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文檔簡介
通信基礎(chǔ)1.1通信的基本概念1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)的作用是將信息從信源傳送到一個(gè)或多個(gè)目的地。我們把可以實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)囊磺性O(shè)備和傳輸(信道)的集合稱為通信系統(tǒng)。信道接受設(shè)備信宿發(fā)送設(shè)備信源信道接受設(shè)備信宿發(fā)送設(shè)備信源噪聲源噪聲源通信系統(tǒng)基本模型信源是消息的發(fā)源地,其作用是通過傳感器把消息轉(zhuǎn)換為原始電信號(hào),即完畢非電量——電量的轉(zhuǎn)換。根據(jù)消息種類的不同,信源可以分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設(shè)備的功能是將信源和信道匹配起來,其目的是將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。信道是指傳輸信號(hào)的通道,可以分為有線和無線兩大類。噪聲源是信道中的噪聲及分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表達(dá)。接受設(shè)備的功能是放大和反變換(如濾波、譯碼、解調(diào)等)其目的是從受到干擾和減損的接受信號(hào)中對的恢復(fù)出原始電信號(hào)。信宿是傳送消息的目的地。其功能與信源相反,即將復(fù)原電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型按照信道中傳輸信號(hào)的特性,可以把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。消息〈——〉原始電信號(hào)(基帶信號(hào))完畢這種變換和反變換的是信源和信宿?;鶐盘?hào)〈——〉己調(diào)信號(hào)(帶通信號(hào))完畢這種變換和反變換的是調(diào)制器和解調(diào)器。1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源編碼的重要功能之一是對模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換;功能之二是去除冗余信息,提高傳輸?shù)挠行浴<用苁菫榱颂峁┩ㄐ诺谋C苄?,防止沒有被授權(quán)的用戶獲得信息或?qū)⒉铄e(cuò)信息加入到系統(tǒng)中。信道編碼對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分,組成所謂“抗干擾編碼”接受端的信息譯碼器按相應(yīng)的逆規(guī)則進(jìn)行解碼,從中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤,從而提高通信系統(tǒng)的可靠性。數(shù)字調(diào)制把數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換成與傳輸信道匹配的信號(hào)波形。1.2.3數(shù)字通信優(yōu)缺陷與模擬通信相比,數(shù)字通信具有以下重要優(yōu)點(diǎn):抗干擾能力強(qiáng),且噪聲不積累。傳輸差錯(cuò)可控。便于與各種數(shù)字終端接口,用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對信號(hào)進(jìn)行解決、加工、變換、存儲(chǔ),形成綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)。易于集成化,從而使通信設(shè)備微型化,且重量輕,成本低。易于加密解決,且保密強(qiáng)度高。1.3通信系統(tǒng)的分類1)按通信業(yè)務(wù)類:電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)等。2)按調(diào)制方式分類:按調(diào)制與否,通信系統(tǒng)可分為基帶系統(tǒng)和調(diào)制系統(tǒng)3)按信號(hào)特性分類:按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào),相應(yīng)地把通信系統(tǒng)提成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。4)按傳輸媒介分類:有線通信和無線通信5)按工作波段分類:按通信設(shè)備的工作頻率或波長分為長波通信,中波通信,短波通信,微波通信和光通信系統(tǒng)。通信方式1.4.1單工、半雙工和全雙工通信1.4.2并行傳輸和串行傳輸信號(hào)和頻譜1.5.1信號(hào)分類確知信號(hào)和隨機(jī)信號(hào):根據(jù)信號(hào)的擬定性來劃分,信號(hào)可以分為確知信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)。周期信號(hào)和非周期信號(hào)特性:按照信號(hào)的周期性來劃分,非周期信號(hào)是不具有反復(fù)性的信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)區(qū)別模擬信號(hào)是指信號(hào)參量的取值是連續(xù)的如電話機(jī)送出的語音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào),數(shù)字信號(hào)是指信號(hào)的參量只也許取有限個(gè)、可數(shù)個(gè)值,如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)等。模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化解決后可變換為數(shù)字信號(hào)?;鶐盘?hào)和帶通信號(hào)的關(guān)系:根據(jù)調(diào)制與否來劃分1.5.2信號(hào)舉例正弦信號(hào)(也稱正弦波)是一種最基本的周期信號(hào),可以用3個(gè)參量來描述:振幅、周期或頻率、相位。振幅指信號(hào)的高度或強(qiáng)度。周期指信號(hào)完畢一個(gè)波形循環(huán)所要經(jīng)歷的時(shí)間。頻率指信號(hào)在1s內(nèi)完畢的周期數(shù),或每秒釧完畢的循環(huán)次數(shù)。相位描述了波形相對于時(shí)間零點(diǎn)的位置1.5.3時(shí)域和頻域從時(shí)域的角度,描述的是信號(hào)隨時(shí)間變化的特性。從頻域的角度,描述的是信號(hào)隨頻率變化的特性。1.5.4頻譜和帶寬信號(hào)頻譜是指它所包含的頻率分量的集合,并且通過頻域圖表達(dá)。信號(hào)帶寬是指信號(hào)占有有頻率范圍。信道和噪聲1.6.1信道的定義和分類信道:是以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道。根據(jù)信道特性以及分析問題所需,可以把信道分為狹義信道和廣義信道1.6.2有線信道1.6.3無線信道1.6.4信道噪聲噪聲是一種不需要的,有害的電信號(hào)。1.6.5信道容量信道容量是指信道可以無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?)香農(nóng)公式由香農(nóng)信息論可以證明,對于帶完有限,平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道,其信道容量C(bit/s)為C=B㏒2(1+S/N)B為信道帶寬(Hz);S為信號(hào)功率(W);N為噪聲功率(W)。香農(nóng)公式表白,當(dāng)信號(hào)與信道高斯白噪聲的平均功率給定期,在具有一定頻帶度的信道上,理論上單位時(shí)間(S)內(nèi)也許傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。只要傳輸速率小于等于信道容量,則總可以找到一種信道編碼方式,實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。若噪聲單邊功率譜密度為n0(W/Hz),則在信道帶寬B內(nèi)的噪聲功率N=n0B,故香農(nóng)公式的另一種形式為C=B㏒2(1+S/n0B)2)重要結(jié)論1、信道容量C受到“三要素”即B、S、n02、提高信噪比(S/N)可以增大信道容量3、若噪聲功率趨于零(或噪聲功率譜密度趨于零)則信道容量趨于無窮大。4、增大信道帶寬B可以增長信道容量,但不能使信道容量無限制增大。5、信道容量C一定期,信道帶寬B和信號(hào)噪聲功率比S/N之間可以互換。香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達(dá)成的極限信息傳略速率,達(dá)成極限信息速率的通信系統(tǒng)稱為抱負(fù)能信系統(tǒng)。多路復(fù)用技術(shù)在通信系統(tǒng)中,當(dāng)需要在一條物理信道對兩路或多路信號(hào)同時(shí)進(jìn)行傳輸時(shí),則要采用復(fù)用技術(shù)。