通信原理 第一章 概論)

1、1通信系統(tǒng)原理通信系統(tǒng)原理課程介紹課程介紹【教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)】本課程是電子通信類專業(yè)的本課程是電子通信類專業(yè)的一門重要課程，既是基礎(chǔ)理論課，又是一一門重要課程，既是基礎(chǔ)理論課，又是一門專業(yè)性的課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，使門專業(yè)性的課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生打下良好的理論基礎(chǔ)，并可初步培養(yǎng)學(xué)生打下良好的理論基礎(chǔ)，并可初步培養(yǎng)對通信系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計的能力。對通信系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計的能力?！菊n程要求課程要求】掌握數(shù)字通信的基本概念、掌握數(shù)字通信的基本概念、基本理論以及基本的分析方法；熟悉通信基本理論以及基本的分析方法；熟悉通信系統(tǒng)的組成和工作原理；了解通信系統(tǒng)主系統(tǒng)的組成和工作原理；了解通信系統(tǒng)

2、主要組成部分的實現(xiàn)方法。要組成部分的實現(xiàn)方法。教學(xué)參考書教學(xué)參考書樊昌信樊昌信通信原理教程通信原理教程，電子工業(yè)出版社，電子工業(yè)出版社樊昌信等，樊昌信等，通信原理通信原理，國防工業(yè)出版社，國防工業(yè)出版社 曹志剛等，曹志剛等，現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理，清華大學(xué)出，清華大學(xué)出版社版社 【美美】約翰約翰 G G。ProakisProakis 著，著，數(shù)字通信數(shù)字通信，電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社第一章概論第一章概論2356147通信的發(fā)展通信的發(fā)展談到通信，我們每個人都不陌生。古代的談到通信，我們每個人都不陌生。古代的烽火報警，就是把敵人入侵的消息通過烽烽火報警，就是把敵人入侵的消息通過烽火傳達(dá)給遠(yuǎn)

3、方的人們火傳達(dá)給遠(yuǎn)方的人們( (類似的例子還有抗日類似的例子還有抗日戰(zhàn)爭時期的戰(zhàn)爭時期的“消息樹消息樹”) )；艦船上的燈語和；艦船上的燈語和旗語通過燈的閃爍和旗子的揮動與另一艦旗語通過燈的閃爍和旗子的揮動與另一艦船或港口進(jìn)行無聲的對話；傳統(tǒng)的信函以船或港口進(jìn)行無聲的對話；傳統(tǒng)的信函以文字形式把游子的思鄉(xiāng)之情濃縮于尺素之文字形式把游子的思鄉(xiāng)之情濃縮于尺素之中，再利用郵政媒體送達(dá)家人；在各種建中，再利用郵政媒體送達(dá)家人；在各種建設(shè)工地上，工人們經(jīng)常使用對講機(jī)相互聯(lián)設(shè)工地上，工人們經(jīng)常使用對講機(jī)相互聯(lián)絡(luò)，協(xié)調(diào)工作；在電影電視中經(jīng)?？吹杰娊j(luò)，協(xié)調(diào)工作；在電影電視中經(jīng)?？吹杰娡ㄐ诺陌l(fā)展通信的發(fā)展人或警

4、察利用無線電臺進(jìn)行作戰(zhàn)指揮；還有電人或警察利用無線電臺進(jìn)行作戰(zhàn)指揮；還有電報、電傳、電話、尋呼、移動電話、有線廣播、報、電傳、電話、尋呼、移動電話、有線廣播、無線廣播、有線電視、無線電視等當(dāng)代最為普及無線廣播、有線電視、無線電視等當(dāng)代最為普及的通信手段都是現(xiàn)實生活中我們所熟悉的通信實的通信手段都是現(xiàn)實生活中我們所熟悉的通信實例。例。在上述實例中我們發(fā)現(xiàn)，無論是遠(yuǎn)古狼煙滾滾在上述實例中我們發(fā)現(xiàn)，無論是遠(yuǎn)古狼煙滾滾的烽火，還是今天四通八達(dá)的電話，無論是飽含的烽火，還是今天四通八達(dá)的電話，無論是飽含情誼的書信，還是絢麗多彩的電視畫面，盡管通情誼的書信，還是絢麗多彩的電視畫面，盡管通信的方式各種各樣，

5、傳遞的內(nèi)容千差萬別，但都信的方式各種各樣，傳遞的內(nèi)容千差萬別，但都有一個共性，那就是有一個共性，那就是進(jìn)行信息的傳遞。進(jìn)行信息的傳遞。通信的發(fā)展通信的發(fā)展 自自19世紀(jì)初電通信技術(shù)問世以來，短短的世紀(jì)初電通信技術(shù)問世以來，短短的100多年時間里，通信技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異。多年時間里，通信技術(shù)的發(fā)展可謂日新月異?！扒Ю镅矍Ю镅邸?、“順風(fēng)耳順風(fēng)耳”等古人的夢想不但得以等古人的夢想不但得以實現(xiàn)，而且還出現(xiàn)了許多人們過去想都不曾想過實現(xiàn)，而且還出現(xiàn)了許多人們過去想都不曾想過的新技術(shù)?；仡櫷ㄐ偶夹g(shù)的發(fā)展史有利于我們更的新技術(shù)?；仡櫷ㄐ偶夹g(shù)的發(fā)展史有利于我們更好地了解與掌握這門科學(xué)知識。下面我們給出通好

6、地了解與掌握這門科學(xué)知識。下面我們給出通信技術(shù)發(fā)展歷史簡表。信技術(shù)發(fā)展歷史簡表。通信的發(fā)展通信的發(fā)展 通信技術(shù)發(fā)展史簡表通信技術(shù)發(fā)展史簡表通信的發(fā)展通信的發(fā)展。摩爾斯發(fā)明有線電報。有線電報開創(chuàng)了人類信息交流的新紀(jì)元。摩爾斯發(fā)明有線電報。有線電報開創(chuàng)了人類信息交流的新紀(jì)元。馬克尼發(fā)明無線電報。無線電報為人類通信技術(shù)開辟了一個嶄新馬克尼發(fā)明無線電報。無線電報為人類通信技術(shù)開辟了一個嶄新的領(lǐng)域。的領(lǐng)域。載波通信。載波通信的出現(xiàn)，改變了一條線路只能傳送一路電話載波通信。載波通信的出現(xiàn)，改變了一條線路只能傳送一路電話的局面，使一個物理介質(zhì)上傳送多路音頻電話信號成為可能。的局面，使一個物理介質(zhì)上傳送多路音

