通信原理（第三版）課件 第1章 通信原理概述

第1章通信原理概述1.1引言1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.4通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)本章知識點小結(jié)習(xí)題

1.1引言

通信(Communication)是指不在同一地點的雙方或多方之間進行的迅速、有效的信息傳遞。在現(xiàn)代社會中,通信已無處不在。例如,電視、廣播、電話、短信、微信交流及用網(wǎng)絡(luò)收發(fā)信件等都屬于通信。我國古代的烽火傳警、擊鼓作戰(zhàn)、鳴金收兵以及古希臘人用火炬的位置表示字母等,都是人類利用光和聲音進行通信的實例。通信中的信息有很多種形式,如符號、文字、話音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)等,可以通過電通信和光通信的方式傳遞信息。

在各種各樣的通信方式中,利用電磁波和光波傳遞各種信息的通信方式就是通常所說的電信(Telecommunication)。電信具有信息傳遞迅速、準(zhǔn)確、可靠,而且?guī)缀醪皇軙r間和

空間距離的限制等特點,因此電信技術(shù)得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在我們所說的“通信”在通常意義上是指“電信”,本書也是如此。因此,現(xiàn)代通信就是利用光或電技術(shù)手段,借

助光波或電磁波,實現(xiàn)從一地向另一地迅速而準(zhǔn)確的信息傳遞。

全球移動通信系統(tǒng)(Global

System

for

Mobile

Communication,

GSM)由網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)、基站子系統(tǒng)(BSS)和移動臺(MS)構(gòu)成,如圖1.1.1所示。

圖1.1.1GSM的結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)處于市話網(wǎng)與基站控制器之間,主要由移動交換中心(MSC)(也稱移動電話交換局(MTSO))構(gòu)成,其具有系統(tǒng)交換功能和數(shù)據(jù)庫功能,數(shù)據(jù)庫中存有用戶數(shù)據(jù)及移動性、安全性管理所需的數(shù)據(jù),在系統(tǒng)中對移動用戶之間的通信以及移動用戶與其他通信用戶之間的通信起管理作用。NSS內(nèi)各功能實體之間和NSS與BSS之間通過No.7信令協(xié)議互相通信。

基站子系統(tǒng)(BSS)包括基站控制器(BSC)和基站收發(fā)設(shè)備(BTS),其通過無線接口與移動臺相連,完成無線發(fā)送、接收以及無線資源管理。每個基站的有效覆蓋范圍就是我們通常所說的一個無線小區(qū)。與此同時,BSS又和NSS中的MSC以2.048Mb/s的速率與PCM數(shù)字傳輸鏈路相連,使移動用戶之間、移動用戶和固定用戶之間可以隨時隨地地進行通信聯(lián)絡(luò)。

整個通信系統(tǒng)可分為若干個部分,每個部分又可視為一個小的通信系統(tǒng)。例如,手機和基站之間便可以看成一個較小的通信系統(tǒng)。在手機和基站通信的全過程中,手機相當(dāng)于

信源和發(fā)送設(shè)備,基站相當(dāng)于信宿和接收設(shè)備,而空氣則在手機和基站通信的過程中扮演了信道的角色。手機與基站之間的通信系統(tǒng)模型如圖1.1.2所示。

圖1.1.2手機與基站之間的通信系統(tǒng)模型

當(dāng)用戶通過手機進行語音通話時,手機與基站之間的通信過程如圖1.1.3所示。具體描述如下:

(1)用戶首先把語音送入移動臺的受話器,模擬的語音信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后,變成數(shù)字的語音編碼信號。

(2)在語音編碼信號發(fā)送前,要對信號進行信道編碼,即在傳輸?shù)男畔⒅屑尤肴哂啾忍?以有效地減少差錯和誤碼。信息經(jīng)過交織、同步等轉(zhuǎn)換后,變成數(shù)字信息,即數(shù)字基帶信號。

