通信系統(tǒng)模型綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上通信系統(tǒng)模型綜述一、通信系統(tǒng)一般模型通信的目的是傳輸信息，進行信息的時空轉(zhuǎn)移。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信源發(fā)送到一個或多個目的地。實現(xiàn)通信的方式和手段很多，如手勢、語言、旌旗、烽火臺和擊鼓傳令，以及現(xiàn)代社會的電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計算機通信等，這些都是消息傳遞的方式和信息交流的手段。伴隨著人類的文明、不和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電信技術(shù)也是以一日千里的速度飛速發(fā)展，如今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信”這一術(shù)語時，一般指“電通信”。廣義來講，光通信也屬于電通信，因為光也是一種電磁波。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過電信號來實現(xiàn)的，首先要把消息轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)

2、過發(fā)送設(shè)備，將信號送入信道，在接收端利用接收設(shè)備對接收信號做相應(yīng)的處理后，送給信宿再轉(zhuǎn)換為原來的消息，這一過程可用下圖的通信系統(tǒng)一般模型來概括。上圖各部分的功能簡述如下：接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備信息源受信者信道噪聲源 圖11. 信息源信息源（簡稱信源）的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號。根據(jù)消息的種類不同，信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源輸出連續(xù)的模擬信號，如話筒（聲音>音頻符號）、攝像機（>視頻信號）；數(shù)字信源則輸出離散的數(shù)字信號，如電傳機（鍵盤字符>數(shù)字信號）、計算機等各種數(shù)字終端。并且，模擬信源送出的信號經(jīng)數(shù)字化處理后也可送出數(shù)字信號。2. 發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的作用是產(chǎn)生適

3、合于在信道中傳輸?shù)男盘?，即使發(fā)送信號的特性和信道特性相匹配，具有抗信道干擾的能力，并且具有足夠的功率以滿足遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枰Ｒ虼?，發(fā)送設(shè)備涵蓋的內(nèi)容很多，可能包含變換、放大、濾波、編碼、調(diào)制等過程。對于多路傳輸系統(tǒng)，發(fā)送設(shè)備還包括多路復(fù)用器。3. 信道信道是一種物理煤質(zhì)，用來將來自發(fā)送設(shè)備的信號傳送到接收端。在無線信道中，信道可以是自由空間；在有線信道中，可以是明線、電纜和光纖。有線信道和無線信道均有多種物理煤質(zhì)。信道既給信號以通路，也會對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲。信道的固有特性及引入的干擾和噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。上圖中的噪聲源是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)及其他各處的噪聲的集中表示。噪聲通

4、常是隨機的，形式多樣的，它的出現(xiàn)干擾了正常信號的傳輸。4. 接收設(shè)備接收設(shè)備的功能是將信號放大和反變換（如譯碼、解調(diào)等），其目的是從收到減損的接收信號中正確恢復(fù)出原始電信號。對于多路復(fù)用信號，接收設(shè)備中還包括解除多路復(fù)用，實現(xiàn)正確分路的功能。此外，它還要盡可能減小在傳輸過程中噪聲與干擾所帶來的影響。5. 受信者受信者（簡稱信宿）是傳送消息的目的地，其功能與信源相反，即把原始電信號還原成相應(yīng)的消息，如揚聲器等。上圖概括的描述了一個通信系統(tǒng)的組成，哦那個新系統(tǒng)的共性。根據(jù)我們研究的對象以及所關(guān)注的問題不同，因而相應(yīng)有不同形式的、更具體的通信模型。通常按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應(yīng)的把

5、通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。二、模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)，其模型如圖2所示，其中包含兩種重要變換，第一種變換是，在發(fā)送端把連續(xù)消息變換成原始電信號，在接收端進行相反的變換，這種變換由信源和信宿完成，這里所說的原始電信號通常稱為基帶信號。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卻無法直接傳輸這些信號，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傳輸?shù)男盘枺⒃诮邮斩诉M行反變換，完成這種變換和反變換的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。除了上述兩種變換，實際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、無線輻射等過程，上述兩種變換

6、其主要作用，而其他過程不會使信號發(fā)生質(zhì)的變化，只是對信號進行放大和改善信號特性等。受信者解調(diào)器信道調(diào)制器模擬信息源噪聲源 圖2三、數(shù)字通信系統(tǒng)模型目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過了模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，數(shù)字通信具有以下一些優(yōu)點：1. 抗干擾能力強（數(shù)字信號可多次再生，自動檢錯、糾錯信道），可消除噪聲積累。2. 差錯可控，傳輸性能好?？刹捎眯诺谰幋a技術(shù)使誤碼率降低，提高傳輸?shù)目煽啃浴?. 便于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計算技術(shù)對信號進行處理、加工、變換、存儲，從而形成智能網(wǎng)。4. 便于集成化，從