7、頻電話信號成為可能。電流只要停止片刻，就會現(xiàn)出火花。有火花出現(xiàn)可以看成是一種符號，電流只要停止片刻，就會現(xiàn)出火花。有火花出現(xiàn)可以看成是一種符號，沒有火花出現(xiàn)是另一種符號，沒有火花的時間長度又是一種符號。沒有火花出現(xiàn)是另一種符號，沒有火花的時間長度又是一種符號。這三種符號組合起來可代表字母和數(shù)字，就可以通過導(dǎo)線來傳遞這三種符號組合起來可代表字母和數(shù)字，就可以通過導(dǎo)線來傳遞文字了文字了。 通信的發(fā)展通信的發(fā)展電子計算機(jī)。計算機(jī)被公認(rèn)為是電子計算機(jī)。計算機(jī)被公認(rèn)為是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明，它加世紀(jì)最偉大的發(fā)明，它加快了各類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程?？炝烁黝惪茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。光纖通信。光導(dǎo)纖維的發(fā)明，使人們

8、尋求到一種真正能夠承光纖通信。光導(dǎo)纖維的發(fā)明，使人們尋求到一種真正能夠承擔(dān)起構(gòu)筑未來信息化基礎(chǔ)設(shè)施傳輸平臺重任的通信介質(zhì)。擔(dān)起構(gòu)筑未來信息化基礎(chǔ)設(shè)施傳輸平臺重任的通信介質(zhì)。蜂窩移動通信。蜂窩移動通信為人們提供了一種前所未有、蜂窩移動通信。蜂窩移動通信為人們提供了一種前所未有、方便快捷的通信手段。方便快捷的通信手段。因特網(wǎng)。因特網(wǎng)的出現(xiàn)意味著信息時代的到來，使地球變成因特網(wǎng)。因特網(wǎng)的出現(xiàn)意味著信息時代的到來，使地球變成了一個沒有距離的小村落了一個沒有距離的小村落-“地球村地球村”。第一章概論第一章概論2356147消息、信息和信號消息、信息和信號 消息（消息（MessageMessage）消息是

9、指消息是指通信過程中傳輸?shù)木唧w原始對象通信過程中傳輸?shù)木唧w原始對象，如，如電話中語音，電視中圖像，電報中電文，雷達(dá)中電話中語音，電視中圖像，電報中電文，雷達(dá)中目標(biāo)的距離、高度、方位，遙測系統(tǒng)中測量的數(shù)目標(biāo)的距離、高度、方位，遙測系統(tǒng)中測量的數(shù)據(jù)等。這些消息在物理特征上各不相同，所以各據(jù)等。這些消息在物理特征上各不相同，所以各種消息的組成亦不相同。種消息的組成亦不相同。在通信領(lǐng)域中，消息可在通信領(lǐng)域中，消息可以分為離散消息和連續(xù)消息。由離散信息源產(chǎn)生以分為離散消息和連續(xù)消息。由離散信息源產(chǎn)生的消息稱為離散消息，由連續(xù)信息源產(chǎn)生的消息的消息稱為離散消息，由連續(xù)信息源產(chǎn)生的消息就是連續(xù)消息。就是連續(xù)

10、消息。特點：特點： 能夠被通信雙方理解能夠被通信雙方理解 可以傳遞可以傳遞消息、信息和信號消息、信息和信號 信息（信息（InformationInformation）消息消息的的有效內(nèi)容，不同消息可有相同內(nèi)容。有效內(nèi)容，不同消息可有相同內(nèi)容。信號（信號（SignalSignal）傳輸消息的手段（媒介），通信系統(tǒng)中傳輸?shù)膫鬏斚⒌氖侄危浇椋ㄐ畔到y(tǒng)中傳輸?shù)氖切盘?，信號是傳輸?shù)妮d體，如電信號、光信號是信號，信號是傳輸?shù)妮d體，如電信號、光信號等。等。信號的頻譜信號的頻譜確知信號的頻譜為其傅氏變換：確知信號的頻譜為其傅氏變換： 或或dtetxXtj)()(dtetxfXftj2)()(消息、信息和

11、信號消息、信息和信號信號的頻譜信號的頻譜隨機(jī)信號的頻譜常用其功率普密度表示：隨機(jī)信號的頻譜常用其功率普密度表示： 或或功率譜密度與信號平均功率的關(guān)系：功率譜密度與信號平均功率的關(guān)系：信號的帶寬信號的帶寬信號帶寬是信號頻譜的寬度，也就是信號的最高頻率分量信號帶寬是信號頻譜的寬度，也就是信號的最高頻率分量與最低頻率分量之差。實際上，帶寬是衡量信號頻帶寬度的與最低頻率分量之差。實際上，帶寬是衡量信號頻帶寬度的一個量，它表示我們通過測量儀器可以感受到的頻率范圍，一個量，它表示我們通過測量儀器可以感受到的頻率范圍，也就是說，一個信號在頻域看上去有多寬。也就是說，一個信號在頻域看上去有多寬。 deXtxt

12、j)(21)(dfefXtxftj2)()(dffPS)(消息、信息和信號消息、信息和信號信號的帶寬信號的帶寬零點帶寬零點帶寬數(shù)據(jù)信號頻譜主要能量是集中在第一個零點之內(nèi)的，當(dāng)其數(shù)據(jù)信號頻譜主要能量是集中在第一個零點之內(nèi)的，當(dāng)其旁瓣不足以引起信號失真時，定義旁瓣不足以引起信號失真時，定義 f fb b 為信號的零點帶寬。為信號的零點帶寬。 消息、信息和信號消息、信息和信號信號的帶寬信號的帶寬百分比帶寬百分比帶寬百分比帶寬由下式來定義：百分比帶寬由下式來定義：其中其中 f fr r 稱為百分比帶寬，可以取稱為百分比帶寬，可以取96%96%、98%98%、99%99%等值，等值，其含義是，在該帶寬范

