現(xiàn)代通信原理(概述)

1、一 概述現(xiàn)代通信原理Modern Communication Principles1課程描述 通信是一個(gè)廣義的概念，涉及包括雷達(dá)、導(dǎo)航、遙控遙測(cè)等軍用尖端技術(shù)和包括數(shù)字電話、廣播電視、綜合信息網(wǎng)、多媒體寬帶網(wǎng)等現(xiàn)代民用技術(shù)，通信在過去分為模擬通信和數(shù)字通信兩個(gè)方面來研究。目前，隨著數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，數(shù)字通信方式在許多領(lǐng)域已逐步取帶模擬通信方式，成為通信的主流，也成為我們今天研究的重點(diǎn)。2通信系統(tǒng)的核心是信號(hào)設(shè)計(jì)。本課程以通信技術(shù)的發(fā)展、演變?yōu)榫€索，從模擬到數(shù)字，由淺入深，力求把握通信信號(hào)設(shè)計(jì)的發(fā)展脈絡(luò)和指導(dǎo)思想，用工程數(shù)學(xué)提供的方法準(zhǔn)確表達(dá)和推導(dǎo)了通信信號(hào)和通信系統(tǒng)。3通信的

2、回顧與熱點(diǎn)4一、通信的回顧通信發(fā)展經(jīng)歷了五個(gè)階段，其標(biāo)志性事件分別是1、語言的產(chǎn)生，使人類有了比較完整的表達(dá)和交流形式。2、文字的產(chǎn)生，增大了交流的距離和流傳的范圍。3、印刷術(shù)的發(fā)明，使文明得以保存，世代相傳，信息得以擴(kuò)張。4、電報(bào)、電話、無線電等技術(shù)的發(fā)展，形成了通信理論和技術(shù)，形成了現(xiàn)代的通信產(chǎn)業(yè)。5、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、有線及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使信息交流達(dá)到了一個(gè)新的高度。5 利用電磁波通信的歷史可大致劃分三個(gè)階段：1838年電報(bào)開始的通信初級(jí)階段；1948年香農(nóng)提出信息論開始的近代通信階段；80年代以后光纖通信應(yīng)用、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)崛起的現(xiàn)代通信階段。6通信發(fā)展簡(jiǎn)史(1)1838年

3、, 摩爾斯發(fā)明有線電報(bào),開始了電通信階段1864年, 麥克斯韋創(chuàng)立了電磁輻射理論,并被當(dāng)時(shí)的赫茲證明, 促使了后來無線通信的出現(xiàn)1876年, 貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話1879年, 第一個(gè)專用人工電話交換系統(tǒng)投入運(yùn)行1980年, 第一個(gè)付費(fèi)電話系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)1896年 ,馬可尼發(fā)明無線電報(bào)1907年, 電子管問世, 通信進(jìn)入電子信息時(shí)代1915年, 橫貫大陸電話開通; 實(shí)現(xiàn)越洋語音連接1918年, 調(diào)幅無線電廣播、超外差式接收機(jī)問世7通信發(fā)展簡(jiǎn)史(2)1925年, 開通三路明線載波電話, 開始多路通信1936年, 調(diào)頻無線電廣播開播1937年, 雷沃斯發(fā)明脈沖編碼調(diào)制, 奠定了數(shù)字通信基礎(chǔ)193

4、8年, 電視廣播開播20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間, 雷達(dá)與微波通信得到發(fā)展1946年, 第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世1947年, 晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室問世, 為通信器件的進(jìn)步創(chuàng)造了條件8通信發(fā)展簡(jiǎn)史(3)1948年, 香農(nóng)提出了信息論, 建立了通信統(tǒng)計(jì)理論1951年, 直撥長(zhǎng)途電話開通1956年, 敷設(shè)越洋通信電纜1958年, 發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星1962年, 發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星, 開通國(guó)際衛(wèi)星電話; 脈沖編碼調(diào)制進(jìn)入實(shí)用階段20世紀(jì)60年代, 彩色電視問世; 阿波羅宇宙飛船登月; 數(shù)字傳輸理論與技術(shù)得到迅速發(fā)展；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)9通信發(fā)展簡(jiǎn)史(4)20世紀(jì)70年代, 商用衛(wèi)星通信、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、