(3)數(shù)字基帶信號經(jīng)過擴頻、加擾、射頻調(diào)制后,以高頻模擬信號的形式從手機天線發(fā)射出去。

(4)基站通過天線檢測并接收該高頻模擬信號。

(5)高頻模擬信號經(jīng)過射頻解調(diào)、解擾、解擴、基帶解調(diào)、解碼解交織等一系列過程后,恢復(fù)成代表語音的數(shù)字信息,其中數(shù)字信息會增加是因為在傳輸過程中加上了用于同步的相關(guān)信息。

圖1.1.3手機與基站之間的通信過程

1.2通信系統(tǒng)的組成

通信系統(tǒng)(CommunicationSystem)是指為完成通信任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體。一個普通的無線廣播通信系統(tǒng)的廣播過程如圖1.2.1所示。圖1.2.2所示是一個調(diào)頻(FM)收音機的工作原理框圖,從天線接收的信號經(jīng)過混頻、中放、檢波解調(diào)為音頻信號,該信號經(jīng)功放放大后由揚聲器輸出。調(diào)頻收音機是無線廣播通信系統(tǒng)的一個實例,其中AGC為自動增益控制電路。

圖1.2.1無線廣播通信系統(tǒng)的廣播過程

圖1.2.2調(diào)頻(FM)收音機的工作原理框圖

無線廣播通信系統(tǒng)中的調(diào)制是將基帶信號附加到合適的載波信號上,以便在信道上進行傳輸。針對不同的系統(tǒng),調(diào)制有不同的處理方式。例如,無線廣播通信系統(tǒng)中的調(diào)制是由發(fā)送設(shè)備完成的。

由于信號有許多不同的類型以及不同的傳輸方法,因此產(chǎn)生了種類繁多的通信系統(tǒng)。為了分析信息傳輸?shù)膶嵸|(zhì),可以把各類通信系統(tǒng)的共性及基本組成概括為一個一般模型。

不管何種通信系統(tǒng),信息總是由發(fā)送設(shè)備(發(fā)送端)通過信道傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備(接收端)的,因此,通信系統(tǒng)的一般模型為圖1.2.3所示的形式。

圖1.2.3通信系統(tǒng)的一般模型

信源的作用是產(chǎn)生(形成)信息。信息可以是多種多樣的,如語音、圖像、數(shù)據(jù)、文字、符號等。信源可以是有次序的符號序列,也可以是連續(xù)變換的時間函數(shù),前者稱為數(shù)字信號,后者稱為模擬信號。傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng),相應(yīng)地,傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。

發(fā)送設(shè)備的作用是將信源與信道匹配起來,即將信源產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)換為適于信道傳輸?shù)碾娦盘?以便在信道中傳輸。轉(zhuǎn)換方式是多種多樣的,在需要頻譜搬移的場合,調(diào)制是最常見的轉(zhuǎn)換方式。有時,發(fā)送設(shè)備可能還包括為達到某些特殊要求而進行的各種處理,如多路復(fù)用、保密處理、糾錯編碼處理等。

信道的作用是為信號由發(fā)送設(shè)備傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備提供傳輸媒介或途徑。信道可以是有線的,也可以是無線的。在實際應(yīng)用中,信道可以是包括傳輸設(shè)備的廣義傳輸途徑。在信

道中,既可以給信號提供傳輸途徑,也可以對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾和噪聲,使信號產(chǎn)生畸變。

接收設(shè)備的作用是完成發(fā)送設(shè)備的逆變換,即將接收的信號恢復(fù)為原始的電信號,并送到信宿。

信宿是信息到達的目的地,其作用是將接收設(shè)備輸出的電信號還原為原始信號。

信源和信宿位于通信系統(tǒng)的兩端,故又稱為終端設(shè)備。

根據(jù)研究的對象或關(guān)心的問題的不同,還可以出現(xiàn)不同形式的具體的通信系統(tǒng)模型,比如雷達、聲吶及地震法勘測等測量系統(tǒng)模型,如圖1.2.4所示。該測量系統(tǒng)主要由4個部

