通信系統(tǒng)概論

通信系統(tǒng)概論§1.1數(shù)字通信系統(tǒng)的組成信信源信源編碼加密器信道編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信道譯碼解密器信源譯碼信宿噪聲源圖1-1雙絞線框圖解釋信源：完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換信源編碼與譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行约用芘c解密目的：保證所傳信息的安全信道編碼與譯碼目的：增強(qiáng)抗干擾能力數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘枖?shù)字通信的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累；傳輸差錯(cuò)可控；便于處理、變換、存儲；便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸；易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕；質(zhì)易于液加密謙處理勇，且社保密腎性好煙；輸缺點(diǎn)?。汉闲枰溯^大溜的傳閃輸帶姐寬纖；正對同限步要櫻求高烈。率§鋒1段.2處通信未信道勒及其埋特征牢信道沈分類愈：而有線循信道酒－棋電線背光纖情信道關(guān)－無光纖嫁無線吧信道蓬－款電磁仔波（四含光樸波）趟水聲么信道陳－魂聲波彈存儲估信道逐－擦磁材縱料久有線丘信道明線鍋對稱嘴電纜或。禽由許揚(yáng)多對誕雙絞盡線組蛾成，遵分非鉗屏蔽孩（失UT劈P付）和搞屏蔽穴（惜ST蛛P釘）兩桃種。腳圖盾1閱-軍2筑雙絞羨線膨同軸翠電纜廣圖父1示-變3守同軸勁電纜重光纖曬信道能結(jié)構(gòu)豆：燃纖芯爬、誰包層棟按折鍛射率致分類感：蜻階躍竊型伍（早漠期的案，只民有摘纖芯往、曠包層遷兩種幻折射搜率產(chǎn)）、棄梯度森型酷（隨喜后的幕，腥纖芯慘折射存率析沿半里徑增味大方仿向減愈?。┫惆茨Ｌ崾椒稚兕悆?yōu)：你多模堆光纖雖（粗壩）（專早期偏的，惠發(fā)光舊二極謊管作花為光扣源，堅(jiān)含有回多種反頻率繞成分招，有單多條膛路徑竹存在谷色散性波形雪失真陣，限皂制了芽傳輸泰帶寬拆），哭單模存光纖怨（細(xì)細(xì)）（就后來焰的，綠激光序作為星光源視，單揮一頻四率成許分，套一條會(huì)路徑鬧色散游小遞波形慢失真協(xié)小，望傳輸昂帶寬括寬）單模單模疼圖肺1甜-素4宗光謎纖結(jié)納構(gòu)示凳意圖傅損耗戶與波隆長關(guān)約系野：礎(chǔ)損耗積最小麗點(diǎn)：暮1.仔31父與考1.水55抱謀m襲m盼圖腫1楊-釘5掛光饒纖損棍耗于凡波長宣的關(guān)晌系鹿光纖迷信道橋傳輸脆衰耗鑄的原女因柱:仙（1俗）低瑞利揚(yáng)散射晌：當(dāng)堂光在藝傳播答過程演中遇帳到不州均勻沒或不書連續(xù)趙點(diǎn)時(shí)神，部五分能超量將股向各爺方傳濱向散掏射而威不能拘達(dá)到斗終點(diǎn)哥。腔（2結(jié)）策材料酬吸收斑：材刪料中關(guān)含有勢雜質(zhì)紫離子躍。這澤些離淘子在府光波竄作用疼下發(fā)蔑生振果動(dòng)，毫從而晨會(huì)耗借去部劈分能末量（區(qū)又分鐵紫外司吸收平和紅樣外吸燒收）煙。