復(fù)用就是解決如何得用一條信道同時(shí)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。其目的是為了充足運(yùn)用信道的頻帶或時(shí)間資源,提高信道運(yùn)用率,擴(kuò)大通信的容量。1.7.1頻分復(fù)用頻分復(fù)用(FDM)是一種按頻率來劃分信道的復(fù)用方式。在FDM中,信道的帶寬被提成多個(gè)互相不重疊的頻段,每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)子通道,并且各路之間必須留有未被使用的頻帶進(jìn)行分隔,以防止信號(hào)重疊。FDM技術(shù)重要用于模擬信號(hào)的多路傳輸,普遍應(yīng)用在長途多路載波電話系統(tǒng)、無線廣播中。1.7.2時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用(TDM)是運(yùn)用分時(shí)方式來實(shí)現(xiàn)在同一信道中傳輸多路信號(hào)的方法。在TDM中,各路信號(hào)按分派的時(shí)隙依次定期傳送,即在任意時(shí)刻上信道中只有一路信號(hào)在傳輸。TDM通常用于數(shù)字信號(hào)的多路傳輸。TDM的特點(diǎn)是各路信號(hào)在頻率上是重疊的,而在時(shí)間上是分開的,即任一時(shí)刻上,信道中只有一路信號(hào)在傳輸。FDM的特點(diǎn)是各種信號(hào)在頻率上是分開的,即頻譜互不重疊,而在時(shí)間上是重疊。1.7.3碼分復(fù)用碼分復(fù)用中,各路信號(hào)碼元在頻譜上和時(shí)間上都是重疊的,但是不同用戶傳輸?shù)男盘?hào)是靠各自不同的(正交)編碼序列來區(qū)分的。碼分復(fù)用是用正交有脈沖序列分別攜帶不同信號(hào)。這種復(fù)用方式多用于空間通信的擴(kuò)頻通信和移動(dòng)通信系統(tǒng)中。1.7.4波分復(fù)用波分復(fù)用是光通信的復(fù)用技術(shù),其原理與頻分復(fù)用類似。通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的性能指標(biāo)涉及:有效性、可靠性,適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)性、可維護(hù)性等。其中有效性和可靠性是通信系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。有效性是指傳輸一定信息量進(jìn)所占用的信道資源或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}??煽啃允侵附邮苄畔⒌臏?zhǔn)確限度也就是傳輸質(zhì)量問題。1.8.1模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸帶寬B來度量。在模擬通信系統(tǒng)中,傳輸?shù)氖沁B續(xù)變化的模擬信號(hào),它規(guī)定接受機(jī)可以高保直的重現(xiàn)本來信號(hào)波形,規(guī)定信號(hào)在傳輸過程中盡量減少失真,因此系統(tǒng)性的信道帶寬應(yīng)大于信號(hào)帶寬。模擬通信系統(tǒng)的可靠性通常用接受端最終輸出信噪比S0/N0來度量。輸出信噪比越高,通信的可靠性越好。1.8.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率和頻帶運(yùn)用率來衡量。碼元速率RB,又稱波特率。它表達(dá)每秒傳送的碼元數(shù)目,單位為波特。碼元長度為T(s)時(shí),有RB=1/T信息速率Rb,又稱比特率。它表達(dá)每秒傳送的信息量(或比特?cái)?shù))由于信息量的單位是比特,所以Rb的單位為比特/秒。Rb=RB㏒2M頻帶運(yùn)用率在比較通信系統(tǒng)的有效性時(shí),不能單看它們的傳輸速率,還應(yīng)考慮所占用的頻帶寬度,由于兩個(gè)傳輸速率相等的系統(tǒng)其傳輸效率并不一定相同,所以真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)是頻帶運(yùn)用率它定義為每赫茲內(nèi)所實(shí)現(xiàn)的傳輸速率。數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性可用差錯(cuò)率來衡量。差錯(cuò)率常用誤碼率和誤信率來表達(dá)。誤碼率Pe。它是指接受的錯(cuò)誤碼元在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例,或者說是碼元在傳輸中被傳錯(cuò)的概率即Pe=錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)誤信率Pb,又稱誤比特率。它是指接受的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例。Pb=錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)。模擬信號(hào)數(shù)字化及其傳輸2.1概述如何運(yùn)用數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸模擬信號(hào)?模/數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)——將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)按數(shù)字傳輸方法——數(shù)字基帶傳輸或數(shù)字調(diào)制傳輸數(shù)/模轉(zhuǎn)換(D/A)——將數(shù)字信號(hào)還原模擬信號(hào)。模/數(shù)變換(A/D)的3個(gè)環(huán)節(jié)模擬信號(hào)數(shù)字化過程涉及:抽樣、量化、和編碼編碼方法和分類編碼技術(shù)分為波形和參量編碼兩類。目前使用最普遍的波形編碼方法有脈沖編碼調(diào)制(PCM)和增量調(diào)制(△M)以及它們的的改善型。2.2抽樣定理抽樣定理為模擬信號(hào)的數(shù)字化和時(shí)分復(fù)用(TDM)奠定基礎(chǔ)。根據(jù)模擬信號(hào)是低通型的還是帶通型的,抽樣定理分為低通樣定理和帶通樣定理;根據(jù)抽樣的脈沖序列是抱負(fù)沖擊序列還是非沖擊序列,又可分為抱負(fù)抽樣和實(shí)際抽樣。2.2.1低通抽樣定理定理:一個(gè)頻帶限制在(0,fH)內(nèi)的模擬信號(hào)m(t),假如以T≤1/2fH的間隔對它抽樣,則m(t)將被抽樣值完全擬定。這就是低通抽樣定理。含義:抽樣后信號(hào)ms(t)包含了原模擬信號(hào)m(t)的所有信息。所以不必傳輸m(t)自身,只需傳輸它的抽樣信號(hào)ms(t),收端就能從ms(t)中恢復(fù)m(t).其前提條件是抽樣間隔T≤1/2fH,,或抽樣速率fs≥2fH這兩個(gè)我條件是一回事,由于抽樣間隔和抽樣速率互為倒數(shù)關(guān)系,即fs=1/T。若抽樣速率fH<2fH,則會(huì)產(chǎn)生失真,這種失真叫混疊失真?;謴?fù)原信號(hào)的條件是fs≥2fH即抽樣頻率fs應(yīng)不小于fH的兩倍。最低抽樣頻率fH=2fH稱為奈奎斯特速率,以此相應(yīng)的最大抽樣時(shí)間間隔T=1/2fH為奈奎斯特間隔。實(shí)用的抽樣頻率fs必須比2fH大多一些。例如,典型電話信號(hào)的最高頻率通常限制在3400Hz,而抽樣頻率通常采用8000Hz。2.2.2帶2.3脈沖振幅調(diào)制模擬脈沖調(diào)制是以時(shí)間上離散的脈沖序列作為載波,用模擬基帶信號(hào)m(t)去控制脈沖序列的某個(gè)參量(振幅、寬度和位置),使其隨m(t)的規(guī)律變化。若脈沖序列的幅度隨m(t)的規(guī)律變化,稱為脈沖振幅調(diào)制(PAM);若脈沖序列的寬度隨m(t)的規(guī)律變化,稱為脈寬調(diào)制(PDM);若脈沖序列的位置隨m(t)的規(guī)律變化,稱為脈位調(diào)制(PPM)。這三種信號(hào)在時(shí)間上都是離散的,膽受到參量變化是連續(xù)的所是都屬于模擬脈沖調(diào)制。其中脈沖振幅制是一種最基本的模擬脈沖調(diào)制。脈沖振幅調(diào)制是脈沖序列的幅度隨模擬基帶信號(hào)m(t)變化的一種調(diào)制方式。自然抽樣:指抽樣后信號(hào)的脈沖頂部與原模擬信號(hào)波形相同。平頂抽樣:它與自然抽樣的不同之處在于抽樣后信號(hào)中脈沖頂部是平坦的,脈沖幅度等于瞬時(shí)抽樣值。脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制本質(zhì)上一種模/數(shù)轉(zhuǎn)換方式,它是將模擬信號(hào)變成二進(jìn)制信號(hào)的常用方法。PCM系統(tǒng)原理:在發(fā)送端,輸入的模擬信號(hào)m(t)經(jīng)抽樣、量化、編碼“后變成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)(PCM信號(hào))。