5、光纖通信系統(tǒng)投入使用；一些公司制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)20世紀(jì)80年代,開通數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的公用業(yè)務(wù); 個(gè)人計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)出現(xiàn); 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)制定20世紀(jì)90年代, 蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無線通信技術(shù)不斷涌現(xiàn); 光纖通信得到迅速普遍的應(yīng)用; 國(guó)際計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)得到極大發(fā)展10二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動(dòng)通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它11二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動(dòng)通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它1982年 國(guó)際海事通信組織開通由四顆地球同步衛(wèi)星 組成的INMARSAT系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信。1998年 中、低軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)得

6、以研究成功并陸續(xù) 開通，其中有 - 美國(guó)Motorala公司的銥星(Iridium)系統(tǒng) - 美國(guó)LORAL公司的全球星(Global Star)系統(tǒng) - 國(guó)際海事通信組織的ICO系統(tǒng)1999年 國(guó)際衛(wèi)星組織發(fā)射電視直播衛(wèi)星、應(yīng)用于高 速信息公路。12衛(wèi)星的種類參考材料同步地球軌道衛(wèi)星 (GEO - Geosynchronous Earth Orbiting satellites )位于近赤道的軌道上，高度35858公里最少三顆衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球通信 近地軌道衛(wèi)星（LEO - Low Earth Orbiting satellites） 中距地球軌道衛(wèi)星（MEO - Middle Earth Or

7、biting satellites ） 各種建議方案中衛(wèi)星數(shù)目從12顆到840顆，配置成小型低功率衛(wèi)星群，至少提供主要大陸地區(qū)的全方位覆蓋軌道平面不是近赤道的，衛(wèi)星群像電子圍繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)一樣繞地球運(yùn)行近地軌道衛(wèi)星高度6442415公里，中距地球軌道衛(wèi)星高度1006220949公里小系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少，運(yùn)行頻帶1GHz以下，支持低數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)13衛(wèi)星的種類（續(xù)）參考材料大系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較多，運(yùn)行頻帶1GHz以上，支持高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)相對(duì)于GEO靜止衛(wèi)星系統(tǒng)，LEO和MEO被稱為MSS(移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng))高距橢圓軌道衛(wèi)星 （HEO - Highly Elliptic Orbiting satellite

8、s） 該類衛(wèi)星的原型為俄羅斯的Molniya系列衛(wèi)星與赤道平面成65度夾角縱向運(yùn)行，使用于北歐與北極地區(qū)。北半球遠(yuǎn)地點(diǎn)高度39968公里，南半球近地點(diǎn)高度500 公里14不同軌道的衛(wèi)星三顆同步地球衛(wèi)星基本上可覆蓋全球參考材料15MEO不同軌道的衛(wèi)星軌跡示意參考材料16銥星近地軌道衛(wèi)星系統(tǒng)參考材料原計(jì)劃中星群由77顆衛(wèi)星組成，化學(xué)元素周期表中序號(hào)77的元素是Iridium (銥)。Iridium 由希臘語“彩虹”一詞轉(zhuǎn)譯而來。后來星群減為66顆，但序號(hào)66的化學(xué)元素Dysprosium (鏑)讀來拗口，而且不愿放棄“彩虹”，故仍稱銥星。方案為66+6(備用星)，1目前1顆運(yùn)行衛(wèi)星和1顆備用衛(wèi)星已