慕光纖辛信道呆時(shí)延悲失真怨的原材因：憐色散字（蹲Di失sp由er私si膚on錯(cuò)）：避光源碧發(fā)射嘉的光竹載波游總是步有一戰(zhàn)定的晴頻譜曠寬度綱，而紐纖維面材料攔的折譯射率紫隨編f彼而變約化，禁因而肢在光漠波中株不同疫的嘩f懇分量仔具有欣不同度的傳襯輸速涌度，奉到達(dá)桐的時(shí)財(cái)間也岡不一佳樣，臘從而輝引起研失真而。箱無線負(fù)信道利無線死信道勿電磁徒波的治頻率寸－肚受確天線唱尺寸右和元屯器件翠制造田工藝膊限制至地球季大氣通層的旦結(jié)構(gòu)瞧：桌對流創(chuàng)層：墻地面蛾上0潛～厲10障k況m補(bǔ)，嗓平流僻層：擊約1音0櫻～乎60辭k蚊m搬，宏電考離層罷：約于60刃～晃犧40趕0獎(jiǎng)km煎圖1描-戀6坊地球躁大氣鏡層的言結(jié)構(gòu)雅電磁銹波的明分類旬：炕地波隙，黃頻率減<暈2拴M軟Hz墓，謀有繞漸射能挪力漫，惜距離溉：數(shù)筍百或宇數(shù)千駕千米生房天波腫，航頻率花：2此~辰3頸0姻MH偏z某，錫特點(diǎn)棄：被冬電離弊層反托射懶，間一次組反射尿距離題：<糾4鉆00威0峽km笑，有幣寂靜傾區(qū)博圖氏1燥-溜7倡地院波傳拿播促圖晉1糊-哨8多天款波傳著播茄視線妄傳播虜，腐頻率窮>炮3堵0券MH矩z安，滅距離墓：服和天溪線高所度有旅關(guān)究，潛式中間，售D華–吹漫收發(fā)狼天線騎間距向離食(k某m)錦。畢圖1罵-9床視線寫傳播敢[夫例傾]源若要狐求貨D蝦=謀樓50雙k戀m雁，則跟由上戶式童增大喘視線赴傳播訂距離榜的其屠他途應(yīng)徑童：睬中繼邀通信提、咽衛(wèi)星千通信狐（觸靜止淋衛(wèi)星惠、移樓動(dòng)衛(wèi)典星場）破平流搭層通兩信：凡圖邊1崇-拖10顫無招線電余中繼洽大氣拖層對臨于傳禽播的芽影響冰：肚散射摧、辜吸收慚水聲逗信道柱假映內(nèi)守漲鄉(xiāng)表面底深度倉：相存儲杯信道=1\*GB3①捏§情1柱.3桌信道越數(shù)學(xué)咐模型疤與信尋道容傲量醬1、球噪聲墨信道死中的特干擾捎：有稈源干忙擾歸——批噪聲障、廊無源按干擾瘦——六傳輸浙特性蚊不良打（乘螺性干豎擾）節(jié)信道子中的惑噪聲獻(xiàn)：睡信道計(jì)中存碎在的漲不需北要的甩電信抵號娘，流又稱糠加性粥干擾夏按噪互聲來籮源分舌類蹈人為盡噪聲糠－英例：孕開關(guān)哨火花費(fèi)、電晃臺輻夕射廈，元肅器件貧的非根線性遣自然汗噪聲攀－叛例：慰閃電朗、大最氣噪勵(lì)聲、基宇宙彩噪聲殖、熱拍噪聲勸熱噪俯聲牧－西來源榴：來金自一完切電嚼阻性覺元器愁件中蓄電子路的熱垃運(yùn)動(dòng)稿，香頻率裁范圍龍：均旅勻分羽布在弦大約都0費(fèi)～習(xí)10惱12挺H止z乞。陣性質(zhì)扛：高鄙斯白撿噪聲春按噪碧聲性束質(zhì)分兔類紙脈沖矛噪聲爹：是辟突發(fā)執(zhí)性地英產(chǎn)生蘿的，女幅度紗很大諒，其耗持續(xù)貴時(shí)間騰比間售隔時(shí)殊間短鈔得多改。其抄頻譜插較寬潛。電浪火花誤就是靈一種寫典型法的脈線沖噪脫聲。雞窄帶夜噪聲混：來腿自相籮鄰電偏臺或貸其他劣電子趴設(shè)備沸，其擁頻譜廉或頻贏率位棋置通揭常是榴確知級的或取可以五測知鼓的。四可以棗看作壟是一進(jìn)種非究所需宇的連羊續(xù)的卸已調(diào)廢正弦肌波?；计鸱~噪聲既：包側(cè)括熱肺噪聲那、電奴子管屯內(nèi)產(chǎn)辛生的趕散彈峽噪聲束和宇閉宙噪思聲等儉。橫討論厚噪聲育對于低通信研系統(tǒng)覆的影告響時(shí)梢，主滔要是掌考慮毫起伏榨噪聲事，特駱別是握熱噪等聲的磨影響旁。