現(xiàn)代通信原理：第一章 通信概論

1、第一章 通信概論 1.1 通信系統(tǒng)模型 1.1.1 通信系統(tǒng)一般模型通信的定義廣義：交換信息，傳輸信息，把信息從一地傳到另一地；狹義：用電子的手段傳送聲音、圖象、數(shù)據(jù)等信息；（電通信）通信工程是電子工程的一個(gè)分支。利用電子等技術(shù)手段，借助電信號（含光信號）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞和交換;通信的目的是傳輸信息而非輸送電能。1計(jì)算機(jī)點(diǎn)到點(diǎn)通信實(shí)例計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)MODEMMODEM信宿發(fā)送器接收器信道信源數(shù)據(jù)流2通信系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)通信過程的全部技術(shù)設(shè)備 和信道(媒質(zhì))的總和。3一、通信模型通信的基本目的是由信源向信宿傳送消息。 通信的最基本要求是迅速和可靠。4二、通信模型組成部分及功能信源。顧

2、名思義，指信息產(chǎn)生的源頭，可以是人或設(shè)備。其發(fā)出的信息也可以是多種多樣的，如語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等。這些信息可以是離散的，也可以是連續(xù)的。5 發(fā)送器。種類及其功能多樣化，如編碼、調(diào)制、放大、濾波、發(fā)射等。發(fā)送器含有與傳輸線路匹配的接口，其基本作用是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)哪撤N信號。模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩者的發(fā)送器功能有很大差異。6 信道。即信息傳輸通道，也是傳遞物質(zhì)信號的媒介。信道可以是明線、電纜、波導(dǎo)、光纖、無線電波等。7 噪聲源。是整個(gè)系統(tǒng)噪聲與干擾的總折合，用以表征信息在信道中傳輸時(shí)遭受的干擾情況。在任何通信系統(tǒng)中，干擾的性質(zhì)與強(qiáng)弱都是影響系統(tǒng)性能的重要因素。8 接收器。其作用主

3、要是接收信道中的信號，并轉(zhuǎn)換成發(fā)送前相同表示形式的信息傳遞給信宿，與發(fā)送器功能正好相反。對接收器的要求是盡可能地從受干擾的信號中精確地提取和還原來自信源的信息。9信宿。信息傳輸?shù)哪康牡?，即接收消息的人或機(jī)器。10三、通信模型工作原理 信源產(chǎn)生的發(fā)送信息可表示為隨時(shí)間變化的輸入信號g(t)，它通常不適于直接在信道上傳輸。 g(t)需由發(fā)送設(shè)備進(jìn)行某種變換，變?yōu)樾盘杝(t)，既載有信源的信息，同時(shí)又便于在信道上傳輸。11 通過信道后的信號為r(t)，接收設(shè)備對其進(jìn)行相對于發(fā)送的逆變換。 由于信號在傳輸中受到了噪聲n(t)的干擾，逆變換后的信號g(t) 僅是信號g(t)的近似值或估計(jì)值。12 噪聲的

4、干擾實(shí)際存在于整個(gè)通信系統(tǒng)中，為便于分析，并考慮到信道上的干擾最為嚴(yán)重，故通信模型把噪聲干擾集中在信道上表示為n(t)。13四、DTE與DCE數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，發(fā)送端信源和接收端的信宿稱為DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備,Data Terminal Equipment)，如計(jì)算機(jī)之類的終端設(shè)備。 發(fā)送和接收設(shè)備稱為DCE (數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備, Data Circuit Terminating Equipment)。DCE有時(shí)也稱作數(shù)據(jù)通信設(shè)備(Data Communication Equipment)。DTEDTEDCEDCE14五、通信模型的說明 該通信模型示意圖是原理性的，表面上描述的是一個(gè)一對一的單向

5、通信系統(tǒng)，但它卻是適于各種通信系統(tǒng)的一個(gè)抽象模型，概括地反映了各種通信系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的共性。 實(shí)際應(yīng)用中通信系統(tǒng)往往是雙向的，而且可能是多個(gè)信源與多個(gè)信宿間的通信。如DCE到DCE，一般不是簡單的點(diǎn)對點(diǎn)的關(guān)系，而是涉及比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含交換技術(shù)、路由選擇等內(nèi)容；圖中的同步也只是一種時(shí)間上協(xié)調(diào)的會意性描述。151.2 通信系統(tǒng)分類 1.2.1 按信號特征分類模擬通信系統(tǒng)用來傳送模擬信號的通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)用來傳送數(shù)字信號通信系統(tǒng)16模擬通信系統(tǒng)模型信源調(diào)制器解調(diào)器信宿干擾信道原始電信號基帶信號調(diào)制信號已調(diào)信號頻帶信號原始電信號頻帶信號射頻信號載波信號17模擬通信系統(tǒng)研究的主要問題 對基帶