編碼后的PCM信號(hào)的傳輸方式,可以是數(shù)字基帶傳輸也可以對微波、光波等調(diào)制后的數(shù)字調(diào)制傳輸。2.4.1量化量化是將抽樣信號(hào)幅值進(jìn)行離散化解決的過程。均勻量化:把輸入信號(hào)的取值域等間隔分割的量化稱為均勻量化。量化噪聲功率Nq只與量化間隔△v有關(guān)。對于均勻量化,△v是擬定的,因而Nq固定不變。但是信號(hào)的強(qiáng)度也許隨時(shí)間變化。當(dāng)信號(hào)小時(shí),量化信噪比也小,所以均勻量化對于小輸入信號(hào)很不利。為了克服這個(gè)缺陷,改善小信號(hào)的量化信噪比,在實(shí)際應(yīng)用中采用非均勻量化。非均勻量化:在非均勻量化是,量化間隔隨信號(hào)抽樣值的不同而不同。信號(hào)抽樣值小時(shí),量化間隔△v也??;信號(hào)抽樣值大時(shí),量化間隔△v也變大。這樣就可以在保證編碼位數(shù)不變時(shí),以減小大信號(hào)的量化噪比,來提高小信號(hào)的量化信噪比。2.4.22.4.3P二進(jìn)制PCM信號(hào)的帶寬取決于數(shù)據(jù)的比特率以及用于表達(dá)數(shù)據(jù)的脈沖波形的形狀。模擬信號(hào)m(t)的最高頻率為fH,抽樣頻率fs≥2fH,每個(gè)樣值脈沖的二進(jìn)制編碼位數(shù)為N,則PCM信號(hào)比特率為:Rb=fsNPCM信號(hào)的第一零點(diǎn)帶寬為B=Rb=Nfs2.4.4P2.4.5自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制增量調(diào)制增量調(diào)制(簡稱△M或DM)可以當(dāng)作是量化電平數(shù)為2的DPCM?;驹淼禽d條件和編碼范圍PCM和△M的比較基帶傳輸2.7.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型數(shù)字基帶信號(hào)是消息代碼的電脈表達(dá),電脈沖波形可以是矩形脈沖、三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖。根據(jù)每個(gè)碼元的脈沖幅度取值不同,可以把它們分為二元碼、三元碼、多元碼。二元碼單極性碼:單極性碼頻譜中具有直流分量和豐富的低頻分量,所以規(guī)定傳輸線路具有直流傳輸能力,因而不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸,只適合用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部或極近距離的數(shù)據(jù)傳輸。雙極性碼:這種碼型中不存在零電平。由于這種碼的正負(fù)電平的幅度相等、極性相反,故當(dāng)“1”和“0”等概率出現(xiàn)時(shí)無直流分量,有助于在信道中傳輸,并且恢復(fù)信號(hào)的判決電平為零電平,因而不易受信道特性變化的影響,抗干擾能力強(qiáng)。(3)歸零和非歸零區(qū)別歸零是指脈沖寬度小于碼元寬度。即信號(hào)電平在一個(gè)碼元終止時(shí)刻前總要回到零電平,(4)差分碼的優(yōu)點(diǎn)由于差分碼是以相鄰脈沖電平的相對變化來表達(dá)代碼,因此也稱它相對碼。用差分碼傳送消息代碼可以消除設(shè)備初始狀態(tài)的影響,特別是在相位調(diào)制系統(tǒng)中可以用于解決載波相位模糊的問題。2.7.2數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜在選碼原則可知,在比較和選用數(shù)字基帶信號(hào)的碼型時(shí),需要考慮的因素涉及頻譜特性、位同步性能、檢錯(cuò)性能、抗干擾能力以及實(shí)現(xiàn)的成本與復(fù)雜性。研究基帶信號(hào)的頻譜特性十分必要,通過頻譜分析,可以了解信號(hào)需要占據(jù)的頻帶寬度,它所包含的頻譜成分,有無直流分量,有無定期分量等。研究基帶信號(hào)的功率是十分故意義:1,我們可以根據(jù)他的連續(xù)譜來擬定信號(hào)波形寬度。2,根據(jù)它的離散譜是否存在這一特點(diǎn),明確能否從信號(hào)中直接提取定期分量。2.7.3碼間串?dāng)_數(shù)字基帶信號(hào)在傳輸過程中,會(huì)受到兩種干擾:一個(gè)是碼間串?dāng)_,另一個(gè)是信道加性噪比聲。所謂的碼間串?dāng)_是由于數(shù)字基帶系統(tǒng)傳輸總特性不抱負(fù),導(dǎo)致接受脈沖的波形展寬和拖尾,使接受脈沖之間發(fā)生交疊,從而干擾了信號(hào)的檢測過程。2.7.4眼圖眼圖是一種估計(jì)和觀測系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)手段。“眼睛”張大時(shí),表達(dá)碼間串?dāng)_小,當(dāng)“眼睛”閉合進(jìn),表達(dá)碼間串?dāng)_大。調(diào)制和解調(diào)3.1調(diào)制的概念3.1.1調(diào)制的含義調(diào)制就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義上可以分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制。3.1.2調(diào)制的作用1.通過調(diào)制可以把基帶信號(hào)的頻譜搬至較高的的頻率上,就可以以較短的天線獲得較高的發(fā)射效率。2.通過調(diào)制可以所多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的的載頻處,以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用,提高信道運(yùn)用率。3.擴(kuò)展信號(hào)帶寬,提高系統(tǒng)抗干擾和抗衰落能力。3.2幅度調(diào)制定義:幅度調(diào)制是用基帶信號(hào)去控制高頻正弦載波的振幅,使其隨基帶信號(hào)的規(guī)律作線性變化。載波的頻率和相位保持不變。作用:調(diào)制的質(zhì)是進(jìn)行頻譜搬移,即把攜帶信息的基帶信號(hào)搬移至較高的載頻附近。3.2.1調(diào)幅調(diào)幅(AM)是常規(guī)雙邊帶調(diào)制的簡稱。AM的特點(diǎn)與應(yīng)用:可采用簡樸的包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)AM的頻譜由載頻分量和上、下對稱的兩個(gè)邊帶組成,因此,AM信號(hào)是具有載波的雙邊基帶信號(hào),它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。AM的優(yōu)點(diǎn)在于解調(diào)器簡樸。AM的缺陷是調(diào)制效率很低,由于化所含的載波分量并不攜帶信息,卻要占用一半以上的信號(hào)功率。3.2.2DSB(雙邊帶調(diào)制)的特點(diǎn)與應(yīng)用DSB信號(hào)的包絡(luò)不與m(t)成正比,故不知采用簡樸的包絡(luò)檢波,而需采用相干解調(diào)。DSB信號(hào)的帶寬與AM相同,調(diào)制效率高應(yīng)用場合較少。3.2.3單邊帶調(diào)制SSB(單邊帶調(diào)制)的特點(diǎn)與應(yīng)用SSB最突出的優(yōu)點(diǎn)是對頻譜資源的有效運(yùn)用。SSB的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于不傳送載波和另一個(gè)邊帶所節(jié)省的功率。SSB帶寬的節(jié)省是以復(fù)雜度的增長為代價(jià)的SSB信號(hào)的解調(diào)也不能采用簡樸的包絡(luò)檢波,仍需采用相干解調(diào)。3.2.4殘留邊帶調(diào)制VSB(殘留邊帶調(diào)制)的特點(diǎn)與應(yīng)用VSB方式既克服了DSB信號(hào)占用頻帶的缺陷,又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)上的難題》VSB信號(hào)的帶寬介于SSB和DSB之間;調(diào)制效率為100%VSB比SSB所需求帶寬僅有很小的增長,但卻換來了電路實(shí)現(xiàn)的簡化。VSB在商業(yè)電視廣播中的電視信號(hào)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。3.2.5相干解調(diào)與包絡(luò)檢波1、相干解調(diào)也叫同步檢波。它由相乘器和低通濾波器組成,合用于所有幅度調(diào)制信號(hào)(AM、DSB、SSB、VSB)注意:相干解調(diào)的關(guān)鍵是接受端必須提供一個(gè)與接受的己調(diào)載波嚴(yán)格同步的本地載波。2.包絡(luò)檢波:包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。包絡(luò)檢波器是從己調(diào)波的幅度中直接提取原基帶信號(hào)。3.3角度調(diào)制角調(diào)制涉及調(diào)頻(FM)和調(diào)相(PM)若使載波的頻率隨基帶信號(hào)的規(guī)律變的的,稱為頻率調(diào)制(FM)若使載波的相位隨基帶信號(hào)的規(guī)律變化的,稱為相位調(diào)制(PM)在兩種調(diào)制過程中,載波的幅度都是保持恒定不變的。