9、分別發(fā)射到6個(gè)軌道平面，高度約778公里。銥星話機(jī)使用甚小天線通過L波段接入銥星，上行鏈路頻率29.129.3GHz，下行鏈路23.1823.38GHz。星際鏈路在Ka波段運(yùn)行。上行頻率28.629.1，使用FDMA，速率2Mbps；下行頻率18.819.3，使用TDMA，速率達(dá)到或超過64Mbps 。環(huán)路時(shí)延最大8.22ms，最小2.6ms。語音通信話音質(zhì)量與模擬蜂窩移動(dòng)電話差不多。17銥星系統(tǒng)的接入和星際通信參考材料18IEEE衛(wèi)星頻段參考材料19已運(yùn)營(yíng)的LEO和MEO衛(wèi)星參考材料20二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動(dòng)通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它20世紀(jì)80年代

10、，基于FDMA的第一代模擬系統(tǒng)(G1) 北美AMPS、N-AMPS；英國(guó)TACS；日本JTAC；北歐NMT。20世紀(jì)90年代，基于TDMA和CDMA的第二代數(shù)字系統(tǒng) 北美D-AMPS(EIA/TIA IS-136)；歐洲GSM；日本JDC。(G2) 歐洲GSM/GPRS;基于CDMA的北美PCS(IS-95)。 (G2+)目前，基于WCDMA的數(shù)字第三代系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)(G3) 提供數(shù)據(jù)速率為2Mbps(靜態(tài)環(huán)境)的多媒體業(yè)務(wù)。 ITU-T正在制定IMT(國(guó)際移動(dòng)通信)建議標(biāo)準(zhǔn)，IMT2000參考建議有： 歐洲根據(jù)GSM/GPRS演進(jìn)的UMTS(通用移動(dòng)通信系統(tǒng))建議； 北美根據(jù)IS-95演進(jìn)的c

11、dma2000建議； 北美根據(jù)IS-136演進(jìn)的UWCC-136建議(TDMA)。21蜂窩系統(tǒng)頻帶劃分Cellular Bands22第一代 單頻模擬蜂窩系統(tǒng) 僅用于語音通信 覆蓋區(qū)僅有宏小區(qū) 商業(yè)用戶Continued.移動(dòng)通信的演進(jìn)代的演進(jìn)參考材料第二代 雙頻雙模式數(shù)字系統(tǒng) 語音/低速數(shù)據(jù)通信 宏小區(qū) Macro Cells 微小區(qū) Micro Cells 皮可小區(qū) Pico Cells 與固定電話網(wǎng)互補(bǔ) 商業(yè)用戶和消費(fèi)者第三代 多頻多模式數(shù)字系統(tǒng) 多媒體通信多業(yè)務(wù) 同固定電話結(jié)合在一 起，與IP網(wǎng)、VPN等 網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ) 個(gè)人通信23移動(dòng)通信的演進(jìn)蜂窩系統(tǒng)中的通信覆蓋小區(qū)參考材料24移動(dòng)通信

12、的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)參考材料NMT-450NMT-900AMPSN-AMPSTACS JTACD-AMPS(IS-136)GSMJDCGSM/GPRSCDMA(IS-95)UTRA(UMTS)UWCC-136cdma20001G3G (IMT-2000)2G+2GContinued.25移動(dòng)通信的演進(jìn)IMT-2000參考材料UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access （通用移動(dòng)通信系統(tǒng)微波無線電接入）由 ETSI（歐洲通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)）提交 采用WCDMA（寬帶碼分多址接入）cdma2000 （碼分多址接入2000）根據(jù) IS-95標(biāo)準(zhǔn)（CDMA）演化而來由 美國(guó) TIA

13、（電信業(yè)協(xié)會(huì)）提交采用WCDMAUWCC-136 根據(jù) IS-136 標(biāo)準(zhǔn)（D-AMPS）演化而來由美國(guó)UWCC（通用無線通信合作組織）提交采用TDMAUMTS - Universal Mobile Telecommunications SystemWCDMA - Wideband Code Division Multiple AccessUWCC - Universal Wireless Communications Consortium26移動(dòng)通信的演進(jìn)從GSM到UMTS的演變參考材料1990 - 本土GSM數(shù)據(jù)速率9.6Kbps1998 - HSCSD數(shù)據(jù)速率57.6Kbps1999 -