令幾個(gè)謝有關(guān)僑噪聲哥的概日念：廚帶限宿白噪籮聲：水經(jīng)過熄接收襲機(jī)帶跳通濾懼波器鑰過濾歐的熱偶噪聲級窄帶皇高斯超噪聲樓：由攤于濾瓦波器片（往唇往是龍解調(diào)姓輸出瓜濾波愁器）蛙是一枝種線喉性電彎路，刷高斯蜻過程晴通過緣線性捕電路懷后，現(xiàn)仍為雄一高枝斯過肥程，液故此真窄帶顏噪聲渣又稱劈窄帶且高斯播噪聲舊。糾窄帶香高斯拖噪聲武功率念：租式中之P殿n木(決f防)車－膊雙邊嬸噪聲藥功率脆譜密萬度扒。畝噪聲荒等效橫帶寬沸：努式中駕，哄P洋n米(兄f筒0開)?。樵肼曘y功率室譜密依度曲婚線的憲最大霜值幻。蝦噪聲成等效判帶寬舊的物范理概身念：諸以此孝帶寬職作一樣矩形送濾波顏特性辭，則當(dāng)通過舒此特熔性濾遮波器液的噪先聲功篇率，妨等于桃通過終實(shí)際缸濾波耀器的皮噪聲貢功率疊。利沉用噪賺聲等暮效帶砍寬的蘿概念易，在橫后面枝討論別通信寫系統(tǒng)寇的性晝能時(shí)明，可吼以認(rèn)裕為窄芒帶噪弓聲的注功率照譜密廢度在偽帶寬揚(yáng)B奔n野內(nèi)是遇恒定揮的。雅2、范調(diào)制彈信道增模型閉調(diào)制利信道滋的共該性：鋤（怨1武）負(fù)有輸小入端府。具京有一撕定功每率的械信號送由此怖輸入騎；討（評2約）酷有輸葵出端飄。由縣此可節(jié)以接豆收到抬信號漫的功盒率??；肚（刪3練）腿即使露輸入姥端無老信號稼輸入素，輸主出也怨不為暴零（艇噪聲馳）明；興（速4剛）放輸入拖信號科在一辯定的克動(dòng)態(tài)么范圍塔內(nèi)，米絕大研多數(shù)京信道瓦是線映性的劇，即艦輸出額具有塞疊加幸性碰；義（南5兄）醒信號喇在信鑄道中珍傳輸漫均受爺?shù)剿X減和屬延時(shí)撐，或批受到家其它勻影響逝。鞏上述裝共性絹提示逮：用縣一個(gè)飯三（牢或多電）對掏端的應(yīng)時(shí)變香線性繼系統(tǒng)辦去替師代調(diào)館制信姥道，林這個(gè)擇系統(tǒng)香就稱妹為調(diào)旬制信鍵道的經(jīng)數(shù)學(xué)誼模型束：時(shí)變線性系統(tǒng)時(shí)變線性系統(tǒng)ei（t）eo（t）n（t）雖圖1叛-1嚇1升額調(diào)制彼信道木數(shù)學(xué)標(biāo)模型想腹式中民－姜信道凳輸入但端信司號電遠(yuǎn)壓，召－飽信道嗓輸出英端的柔信號因電壓弓，懸－符噪聲猜電壓叼。插通常交假設(shè)敞：增這時(shí)鴉上式薯變?yōu)榫V：婚－鉆信道蹦數(shù)學(xué)螞模型絞圖1綠-1烈2蓮調(diào)債制信樣道數(shù)餅學(xué)模敗型勇若屬k新(距t恩)藍(lán)隨歪t(yī)煩變，魯則信西道稱箭為時(shí)次變信襪道剃。套因迷k遣(餃t受)仙與沖e眼i趣訊(章t圓)唱相乘壟，故虜稱其吃為乘鵲性干擺擾電。異乘性寄干擾蔽特點(diǎn)銀是當(dāng)灶沒有跪信號摧時(shí)，敏乘性當(dāng)干擾撲也沒辨有。稠若匙k抵(脖t腿)滾作隨爛機(jī)變抖化，頂則稱污信道沾為隨巖參信逆道拿；毅若呢k止(故t太)穗變化輸很慢肚或很楊小，知?jiǎng)t稱劍信道叢為恒膚參信斯道。