通信原理與技術(shù)(1)

1、第一章 緒 論1.1 通信的基本概念和通信系統(tǒng)基本模型1.2 通信系統(tǒng)的分類(lèi)和數(shù)字通信系統(tǒng)1.3 信息及其度量1.4 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5 數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)1.1 通信的基本概念和通信系統(tǒng)基本模型通信（Communication）是把消息從一地有效地傳遞到另一地，即消息傳遞的全過(guò)程。圖中，信息源（也作發(fā)終端）的作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。發(fā)送設(shè)備對(duì)原始信號(hào)完成某種變換，使原始電信號(hào)適合在信道中傳輸。信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，提供了信源與信宿之間在電氣上的聯(lián)系。信宿（也稱(chēng)收終端）是將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。圖1-2通信系統(tǒng)的基本模型1.2 通信系統(tǒng)的分類(lèi)和數(shù)字通信

2、系統(tǒng)1. 通信系統(tǒng)分類(lèi)按通信業(yè)務(wù)的不同可分為：電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、可視電話、無(wú)線尋呼等。按調(diào)制方式可分為：基帶傳輸和頻帶傳輸。按信道中所傳信號(hào)的不同分：通常信道中傳送的信號(hào)可分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，因此通信可分為數(shù)字通信和模擬通信。按傳輸媒質(zhì)分：通信可分為有線通信和無(wú)線通信。按工作頻段分：根據(jù)通信設(shè)備的工作頻率不同，通信通常可分為長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。另外，通信還有其他一些分類(lèi)方法，如按信號(hào)復(fù)用方式可分為頻分復(fù)用方式（FDM）、時(shí)分復(fù)用方式（TDM）和碼分復(fù)用方式（CDM）等；按通信網(wǎng)絡(luò)可分為專(zhuān)線通信和網(wǎng)通信等；按收信者是否運(yùn)動(dòng)分為移動(dòng)通信和固定通信；按通信方式可分

3、為單工、單雙工、雙工通信等。2. 數(shù)字通信系統(tǒng)在信道中傳輸模擬信號(hào)的系統(tǒng)稱(chēng)為模擬通信系統(tǒng)。它包含兩種重要變換，一是把原始消息變?yōu)殡娦盘?hào)，二是把不適合傳輸?shù)幕鶐盘?hào)通過(guò)調(diào)制器轉(zhuǎn)換成頻帶信號(hào)；同時(shí)兩種變換在收端都要經(jīng)過(guò)反變換。在信道中傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字通信系統(tǒng)。（1） 信源和信宿：信源的作用是把消息轉(zhuǎn)換成原始的電信號(hào)，完成非電/電的轉(zhuǎn)換；信宿的作用是把復(fù)原的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，就是完成電/非電的轉(zhuǎn)換。（2） 信源編碼和信源解碼：信源編碼有兩個(gè)作用，其一，進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；其二，數(shù)據(jù)壓縮，即設(shè)法降低數(shù)字信號(hào)的數(shù)碼率。（3） 信道編碼與信道解碼：數(shù)字信號(hào)在信道中傳輸時(shí)，由于噪聲影響，會(huì)引起差

4、錯(cuò)。（4） 調(diào)制和解調(diào)：數(shù)字調(diào)制的任務(wù)是把各種數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成適應(yīng)于信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號(hào)。（5） 信道：信道是信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃劫|(zhì)）。信道分為有線信道、無(wú)線信道。（6） 最佳接收和同步：依據(jù)最小差錯(cuò)準(zhǔn)則進(jìn)行接收，可以合理設(shè)計(jì)接收機(jī)達(dá)到最佳。3. 數(shù)字通信的特點(diǎn)相對(duì)于模擬通信系統(tǒng)而言，數(shù)字通信系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)。（1） 抗干擾、抗噪聲能力強(qiáng)，無(wú)噪聲積累。（2） 便于加密處理，保密性強(qiáng)。（3） 差錯(cuò)可控。（4） 利用現(xiàn)代技術(shù)，便于對(duì)信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、交換。（5） 便于集成化，使通信設(shè)備微型化。數(shù)字通信相對(duì)于模擬通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要有以下兩個(gè)缺點(diǎn)。（1） 數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬。（2） 對(duì)同步要求高，