14、 GPRS數(shù)據(jù)速率115Kbps2000 - GSM 384數(shù)據(jù)速率384Kbps2002 - UMTS數(shù)據(jù)速率2MbpsHSCSD - High-Speed Circuit-Switching Data 高速電路交換數(shù)據(jù)GPRS - General Packet Radio Service 通用分組無線業(yè)務(wù)27移動(dòng)通信的演進(jìn)專用術(shù)語參考材料GSM - Global System for Mobile Communications 全球移動(dòng)通信系統(tǒng)AMPS - Advanced Mobile Phone System 高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)N-AMPS - Narrowband AMPS 窄帶高級(jí)移

15、動(dòng)電話系統(tǒng)D-AMPS - Digital AMPS 數(shù)字高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)TACS - Total Access Communication System 全向通信系統(tǒng)JTAC - Japan Total Access Communications 日本全向通信系統(tǒng)NMT - North-Europe Mobile Telephony 北歐移動(dòng)電話JDC/PDC - Japan/Personal Digital Cellular 日本(個(gè)人)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)PCS - Pesonal Communication System 個(gè)人通信系統(tǒng)IMT - International Mobile Tel

16、ecommunications 國(guó)際移動(dòng)通信28二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動(dòng)通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 多媒體通信傳媒信息量大 適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)許多應(yīng)用需求，諸如 - 可視電話 - 電視會(huì)議 - 虛擬現(xiàn)實(shí) - 視頻點(diǎn)播 - 語音郵件 - 多媒體檢索 - 遠(yuǎn)程教學(xué)29二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動(dòng)通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 基于銅纜的接入技術(shù)。例如，能傳輸2Mbps以上的數(shù)據(jù)“高比特率數(shù)字用戶線”，可把圖像等視頻信號(hào)引入用戶家庭 。 基于光纜的接入技術(shù)。光纜頻帶寬、容量大、干擾小。 光纖同軸混合接入技術(shù)。利用有線電視系統(tǒng)的方法，可

17、以額外提供視頻點(diǎn)播，交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及電話業(yè)務(wù)。 無線接入技術(shù)。具有建設(shè)速度快，方便靈活、造價(jià)低廉等特點(diǎn)。30各種無線通信系統(tǒng)參考材料交換式/中繼移動(dòng)無線電（SMR/TMR）無線尋呼網(wǎng)（BP）無繩電話與無線辦公電信系統(tǒng)（WOTS）蜂窩無線電與蜂窩數(shù)據(jù)通信數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)：分組無線電無線局域網(wǎng)（WLAN）無線本地環(huán)路（WLL）本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)（LMDS）多信道多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)（MMDS）注冊(cè)許可的微波系統(tǒng)個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS）31二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動(dòng)通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 1995年美國(guó)和歐洲分別開始研究全

18、光網(wǎng)。全光網(wǎng)在服務(wù)質(zhì)量、帶寬需求、業(yè)務(wù)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性和可擴(kuò)展性等方面，都是當(dāng)今現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能比擬的。 在傳輸系統(tǒng)（包括交換機(jī)）中，全程不需要光/電和電/光的轉(zhuǎn)換，完全靠光波沿光纖傳輸。 用戶端機(jī)之間不少電信號(hào)的處理功能也由光技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如出網(wǎng)/進(jìn)網(wǎng)，儲(chǔ)存、交換等。32二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動(dòng)通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 ATM(異步傳送模式)、IP Phone(網(wǎng)絡(luò)電話)、光纖ADM分插點(diǎn)復(fù)用等等。33通信模型34一、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。35二、通信模型組成部分及功能(1)信源。顧名思義，指

19、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。36二、通信模型組成部分及功能(2) 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(hào)。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。37二、通信模型組成部分及功能(3) 信道。即信息傳輸通道，也是傳遞物質(zhì)信號(hào)的媒介。信道可以是明線、電纜、波導(dǎo)、光纖、無線電波等。38二、通信模型組成部分及功能(4) 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