調(diào)頻信號(hào):理論上,調(diào)頻信號(hào)的頻帶寬度為無限寬,事實(shí)上,隨著頻率的增高,邊頻分量會(huì)逐漸減小到可以忽略的限度。BFM=(mf+1)fm=2(△f+fm)fm是基帶信號(hào)的調(diào)制頻率,△f是最大頻偏,mf是調(diào)頻指數(shù),該式稱為卡森公式例如:調(diào)頻廣播中規(guī)定的最大的頻偏△f為75Hz,最高調(diào)制頻率fm為15kHz,故調(diào)頻指數(shù)mf=5,由公式可計(jì)算出FM信號(hào)的頻帶寬度為180kHz.頻率調(diào)制的特點(diǎn)與應(yīng)用與幅度調(diào)制相比,頻率調(diào)制最突出的優(yōu)勢是具有較高的抗噪聲性能,但代價(jià)是占用比幅度調(diào)制信號(hào)更寬的帶寬。幅度調(diào)制和角度調(diào)制比較抗噪聲性能:FM最佳,DSB/SSB、VSB次之,AM最差頻譜運(yùn)用率:SSB最高,VSB較高,DSB/AM次之,F(xiàn)M最差功率運(yùn)用率:FM最高,DSB/SSB、VSB次之,AM最差設(shè)備復(fù)雜度:AM最簡,DSB/FM次之,VSB較復(fù)雜,SSB最復(fù)雜另處窄帶調(diào)頻(NBFM)是帶寬和調(diào)幅帶寬相同,其抗噪聲性能不如寬帶調(diào)頻,但比AM的性能要好。3.4二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制在衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、微波通信、光纖通信等現(xiàn)代通信系統(tǒng)中,都要用到數(shù)字調(diào)制,把數(shù)字基帶信號(hào)變換成數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制信號(hào),在接受端,通過解調(diào)器器把帶通信號(hào)還原成數(shù)字基帶信號(hào)的過程叫數(shù)據(jù)解調(diào)。數(shù)字調(diào)制原理:與模擬調(diào)制的基本原理相似,但是數(shù)字信號(hào)有離散取值的特點(diǎn),因此數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法:(1)運(yùn)用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制,即把數(shù)字調(diào)制當(dāng)作為模擬調(diào)制的一個(gè)特例。(2)運(yùn)用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過開并鍵控載波,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。數(shù)字調(diào)制的3種方式:振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、和相移鍵控(PSK)3.4.1二進(jìn)制幅移鍵控(2ASK)1.幅移鍵控是運(yùn)用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息,而載波的頻率和初始相位保持不變。2.2ASK調(diào)制和解調(diào)3.2ASK的頻譜和帶寬2ASK信號(hào)的頻譜特性可以由它的功率譜度來表達(dá)。2ASK信號(hào)的功率是基帶信號(hào)功率譜Ps(f)的線性搬移,顯然2ASK的帶寬B2ASK是基帶信號(hào)帶寬的兩倍,B2ASK=2fs其中fs=1/Ts是基帶信號(hào)的譜零點(diǎn)帶寬,在數(shù)值上與基帶信號(hào)的碼元速率相同。這表白2ASK信號(hào)的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。3.4.2二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)1頻移鍵控是運(yùn)用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。2.2FSK的調(diào)制和解調(diào)32FSK的頻譜與帶寬B2FSK=|f2-f1|+2fs3.4.3二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)1.2PSK的基本原理:2.2PSK的調(diào)制和解調(diào)3.2PSK的頻譜與帶寬二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)的頻譜特性與2ASK的十分相似,帶寬也是基帶信號(hào)帶寬的兩倍。3.4.4二進(jìn)制差分相移鍵控(2PD1.2DPSK的基本原理:2.2DPSK的調(diào)制和解調(diào)3.2DPSK的頻譜與帶寬3.4.5二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較1,誤碼率——抗噪性能1)對于同一調(diào)制方式,Pe相于<Pe非相于,但隨著r的增大,兩者性能相差不大。2)對于相同的解調(diào)方式(如相干解調(diào))抗加性高斯白噪聲性能從優(yōu)到劣的排列順序:2PSK、2DPSK、2FSK、2ASK。3)在誤碼率相同條件下,對信噪比r的規(guī)定:2ASK比2FSK高3dB,2FSK比2PSK高3dB,2ASK比2PSK高6dB。2,帶寬和頻帶運(yùn)用率當(dāng)碼元寬度為Ts時(shí),2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK信號(hào)的傳輸帶寬為B2ASK=B2PSK/2DPSK=2fs=2/TsB2FSK=|f2-f1|+2/Ts結(jié)論經(jīng):2FSK系統(tǒng)的頻帶運(yùn)用率最低,有效性最差。3,對信道特性變化的敏感性2ASK系統(tǒng),當(dāng)P(1)=P(0)時(shí),最佳判決門限b*=a/2與接受機(jī)輸入信號(hào)的幅度a有關(guān),邦判決門限易受信道參數(shù)變化的影響。因此2ASK不適于隨參信道的場合。2PSK系統(tǒng),當(dāng)P(1)=P(0)時(shí),最佳判決門限b*=0與接受機(jī)輸入信號(hào)的幅度無關(guān),因此判決門限不易受信道參數(shù)變化的影響。在2FSK系統(tǒng)中抽樣判決是直接比較兩路信號(hào)抽樣值的大小,不需要專門設(shè)立判決門限,因而2FSK系統(tǒng)對信道的變化不敏感,適應(yīng)在隨參信道或衰落信道中傳輸。4,設(shè)備的復(fù)雜性非相干方式比相干方式簡樸。目前常用的是相干2DPSK和非相干2FSK方式。相干2DPSK重要用于中速數(shù)據(jù)傳輸,而非相干2FSK則用于中、低速數(shù)據(jù)傳輸中,特別合用于隨參信道場合。3.5多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1,多進(jìn)制數(shù)字的目的:提高頻帶傳輸效率。2,4PSK相位關(guān)系。4PSK常稱為正交相位移鍵控,電話系統(tǒng)4.1電話系統(tǒng)的基本概念電話系是為廣大用戶提供點(diǎn)對點(diǎn)話音通信系統(tǒng)。它由電話機(jī)、用戶環(huán)路和互換機(jī)組成。4.1.1按電話使用范圍分類、電話網(wǎng)可分為本地網(wǎng)、長途網(wǎng)長途網(wǎng)和本地網(wǎng)的組網(wǎng)形式重要是網(wǎng)狀網(wǎng)和星狀網(wǎng)。電話網(wǎng)當(dāng)前發(fā)展方向?yàn)槌炭財(cái)?shù)字網(wǎng),即各級(jí)互換中心均安裝數(shù)字互換機(jī),傳輸電路均為數(shù)字電話。程控?cái)?shù)字網(wǎng)通信質(zhì)量優(yōu)良,自動(dòng)化限度高,故發(fā)展不久。4.1.2互換機(jī)1,互換機(jī)的組成電話系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是互換機(jī)。互換機(jī)由互換網(wǎng)絡(luò),控制器和接口組成?;Q網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行交傳送功能??刂破魍戤吇Q機(jī)的控制功能。接口是互換機(jī)與各種傳輸線路連接的界面。互換機(jī)性能的衡量指示。4.2互換網(wǎng)絡(luò)4.2.1互換網(wǎng)絡(luò)的分類基于互換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與工作方式不同,通常可以將其分為空分互換網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字互換網(wǎng)絡(luò)等形式??辗只Q網(wǎng)絡(luò)通潰由多外空分互換器組成,空分互換器又由許多交叉接點(diǎn)和連線組成。數(shù)字互換網(wǎng)絡(luò)一般可以由時(shí)間互換器和空間互換器構(gòu)成。