分組成:信號源、待測物體(中介體)、信號檢測(比較)部分和接收終端(顯示)。在此系統(tǒng)中,信號源發(fā)出的信號是已知的,一路作為標(biāo)準(zhǔn)信號,另一路為經(jīng)待測物體后變化的信號,根據(jù)兩路信號的變化量可以判斷待測物體的特征,即通過系統(tǒng)主要測量信號經(jīng)過待測物體后的變化來判斷待測物體的特征。

圖1.2.4測量系統(tǒng)模型

1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式

1.3.1信號的分類1.模擬信號和數(shù)字信號根據(jù)信號的特征不同,可將信號分為模擬信號和數(shù)字信號。

模擬信號是指幅度的取值是連續(xù)的信號(幅值可由無限個數(shù)值表示)。時間上連續(xù)的模擬信號有正、余弦信號,圖像(電視、傳真)信號等,如圖1.3.1(a)所示,這類信號在時間上有無數(shù)個點,同時也有無數(shù)個幅度。時間上離散的模擬信號是一種抽樣信號,如圖1.3.1(b)所示,它是對圖1.3.1(a)所示的模擬信號每隔時間T抽樣一次所得到的信號。雖然時間上離散的模擬信號的波形在時間上是不連續(xù)的,但其幅度的取值是連續(xù)的,所以仍是模擬信號,稱之為脈沖幅度調(diào)制(PAM,簡稱脈幅調(diào)制)信號。

圖1.3.1模擬信號和數(shù)字信號

數(shù)字信號是指幅度的取值是離散的信號(幅值由有限個數(shù)值表示),如圖1.3.1(c)所示。二進制碼就是一種數(shù)字信號。二進制碼受噪聲的影響小,易于由數(shù)字電路進行處理,所以得到了廣泛的應(yīng)用。

2.確知信號和隨機信號

根據(jù)信號是否能夠用明確的數(shù)學(xué)式子表達,可將信號分為確知信號和隨機信號。確知信號是指可以用明確的數(shù)學(xué)式子表達的信號,又稱為規(guī)則信號。圖1.3.2(a)所示為確知的正弦波信號,其數(shù)學(xué)表達式為f(t)=sinωt,其中ω為角頻率,t為時間。

有些信號沒有確定的數(shù)學(xué)表達式,當(dāng)給定一個時間值時,信號的值并不確定,通常只知道它取某一數(shù)值的概率,這種信號稱為隨機信號或不規(guī)則信號。嚴格地說,現(xiàn)實中的所有信號都是隨機信號,因為接收者并不能確定地預(yù)知信號在某一瞬間應(yīng)取何值。研究隨機信號時應(yīng)該用統(tǒng)計的觀點和方法。圖1.3.2(b)所示為隨機信號的波形舉例。由圖可知,我們無法確定該隨機信號在某一個具體時刻的數(shù)值。

圖1.3.2確知信號和隨機信號

3.周期性信號和非周期性信號

周期性信號就是每經(jīng)過一個固定的時間間隔重復(fù)出現(xiàn)的信號。實際上,嚴格意義的周期性信號并不存在,因為任何信號都是有開始和結(jié)束時間的。但如果在較長時間內(nèi)信號是

重復(fù)著某一變化規(guī)律的確知信號,則可以認為該確知信號是周期性信號。圖1.3.3(a)所示是周期為2π的矩形脈沖信號。不滿足固定時間間隔重復(fù)出現(xiàn)的信號稱為非周期性信號。圖1.3.3(b)是幅度為A、脈寬為τ的非周期性矩形脈沖信號,此形式的信號在形狀上像門,故習(xí)慣上稱其為門函數(shù)。