20、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。39二、通信模型組成部分及功能(5) 接收器。其作用主要是接收信道中的信號(hào)，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(duì)接收器的要求是盡可能地從受干擾的信號(hào)中精確地提取和還原來自信源的信息。40二、通信模型組成部分及功能(6)信宿。信息傳輸?shù)哪康牡兀唇邮障⒌娜嘶驒C(jī)器。41三、通信模型工作原理(1) 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(hào)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?hào)s(t)，既載有信源的信息，同時(shí)又便于在信道上傳輸。42三、通信模型工

21、作原理(2) 通過信道后的信號(hào)為r(t)，接收設(shè)備對(duì)其進(jìn)行相對(duì)于發(fā)送的逆變換。 由于信號(hào)在傳輸中受到了噪聲n(t)的干擾，逆變換后的信號(hào)g(t) 僅是信號(hào)g(t)的近似值或估計(jì)值。43三、通信模型工作原理(3) 噪聲的干擾實(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)。44四、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

22、Equipment)。DCE有時(shí)也稱作數(shù)據(jù)通信設(shè)備(Data Communication Equipment)。DTEDTEDCEDCE45五、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(duì)一的單向通信系統(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(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)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(huì)意性描述。DCEDCE46通信種類的劃分47通信的種類可有多種劃分的形式，如從通

23、信內(nèi)容上、傳輸信號(hào)的性質(zhì)上、信道上等進(jìn)行劃分。從通信內(nèi)容上可有： 語音通信(電話) 圖象通信 多媒體通信從傳輸信號(hào)形式有： 模擬信號(hào)通信 數(shù)字信號(hào)通信從信道劃分大致可有： 還有其它一些分類方法，如窄帶通信和寬帶通信之分。語言、低速數(shù)據(jù)屬窄帶通信，而圖像、多媒體、高速數(shù)據(jù)屬寬帶通信。48一、按傳輸信號(hào)形式分類依據(jù)用來傳遞消息的電信號(hào)有模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之分通信系統(tǒng)可分為模擬通信與數(shù)字通信兩大類目前的多數(shù)電話與電視通信系統(tǒng)是模擬通信系統(tǒng)典型的應(yīng)用實(shí)例計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中主機(jī)把資料輸出到打印機(jī)是數(shù)字通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)通信是指信源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，無論是通過模擬傳輸信道還是數(shù)字傳輸信道，按一定通信協(xié)議，傳送到

24、信宿的過程。49模擬通信模擬通信是指在通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)模擬通信系統(tǒng)的示意簡(jiǎn)框圖圖中，信源傳出的是模擬信號(hào)，其狀態(tài)變化為連續(xù)圖形。信源調(diào)制器解調(diào)器信道信宿噪聲50模擬通信發(fā)送器被被簡(jiǎn)化為調(diào)制器，接收器被簡(jiǎn)化為解調(diào)器。事實(shí)上還應(yīng)包括放大、濾波、變頻等處理過程，圖中將這些功能都合并到信道中去，以強(qiáng)調(diào)調(diào)制解調(diào)功能在模擬通信中的重要作用。信源調(diào)制器解調(diào)器信道信宿噪聲51模擬通信模擬通信系統(tǒng)按其調(diào)制方式的不同可分為： 連續(xù)調(diào)制系統(tǒng)振幅調(diào)制（AM）系統(tǒng)頻率調(diào)制（FM）系統(tǒng)相位調(diào)制（PM）系統(tǒng)脈沖調(diào)制系統(tǒng)脈沖幅度調(diào)制（PAM）系統(tǒng)脈沖相位調(diào)制（PPM）系統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制（PWM）系統(tǒng)52模擬通信傳輸