13、圍內(nèi)信號的功率占總功率其含義是，在該帶寬范圍內(nèi)信號的功率占總功率 。%)()(00dffPdffPrf消息、信息和信號消息、信息和信號信號的帶寬信號的帶寬矩形等效帶寬矩形等效帶寬對于具有在零點或中心頻率處取最大值頻譜結(jié)構(gòu)的信號，對于具有在零點或中心頻率處取最大值頻譜結(jié)構(gòu)的信號，如下圖所示，可以定義矩形等效帶寬如下圖所示，可以定義矩形等效帶寬B BC C 。其含義為：其含義為：00( )CP BP f df消息、信息和信號消息、信息和信號信號的帶寬信號的帶寬3dB3dB帶寬帶寬3dB3dB帶寬又稱半功率帶寬，如下圖所示：帶寬又稱半功率帶寬，如下圖所示：信號頻譜在信號頻譜在 f f0 0 處取最大

14、值，處取最大值，2/ )()()(),(021210fPfPfPfff且消息、信息和信號消息、信息和信號 信息的度量信息的度量傳輸信息是通信系統(tǒng)的根本任務(wù)。在傳輸過程傳輸信息是通信系統(tǒng)的根本任務(wù)。在傳輸過程中，信息是以各種具體的電信號或光信號形式表中，信息是以各種具體的電信號或光信號形式表現(xiàn)出來的。為了對通信系統(tǒng)的性能與質(zhì)量進(jìn)行定現(xiàn)出來的。為了對通信系統(tǒng)的性能與質(zhì)量進(jìn)行定量的分析、研究與評價，就需要對信息進(jìn)行度量。量的分析、研究與評價，就需要對信息進(jìn)行度量。信息度量的定義信息度量的定義能夠衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常能夠衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用用I I表示表示。消息、信息

15、和信號消息、信息和信號信息度量的原則信息度量的原則能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)【例例】 “某客機(jī)墜毀某客機(jī)墜毀”這條消息比這條消息比“今天下雨今天下雨”這這條消息包含有更多的信息。條消息包含有更多的信息。 上例表明：上例表明：消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法信息度量的方法事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述

16、：消息事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述：消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。 設(shè)： P(x) 消息發(fā)生的概率，消息發(fā)生的概率， I 消息中所含的信息量，消息中所含的信息量，則則 P(x) 和和 I 之間應(yīng)該有如下關(guān)系：之間應(yīng)該有如下關(guān)系： I 是是 P(x) 的函數(shù)：的函數(shù)： I I P(x) P(x) ，I ； P(x) ，I ； P(x) = 1時，時，I 0； P(x) = 0時，時，I 消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法信息度量的方法滿足上述三個條件的公式為：滿足上述三個條件的公式為：上式中對數(shù)的底：上式中對數(shù)的

17、底：若若a = 2，信息量的單位稱為比特，信息量的單位稱為比特(bit) ，可簡記為，可簡記為b若若 a = 10，信息量的單位稱為哈特萊，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley) 。若若a = e，信息量的單位稱為奈特，信息量的單位稱為奈特(nat)1loglog( )( )aaIP xP x 消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法信息度量的方法通常廣泛使用的單位為比特，這時有通常廣泛使用的單位為比特，這時有【例例】 設(shè)一個二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字設(shè)一個二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或或“1”，則信源每個輸出的信息含量為，則信源每個輸出的信息含量為 在工程應(yīng)用

18、中，習(xí)慣把一個二進(jìn)制碼元稱作在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個二進(jìn)制碼元稱作1比特比特 。若有若有M個等概率波形（個等概率波形（P = 1/M），且每一個波形的出現(xiàn)是），且每一個波形的出現(xiàn)是獨立的，則傳送獨立的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為進(jìn)制波形之一的信息量為221loglog( )( )IP xP x 221(0)(1)loglog 21 (b)1/2II22211logloglog(b)1/IMPM消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法信息度量的方法若若M是是2的整冪次，即的整冪次，即 M = 2k，則有，則有當(dāng)當(dāng)M = 4時，即時，即4進(jìn)制波形，進(jìn)制波形，I = 2比特，比特，當(dāng)當(dāng)M

19、= 8時，即時，即8進(jìn)制波形，進(jìn)制波形，I = 3比特。比特。對于非等概率情況對于非等概率情況設(shè)：一個離散信源是由設(shè)：一個離散信源是由M M個符號組成的集合，其中每個符號個符號組成的集合，其中每個符號x xi i ( (i i = 1, 2, 3, = 1, 2, 3, , , M M) )按一定的概率按一定的概率P(P(x xi i) )獨立出現(xiàn)，即獨立出現(xiàn)，即 2log 2( )kIkb 1212,MMxxxP xP xP x消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法且有且有則則x1 , x2, x3, xM 所包含的信息量分別為所包含的信息量分別為于是，于是，每個符號所含平均信息量為

20、每個符號所含平均信息量為由于由于H H( (x x) )同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵熵1()1MiiP x21222log()log()log()MP xP xP x， ，121222221( )( ) log( )() log()() log()( ) g( )(/MMMiiiH xP xP xP xP xP xP xP x loP x比特 符號）消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法【例例1 1】 一離散信源由一離散信源由“0”0”，“1”1”，“2”2”，“3”3”四個四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為符號組成，它們出現(xiàn)的概率

21、分別為3/83/8，1/41/4，1/41/4，1/81/8，且，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息2010201302130 2010201302130 0120321010032101002310200201031203210012021001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。的信息量?！窘狻看讼⒅校讼⒅?，“0”出現(xiàn)出現(xiàn)23次，次，“1”出現(xiàn)出現(xiàn)14次，次，“2”出出現(xiàn)現(xiàn)13次，次，“3”出現(xiàn)出現(xiàn)7次，共有次，共有57個符號，故該消息的信息量個符號，故該消息的信息量每個符號的算術(shù)平均信

22、息量為每個符號的算術(shù)平均信息量為)b(1088log74log134log143/8log232222I符號）比特符號數(shù)/(89. 157108II消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法若用熵的概念來計算：若用熵的概念來計算：則該消息的信息量則該消息的信息量以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。這種誤同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號數(shù)的增加而減小。差將隨著消息序列中符號數(shù)的增加而減小。當(dāng)消息序列較長時，用熵的概念計算更為方便。當(dāng)消息序列較

23、長時，用熵的概念計算更為方便。符號）（比特/906. 181log8141log4141log4183log832222H)b(64.108906.157I消息、信息和信號消息、信息和信號信息度量的方法信息度量的方法連續(xù)消息的信息量連續(xù)消息的信息量 關(guān)于連續(xù)消息的信息量可以用概率密度函數(shù)來描述?？梢躁P(guān)于連續(xù)消息的信息量可以用概率密度函數(shù)來描述?？梢宰C明，連續(xù)消息的平均信息量為證明，連續(xù)消息的平均信息量為式中，式中，f (x) 連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。 ( )logaH xfxfx dx 第一章概論第一章概論2356147通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 通信的定義通信的定義