圖1.3.3周期性信號與非周期性信號

4.能量信號和功率信號

信號f(t)(電壓或電流)在1Ω電阻上所消耗的能量定義為信號的歸一化能量,簡稱能量,可表示為

(1-3-1)

式中|f(t)|是信號的模值。

由以上定義可以得出:

(1)正、余弦信號是功率信號,非周期性矩形脈沖信號(門函數(shù))是能量信號。

(2)周期性信號一定是功率信號,非周期性信號可以是功率信號,也可以是能量信號。

1.3.2通信系統(tǒng)的分類

1.按通信業(yè)務(wù)分類

根據(jù)通信業(yè)務(wù)的不同,通信系統(tǒng)可以分為電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。目前,電話通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是最普及且發(fā)展最快的通信系統(tǒng)。

2.按調(diào)制方式分類

根據(jù)傳輸過程中信號是否被調(diào)制,通信系統(tǒng)可分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸(調(diào)制)系統(tǒng)?；鶐鬏斒侵笇⑽唇?jīng)頻帶調(diào)制的信號直接傳送,如音頻市內(nèi)電話;頻帶傳輸是對各種信號調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。調(diào)制方式有很多,如表1.3.1所示。

3.按信號特征分類

根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘柺悄M信號還是數(shù)字信號,通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)(其模型如圖1.3.4所示)和數(shù)字通信系統(tǒng)(其模型如圖1.3.5所示)兩類。圖1.3.4模擬通信系統(tǒng)的模型

圖1.3.5數(shù)字通信系統(tǒng)的模型

1)模擬通信系統(tǒng)

在發(fā)送端,首先將基帶模擬信號調(diào)制到合適的頻段,然后在信道中傳輸;在接收端,進行相反的過程,將高頻信號解調(diào)成低頻信號,即還原為基帶信號。

模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)點是直觀且容易實現(xiàn),但存在以下兩個主要缺點:

(1)保密性差。

(2)抗干擾能力弱。

2)數(shù)字通信系統(tǒng)

在發(fā)送端,首先將基帶模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,即進行信源編碼。為提高信號在傳輸過程中的可靠性,需對數(shù)字信號進行信道編碼,再將其調(diào)制到合適的頻段。在接收端,進行相反的過程,將高頻信號解調(diào)成低頻信號,即通過信道解碼和信源解碼將高頻信號還原為基帶信號。

與模擬通信系統(tǒng)相比,數(shù)字通信系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:

(1)保密性好。

(2)抗干擾能力強。

(3)可構(gòu)建綜合數(shù)字通信網(wǎng)。

數(shù)字通信系統(tǒng)存在以下缺點:

(1)占用頻帶較寬。

(2)技術(shù)要求復(fù)雜,尤其是同步技術(shù)要求精度很高。

(3)進行A/D轉(zhuǎn)換時會引入量化誤差。

4.按傳輸媒介分類

根據(jù)信號傳輸媒介的不同,通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。其中,信號沿導(dǎo)線傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)稱為有線通信系統(tǒng),如固定電話通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)、有線

電視系統(tǒng)等;信號通過自由空間傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)稱為無線通信系統(tǒng),如全球移動通信系統(tǒng)、微波接力通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線廣播通信系統(tǒng)等。

5.按信號的信道復(fù)用方式分類

根據(jù)信號的信道復(fù)用方式的不同,通信系統(tǒng)可分為頻分復(fù)用(FDM)通信系統(tǒng)、時分復(fù)用(TDM)通信系統(tǒng)、碼分復(fù)用(CDM)通信系統(tǒng)和波分復(fù)用(WDM)通信系統(tǒng)。傳統(tǒng)的模擬

通信系統(tǒng)中大都采用頻分復(fù)用方式,數(shù)字通信系統(tǒng)中采用時分復(fù)用方式,擴頻通信系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中采用碼分復(fù)用方式,而光纖通信系統(tǒng)中通常采用波分復(fù)用