數(shù)字時(shí)分互換網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)的是數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)道先要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才干進(jìn)行互換。4.2.2空分互換網(wǎng)絡(luò)空分互換網(wǎng)絡(luò)是在互換機(jī)輸入與輸出端口之間建立互換通道,一般是有一系統(tǒng)交叉接點(diǎn)和連線構(gòu)成。4.2.3數(shù)字時(shí)分互換網(wǎng)絡(luò)1.時(shí)隙互換器時(shí)隙互換器又稱T型互換器,其功能是完畢一條PCM復(fù)用線上各時(shí)隙內(nèi)容的互換。時(shí)隙互換器重要由話音存儲(chǔ)器(SM)和控制存儲(chǔ)器(CM)組成。對話音存儲(chǔ)器的控制方式有兩種:一是“順序?qū)懭?控制讀出”;另一種是“控制寫入,順序讀出”?!绊樞颉敝赣蓵r(shí)鐘電路提供的SM讀或?qū)懙刂?它能使SM的單元信號(hào)與輸出復(fù)用線上的時(shí)隙號(hào)相相應(yīng)?!翱刂啤笔侵赴纯刂拼鎯?chǔ)器中己規(guī)定的內(nèi)容來控制話音存儲(chǔ)器的讀或?qū)?時(shí)隙互換就是在這里控制延時(shí)的。除了話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器之外,時(shí)間互換器的組成電話還涉及:串并轉(zhuǎn)化電路、并串轉(zhuǎn)換電路、計(jì)數(shù)器及其它控制電路。2,空間互換器空間互換器又稱S互換器,其作用是完畢不同的PCM復(fù)用之間的互換,空間互換其重要交叉接點(diǎn)矩陣和控制存儲(chǔ)器組成??臻g互換器的控制方式有輸出控制和輸入控制方式兩種。3,三級(jí)數(shù)字時(shí)分互換網(wǎng)絡(luò)當(dāng)互換機(jī)的容量很小時(shí),可以采用含一個(gè)時(shí)間互換器的單T網(wǎng)絡(luò),單T網(wǎng)絡(luò)的容量最大為1024個(gè)64kbit/s信道。當(dāng)互換機(jī)的容量超過單T的限度時(shí),必須采用T和S互換器組成的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)。按照T和S互換機(jī)的功能,由其構(gòu)成的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有TST、STS和TTT。4.3互換控制器控制器的基本任務(wù)是控制互換網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài),即控制從用戶線到達(dá)的呼喊輸入互換機(jī)到另一個(gè)用戶線并輸出功能模塊。其核心技術(shù)是互換技術(shù)?;Q分為電路互換和分組互換。4.3.1程控(電路)互換技術(shù)電路互換是指在通話之前,根據(jù)用戶的呼喊請求,由網(wǎng)絡(luò)預(yù)先給用戶分派傳輸帶寬。用戶若呼喊成功,則從主叫端到被叫端建一條物理通道。此后雙方才干互相通話。通話完畢掛機(jī)后即自動(dòng)釋放這條物理鏈路。電路互換的關(guān)鍵點(diǎn)是:在通話的所有時(shí)間內(nèi)用戶始終占用端到端的固定傳輸帶寬。優(yōu)點(diǎn):它能根據(jù)用戶的需要提供端到端的臨時(shí)專用通道,在通路建立后端到端的傳輸時(shí)延基本上等于途徑的電波傳播時(shí)延,因而適合承載對時(shí)延有嚴(yán)格規(guī)定的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)但是正由于它提供的是臨時(shí)專用通道。路由設(shè)計(jì)電路互換路由選擇。我國自動(dòng)電話互換機(jī)網(wǎng)常用幾種路由基干路由高效直達(dá)路由低呼損直達(dá)路由路由選擇順序:先選擇高效直達(dá)路由。當(dāng)高效直達(dá)路由忙時(shí),選迂回路由,選擇順序是:“由遠(yuǎn)至近”即先在被叫端一側(cè)自上而下選擇,再在主叫端一側(cè)自上面下的選擇;最后選擇最終路由,最終路由可以是實(shí)際的最終路由,也可以是基干路由。3,編號(hào)制度4.互換機(jī)的業(yè)務(wù)功能和呼喊解決過程?;Q機(jī)的基本功能規(guī)定,程控互換機(jī)面臨的用戶有兩類:通信終端的使用者和交機(jī)的營運(yùn)、操作者。相應(yīng)功能可以分為用戶業(yè)務(wù)和維護(hù)功能兩大類。互換機(jī)功能運(yùn)營、管理功能維護(hù),診斷功能互換機(jī)的呼喊解決過程用戶掃描向用戶送撥號(hào)音接受用戶撥號(hào)信息號(hào)碼分析地址接受和選擇路由向被叫用戶振鈴?fù)ㄔ捊永m(xù)與監(jiān)視話終拆線4.3.2分組互換技術(shù)分組互換技術(shù)是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的互換方式,其存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的基本數(shù)據(jù)單元是報(bào)文的分組。.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式的互換基本單位是電腦報(bào)文,又稱報(bào)文互換。分組互換是報(bào)文互換的繼承和發(fā)展。采用分組互換技術(shù)的通信網(wǎng)或通信子網(wǎng)稱為互換網(wǎng)。1,分組互換的分類:分組互換有兩種方式,數(shù)據(jù)包方式和虛電路方式。這兩種方式的共同點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā),但轉(zhuǎn)發(fā)的過程各有其特點(diǎn)為,可以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)規(guī)定。數(shù)據(jù)報(bào)分組互換與電路互換不同,在傳輸數(shù)據(jù)分組之前,不需要預(yù)先建立任何連接,而是直接按照每個(gè)分組首部中的目的地址獨(dú)立選擇轉(zhuǎn)發(fā)途徑。虛電路方式就是在用戶數(shù)據(jù)分組傳送前先要通過發(fā)送呼喊請求分組建立端到端的連接通路。虛電路建立方式有兩種:互換虛電路和永久虛電路。虛電路與數(shù)據(jù)報(bào)不同點(diǎn):(1)選擇不同(2)分組順序不同(3)分組首部不同(4)故障敏感度不同。(5)提供的服務(wù)和應(yīng)用不同。2.分組網(wǎng)路由的選擇分組互換網(wǎng)的重要功能是將報(bào)文的分組從源結(jié)點(diǎn)傳送到目的結(jié)點(diǎn)。分組互換網(wǎng)中表達(dá)路由通常有標(biāo)頭指法和路由表達(dá)法兩種。4.4用戶環(huán)路4.4.1用戶環(huán)路的結(jié)構(gòu)4.4.2用戶線接口插件的功能用戶環(huán)路運(yùn)用一個(gè)用戶線路接口插件與端局相連。這個(gè)插件的基本功能可用縮寫字符BORSCHY表達(dá)。(1)饋電(B)(2)過壓保護(hù)(O)(3)振鈴(R)(4)監(jiān)視(S)編解碼(C)(6)混合(H)(7)測試(T)4.4.3用戶環(huán)路上的信號(hào)4.5電話機(jī)的原理4.5.1電話機(jī)的組成電話機(jī)重要由受話器、送話器、撥號(hào)裝置和振鈴組成。4.5.2電話機(jī)的工作原理4.6電話網(wǎng)絡(luò)信令4.6.1信令系統(tǒng)通信網(wǎng)是由互換系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和用戶終端組成的。信念系統(tǒng)的作用是協(xié)調(diào)互換系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和用戶終端的運(yùn)營在指定的用戶終端之間建立電路連接,并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)自身的正常運(yùn)營和提供各種各樣的服務(wù)。信令在多段連路上的傳輸方式有兩種:端到端的方式和逐段轉(zhuǎn)發(fā)的方式。用戶線信令一般設(shè)計(jì)得比較簡樸,通常只有具有最基本的呼喊連接建立和釋放功能,用戶線信令集合一般涉及下列一信令:請求、地址、釋放、來話提醒、應(yīng)答和進(jìn)程提醒。信令的分類:按其工作的區(qū)域不同:可分為用戶線信令和局間信令用戶線信令是指在終端和互換機(jī)之間用戶線上傳輸?shù)男帕?、它涉及用戶狀態(tài)信息、數(shù)字信令、鈴流以及各種信號(hào)音。局間信令是互換機(jī)之間信令。它分為兩類:一類是占用、占用確認(rèn)、應(yīng)答、拆線等信令;另一類是傳送號(hào)碼的控制接續(xù)的信令。按其傳送信道和用戶消息傳送的關(guān)系,可以分為隨路信令和公共信道信合。隨路信令的重要特點(diǎn)是信令與用戶消息在同一條信道上傳送,或信令信道與用戶信道一一相應(yīng)。