及輸出特性1)各個模塊的參數(shù)載波的參數(shù)：調(diào)制信號的參數(shù)：高斯噪聲的參數(shù):帶通濾波器的參數(shù)：低通濾波器的參數(shù)：2)仿真結(jié)果的圖形：已調(diào)信號頻譜圖：示波器（Scope）輸出波形：示波器(Scope1)的輸出波形：4. 總結(jié)通過此次為期一周的課程設(shè)計，使我對于通信系統(tǒng)的設(shè)計與計算和對應的數(shù)學模型中各組成部分的功能有了更加深刻的認知。了解和學習了Matlab軟件中simulink仿真軟件的應用，在參數(shù)調(diào)整的過程中形象的體會到了每個部件對于信號的控制作用。同時根據(jù)自己所掌握的知識和查閱相關(guān)書籍和網(wǎng)站，學會了對于所出現(xiàn)圖形的 分析找出可能存在問題的部分，從而予以調(diào)整。另外，在課程設(shè)計報告的書寫過程中，也加深了我對word軟件中關(guān)于截屏、公式輸入、版面調(diào)整等方面的熟悉和掌握。這對于今后的工作和學習都有很大的幫助。 對于此次課程設(shè)計，我感慨頗多，從理論到實踐，在這段日子里，可以說得是忙碌，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得