24、通信是傳輸消息的過程，其根本目的是把有信通信是傳輸消息的過程，其根本目的是把有信息的消息傳到指定的目的地。息的消息傳到指定的目的地。 通信的實現(xiàn)方法通信的實現(xiàn)方法把消息變成對應(yīng)的信號來傳遞。信號實際上就把消息變成對應(yīng)的信號來傳遞。信號實際上就是消息的傳載者。是消息的傳載者。 通信系統(tǒng)的組成：通信系統(tǒng)的組成：由傳輸設(shè)備和線路組成。由傳輸設(shè)備和線路組成。通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成不同的通信系統(tǒng)均可概括為如下基本模型不同的通信系統(tǒng)均可概括為如下基本模型信源信源。通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型信道信道通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 噪聲

25、源噪聲源通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型接收設(shè)備接收設(shè)備：功能與發(fā)送設(shè)備的相反，完成發(fā)送設(shè)備功能與發(fā)送設(shè)備的相反，完成發(fā)送設(shè)備的反變換，使接收信號恢復(fù)為的原始電信號。的反變換，使接收信號恢復(fù)為的原始電信號。通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型信宿信宿第一章概論第一章概論2356147模擬通信和數(shù)字通信模型模擬通信和數(shù)字通信模型模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信的主要特點數(shù)字通信的主要特點模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬信號模擬信號參量參量 (幅度、頻率或相位幅度、頻率或相位) 隨著消息連續(xù)變化隨著消息連續(xù)變化

26、的信號。的信號。特點：特點：幅度連續(xù)幅度連續(xù) 時間上可連續(xù)也可不連續(xù)時間上可連續(xù)也可不連續(xù)例如：語音信號和例如：語音信號和 PAM 信號等信號等模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號幅度（電壓或電流）的取值不僅是時間的離散幅度（電壓或電流）的取值不僅是時間的離散函數(shù)，而且取值也是有限可數(shù)的離散值。函數(shù)，而且取值也是有限可數(shù)的離散值。例如：計算機(jī)輸入輸出信號和各種數(shù)據(jù)信號，例如：計算機(jī)輸入輸出信號和各種數(shù)據(jù)信號，電報信號電報信號,PCM 信號等信號等模擬通信和數(shù)字通信模擬通信和數(shù)字通信 模擬通信：用模擬信號傳消息的通信模擬通信：用模擬信號傳消息的通信 數(shù)字通信：用數(shù)字通信傳消息的通

27、信數(shù)字通信：用數(shù)字通信傳消息的通信 相應(yīng)地的通信系統(tǒng)為相應(yīng)地的通信系統(tǒng)為模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和和數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)。字通信系統(tǒng)。模擬通信和數(shù)字通信模型模擬通信和數(shù)字通信模型模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信的主要特點數(shù)字通信的主要特點模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng) 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制器和解調(diào)器調(diào)制器和解調(diào)器模擬通信和數(shù)字通信模型模擬通信和數(shù)字通信模型模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信的主要特點數(shù)字通信的主要特點數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信信源源信

28、信源源編編碼碼器器信信道道編編碼碼器器調(diào)調(diào)制制器器信信道道解解調(diào)調(diào)器器信信道道譯譯碼碼器器信信源源譯譯碼碼器器信信宿宿噪聲源噪聲源數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源信源：輸出的是待傳送的信號。它可以是模擬信號，也可以輸出的是待傳送的信號。它可以是模擬信號，也可以是數(shù)字信號。是數(shù)字信號。信源編碼器信源編碼器：信源輸出為模擬信號時，完成模信源輸出為模擬信號時，完成模/ /數(shù)變換；信源輸出為數(shù)變換；信源輸出為數(shù)字信號時，完成壓縮編碼等功能。數(shù)字信號時，完成壓縮編碼等功能。加密器加密器：用于需要保密通信的系統(tǒng)：用于需要保密通信的系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道編碼器信道編碼器：作用是提高可靠

29、性，進(jìn)行差錯控制編碼。作用是提高可靠性，進(jìn)行差錯控制編碼。調(diào)制器調(diào)制器：將待傳輸?shù)臄?shù)字信號適當(dāng)變化，以適于信道傳輸。將待傳輸?shù)臄?shù)字信號適當(dāng)變化，以適于信道傳輸。 信道信道：信號在媒質(zhì)中傳輸?shù)耐?。信號在媒質(zhì)中傳輸?shù)耐贰?噪聲源噪聲源：信號在信道傳輸過程中受到的加性干擾。信號在信道傳輸過程中受到的加性干擾。 解調(diào)器解調(diào)器：將調(diào)制信號還原成基帶信號將調(diào)制信號還原成基帶信號數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道解碼器信道解碼器：對信號完成糾檢錯功能對信號完成糾檢錯功能解密器解密器：加密的反變換。加密的反變換。信源解碼器信源解碼器：完成數(shù)完成數(shù)/模變換或解壓縮編碼等功能模變換或解壓縮編碼等功能信宿信宿

30、：受信者受信者同步系統(tǒng)：同步系統(tǒng)：因分散未畫出。但它卻是數(shù)字通信系統(tǒng)中必不可少的因分散未畫出。但它卻是數(shù)字通信系統(tǒng)中必不可少的組成部分。組成部分。模擬通信和數(shù)字通信模型模擬通信和數(shù)字通信模型模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信的主要特點數(shù)字通信的主要特點數(shù)字通信特點（優(yōu)點）數(shù)字通信特點（優(yōu)點） 抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲積累抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲積累 可進(jìn)行信碼再生，去掉傳輸過程的噪聲積累可進(jìn)行信碼再生，去掉傳輸過程的噪聲積累 可靠性高可靠性高 易于加密易于加密 通用性、靈活性好通用性、靈活性好數(shù)字通信特點（缺點）數(shù)字通信特點（缺點） 占用的頻帶