方式。

1.3.3通信方式

1.單工通信(傳輸)、半雙工通信(傳輸)和全雙工通信(傳輸)

對于點與點之間的通信,按信號傳輸?shù)姆较蚺c時間的關(guān)系,通信方式可分為單工通信(傳輸)、半雙工通信(傳輸)和全雙工通信(傳輸)三種。

(1)單工通信:信號只能在單個方向上傳輸,如圖1.3.6(a)所示。對于通信雙方來說,只能是甲方發(fā)送信號,乙方接收信號。例如,廣播、電視、遙控、遙測等采用單工通信方式。

(2)半雙工通信:通信雙方都可以收發(fā)信號,但不能同時進行,如圖1.3.6(b)所示。甲方發(fā)送信號時乙方接收;乙方發(fā)送信號時甲方接收。因為只有一個通道,故不能同時進行。例如,在同一載頻工作的無線對講機就采用了單雙工通信方式。

(3)全雙工通信:通信雙方可同時進行收、發(fā)信號的工作方式,如圖1.3.6(c)所示。例如,普通電話機、蜂窩式移動電話等就采用了全雙工通信方式,但實際上,對話過程通常是按半雙工通信方式進行的(比如時分復(fù)用和碼分復(fù)用方式的組合),這在移動通信課程中有詳細的講解。圖1.3.6數(shù)字通信方式

2.串行通信(傳輸)和并行通信(傳輸)

按照數(shù)字信號傳輸順序的不同,通信方式可分為串行通信(傳輸)和并行通信(傳輸)。

(1)串行傳輸:采用的是單一信道,數(shù)字碼元按順序逐個傳輸,如圖1.3.7(a)所示。在這種通信方式中,收、發(fā)雙方必須保持位同步和字同步,否則接收方無法正確地恢復(fù)出原始信息。這種通信方式是實際通信系統(tǒng)中比較常用的一種方式,其傳輸速度較慢,通信線路少,傳輸距離遠,常用于設(shè)備之間的通信。長距離傳輸時多采用串行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?/p>

(2)并行傳輸:多個數(shù)字碼元同時在多個并行的信道中傳送,如圖1.3.7(b)所示。這種通信方式只適用于近距離傳輸或設(shè)備內(nèi)部的通信,如計算機主機與外設(shè)(如打印機或儀器)之間的通信。并行傳輸?shù)膫鬏斔俣瓤臁⑼ㄐ啪€路多,不便長距離傳輸。

圖1.3.7串行傳輸和并行傳輸

3.同步通信(傳輸)和異步通信(傳輸)

在串行傳輸時,接收端從串行數(shù)據(jù)碼流中正確地劃分出發(fā)送的每一個字符所采取的措施稱為字符同步。根據(jù)實現(xiàn)字符同步方式的不同,通信方式分為異步通信(傳輸)和同步通信(傳輸)。

(1)異步傳輸:也稱起止式傳輸,它是利用起止法來達到收、發(fā)同步的。異步傳輸時,每次只傳輸一個字符,用起始位和停止位來指示被傳輸字符的開始和結(jié)束。

在圖1.3.8所示的異步傳輸中,字符的傳輸由起始位(如邏輯電平1)引導(dǎo),表示一個新字符的開始,起始位占一位碼元,傳輸數(shù)據(jù)占5~7位。在每個傳輸?shù)男畔⒋a之后加一個停止位(如邏輯電平0),表示一個字符的結(jié)束,通常停止位的寬度為1、1.5或2位碼元寬度,可根據(jù)不同的需要進行選擇。接收端在收到下一個字符的起始位前,線路一直處于邏輯電平0狀態(tài)。接收方可以根據(jù)特定寬度的邏輯電平從0到1的跳變來識別一個新字符的開始。