6、信號（原始電信號）的分析 調(diào)制解調(diào)器的原理與性能 噪聲特性及對信號的影響 信道特性及對信號的影響18數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)以數(shù)字信號形式來傳輸消息的通信方式信源直接發(fā)出數(shù)字信號或由模擬信號變換為數(shù)字信號數(shù)字通信系統(tǒng)模型19信源信源編碼信道編碼調(diào)制信道收信者信源譯碼信道譯碼解調(diào)噪聲干擾數(shù)字通信系統(tǒng)組成(數(shù)字電話通信系統(tǒng)為例)20將信源的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，即AD變換降低數(shù)字信號的數(shù)碼率，即數(shù)據(jù)壓縮信源信源編碼信道編碼調(diào)制信道收信者信源譯碼信道譯碼解調(diào)噪聲干擾 信源編/譯碼（提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行裕?1加、解密數(shù)字加密歸并到信源編/譯碼器加密器可以產(chǎn)生密碼，人為地將輸人明文數(shù)字序列進(jìn)行

7、擾亂。在接收端對接收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)明文。22信道編/譯碼（提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃裕┎ㄐ尉幋a：改善波形檢測性能。雙極性波形、正交波形、多元波形、雙正交波形等。差錯(cuò)控制編碼：在信息碼組中按一定的規(guī)則附加若干監(jiān)督碼元,增強(qiáng)相關(guān)性,在接收端利用相關(guān)性來檢錯(cuò)及糾錯(cuò))信源信源編碼信道編碼調(diào)制信道收信者信源譯碼信道譯碼解調(diào)噪聲干擾23 用于建立通信系統(tǒng)收發(fā)兩端相對一致的時(shí)間關(guān)系。同步系統(tǒng)：強(qiáng)調(diào)模擬通信系統(tǒng)也存在同步問題，如模擬電視傳輸系統(tǒng)。24研究的主要問題：信源編、譯碼信道編、譯碼加、解密技術(shù)調(diào)制、解調(diào)技術(shù)同步技術(shù)抗噪聲性能數(shù)字基帶傳輸最佳接收理論25 數(shù)字通信的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高（

8、可利用再生中繼去除噪聲積累）可以綜合傳遞各種信息易于加密便于用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對信號進(jìn)行處理、濾波、存儲、變換等傳輸中的差錯(cuò)容易控制，改善了傳輸質(zhì)量容易集成化優(yōu)點(diǎn)：26壓縮頻帶提高頻帶利用率缺點(diǎn)： 系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，對同步要求高，占用頻帶寬。 克服辦法：選用寬頻帶的傳輸介質(zhì)271.2.2 按消息的物理特征分類電報(bào)通信系統(tǒng) 傳送數(shù)碼與字母語音通信系統(tǒng) 電話 圖像通信系統(tǒng) 傳真，電視數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)通信業(yè) 務(wù) 類 型281.2.3 按傳輸介質(zhì)分類有線通信 電纜、明線、雙絞線、光纖無線通信 包括長波、中波、短波、超短波、微波、衛(wèi)星等29無 線 電 波 段 劃 分頻 率波長范圍縮 寫傳輸媒質(zhì)主要用

9、途或場合30300kHz104 103mLF（低頻） 雙絞線無線電長波導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300k3MHz103 102mMF 中頻Middle同軸電纜無線電中波AM廣播、業(yè)余無線電330MHz102 10mHF 高頻同軸電纜無線電短波移動(dòng)電話、短波廣播業(yè)余無線電30300MHz10 1mVHF 甚高頻同軸電纜無線電超短波FM廣播、TV、導(dǎo)航移動(dòng)電話300M3GHz100 10cmUHF 特高頻Ultra同軸線波導(dǎo)分米波無線電TV 、遙測、雷達(dá)、蜂窩電話，GPS330GHz10 1cmSHF 超高頻波導(dǎo)厘米波無線電微波通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)30300GHz10 1mmEHF 極高頻Extra波

10、導(dǎo)毫米波無線電微波通信、雷達(dá)、射電天文學(xué)105107GHz310-4 310-6cm紫外、紅外、可見光光纖激光光通信30電 磁 波 頻 譜 圖311.2.4 按調(diào)制方式分類 調(diào)制傳輸：又稱頻帶傳輸調(diào)制：對輸入基帶信號進(jìn)行頻域變換，將其頻帶搬移到適合于信道傳輸?shù)念l帶上無線通信需要頻帶傳輸基帶傳輸： 信號未經(jīng)調(diào)制直接傳輸如市內(nèi)電話局間傳輸，計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)等32調(diào)制方式及用途調(diào)制方式用途連續(xù)波調(diào)制線性AM常規(guī)雙邊帶調(diào)幅廣播DSB抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播SSB單邊帶調(diào)幅載波通信、無線電臺、數(shù)傳VSB殘留邊帶調(diào)幅電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性FM頻率調(diào)制微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播PM相位調(diào)制中間調(diào)制方式數(shù)字