31、寬占用的頻帶寬 數(shù)字通信的許多優(yōu)點都是用比模擬通信占數(shù)字通信的許多優(yōu)點都是用比模擬通信占 據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶換得的據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶換得的 對同步的要求高對同步的要求高 系統(tǒng)設(shè)備較復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)備較復(fù)雜第一章概論第一章概論2356147通信系統(tǒng)分類及信息傳輸方式通信系統(tǒng)分類及信息傳輸方式 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 信息傳輸方式信息傳輸方式通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的的分類方式很多，我們僅介紹如分類方式很多，我們僅介紹如下的常見方式下的常見方式。 按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)統(tǒng)按通信業(yè)務(wù)分類：話務(wù)通信和非話務(wù)通信按通信業(yè)務(wù)分類：話務(wù)通信

32、和非話務(wù)通信按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)統(tǒng)按調(diào)制方式分類：基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳按調(diào)制方式分類：基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸輸通信系統(tǒng)分類及信息傳輸方式通信系統(tǒng)分類及信息傳輸方式 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 信息傳輸方式信息傳輸方式信息傳輸方式信息傳輸方式按消息傳遞的方向與時間關(guān)系分為按消息傳遞的方向與時間關(guān)系分為單工通信：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，但不通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進(jìn)行收和發(fā)的工作方式能同時進(jìn)行收和發(fā)的工作方式全雙工通信：全雙工通信：通信

33、雙方可同時進(jìn)行收發(fā)消息通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式的工作方式在點與點之間的通信系統(tǒng)中通信方式通信方式單工、半雙工及全雙工通信單工、半雙工及全雙工通信信息傳輸方式信息傳輸方式按數(shù)字信號代碼排列的順序可分為按數(shù)字信號代碼排列的順序可分為并行傳輸：并行傳輸：將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式將代表信息的數(shù)字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在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸優(yōu)點：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施優(yōu)點：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施缺點：需要缺點：需要 n n 條通信線路，成本高條通信線路，成本高 信息傳輸方式信息傳輸方式串行傳輸：串行傳輸：

34、串行傳輸：數(shù)字序列以串行方式一串行傳輸：數(shù)字序列以串行方式一個接一個地在一條信道上傳輸個接一個地在一條信道上傳輸優(yōu)點：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費用優(yōu)點：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費用缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施第一章概論第一章概論2356147通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性有效性指傳輸一定信息量時所占用的信指傳輸一定信息量時所占用的信道資源（頻帶寬度和時間間隔），或者說是道資源（頻帶寬度和時間間隔），或者說是傳輸?shù)膫鬏數(shù)摹八俣人俣取眴栴}。問題。可靠性可靠性指接收信息的準(zhǔn)確

35、程度，也就是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)膫鬏數(shù)摹百|(zhì)量質(zhì)量”問題。問題。模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 對模擬通信系統(tǒng)的基本要求對模擬通信系統(tǒng)的基本要求有效性有效性可用有效傳輸頻帶來度量可用有效傳輸頻帶來度量可靠性可靠性可用接收端最終輸出信噪比來度可用接收端最終輸出信噪比來度量量。 數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 對數(shù)字通信系統(tǒng)的基本要求對數(shù)字通信系統(tǒng)的基本要求傳得快，即效率高傳得快，即效率高傳輸效率用傳輸速率傳輸效率用傳輸速率描述描述傳得準(zhǔn)確，即準(zhǔn)確可靠傳得準(zhǔn)確，即準(zhǔn)確可靠可靠性用差錯概可靠性用差錯概率描述率描述數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)主要

36、性能指標(biāo) 對數(shù)字通信系統(tǒng)的基本要求對數(shù)字通信系統(tǒng)的基本要求傳得快，即效率高傳得快，即效率高傳輸效率用傳輸速率傳輸效率用傳輸速率描述描述傳得準(zhǔn)確，即準(zhǔn)確可靠傳得準(zhǔn)確，即準(zhǔn)確可靠可靠性用差錯概可靠性用差錯概率描述率描述 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 傳輸速率傳輸速率頻帶利用率頻帶利用率 差錯概率差錯概率數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)傳輸速率傳輸速率 碼元傳輸速率碼元傳輸速率 R RB B 信息傳輸速率信息傳輸速率R Rb b 碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系 消息傳輸速率消息傳輸速率傳輸速率傳輸速率碼元傳輸速率碼元傳輸速率 碼元傳輸速率碼元傳輸速率(碼

37、元速率或傳碼率碼元速率或傳碼率):單位時間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波單位時間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（特（BaudBaud），簡記為），簡記為B B。式中式中T T 碼元的持續(xù)時間（秒）碼元的持續(xù)時間（秒） )B(1TRB傳輸速率傳輸速率 碼元傳輸速率碼元傳輸速率 R RB B 信息傳輸速率信息傳輸速率R Rb b 碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系 消息傳輸速率消息傳輸速率傳輸速率傳輸速率信息傳輸速率信息傳輸速率 信息傳輸速率（傳信率或比特率）：信息傳輸速率（傳信率或比特率）：單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù)，單位單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比

38、特數(shù)，單位為比特為比特/ /秒，簡記為秒，簡記為 b/sb/s ，或，或bpsbps主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)傳輸速率傳輸速率 碼元傳輸速率碼元傳輸速率 R RB B 信息傳輸速率信息傳輸速率R Rb b 碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系 消息傳輸速率消息傳輸速率碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系在傳送等概的一個二進(jìn)制波特即傳送在傳送等概的一個二進(jìn)制波特即傳送1比特信息，比特信息，所以，這時信息傳輸速率的數(shù)值等于碼元傳輸速所以，這時信息傳輸速率的數(shù)值等于碼元傳輸速率的數(shù)值。當(dāng)率的數(shù)值。當(dāng)M=2n時，且時，且n不等于不等于1，碼元傳輸速

39、，碼元傳輸速率的數(shù)值不等于信息傳輸速率數(shù)值。其關(guān)系為：率的數(shù)值不等于信息傳輸速率數(shù)值。其關(guān)系為： bBRRlog M2碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系 【例例】四進(jìn)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率四進(jìn)制系統(tǒng)的碼元傳輸速率r rB B=2400=2400波特，波特，則信息傳輸速率則信息傳輸速率2bBRRlog M=2400 log 24800bps22碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系 【例例】某信息源的符號集由某信息源的符號集由A A、 B B、 C C、 D D、E E組成，組成， 設(shè)每一符設(shè)每一符號獨立出現(xiàn)，其出現(xiàn)的概率分別為號獨立出現(xiàn)，其