圖1.3.8異步傳輸

(2)同步傳輸:以一個數(shù)據(jù)塊為單位進行的信息傳輸。為了讓接收方準(zhǔn)確地確定每個數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束,需要在數(shù)據(jù)塊的前面加上一個前文(Preamble),表示數(shù)據(jù)塊的開始;在數(shù)據(jù)塊的后面加一個后文(Postamble),表示數(shù)據(jù)塊的結(jié)束。通常把這種加有前文和后文的一個數(shù)據(jù)塊稱為一幀(Frame)。圖1.3.9是面向字符型和面向比特型的幀結(jié)構(gòu)。

圖1.3.9同步傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)

在實際通信過程中,常將同步傳輸稱為同步通信,異步傳輸稱為異步通信。顯然,同步通信的效率要比異步通信的效率高,因此同步通信方式更適用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?。與異步傳輸比較,同步傳輸在技術(shù)上更復(fù)雜,但由于同步傳輸不需要對每個字符加單獨的“起止”比特,只是在一串字符的前后加上標(biāo)志,因此傳輸效率高,常用于較高速的數(shù)據(jù)傳輸。

1.4通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1.有效性有效性用于衡量一個系統(tǒng)傳輸信息的多少和快慢。在模擬通信系統(tǒng)中,通信的有效性常用信息傳輸時的有效傳輸帶寬來衡量。傳輸同樣的信息,所占有的帶寬越大,有效性越差。在指定的信道帶寬內(nèi),傳輸?shù)男畔⒃蕉?信息傳輸?shù)挠行栽胶谩?/p>

在數(shù)字通信系統(tǒng)中,通信的有效性通常用碼元傳輸速率和信息傳輸速率來衡量。碼元傳輸速率(RB)是指系統(tǒng)單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元符號的個數(shù),也稱碼元速率或傳碼率,單位為波特(Baud),簡寫為B。信息傳輸速率(Rb)又稱比特率、信息速率或傳信率,是指系統(tǒng)單位時間內(nèi)傳輸信息量的大小,單位為比特/秒(bit/s),簡寫為b/s。若系統(tǒng)每秒傳輸800個碼元符號,則不管這些符號是二進制、四進制還是其他進制,碼元速率都是800B;若系統(tǒng)每秒傳輸?shù)男畔⒘繛?200bit,則其信息速率為1200bit/s。

信息速率與碼元速率都表示系統(tǒng)傳輸信息的速度,但兩者的概念是不同的,使用時不RB能混淆。兩者之間存在一定的關(guān)系,若碼元符號采用M進制(M=2K,K=1,2,…),用表示M進制碼元的碼元速率,Rb表示信息速率,則每個碼元包含的信息量為lbMbit,這時有

Rb=RBlbM(1-4-1)

式中,lb是以2為底的對數(shù),即lb=log2。

2.可靠性

可靠性是度量系統(tǒng)可靠傳輸信息的指標(biāo),表示收、發(fā)信息之間的相似程度,它取決于系統(tǒng)的抗噪聲性能的好壞。

在模擬通信系統(tǒng)中,可靠性是用系統(tǒng)的抗噪聲性能來衡量的,即系統(tǒng)的輸出信噪比,其定義為系統(tǒng)的輸出信號功率和噪聲功率的比值。一般情況下,接收端接收的信號與發(fā)送端發(fā)送的信號會有差別,一個原因是信號在傳輸過程中受到疊加噪聲(加性噪聲)的影響,另一個原因是信號在傳輸過程中因信道傳輸特性不理想而受到乘性噪聲的影響。這兩種噪聲各有特點,不管信號有無,加性噪聲都存在,而乘性噪聲僅在有信號時存在。

1.通信的基本概念

(1)通信:不在同一地點的雙方或多方之間進行的迅速、有效的信息傳遞。

(2)電信:利用電磁波和光波傳遞各種信息的通信方式。

本章知識點小結(jié)