4.6.2信令系統(tǒng)概述4.6.3電話網(wǎng)的呼喊過程一個(gè)正常的呼喊解決信令過程,通常包含3個(gè)階段:呼喊建立階段、通話階段和釋放階段。移動(dòng)通信5.1移動(dòng)通信概論5.1.1移動(dòng)通信發(fā)展簡述5.1.2移動(dòng)通信的特點(diǎn)移動(dòng)通信與其它通信方式相比具有以下特點(diǎn):1,移動(dòng)通信運(yùn)用無線電波進(jìn)行信息傳輸2通信在復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作3.移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量有限4.移動(dòng)通信系統(tǒng)建網(wǎng)技術(shù)復(fù)雜5.移動(dòng)臺(tái)必須合用于移動(dòng)環(huán)境。5.1.3移動(dòng)通信的工作方式無線通信的傳輸方式分為單向傳輸(廣播式,如無線電尋呼系統(tǒng))和雙向傳輸(應(yīng)答式)雙向傳輸又分為單工、半雙工、全雙工。5.1.4移動(dòng)通信的分類及常用系統(tǒng)1,移動(dòng)通信的分類方法:2.常用移動(dòng)通信系統(tǒng):5.2蜂窩網(wǎng)的基本概念5.2.1概述5.2.2頻率再用頻率再用:規(guī)定使用相同信道組的社區(qū)兩兩之間的距離足夠遠(yuǎn),從而使其互相間的干擾在可接受的范圍內(nèi)。這種為蜂窩系統(tǒng)中的所有基站選擇和分派信道組的設(shè)計(jì)過程稱為頻率再用。5.2.3信道分派策略信道分派策略:是一種能實(shí)現(xiàn)既增長用戶容量又以減少干擾為目的的頻率再用方案。信道分派策略可以分為兩大類:固定和動(dòng)態(tài)5.2.4切換策略和位置管理當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶(MS)在通話過程中從一個(gè)社區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)社區(qū)時(shí),MSC將該MS的連接控制從一個(gè)社區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)社區(qū)。這種將正在通話的狀態(tài)MS轉(zhuǎn)移到新的業(yè)務(wù)信道上的過程稱為“切換”目的是實(shí)現(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信的“無縫隙”覆蓋。位置管理涉及登記和位置傳遞。5.2.5干擾與系統(tǒng)容量干擾是影響系統(tǒng)蜂窩無線系統(tǒng)性能的重要因素。蜂窩系統(tǒng)的兩種重要干擾是同頻干擾和鄰頻干擾.5.2.6功率控制減小干擾5.3無線電波傳播移動(dòng)無線信道影響著無線通信系統(tǒng)的性能。移動(dòng)通信的信道是指基站天線、移動(dòng)用戶天線和兩副天線之間的傳播途徑。5.3.1無線電波傳播特性。電磁波傳播的機(jī)制是多種多樣的,但總體可以歸為反射、饒射和散射。無線電波在空間中傳播的方式有很多種:直射波、多徑反射波、繞射波以及散射波。它們具有如下的特點(diǎn):直射波:指在視距覆蓋內(nèi)無遮擋的傳播,其信號(hào)最強(qiáng)。多徑反射波:指從不同建筑物或其他物體反射后到達(dá)接受點(diǎn)的傳播信號(hào),其信號(hào)強(qiáng)度次之。繞射波:從較大的山區(qū)或建筑繞射后到達(dá)接受點(diǎn)的傳播信號(hào),其強(qiáng)度與反射波相稱。散射波:是空氣中離子受激后電波產(chǎn)生二次反射,通過由二次發(fā)射所引起的慢反射后到達(dá)接受點(diǎn)的傳播信號(hào),其信號(hào)強(qiáng)度最弱。5.3.2自由空間傳播性。5.3.33種基本的無線電波傳播機(jī)制一般認(rèn)為,在無線通信系統(tǒng)性中影響電波傳播的3種最基本的機(jī)制為反射、繞射和散射。5.3.4移動(dòng)能信信道的重要特點(diǎn):重要特點(diǎn):1)傳輸信道的開放性2)接受點(diǎn)地理環(huán)境我復(fù)雜性和多樣性3)移動(dòng)臺(tái)的隨機(jī)移動(dòng)性。5.3.5移動(dòng)通信信號(hào)傳播的損耗或衰落由于移動(dòng)通信信道及電磁波在空間傳播的特點(diǎn):導(dǎo)致了信號(hào)在傳播過程中會(huì)產(chǎn)生3中重要的損耗,而在接受點(diǎn)則產(chǎn)生3種效應(yīng)。(1)自由空間的途徑損失(2)(20陰影衰落(3)多徑衰落。5.3.63類重要的選擇衰落1,時(shí)間選擇性衰落:即在不同的時(shí)間,衰落特性不同2,頻率選擇性衰落;即在不同的頻率上,衰落特性不同3,空間選擇性衰落:即在不同的地點(diǎn)上,衰落特性不同5.4抗衰落技術(shù)5.4.11分集方式在移動(dòng)通信系統(tǒng)中也許用到兩類分集方式:一類稱為:宏分集:另一類稱為:微分集“宏分集”重要用于蜂窩通信系統(tǒng)中,也稱為“多基站”分集,這是一種減小慢衰落影響的分集技術(shù)?!拔⒎旨笔且环N減小快衰落影響的分集技術(shù),在各種無線通信中都經(jīng)常使用。微分集重要分為下列3種形式:(1)空間分集(2)頻率分集(3)時(shí)間分集空間分集的依據(jù)是快衰落的空間獨(dú)立性,即在兩個(gè)不同的位置上接受同一個(gè)信號(hào),只要兩個(gè)位置的距離大到一定限度,則兩處所收信號(hào)的衰落是不相關(guān)的。頻率分集:由于頻率間隔大于相關(guān)帶寬的兩個(gè)信號(hào)所遭受的衰落可以認(rèn)為是不相關(guān)的。因此可以用兩個(gè)以上的不同的頻率傳輸同一信息,以實(shí)現(xiàn)頻率分集。時(shí)間分集:快衰落除了具有空間和頻率獨(dú)立性之外,還具有時(shí)間獨(dú)立性,即同一信號(hào)在不現(xiàn)的時(shí)間區(qū)間多次重發(fā),只要各次發(fā)送的時(shí)間間隔足夠大,那么各次發(fā)送信號(hào)所出現(xiàn)地衰落將是彼此獨(dú)立,接受機(jī)將反復(fù)收到同一個(gè)信號(hào)進(jìn)行合并,就能減小衰落的影響。2.合并方式選擇不同的加權(quán)系數(shù),就可構(gòu)成不同的合并方式。選擇合并:選擇式合并是指檢測所有分集支路的信號(hào),以選擇其中信噪比最高的那一個(gè)支路的信號(hào)作為合并器的輸出,在選擇式合并器中,加權(quán)系數(shù)只有一項(xiàng)為1,其余均為0最大比值合并:最大比值合并是一種最佳合并方式等增益合并:等增益合并無需對信號(hào)加權(quán),各支路的信號(hào)是等增益相加的,等增益合并方式實(shí)現(xiàn)比較簡樸,其性能接近于最大比值合并。5.4.2RAKE接受RAKE接受機(jī)就是運(yùn)用多個(gè)并行相關(guān)器檢測多徑信號(hào),按照一定的準(zhǔn)則合成一路信號(hào)提供應(yīng)解調(diào)接受機(jī)。RAKE接受機(jī)實(shí)現(xiàn)原理:5.4.3交織技術(shù)交強(qiáng)技術(shù)也叫交織編碼,可以使突發(fā)差錯(cuò)分散成為隨機(jī)差錯(cuò)而避免成功的數(shù)據(jù)丟失。5.4.4均衡技術(shù)均衡技術(shù)是指各種用來解決碼間干擾的算法和實(shí)現(xiàn)方法。5.5多址技術(shù)5.5.1頻分多址FDMA是指將給定的頻譜資源劃分為若干個(gè)等間隔頻道,供不同的用戶使用。FDMA是應(yīng)用最早的一種多址技術(shù)。AMPA、NAMPS、TACS、NTT和JTACS等第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)所采用的多址技術(shù)是就FDMA,此外衛(wèi)星通信中FDMA也得到了廣泛的應(yīng)用。特點(diǎn)如下:FDMA的信道載波每次只能傳送一路電話。2)假如一個(gè)己經(jīng)分派的FDMA的信道沒有使用,那么它就解決空閑狀態(tài),但是不能由其他用戶使用,本質(zhì)上是一種資源的浪費(fèi)3)在分派好語音信道后,基站與移動(dòng)臺(tái)就會(huì)同時(shí)連續(xù)的發(fā)射。4)FDMA的信道帶寬相對較窄,通常每一個(gè)信道僅支持每個(gè)載波一條線路。5)窄帶信號(hào)的符號(hào)連續(xù)時(shí)間與平均時(shí)延擴(kuò)展相比是很大的,這意味著符號(hào)間干擾較低,因此城FDMA窄帶系統(tǒng)中幾乎不需要均衡或主線不需要均衡。6)與TDMA相比,F(xiàn)DMA移動(dòng)系統(tǒng)要簡樸得多。7)FDMA系統(tǒng)是一種不間斷發(fā)送模式,因此相對于TDMA而言,它需要較少的比特來滿足系統(tǒng)開銷,8)由于發(fā)射機(jī)和接受機(jī)同時(shí)工作,所以FDMA系統(tǒng)需要雙工器,這就增長了FDMA用戶單元和基站的費(fèi)用。5.5.2時(shí)分多址TDMA是指時(shí)間分割成周期性的幀,每一幀再分為若干個(gè)時(shí)隙,在每一個(gè)時(shí)隙中,在每一個(gè)時(shí)隙中僅允許一個(gè)用戶要么接受要么發(fā)射。