40、出現(xiàn)的概率分別為 1/41/4、 1/81/8、 1/81/8、 3/16 3/16 和和 5/165/16。（。（1 1） 試求該信息源符號的平均信息量；（試求該信息源符號的平均信息量；（2 2） 若信息源若信息源以以 1000B1000B速率傳送信息，速率傳送信息， 試求傳送試求傳送 1 1 小時的信息量；（小時的信息量；（3 3） 試求傳送試求傳送1 1小時可能達(dá)到的最大信息量。小時可能達(dá)到的最大信息量。 解解 （1 1） 該信息源符號的平均信息量為該信息源符號的平均信息量為 1( )( )1( )111133551211log4488161616162.23niiiH xP xogP

41、xogogog bit/符號 碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系 （2 2） 平均信息速率為平均信息速率為R Rb b= =R RB BH H( (x x)=1000)=10002.23=2.232.23=2.2310103 3 bit/s bit/s 傳送傳送1 1小時的信息量為小時的信息量為 I I= =R Rb bt t=2.23=2.2310103 33600=8.0283600=8.02810106 6 bit bit主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)傳輸速率傳輸速率 碼元傳輸速率碼元傳輸速率 r rd d 信息傳輸速率信息傳輸速率r re e 碼元傳輸速率與信息

42、傳輸速率的關(guān)系碼元傳輸速率與信息傳輸速率的關(guān)系 消息傳輸速率消息傳輸速率傳輸速率傳輸速率消息傳輸速率消息傳輸速率傳送的消息數(shù)傳送的消息數(shù)/ / 單位時間單位時間 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 傳輸速率傳輸速率 頻帶利用率頻帶利用率差錯概率差錯概率數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)頻帶利用率頻帶利用率有時為了進(jìn)一步描述數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸信有時為了進(jìn)一步描述數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸信息的效率，還定義了頻帶利用率息的效率，還定義了頻帶利用率。頻帶。頻帶利用率是指單位頻帶利用率是指單位頻帶( (每赫茲每赫茲) )內(nèi)的傳輸速內(nèi)的傳輸速率，率， 即即 B/HzB頻帶寬度碼元傳輸速率

43、(b/s)/Hzb頻帶寬度信息傳輸速率 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 傳輸速率傳輸速率 頻帶利用率頻帶利用率差錯概率差錯概率數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)差錯概率差錯概率誤碼率：錯誤接收碼元在傳送碼元總數(shù)中誤碼率：錯誤接收碼元在傳送碼元總數(shù)中所占的比例。所占的比例。誤信率：又稱誤比特率。是錯誤接收的信誤信率：又稱誤比特率。是錯誤接收的信息量在總傳送信息量中的比例。息量在總傳送信息量中的比例。對于二進(jìn)制信號，顯然誤碼率等于誤比特對于二進(jìn)制信號，顯然誤碼率等于誤比特率，即率，即P Pb b= =P Pe e。 傳輸碼元數(shù)目接收錯誤碼元數(shù)目eP傳輸比特總數(shù)目接收

44、錯誤比特數(shù)目bP主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)差錯概率差錯概率 對于對于M進(jìn)制信號，每個碼元含有進(jìn)制信號，每個碼元含有k=logM bit(M=2k)。當(dāng)一個碼元發(fā)生錯誤時，在。當(dāng)一個碼元發(fā)生錯誤時，在k個比特個比特中錯誤比特所占比例的平均值中錯誤比特所占比例的平均值(數(shù)學(xué)期望值數(shù)學(xué)期望值)為為 ) 1(21211)(11MMMCkiMEkEkikki一個碼元中的比特數(shù)錯誤比特數(shù)主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)差錯概率差錯概率誤碼率與誤比特率之間關(guān)系為誤碼率與誤比特率之間關(guān)系為ebe( )2(1)MPE k PPM當(dāng)當(dāng)M較大時，較大時， 誤比特率為誤比特率為eb21PP 第一章概論第一章概論2356147信

45、道信道 信道分類信道分類 有線信道有線信道 無線信道無線信道 信道模型信道模型 信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懶诺捞匦詫π盘杺鬏數(shù)挠绊?信道中的噪聲信道中的噪聲信道分類信道分類狹義信道和廣義信道：若信道僅是指信號的傳輸媒體，則狹義信道和廣義信道：若信道僅是指信號的傳輸媒體，則稱為狹義信道；若信道除包括傳輸媒體外，還包括通信系稱為狹義信道；若信道除包括傳輸媒體外，還包括通信系統(tǒng)中的一些變換裝置，例如發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與統(tǒng)中的一些變換裝置，例如發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制解調(diào)器等，則稱為廣義信道。天線、調(diào)制解調(diào)器等，則稱為廣義信道。 有線信道和無線信道：狹義信道按照傳輸媒體分，可分為有線信

46、道和無線信道：狹義信道按照傳輸媒體分，可分為有線信道和無線信道。有線信道和無線信道。 無線信道利用電磁波在自由空間中無線信道利用電磁波在自由空間中的傳播來傳輸信號；有線信道利用人造的傳輸媒體來傳輸?shù)膫鞑韨鬏斝盘?；有線信道利用人造的傳輸媒體來傳輸信號。信號。 有線信道包括：明線、對稱電纜、同軸電纜和光纖等有線信道包括：明線、對稱電纜、同軸電纜和光纖等 無線信道包括：無線信道包括：地波傳播、地波傳播、 短波電離層反射、超短波或微短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、對流層散射、移動無線信道波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、對流層散射、移動無線信道等等信道分類信道分類調(diào)制信道和編碼信道：廣義

47、信道按照其功能可分為調(diào)制信調(diào)制信道和編碼信道：廣義信道按照其功能可分為調(diào)制信道和編碼信道。調(diào)制信道包括發(fā)轉(zhuǎn)換器、傳輸媒體和收轉(zhuǎn)道和編碼信道。調(diào)制信道包括發(fā)轉(zhuǎn)換器、傳輸媒體和收轉(zhuǎn)換器。編碼信道包括調(diào)制器、調(diào)制信道和解調(diào)器。換器。編碼信道包括調(diào)制器、調(diào)制信道和解調(diào)器。輸入發(fā)轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器解調(diào)器調(diào)制器輸出調(diào)制信道編碼信道編碼器傳輸媒體譯碼器信道信道 信道分類信道分類 有線信道有線信道 無線信道無線信道 信道模型信道模型 信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懶诺捞匦詫π盘杺鬏數(shù)挠绊?信道中的噪聲信道中的噪聲有線信道有線信道架空明線：架空明線是指架空明線：架空明線是指平行架設(shè)在電線桿上的架平行架設(shè)在電線桿上的架空空