2.通信系統(tǒng)的定義、組成及分類

(1)通信系統(tǒng):為完成通信任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體。

(2)通信系統(tǒng)由信源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿組成。

①信源:產(chǎn)生信息。

②發(fā)送設(shè)備:將信源產(chǎn)生的信息轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)碾娦盘枴?/p>

③信道:為信號由發(fā)送設(shè)備傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備提供傳輸媒介或途徑,可以是有線的,也可以是無線的。在實際應(yīng)用中,信道可以是包括傳輸設(shè)備的廣義傳輸途徑。

④接收設(shè)備:將接收的信號恢復(fù)為原始的電信號。

⑤信宿:將接收設(shè)備輸出的電信號還原為原始信號。

(3)常用信號的分類:

①模擬信號與數(shù)字信號。幅度的取值是連續(xù)的信號稱為模擬信號,如圖像信號。幅度的取值是離散的信號稱為數(shù)字信號,如二進制碼。

②確知信號與隨機信號。能夠用明確的數(shù)學(xué)式子表達的信號稱為確知信號,比如正弦波等。不能用確定的數(shù)學(xué)式子表達的信號稱為隨機信號。嚴格地說,現(xiàn)實中的所有信號都是隨機信號。

③周期性信號與非周期性信號。每經(jīng)過一個固定的時間間隔重復(fù)出現(xiàn)的信號稱為周期性信號,如正弦波信號。不滿足固定時間間隔重復(fù)出現(xiàn)的信號稱為非周期性信號,如門

函數(shù)等。

④能量信號與功率信號。若信號在1Ω電阻上所消耗的能量為有限值,則此信號為能量信號,如門函數(shù)。若信號在1Ω電阻上所消耗的能量趨于無窮大,但其平均功率是有限值,則此信號為功率信號,如正弦波信號

(4)通信系統(tǒng)的分類:

①根據(jù)通信業(yè)務(wù)的不同,通信系統(tǒng)可分為電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。

②根據(jù)傳輸信號是否被調(diào)制,通信系統(tǒng)可分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸(調(diào)制)系統(tǒng)。

③根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘柺悄M信號還是數(shù)字信號,通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。

④根據(jù)信號傳輸媒介的不同,通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。

⑤根據(jù)信號的信道復(fù)用方式的不同,通信系統(tǒng)可分為時分復(fù)用通信系統(tǒng)、頻分復(fù)用通信系統(tǒng)、碼分復(fù)用通信系統(tǒng)和波分復(fù)用通信系統(tǒng)。

(5)模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)點是直觀且容易實現(xiàn);缺點是保密性差,抗干擾能力弱。

(6)數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點是保密性好,抗干擾能力強,可構(gòu)建綜合數(shù)字通信網(wǎng);缺點是占用頻帶較寬,技術(shù)要求復(fù)雜,進行A/D轉(zhuǎn)換時會引入量化誤差。

3.通信方式

①按照信號傳輸?shù)姆较蚺c時間的關(guān)系,通信方式可分為單工通信(傳輸)、半雙工通信(傳輸)、全雙工通信(傳輸)。

②按照數(shù)字信號傳輸順序的不同,通信方式可分為串行通信(傳輸)和并行通信(傳輸)。

③按照實現(xiàn)字符同步方式的不同,通信方式可分為同步通信(傳輸)和異步通信(傳輸)。

4.通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是有效性和可靠性。有效性是指信息傳輸?shù)乃俣?可靠性是指信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確程度。有效性和可靠性在模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)中的具體指標(biāo)是

不同的。

(1)在模擬通信系統(tǒng)中,通信的有效性用信息傳輸時的有效傳輸帶寬來衡量?？煽啃杂孟到y(tǒng)的輸出信噪比來衡量。

(2)在數(shù)字通信系統(tǒng)中,通信的有效性用碼元速率、信息速率、頻帶利用率來衡量。

習(xí)題

一、填空題1.通信(Communication)是指不在()地點的()或()之間進行的迅速、有效的信息傳遞。2.串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元是一位接一位地在()條信道上傳輸?shù)?。對采用這種通信方式的系統(tǒng)而言,同步極為重要,收、發(fā)雙方必須保持()同步和()同步,才能使接收方正確地恢復(fù)出原始信息。