5、系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。1.3 信息及其度量消息中的信息量與消息發(fā)生的概率緊密相關(guān)。消息出現(xiàn)的概率愈小，則消息中包含的信息量就愈大，且概率為0時(shí)（不可能發(fā)生事件）信息量為無(wú)窮大；概率為1時(shí)（必然事件）信息量為0。綜上所述，可以得出消息中所含信息量與消息出現(xiàn)的概率之間的關(guān)系反映如下規(guī)律。（1） 消息中所含信息量I是消息出現(xiàn)的概率P（x）的函數(shù)，即I=I P（x）（2） 消息出現(xiàn)的概率愈小，它所包含信息量愈大；反之信息量愈小。且P（x）=1時(shí)I=0P（x）=0時(shí)I=（3） 若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量的和，即I P1（x）P2（x）=I P1（x）+IP2（x）+1.4

6、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面。（1） 有效性：指通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問(wèn)題，即快慢問(wèn)題。（2） 可靠性：指通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問(wèn)題，即好壞問(wèn)題。（3） 適應(yīng)性：指通信系統(tǒng)使用時(shí)的環(huán)境條件。（4） 經(jīng)濟(jì)性：指系統(tǒng)的成本問(wèn)題。（5） 保密性：指系統(tǒng)對(duì)所傳信號(hào)的加密措施，這點(diǎn)對(duì)軍用系統(tǒng)顯得更加重要。（6） 標(biāo)準(zhǔn)性：指系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。（7） 維修性：指系統(tǒng)是否維修方便。（8） 工藝性：指通信系統(tǒng)各種工藝要求。1. 有效性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來(lái)衡量，傳輸速率越高，則系統(tǒng)的有效性越好。通常可從以下三個(gè)不同

7、的角度來(lái)定義傳輸速率。（1） 碼元傳輸速率碼元傳輸速率通常又可稱(chēng)為碼元速率、數(shù)碼率、傳碼率，用符號(hào)RB來(lái)表示。碼元速率是指單位時(shí)間（每秒鐘）內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），常用符號(hào)“B”表示（注意，不能用小寫(xiě)）。通常在給出系統(tǒng)碼元速率時(shí)，有必要說(shuō)明碼元的進(jìn)制，多進(jìn)制（N）碼元速率RBN與二進(jìn)制碼元速率RB2之間，在保證系統(tǒng)信息速率不變的情況下，相互可轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換關(guān)系式為RB2=RBNlog2N（B）N應(yīng)為2k，k=2，3，4，（2） 信息傳輸速率信息傳輸速率簡(jiǎn)稱(chēng)信息速率，又可稱(chēng)為傳信率、比特率等。（3） Rb與RB之間的互換在多進(jìn)制中，RBN與RbN之間數(shù)值不同，單位亦不同。它們之間在

8、數(shù)值上有如下關(guān)系式RbN=RBNlog2N（4） 頻帶利用率在比較不同通信系統(tǒng)的效率時(shí)，只看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。因?yàn)閭鬏斔俾试礁?，所占用的信道頻帶越寬。因此，能夠真正體現(xiàn)出信息的傳輸效率的指標(biāo)應(yīng)該是頻帶利用率（），即單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。=RB/B （Baud/Hz）2. 可靠性指標(biāo)（1） 碼元差錯(cuò)率Pe（2） 信息差錯(cuò)率Pb1.5 數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)（1） 信道與噪聲對(duì)通信來(lái)說(shuō)，信道和噪聲都是必須涉及的基本問(wèn)題。（2） 數(shù)字終端技術(shù)數(shù)字終端技術(shù)包括發(fā)端、收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理過(guò)程中所涉及到的技術(shù)。（3） 數(shù)字基帶傳輸技術(shù)數(shù)字基帶傳輸技術(shù)涉及一系列技術(shù)問(wèn)題，如信號(hào)傳輸碼型，碼間串?dāng)_問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間串?dāng)_傳輸?shù)睦硐霔l件及減少碼間串?dāng)_的部分響應(yīng)系統(tǒng)和均衡技術(shù)，在第四章中主要討論。（4） 數(shù)字頻帶