48、( (裸線或帶絕緣層的導(dǎo)裸線或帶絕緣層的導(dǎo)線線) )線路。架空明線的特線路。架空明線的特點是容易建設(shè)，低頻信號點是容易建設(shè)，低頻信號的傳輸損耗低，但高頻信的傳輸損耗低，但高頻信號的衰耗較大，帶寬窄，號的衰耗較大，帶寬窄，易受天氣和環(huán)境的影響，易受天氣和環(huán)境的影響， 對外界噪聲干擾較敏感。對外界噪聲干擾較敏感。目前，已逐漸被電纜取代。目前，已逐漸被電纜取代。 有線信道有線信道雙絞線（對稱電纜）雙絞線（對稱電纜） 定義：將一對絕緣線紐絞在一起，任意擰成螺旋形就構(gòu)成定義：將一對絕緣線紐絞在一起，任意擰成螺旋形就構(gòu)成了雙絞線。了雙絞線。 構(gòu)造：雙絞線線對絞合越緊密和均勻，雙絞線的質(zhì)量越好。構(gòu)造：雙絞線

49、線對絞合越緊密和均勻，雙絞線的質(zhì)量越好。 特性：雙絞線的優(yōu)點是價格便宜、使用方便、安裝容易。特性：雙絞線的優(yōu)點是價格便宜、使用方便、安裝容易。因此常作為用戶與本地中心站及中心站與中心站間的連線。因此常作為用戶與本地中心站及中心站與中心站間的連線。 分類：雙絞線根據(jù)有無屏蔽層可以分為：非屏蔽雙絞線分類：雙絞線根據(jù)有無屏蔽層可以分為：非屏蔽雙絞線(UTP)(UTP)和屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線(STP)(STP)。有線信道有線信道雙絞線（對稱電纜）雙絞線（對稱電纜）有線信道有線信道同軸電纜同軸電纜 定義：同軸電纜是對地不對稱的同軸管構(gòu)成的一種通信回定義：同軸電纜是對地不對稱的同軸管構(gòu)成的一種通信回路。

50、路。 構(gòu)造：其內(nèi)導(dǎo)體是一銅質(zhì)芯線，外面包有絕緣層和網(wǎng)狀編構(gòu)造：其內(nèi)導(dǎo)體是一銅質(zhì)芯線，外面包有絕緣層和網(wǎng)狀編織物的外導(dǎo)體屏蔽層，最外面是塑料保護(hù)外層?？椢锏耐鈱?dǎo)體屏蔽層，最外面是塑料保護(hù)外層。 特性：壽命長、通信容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、外界干擾小、可特性：壽命長、通信容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、外界干擾小、可靠性高和維護(hù)便利等優(yōu)點。在有限通信中占有很大比重?？啃愿吆途S護(hù)便利等優(yōu)點。在有限通信中占有很大比重。在局域網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛。在局域網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛。 分類：按其阻抗特性來分主要有三大類，即分類：按其阻抗特性來分主要有三大類，即5050、7575、9393。有線信道有線信道同軸電纜同軸電纜有線信道有線信道光纖

51、光纖 定義：光纖又稱光導(dǎo)纖維，通常由非常透明的石英玻璃拉定義：光纖又稱光導(dǎo)纖維，通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲狀，是一根很細(xì)很細(xì)的、能傳導(dǎo)光束的介質(zhì)。成細(xì)絲狀，是一根很細(xì)很細(xì)的、能傳導(dǎo)光束的介質(zhì)。 構(gòu)造：和同軸電纜相似，但沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是玻璃構(gòu)造：和同軸電纜相似，但沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是玻璃纖芯，芯外面包圍著一層玻璃封套，又叫包層，再外面是纖芯，芯外面包圍著一層玻璃封套，又叫包層，再外面是一層薄的塑料外殼，用來保護(hù)玻璃封套。一層薄的塑料外殼，用來保護(hù)玻璃封套。 分類：目前廣泛應(yīng)用的光纖分為兩大類，單模光纖和多模分類：目前廣泛應(yīng)用的光纖分為兩大類，單模光纖和多模光纖。光纖。 單模：細(xì)芯，

52、要有激光源；端難接；色散小，效率高；價單模：細(xì)芯，要有激光源；端難接；色散小，效率高；價格昂貴；適于長距離與高速場合。格昂貴；適于長距離與高速場合。 多模：粗芯；端接容易；色散大，效率低；價格較便宜；多模：粗芯；端接容易；色散大，效率低；價格較便宜；用于短距離與低速場合。用于短距離與低速場合。有線信道有線信道光纖光纖 光纖的物理原理：塑料制成的外殼可以吸收光線，防止串光纖的物理原理：塑料制成的外殼可以吸收光線，防止串音，保護(hù)外層表面；透明玻璃制成的纖芯和包層可使光線音，保護(hù)外層表面；透明玻璃制成的纖芯和包層可使光線沿著纖芯傳播，并在它們之間的接觸面上進(jìn)行光的反射；沿著纖芯傳播，并在它們之間的接

53、觸面上進(jìn)行光的反射；纖芯的折射率要高于包層，以保證光線在纖芯中傳輸時比纖芯的折射率要高于包層，以保證光線在纖芯中傳輸時比在包層中慢，這樣就使從纖芯向包層傳送的光波能被反射在包層中慢，這樣就使從纖芯向包層傳送的光波能被反射回纖芯，并沿光纖傳播。回纖芯，并沿光纖傳播。 光纖的傳輸原理：利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來完成通信。光纖的傳輸原理：利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來完成通信。光源被放置在發(fā)送端，如采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，光源被放置在發(fā)送端，如采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，并使之在電脈沖的作用下產(chǎn)生光脈沖，有光脈沖相當(dāng)于并使之在電脈沖的作用下產(chǎn)生光脈沖，有光脈沖相當(dāng)于“1”1”，無光脈沖相當(dāng)于，無光脈