TDMA具有如下特點(diǎn):1)TDMA使幾個(gè)用戶共享一個(gè)載波頻率,并且每一個(gè)用戶運(yùn)用不相重疊的時(shí)隙。每一幀的時(shí)隙數(shù)取決于多個(gè)因素,如調(diào)制技術(shù)、有效帶寬。對于用戶而方,TDMA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳遞不是連續(xù)的,而是分組發(fā)送的。由于TDMA中的不連續(xù)發(fā)送,切換解決一個(gè)用戶單元來說比較簡樸,由于它可以運(yùn)用空閑時(shí)隙監(jiān)聽其它基站。TDMA用不同的時(shí)隙進(jìn)行發(fā)射和接受,因此不需要雙工器。在TDMA中,采用自適應(yīng)均衡是必須是必要的。由于分組發(fā)射,因此在TDMA系統(tǒng)中需要羅高的同步開銷5.5.3擴(kuò)頻多址或碼分多址SSMA系統(tǒng)有兩個(gè)共同的特點(diǎn):一是擴(kuò)頻,也就是說用于傳輸信息的信號(hào)帶寬遠(yuǎn)大于信息帶寬。二是在擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)上,不管通過什么途徑擴(kuò)頻,基本都是用用一組優(yōu)選的擴(kuò)展進(jìn)行控制。CDMA特點(diǎn):CDMA系統(tǒng)的許多用戶共享同一頻率,不管使用的是時(shí)分雙工還是頻分雙工技術(shù)。與TDMA和FDMA不同,CDMA具有軟容量的特點(diǎn)。由于信號(hào)被擴(kuò)展在一較寬的頻譜上,因而可以減小多徑衰落。在CDMA系統(tǒng)中,信道數(shù)據(jù)速率高。由于CDMA使用同信道社區(qū),所以它可以宏分集來進(jìn)行軟切換。多址于干擾是CDMA系統(tǒng)的一個(gè)問題。假如在CDMA接受機(jī)上存在比目的功率更高的其他用戶功率,那么就會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)近效應(yīng)問題。5.5.4空分多址空分多址(SDMA)是使用定向波束天線來服務(wù)不同的用戶,5.5.5多址技術(shù)與調(diào)制技術(shù)在未來移動(dòng)通信中的融合。OFDM優(yōu)點(diǎn):1)頻譜運(yùn)用率高,比一般串行系統(tǒng)高出近一倍。2)抗衰落能力強(qiáng)。3)特別適合高速據(jù)的傳送。4)抗碼間干擾能力強(qiáng)。5.6時(shí)分多址數(shù)字蜂窩網(wǎng)——GSMGSM系統(tǒng)重要特點(diǎn):防盜拷能力強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)容量大,手機(jī)號(hào)碼資源豐富,通話清楚,穩(wěn)定性強(qiáng),不易受干擾,通話死角少,手機(jī)耗電量低。GSM系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來看重要包含4個(gè)主體:移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站子系統(tǒng)(BBS)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)和操作支持系統(tǒng)(OSS)GSM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)重要涉及3個(gè)相關(guān)的子系統(tǒng),分別是移動(dòng)臺(tái)、基站子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。5.6.4GSM系統(tǒng)接口GSM系統(tǒng)中的重要接口有Um接口、Abis接口、A接口以及NSS的內(nèi)部接口。GSM系統(tǒng)與其它公用電信網(wǎng)接口重要是指與公用電話網(wǎng)(PSTN)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)、分組互換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PSPDN)、電路互換公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(CSPDN)間的接口,它是通過MSC來實(shí)現(xiàn)的。5.6.5GSM技術(shù)介紹1,工作頻段的分派2多址方案3,無線幀結(jié)構(gòu)4.無線接口管理5.GSM信道6.SIM卡7,保密措施5.6.7碼分多址蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)5.7.1CDMA系統(tǒng)原理及特點(diǎn)CDMA系統(tǒng)是以擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)和碼分多址接入技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。在CDMA系統(tǒng)中,不同用戶傳輸?shù)男畔⑹强扛髯圆煌木幋a序列來區(qū)分的。IS-95系統(tǒng)重要指標(biāo)如下:1)工作頻率。2)碼片速率:1.2288Mbit/s。3)比特率:速率集1為9.6kbit/s.速率集2為14.4kbit/s,IS-95B11為115.2kbit/s.4)幀長度:20ms.5)功率控制CDMA系統(tǒng)具有以下重要特點(diǎn):1)系統(tǒng)容量大,2)CDMA系統(tǒng)具有軟容量特性.3)CDMA系統(tǒng)具有軟切換功能.4)CDMA系統(tǒng)具有話音激活功能.5)CDMA系統(tǒng)是以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ)的,因此具有干擾,抗多徑衰落,保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn).6)因CDMA和GSM的技術(shù)體制對CDMA和GSM的發(fā)射功率的規(guī)定,初始發(fā)射功率值的取定以及功率控制機(jī)制不同,在通信過程中,CDMA手機(jī)的平均發(fā)射功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于GSM手機(jī)的平均發(fā)射功率.5.7.2CDMA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)CDMA系統(tǒng)與TDMA系統(tǒng)的重要差別在于無線信道的構(gòu)成,相關(guān)的無線接口和無線設(shè)備,特殊的控制功能.結(jié)構(gòu)重要由3大部分組成:互換子系統(tǒng)、基站子系統(tǒng)和移動(dòng)臺(tái)子系統(tǒng).5.7.3CDMA系統(tǒng)的技術(shù)1)可變速率聲器2)功率控制論3)CDMA系統(tǒng)中的RAKE接受4)越區(qū)切換5.7.4CDMA系統(tǒng)的無線鏈路5.7.5CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的系統(tǒng)容量在CDMA系統(tǒng)中,采用了以下技術(shù)以提高蜂窩系統(tǒng)的容量采用話音激活技術(shù)2,運(yùn)用扇區(qū)劃分提高系統(tǒng)容量3,CDMA系統(tǒng)的軟容量微波通信6.1.1微波通信的基本概念微波能信就是運(yùn)用微波作為載波來攜帶信息并通過空間電磁波進(jìn)行傳輸?shù)囊环N無線通信方式,6.1.2數(shù)字微波通信1.數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成重要由天饋設(shè)備、微波分路系統(tǒng)、微波收發(fā)信機(jī)、中頻調(diào)制解調(diào)器、基帶切換設(shè)備、勤務(wù)及監(jiān)控設(shè)備和PCM設(shè)備組成。2.數(shù)字微波發(fā)信系統(tǒng)(1)數(shù)字微波發(fā)信系統(tǒng)的組成:目前使用的的數(shù)字微波通信設(shè)備,其數(shù)字微波發(fā)信機(jī)根據(jù)頻率變換方式不同,可分為直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)和變頻式發(fā)信機(jī)。(2)數(shù)字微波發(fā)信系統(tǒng)各部分的作用1)微波發(fā)信本振源的作用2)微波發(fā)信混頻器的作用3)微波晶體管理線性功率放大器的作用3.數(shù)字微波收信系統(tǒng)4,饋線及天線系統(tǒng)5,收發(fā)公用器6,數(shù)字微波能信采用的調(diào)制方式6.1.3數(shù)字微波通信的分類數(shù)字微波能信可以分為地面微波中繼通信、一點(diǎn)多址微波通信、微波衛(wèi)星能信和微波散射能信。其中微波衛(wèi)星通信是地面微波中繼能信的特例。6.1.4微波通信頻段配置與再用1,微波通信頻率配置原則2,微波通信頻率配置方案3,射頻波道的頻率再用6.1.5微波的特點(diǎn)1,數(shù)字微波通信的優(yōu)點(diǎn):抗干擾能力強(qiáng),線路噪聲不積累(2)便于加密,保密性強(qiáng)(3)便于組成數(shù)字通信網(wǎng)。