11、ASK幅度鍵控?cái)?shù)據(jù)傳輸FSK頻率鍵控?cái)?shù)據(jù)傳輸PSK、DPSK、QPSK、MPSK等相位鍵控?cái)?shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信QAM、MSK等其它高效數(shù)字調(diào)制（提高頻帶利用率）數(shù)字微波、空間通信脈沖調(diào)制脈沖模擬PAM脈幅調(diào)制中間調(diào)制方式、遙測PDM（PWM）脈寬調(diào)制中間調(diào)制方式PPM脈位調(diào)制遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字PCM脈碼調(diào)制市話、衛(wèi)星、空間通信DM、CVSD、DVSD等增量調(diào)制軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖象編碼ADPCM、APC、LPC等其它語音編碼方式中、低速數(shù)字電話331.2.5 按傳輸方向分類單工傳輸消息只能單方向傳輸。 雙工傳輸通信雙方都可以同時(shí)收發(fā)消息 半雙工傳輸 通信雙

12、方中至少一方收、發(fā)消息時(shí)需要在人工或自動(dòng)的收/發(fā)轉(zhuǎn)換裝置控制下進(jìn)行。34單工雙工半雙工示意圖(a) 單工； (b) 半雙工； (c) 全雙工351.2.6 按數(shù)據(jù)傳輸并發(fā)性分類 串行傳輸數(shù)據(jù)被依次逐位送出；通常最低位b0在先，最高位b7最后。并行傳輸數(shù)據(jù)各位（b0b7）被同時(shí)/同步送出；需要N條數(shù)據(jù)線；在單線速率相同情況下，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)串行的N倍。36碼組的串行傳輸 37碼組的并行傳輸 381.2.7 按數(shù)據(jù)傳輸是否分包同步傳輸每個(gè)碼元占用相等的時(shí)隙（time slot）。各碼組（幀）之間以及各碼元之間均不留間隔，接連傳送 。 異步傳輸 每個(gè)碼元占用相等的時(shí)隙。但各碼組（幀）之間間隔不等，

13、傳送過程中需要在數(shù)據(jù)幀的開始和結(jié)尾處附加相應(yīng)的“起始碼元”、“終止碼元”。常設(shè)置有校驗(yàn)碼。39 通信的根本任務(wù)就是迅速、準(zhǔn)確地傳遞信息，兩大主要性能指標(biāo)：!有效性 通信系統(tǒng)在給定信道內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)所能傳輸信息量的多少，即傳輸效率。 !可靠性 傳輸信息的準(zhǔn)確程度，即傳輸質(zhì)量。1.3 通信系統(tǒng)的性能度量401.3.1 模擬通信的性能度量模擬通信的有效性指標(biāo)：有效傳輸帶寬有效傳輸帶寬是指“正確”傳輸指定模擬信號所需占用的模擬信道頻帶寬度。 對于同一個(gè)模擬信源信號，不同的模擬調(diào)制方式，傳輸占用的信道帶寬是不同的。占用信道帶寬越少，有效性越好。因?yàn)樵谝欢ǖ男诺蕾Y源（通頻帶）下，該種調(diào)制通信方式可以在單位時(shí)

14、間傳輸更多的信息。41模擬通信的可靠性指標(biāo)：均方傳輸誤差 在相同的信號發(fā)射功率、信道傳輸特性和信道噪聲級別下，通信系統(tǒng)輸出的模擬波形與輸入波形越接近，均方傳輸誤差越小，可靠性越高。421.3.2 數(shù)字通信的性能度量數(shù)字通信的有效性指標(biāo)：頻帶利用率頻帶利用率單位信道帶寬內(nèi)，所能達(dá)到的信息傳輸速率。其值越大，有效性越好。兩個(gè)概念：碼元速率RB，信息速率Rb43碼元速率 RB 又稱傳碼率、波特率；每秒傳送的碼元數(shù)；單位波特(Baud)=符號/秒、碼元/秒。信息速率 Rb 又稱傳信率、比特率;每秒傳送的信息量；單位是 bit/s，或英文縮寫為bps 44對二進(jìn)制信號：傳信率和傳碼率有相同的數(shù)值；Rb2RB2對N進(jìn)制信號：每個(gè)碼元占用 log2N bit； 傳信率Rb和傳碼率RB之間的關(guān)系:Rb = RBlog2N45數(shù)字通信的可靠性指標(biāo)：誤信率誤碼率（相對指標(biāo)） Pe=錯(cuò)誤接收碼元數(shù)/傳輸?shù)目偞a元數(shù)誤信率（絕對指標(biāo)） Pb=錯(cuò)誤接收的信息量/傳輸?shù)目傂畔⒘繉τ趥鬏數(shù)?/p>