54、沖相當(dāng)于“0”0”，在接收端利用光電二極管，在接收端利用光電二極管制成光檢測器，在檢測到光脈沖時便可還原出電脈沖。制成光檢測器，在檢測到光脈沖時便可還原出電脈沖。有線信道有線信道光纖光纖信道信道 信道分類信道分類 有線信道有線信道 無線信道無線信道 信道模型信道模型 信道特性對信號傳輸?shù)挠绊懶诺捞匦詫π盘杺鬏數(shù)挠绊?信道中的噪聲信道中的噪聲無線信道無線信道電磁波劃分電磁波劃分 在無線信道中，信號的傳輸是利用電磁波在空間的傳播在無線信道中，信號的傳輸是利用電磁波在空間的傳播來實現(xiàn)的。為了避免不同通信系統(tǒng)間的干擾，來實現(xiàn)的。為了避免不同通信系統(tǒng)間的干擾， 國際電信國際電信聯(lián)盟聯(lián)盟(ITU)(ITU

55、)負(fù)責(zé)定期召開世界無線電大會（負(fù)責(zé)定期召開世界無線電大會（WRCWRC）來制定有）來制定有關(guān)電磁波頻率使用的國際協(xié)議。關(guān)電磁波頻率使用的國際協(xié)議。 在實際通信應(yīng)用中，電磁波的頻率劃分為許多頻段，如表在實際通信應(yīng)用中，電磁波的頻率劃分為許多頻段，如表 1 - 1 1 - 1 所示。所示。 無線信道無線信道電磁波劃分電磁波劃分表表 1 - 1 1 - 1 電磁波的頻段劃分電磁波的頻段劃分無線信道無線信道電磁波劃分電磁波劃分表表 1 - 1 1 - 1 電磁波的頻段劃分（續(xù)）電磁波的頻段劃分（續(xù)）無線信道無線信道電磁波的傳播電磁波的傳播 根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同，電波的傳播主要有地根據(jù)通信距離

56、、頻率和位置的不同，電波的傳播主要有地波傳播、視距傳播和天波傳播。波傳播、視距傳播和天波傳播。地波傳播地波傳播 地波傳播是指頻率較低地波傳播是指頻率較低(103(103106 Hz)106 Hz)的電磁的電磁波沿地球表面?zhèn)鞑?，地波傳播距離可超過數(shù)百米波沿地球表面?zhèn)鞑ィ夭▊鞑ゾ嚯x可超過數(shù)百米或數(shù)千千米，如圖或數(shù)千千米，如圖1 1（a a）所示。由于地表面的電）所示。由于地表面的電性能及地貌、地物等基本上不隨時間快速變化，性能及地貌、地物等基本上不隨時間快速變化，也不受氣候條件的影響，因此信號穩(wěn)定，這是地也不受氣候條件的影響，因此信號穩(wěn)定，這是地波傳播的突出優(yōu)點。波傳播的突出優(yōu)點。 無線信道無線

57、信道電磁波的傳播電磁波的傳播天波傳播天波傳播 利用電離層反射的傳播方式稱為天波傳播。利用電離層反射的傳播方式稱為天波傳播。電離層位于地面上空約電離層位于地面上空約 60601000 km1000 km，它是因太，它是因太陽紫外線和宇宙射線輻射使大氣電離的結(jié)果。陽紫外線和宇宙射線輻射使大氣電離的結(jié)果。 白白天強(qiáng)烈的陽光使大氣電離產(chǎn)生天強(qiáng)烈的陽光使大氣電離產(chǎn)生D D、 E E、F1F1、F2F2層等層等多個電離層，夜晚多個電離層，夜晚D D層和層和F1F1層消失。層消失。F2F2層是反射層，層是反射層， 其高度約為其高度約為 250250300km300km，一次反射的最大距離約，一次反射的最大距

58、離約為為 4000 km, 4000 km, 如圖如圖 1 (b)1 (b)所示。天波傳播的主要所示。天波傳播的主要特點有：特點有： 無線信道無線信道電磁波的傳播電磁波的傳播天波傳播天波傳播 (1) (1) 頻率的選擇非常重要，頻率太高，電磁波會穿透電離層而頻率的選擇非常重要，頻率太高，電磁波會穿透電離層而射向太空；頻率太低，電離層吸收太大，以致不能保證必要的射向太空；頻率太低，電離層吸收太大，以致不能保證必要的信噪比。信噪比。由于電離層隨年、月、日、時而變化，因此，由于電離層隨年、月、日、時而變化，因此， 為了保為了保證可靠地進(jìn)行通信最好在不同時刻使用不同的頻率。證可靠地進(jìn)行通信最好在不同時

59、刻使用不同的頻率。 但為了避但為了避免換頻太頻繁，通常一日之內(nèi)使用兩個（日頻和夜頻）或三個免換頻太頻繁，通常一日之內(nèi)使用兩個（日頻和夜頻）或三個頻率。頻率。 (2) (2) 天波傳播的隨機(jī)多徑效應(yīng)嚴(yán)重，多徑時延較長，信道帶天波傳播的隨機(jī)多徑效應(yīng)嚴(yán)重，多徑時延較長，信道帶寬較窄。寬較窄。 因此為了保證通信質(zhì)量，在接收時通常要采用抗多徑因此為了保證通信質(zhì)量，在接收時通常要采用抗多徑干擾技術(shù)。干擾技術(shù)。 (3) (3) 天波傳播不太穩(wěn)定，天波傳播不太穩(wěn)定， 衰落嚴(yán)重。衰落嚴(yán)重。 (4) (4) 電離層所能反射的頻率范圍很有限，一般為短波范圍，電離層所能反射的頻率范圍很有限，一般為短波范圍， 因此短波

60、電臺特別擁擠，電臺間的干擾很大。因此短波電臺特別擁擠，電臺間的干擾很大。 無線信道無線信道電磁波的傳播電磁波的傳播傳 播 路 徑地 面接 收 天 線發(fā) 射 天 線F2層AB地 球 反 射 點終 端 站中 繼 站中 繼 站終 端 站地 球人 造 衛(wèi) 星人 造 衛(wèi) 星35 800 km(a)(b)(c)(d)人 造 衛(wèi) 星無線信道無線信道電磁波的傳播電磁波的傳播視線傳播視線傳播 頻率高于頻率高于 30 MHz30 MHz的電磁波將穿透電離層，只能做視線的電磁波將穿透電離層，只能做視線傳播。傳播。 提高天線的高度可增大視線傳播的距離。提高天線的高度可增大視線傳播的距離。 為了實為了實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，現(xiàn)遠(yuǎn)