3.并行傳輸時,構(gòu)成一個編碼的所有碼元都是同時傳送的。由于一次傳輸一個字符,并行傳輸?shù)氖?、發(fā)雙方之間不存在()同步問題。顯然,并行傳輸?shù)乃俾矢哂诖袀鬏數(shù)乃俾?。并行信道的成本?主要用于()或()傳輸。()傳輸時一般多采用串行信道傳輸。

4.同步傳輸不是以一個字符而是以一個數(shù)據(jù)塊為單位進行信息傳輸?shù)?。為了使接收方能?zhǔn)確地確定每個數(shù)據(jù)塊的()和(),需要給數(shù)據(jù)塊分別加上一個前文和后文。通常把這種加有前文和后文的一個數(shù)據(jù)塊稱為()。

5.模擬信號就是()的取值是連續(xù)的信號,其自變量可以是()或()的,但()一定是連續(xù)的。

6.模擬通信系統(tǒng)的有效性一般用()來衡量。采用不同調(diào)制方式傳輸同樣的信息,所需要的頻帶寬度和系統(tǒng)的性能都是()的。

二、單選題

1.傳統(tǒng)方式下,廣播、電視系統(tǒng)是典型的()傳輸系統(tǒng);當(dāng)某收音或電視頻道節(jié)目采用聽眾/觀眾互動方式進行時,該廣播、電視系統(tǒng)又成為()傳輸系統(tǒng)。因此,綜合而言,廣播、電視系統(tǒng)是典型的()傳輸系統(tǒng)。

A.單工B.半雙工

C.雙工D.不確定

2.異步傳輸方法簡單,但每傳輸一個碼元都要增加2~3位的附加位,故傳輸效率較低。例如,傳輸一個ASCII字符,每個ASCII碼有16位,若停止位用2位,再加上1位奇偶校驗位和1位起始位,則其傳輸效率只有()。

A.50%

B.60%

C.70%

D.80%

3.信道是所有信號傳輸媒介的總稱,通常分有線信道和()兩種。

A.衛(wèi)星信道

B.無線信道

C.移動信道

D.電磁信道

4.數(shù)字通信系統(tǒng)最突出的缺點是()。

A.碼間串?dāng)_嚴重

B.占用頻帶寬

C.傳輸效率不高

D.傳輸速率低

5.衡量系統(tǒng)有效性的最全面的指標(biāo)是()。

A.系統(tǒng)的頻帶利用率

B.系統(tǒng)的帶寬

C.系統(tǒng)的響應(yīng)速率

D.系統(tǒng)的傳輸速率

6.在二進制系統(tǒng)中,最大頻帶利用率為();在多進制系統(tǒng)中,最大頻帶利用率可能為()。

A.1bit/(s·Hz)

B.2bit/(s·Hz)

C.3bit/(s·Hz)

D.4bit/(s·Hz)

7.信息傳輸速率的單位是()。

A.比特

B.波特

C.比特/秒

D.波特/秒

三、多選題

1.異步傳輸時,字符的傳輸由起始位引導(dǎo),表示一個新字符的開始,起始位占()碼元。每個傳輸?shù)男畔⒋a之后都有停止位,表示一個字符的結(jié)束,其寬度通常為()碼元寬度。

A.1位

B.1.5位

C.2位

D.4位

2.信號是信息的一種電磁表示方法,它利用某種可以被感知的物理參量———如()等來攜帶信息。

A.電壓

B.電流

C.光波強度

D.頻率

3.數(shù)字信號是指()的取值是離散的信號。計算機以及數(shù)字電話等系統(tǒng)中傳輸和處理的都是數(shù)字信號。

A.電流強度B.幅度