7、而使通信設(shè)備微型化。5. 便于加密處理，且保密強度高。6. 占用信道頻帶寬下面簡要介紹數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道噪聲源受信者信源譯碼解碼信道譯碼數(shù)字解調(diào)數(shù)字調(diào)制信道編碼加密信源編碼信息源 圖31.信源編碼與譯碼 信源編碼有兩個基本功能：一是提高信息傳輸?shù)挠行?，而是完成?數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換,信源編碼是信源譯碼的逆過程. 2.信道編碼與譯碼信道編碼的目的是增強數(shù)字信號的抗干擾能力.接收端的信道譯碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進行解碼，從中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤，提高通信系統(tǒng)的可靠性。3.加密與解密在需要事先保密通信的場合,為了保證所傳信息的拿權(quán),人為地將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂,即加上密碼,這種處理過程叫加密.在接收端利

8、用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對收到的數(shù)字學(xué)列進行解密,恢復(fù)原來的信息.4.數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處,形成適合在信道中那個傳輸?shù)膸ㄐ盘?在接收端可以利用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號.數(shù)字調(diào)制的主要目的是將二進制信息序列映射成信號波形，是對編碼信號進行處理，使其變成適合傳輸?shù)倪^程。即把基帶信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€相對基帶信號而言頻率非常高的帶通信號，易于發(fā)送。數(shù)字調(diào)制一般是指調(diào)制信號是離散的，而載波是連續(xù)的調(diào)制方式。主要的數(shù)字調(diào)制方式有：1.ASK，又稱幅移鍵控法。這種調(diào)制方式是根據(jù)信號的不同調(diào)節(jié)正弦波波幅度。2.PSK，相移鍵控法，載波相位受數(shù)字基帶信號控制。如基

9、帶信號為1時相位為，基帶信號為0時相位為0。3.FSK，頻移鍵控法，即用數(shù)字信號去調(diào)節(jié)載波頻率。4.QAM，正交幅度調(diào)制法，根據(jù)數(shù)字信號的不同，載波相位和幅度都發(fā)生變化。5.同步同步是使收發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致,是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序/準(zhǔn)確/可靠工作的前提條件.6.信道信道是通信傳輸信號的通道，是通信系統(tǒng)的重要組成部分。其基本特點是發(fā)送信號隨機地受到各種可能機理的惡化。在通信系統(tǒng)的設(shè)計中，人們往往根據(jù)信道的數(shù)學(xué)模型來設(shè)計信道編碼，以獲得更好的通信性能。常用的信道數(shù)學(xué)模型有：加性噪聲信道，線性濾波信道，線性時變?yōu)V波信道。(1)加性噪聲信道：加性噪聲信道是最簡單的一種信道數(shù)學(xué)模型，噪聲對

10、信號的影響是加性的。如圖4所示，輸入信號為s(t) ，噪聲為n(t) ，輸出為r(t) = s(t)+ n(t)圖4加性噪聲數(shù)學(xué)模型若加上衰減函數(shù)，則r(t) = s(t)+ n(t) 。(2)線性濾波信道：實際信道中，帶寬均有所限制，所以為了確保信號不超出帶寬一般會加上線性濾波器。這樣的信道便稱為線性濾波信道，圖5所示。輸入信號為s(t) ，噪聲為n(t) ，輸出為r(t) ：圖5r(t) = s(t)*c(t) + n(t) = -cs(t-)d + n(t)(3)線性時變?yōu)V波信道：很多物理信道如電離層無線電信道等，其信道特點是時變的，于是線性濾波器也加上時變特性，則時變信道脈沖響應(yīng)為c(;t) ，表示可變的過去時間。圖6r(t) = s(t)* c(;t) + n(t) = -c(;t)s(t-)d + n(t)此種模型很好地反映了物理信道中的多路徑信號傳播，如手機蜂窩信道。這是其中的一種特殊例子，若時變脈沖響應(yīng)為：c(;t) = k=1Lakt-k其中ak(t)表現(xiàn)出時變信道的可能衰減，k代表時間延時，L則表示傳播路徑的數(shù)目。將這一特例帶到線性時變?yōu)V波信道中則可得輸出信號為：r(t) = k=1Lakts