址3、尤編碼工信道緣模型繡二進(jìn)家制編頂碼信窮道簡獅單模乞型懷－眼無記券憶信因道模市型遲圖旱1茂-1滑3域二進(jìn)厚制編外碼信胞道模網(wǎng)型蓬P(脂0乳/慚0)攝和絡(luò)P(露1痰/數(shù)1)尚還－顆正確班轉(zhuǎn)移批概率敲；來P(籍1/藏0叉)肢和剃P(guān)(爪0敬/戲1)咬園－枝錯(cuò)誤閥轉(zhuǎn)移躍概率爐P(鼠0他/摘0)圣=吩1后–鄰P丟(1萄/涼0精)維，殃P(guān)(蘆1生/坊1)傳=等1恥–逃象P續(xù)(0疫/勿1夫)痕四進(jìn)備制編摟碼信閥道模筒型肝圖1聲-1侮4板四勝進(jìn)制關(guān)編碼歲信道集模型駕4掃、豈信道盛特性泡對信閘號傳賢輸?shù)暮劣绊懠銋⒃感诺朗镜挠皡f(xié)響肝恒參鐘信道琴T升非時(shí)訂變線萄性網(wǎng)拘絡(luò)暖T姑信號灰通過障線性特系統(tǒng)厘的分發(fā)析方較法。皆線性師系統(tǒng)曬中無告失真忘條件且：器振幅綿～頻蜜率特拒性：啦為水緩平直等線時(shí)洋無失辭真材相位搏～頻柿率特堆性：跪同父錯(cuò)拒羞呢要求譯其為片通過趟原點(diǎn)叔的直可線，好即群晌時(shí)延都為常探數(shù)時(shí)常無失軌真。耽崖萄群時(shí)葛延定面義：斬圖1民-1貼5蠅婦群時(shí)績延失遞真浩頻率略失真狗：振蠶幅～斬頻率灑特性汗不良致引起億的勸頻率鋼失真餃T復(fù)波形漆畸變母T術(shù)碼間盲串?dāng)_蹲解決鎖辦法童：線敏性網(wǎng)允絡(luò)補(bǔ)三償桃相位狀失真鄭：相策位～午頻率擴(kuò)特性姑不良舉引起軋的環(huán)對語概音影加響不色大，虛對數(shù)比字信監(jiān)號影殲響大巧解決扭辦法封：同浩上增例：紋其中等f厚1喪(蛾t賤)考的頻吼率為韻，果f趙2需(鞭t司)暈的頻觀率為疤。如飼幅頻孤特性蠅為一夾個(gè)常角數(shù)(夸1/史2摟)哲，則啄有示沒有液失真夸。君但如睛幅頻凳特性扣不為擊一個(gè)包常數(shù)善（例舊如對強(qiáng)于伐衰減尚為住1/覺2滾，對片于浴衰減膝為牧1/魄3框），昏則有拆顯然倡f紹(梳t(yī)坊)縮產(chǎn)生薪了失客真廈非線字性失黎真：傭可能切存在幸于恒趨參信贏道中旺。蕩定義券：輸返入電支壓～清輸出陶電壓倡關(guān)系再是非其線性球的。強(qiáng)其他堪失真歇：頻論率偏就移、噸相位鏟抖動(dòng)戀等恭圖詳1墳-1鄰6團(tuán)非線避性失造真雖5素、右信道莫容量意信道冰容量懶指信宅道能屢夠傳豎輸?shù)慕佔(zhàn)畲笥闷骄鶕硇畔⒔邓俾蔬`?？刹ヒ宰C獎(jiǎng)明哀式中粥S戲－榴信號握平均暖功率糖（從W彈），斃N勒－億噪聲灶功率耕（鑄W斃），巖B梨－缺帶寬藏（危Hz案）。醋設(shè)噪通聲單慰邊功唯率譜感密度慰為奏n倉0圓，則嗚N鋤=頌浸n需0爐B蝕。減故上蜘式可沙以改承寫成環(huán)：嚷由上剛式可奮見，鍵連續(xù)舍信道翁的容部量育C叮t胳和信暫道帶擁寬驕B勤、信同號功氏率器S正及噪寶聲功薯率譜缸密度貍n構(gòu)0腳三個(gè)竟因素婦有關(guān)容。羽當(dāng)曾S絡(luò)，或堅(jiān)n聰0慕0鍵時(shí)，享C陣t既。但把是，澇當(dāng)耗B創(chuàng)時(shí)，杠C馳t縫將趨譽(yù)向何扁值？餓令：污x命=鼓儲S日/納飯n躲0甲B軋，上益式可歇以改字寫為柱：食利用功關(guān)系騾式及其淹上式蓄變?yōu)樾凵鲜嚼毡砻鲗?，?dāng)罵給定愚S恢/避n跨0拘時(shí)，失若帶輛寬痕B鑼趨于劈無窮串大，進(jìn)信道答容量梅不會(huì)法趨于借無限告大，糧而只賣是揚(yáng)S渣/秀n剝0銹的菊1.尖44勻倍。奧這是朋因?yàn)闋I當(dāng)帶罰寬防B更增大殊時(shí)，摟噪聲柜功率巡也隨桂之增蛾大。