2,數(shù)字微波通信的缺陷:占用頻帶寬(2)傳輸特性的變化超過一定范圍時(shí),通信質(zhì)量顯著惡化。6.2微波傳輸中的抗衰落技術(shù)微波傳播中的衰落現(xiàn)象組微波傳輸帶來了不利影響,嚴(yán)重地多徑衰落會(huì)使系統(tǒng)的誤碼性能大大下降以至中斷能信。為此,相繼開展了各種對抗信道畸變,特別是對抗多徑衰落所引起的信道畸變和各種均衡、補(bǔ)償及干擾抵消技術(shù)的研究,提出了各種對付微波衰落的技術(shù)措施為抗衰落技術(shù)。分集接受技術(shù)(1)空間分集(2)頻率分集(3)角度分集自適應(yīng)均衡技術(shù)(1)頻域自適應(yīng)均衡器(2)時(shí)域自適應(yīng)均衡器6.3PDH數(shù)字微波通信系統(tǒng)6.3.1PDH數(shù)字微波復(fù)接原理PDH數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)涉及發(fā)端的數(shù)字復(fù)接器和收端的分接器6.3.2PDH傳輸系統(tǒng)的復(fù)接方式1.按支路信號(hào)在群信息中的排列方式分類(1)按位復(fù)接(2)按路復(fù)接(3)按幀復(fù)接2,同步復(fù)接異步復(fù)接6.3.3PDH傳輸系統(tǒng)的速率6.3.4PDH傳輸系統(tǒng)的容量1)2.048Mbit/s2)2*2.048Mbit/s3)8.488Mbit/s4)2*8.488Mbit/s5)34.368Mbit/s6)2*34.368Mbit/s7)139.264Mbit/s6.3.5PDH傳輸系統(tǒng)的缺陷:(1)PDH數(shù)字系列兼容困難(2)復(fù)接設(shè)備復(fù)雜(3)不便于維護(hù)管理(4)不利于信息互換6.4SDH大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)6.4.1SDH傳輸系統(tǒng)的組成一個(gè)實(shí)用的STM-4SDH傳輸系統(tǒng)的組成:支路信號(hào)(TR)、終端復(fù)用器(TM)、再生中繼器(REG)和分插復(fù)用(ADM)或數(shù)字交叉連接設(shè)備(SDXC)。6.4.2SDH是在同步光網(wǎng)絡(luò)SONET的基礎(chǔ)上建立起來的一種新的技術(shù)體制,它規(guī)定了在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口的所有速率等級(jí),而對支路信號(hào)的速率沒有規(guī)定。因此,SDH可以提供不同速率的傳輸通道。SDH使用的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)為STM-N同步傳輸模塊,其中最基本的組成模塊是STM–1,其速率為155.520Mbit/s,更高等級(jí)的STM-N的信號(hào)是將STM-1按同步復(fù)用、字節(jié)復(fù)接后的結(jié)果。6.4.3SDH傳輸系統(tǒng)的容量我國規(guī)定,SDH數(shù)字微波系統(tǒng)可以采用以下的容量系統(tǒng)。1)51.840Mbit/s2)155.0520Mbit/s3)2*155.520Mbit/s4)4*155.520Mbit/s5)622.080Mbit/s6.4.4SDH傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)1,編碼調(diào)制技術(shù)2,交叉極化干擾抵消技術(shù)3,自適應(yīng)均衡技術(shù)4,高線性功率放大器和自動(dòng)發(fā)射功率控制6.4.5SDH傳輸系統(tǒng)射頻波道配置SDH微波通信系統(tǒng)的射頻波道配置應(yīng)當(dāng)與現(xiàn)有的射頻波道配置方案兼容,便SDH微波傳輸系統(tǒng)的推廣,盡量減少對現(xiàn)有PDH微波傳輸系統(tǒng)的影響.6.4.6SDH傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn):(1)傳輸容量大(2)通信性能穩(wěn)定(3)投資小,建設(shè)周期短(4)維護(hù)、管理操作方便6.5典型數(shù)字微波通信系統(tǒng)6.5.1SAT-3000微波通信系統(tǒng)概述SAT-3000系統(tǒng)微波通信系統(tǒng)是法國生產(chǎn)的一種容量數(shù)字微波通信系統(tǒng),可以工作在7GHz、8GHz、13GHz3種不同的射屢屢率。通信距離可達(dá)60Km。它由射頻發(fā)射器、調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字接口電路和數(shù)字復(fù)分接電路構(gòu)成。6.5.2基帶信號(hào)的復(fù)接原理基帶信號(hào)的復(fù)接由34MHz復(fù)接電路板完畢,6.5.3發(fā)射系統(tǒng)原理6.5.4接受系統(tǒng)原理衛(wèi)星通信7.1衛(wèi)星通信概論7.1.1衛(wèi)星通信的基本概念衛(wèi)星通信是宇宙無線電能信的形式之一,是指兩個(gè)或多個(gè)地球站運(yùn)用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號(hào)進(jìn)行通信。運(yùn)用靜止衛(wèi)星作為中繼的通信系統(tǒng),稱為靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)。對于靜止衛(wèi)星而言,由于地球結(jié)構(gòu)的不均勻和太陽、月亮引力的影響,衛(wèi)星的軌道參數(shù)隨時(shí)發(fā)生變化,不斷偏離開普勒法則擬定的抱負(fù)軌道,產(chǎn)生一定的漂移,這種現(xiàn)象稱為攝動(dòng)。每年的春分和秋分前后各23天中,衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入本地時(shí)間半夜前后,衛(wèi)星、地球和太陽共處在一條直線上,地球擋住了陽光,衛(wèi)星進(jìn)入地球的陰影區(qū),導(dǎo)致了衛(wèi)星的日蝕,稱為星蝕。每年的春分和秋分前后,衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入本地時(shí)間中午前后的一段時(shí)間里,衛(wèi)星處在太陽和地球之間,地球站天線對準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí),也對準(zhǔn)太陽,強(qiáng)大的太陽噪聲對通信導(dǎo)致強(qiáng)干擾,甚至能信中斷,這種現(xiàn)像稱為日凌中斷。7.1.2衛(wèi)星通信的特點(diǎn)1,衛(wèi)星通信的重要優(yōu)點(diǎn)(1)通信距離遠(yuǎn),建站成本與通信距離無關(guān)(2)以廣播方式工作,便于實(shí)現(xiàn)多址能信(3)頻帶寬,傳輸容量大,適于多種業(yè)務(wù)傳輸(4)可以自發(fā)自收進(jìn)行監(jiān)測(5)通信線路穩(wěn)定可靠,通信質(zhì)量高(6)通信電路靈活,機(jī)動(dòng)性好2,靜止衛(wèi)星通信的缺陷1)需要先進(jìn)的電子技術(shù)。2)要解決信號(hào)傳播時(shí)延及回波效應(yīng)帶來的影響。3)存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象。4)存在地面微波系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的互相干擾5)通信衛(wèi)星暴露在空中,使得衛(wèi)星的抗毀性差,保密性不好;。7.1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與分類1,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間分系統(tǒng)、通信地球站、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)4大部分組成。通信衛(wèi)星重要由天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、跟蹤遙測指令分系統(tǒng)和控制分系統(tǒng)5個(gè)分系統(tǒng)組成。7.1.4衛(wèi)星通信的工作頻段衛(wèi)星通信頻率范圍一般選在微波波段(300MHz-300GHz)。7.2衛(wèi)星通信中的電波傳輸損耗與噪聲7.3衛(wèi)星通信體制7.3.1衛(wèi)星通信體制基本內(nèi)容通信體制是指通信系統(tǒng)所采用的信號(hào)傳輸方式和信號(hào)互換方式,也就是根據(jù)信道條件及通信規(guī)定,在系統(tǒng)中采用的信號(hào)形式以及傳輸方式、互換方式等。衛(wèi)星通信體制的基本內(nèi)容涉及基帶信號(hào)形式、中頻調(diào)制制度、采用的多址方式和信道分派制度四個(gè)方面。數(shù)字衛(wèi)星通信采用PSK、QPSK和MSK等調(diào)制方式。7.3.2衛(wèi)星通信中常用的多址方式
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