條C饞t秋和帶殲寬帽B露的關(guān)益系曲筆線：帥圖1膀-1配7撥激信道鬧容量康和帶陶寬關(guān)稍系腔對于傅二進(jìn)儲制信僵號，幼上式海還可筐以改餃寫成蔬如下不形式葡：控式中摩E以b本－每桶比特居能量犁；換T腿b泄=慰1疲/它B消－冷每比些特持受續(xù)時(shí)壓間。獄上式望表明部，為怒了得詳?shù)浇o午定的偉信道勾容量養(yǎng)C贊t滋，可糞以增摘大帶歪寬燒B速以換閣取參E含b界的減言??；剛另一逐方面剪，在堡接收前功率紡受限歡的情污況下差，由倘于基E跪b滲=胡頂ST姑b貞，可士以增桑大詢T割b鑼以減警小帽S飯來保蓋持傍E雀b最和鈴C京t說不變刺。鉛由香兄農(nóng)公斯式可藍(lán)得以面下結(jié)滴論：飯（1分）存增大霸信號競功率摸S兇可以灣增加鐮信道弱容量割，若傾信號埋功率沿趨于譜無窮統(tǒng)大，貓則信閘道容予量也柏趨于擾無窮劍大，儉即們（2襖）箭減小孫噪聲它功率桿N荒（星或減叼小噪?yún)捖暪ι下首V衫密度匯n瘡0打）賭可以漆增加登信道脆容量扯，若卸噪聲晴功率換趨于斯零供(雪或噪影聲功帆率譜磨密度封趨于浴零泳)廣，則槍信道疲容量擺趨于處無窮低大，寫即悉（3桶）盾增大尚信道施帶寬炎B顧可以李增加寺信道雁容量補(bǔ)，但勢不能估使信粉道容湖量無羞限制紀(jì)增大撲。信業(yè)道帶陪寬而B午趨于聞無窮蓄大時(shí)交，信歌道容籍量的膜極限劫值為坡香農(nóng)己公式說給出斧了通侵信系水統(tǒng)所近能達(dá)保到的惱極限紡信息猴傳輸暢速率然，達(dá)夜到極顧限信枝息速覆率的劈通信屠系統(tǒng)祥稱為睡理想隙通信橋系統(tǒng)俱。但糞是，置香農(nóng)打公式貌只證渠明了懂理想嘩通信穿系統(tǒng)翠的存蛋在性疑，卻臟沒有灶指出位這種常通信車系統(tǒng)筐的實(shí)色現(xiàn)方較法。推【例虎1滴】已式知黑炭白電脖視圖苗像信獅號每責(zé)幀有妖30疤萬個(gè)栽像素可；每挪個(gè)像迫素有友8請個(gè)亮圍度電參平；眾各電敏平獨(dú)核立地敲以等染概率內(nèi)出現(xiàn)蕉；圖腸像每毫秒發(fā)條送嚇25陸幀。婆若要畢求接舊收圖陵像信啞噪比柄達(dá)到昨30騙dB佛，試疾求所呀需傳虎輸帶素寬。稅【解唉】因?yàn)碁槊繎?zhàn)個(gè)像總素獨(dú)堪立地戀以等悲概率辨取緊8民個(gè)亮揭度電維平，動(dòng)故每迅個(gè)像紫素的朵信息梁量為粱I莫p致=榜-耐lo竊g2鬧(1綢/普8)嚼=芹3捎小(b把/p句ix妹)余并且客每幀丹圖像癥的信籍息量額為陽I泰F曉=剪3柱00亂,0獄00忍罩3腿=想9澡00既,0劇00象栗哄(b槍/F鉆)省因?yàn)榻壝棵牖眰鬏敒?5盡幀圖幻像，有所以盞要求乖傳輸霸速率憂為還R坐b針=填9厲00廢,0蒼00括垃2央5特=桃22澇,5津00葵,0冷00攔=促2懶2.洞5鼠1卸06件谷(b娃/s收)值信道戒的容捎量搭C些t升必須招不小夢于此備R居b接值。值將上洞述數(shù)類值代畫入式揭：得到略膛22枯.5諷糾1吹06解=義盛B地lo厲g茂2誕(1豬+尼1荒00誦0)模道9扮.9勺7睛巧B抽最后白得出余所需傻帶寬錄B布=紫(塌22淚.5勿里1燃06小)辜/叉9.睡97壘毫2起.2兵6踏嚇(M典Hz烈)揭【例悠2絲】帶宏寬與紋信噪誘比互創(chuàng)換。欣設(shè)互錘換前快信道墨帶寬掠B1幕=3定kH仿z，饑希望傷傳輸已的信故息速彎率為柳10藝4拿b/載s。埋為了蓬保證逐這些仗信息礦能夠盈無誤葡地通筆過信講道，屑則透要求我信道疊容量草至少區(qū)要1落0偶4敏b/爪s才論行。泉這時(shí)新在3假kH宅