25、模擬信號(hào)的信道稱為模擬信道為提高信道利用率，擴(kuò)大信道容量，常采用多路復(fù)用的方法，即在同一線路中同時(shí)傳輸多路信號(hào)，將一條線路邏輯上劃分出多個(gè)信道在連續(xù)調(diào)制系統(tǒng)中常采用頻分多路復(fù)用（FDM）在脈沖調(diào)制系統(tǒng)中則采用時(shí)分多路復(fù)用（TDM）53數(shù)字通信數(shù)字通信是指在通信系統(tǒng)內(nèi)所傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制或多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的一種方式其主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)調(diào)制以前要經(jīng)過兩次編碼。在接收端解調(diào)后也要進(jìn)行相應(yīng)的兩次譯碼數(shù)字通信具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、靈活性高和設(shè)備簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、便于集成等優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信可與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完全融合，通信的數(shù)字化很快會(huì)成為通信的主導(dǎo)54數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖中信源發(fā)出的是模擬信號(hào)信源編碼器的作用就是使

26、其經(jīng)過模擬/數(shù)字(A/D)變換后，成為數(shù)字序列，以適合在數(shù)字系統(tǒng)中傳輸。信道編碼是對(duì)信源的二次編碼，其主要目的在于提高數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性55數(shù)字通信接收端的信道譯碼、信源譯碼功能與發(fā)送端的編碼作用相反。調(diào)制和解調(diào)功能與模擬通信系統(tǒng)中的作用一致，只是這里采用的是數(shù)字調(diào)制和解調(diào)。雖然圖中未畫出同步系統(tǒng)，但在數(shù)字通信系統(tǒng)中，同步概念十分重要數(shù)字通信系統(tǒng)的組成相對(duì)于模擬通信系統(tǒng)要復(fù)雜得多。56數(shù)字通信傳輸數(shù)字信號(hào)的信道稱為數(shù)字信道數(shù)字信道最常用的多路復(fù)用技術(shù)是時(shí)分多路復(fù)用（TDM）57二. 按調(diào)制方式分類 (1)基帶傳輸-直接傳輸基帶信號(hào)。 (2)調(diào)制傳輸-將基帶信號(hào)調(diào)制到載波后傳輸。 將消息變換為

27、便于傳送的形式 例1:天線長(zhǎng)度工作波長(zhǎng)/4 (=c/f)，如果用低頻傳輸，天線尺寸太大。 例2：放大器的相對(duì)帶寬決定了低頻傳輸?shù)挠行挷蛔恪?可實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用 可改善通信系統(tǒng)的性能：抗低頻干擾。 58 調(diào)制方式 用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)副AM廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺(tái)、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB廣播電視、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻率鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK、DPSK、QPSK數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其它高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK數(shù)字微波、空間通信

28、脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測(cè)脈寬調(diào)制PDM（PWM）中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、空間通信增量調(diào)制DM、CVSD、DVSD軍用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其它方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話59三.按通信方式不同 單工通信: 通信雙方單向傳遞信息。 雙工通信: 通信雙方同時(shí)雙向傳遞信息。 半雙工通信:通信雙方雙向傳遞信息但不同時(shí)。60四. 按傳送信號(hào)的復(fù)用方式分類 頻分復(fù)用: 不同信號(hào)占用不同的頻率范圍。 時(shí)分復(fù)用: 不同信號(hào)占用不同的時(shí)間區(qū)間。 碼分復(fù)用: 用正交的脈沖序列攜帶不同信號(hào)。61五. 按傳

29、輸媒介類型有線通信：雙絞線、雙平行線、同軸電纜、微帶、波導(dǎo)、多芯銅線、光纜等。無線通信：衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、微波通信、雷達(dá)、聲納、遙控遙測(cè)、無線定位、無線接入等。62頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)媒介用途3Hz-30 KHz108-104m甚低頻VLF有線線對(duì)、長(zhǎng)波音頻、電話30KHz-300 KHz104-103m低頻LF有線線對(duì)、長(zhǎng)波導(dǎo)航信標(biāo)300 KHz -3MHz103-102m中頻MF同軸電纜、中波調(diào)幅中波廣播3 MHz -30 MHz102-10m高頻HF同軸電纜、短波調(diào)幅短波廣播30MHz-300MHz10-1m甚高頻VHF同軸電纜、米波電視、調(diào)頻廣播、空中管制、機(jī)場(chǎng)導(dǎo)航300 MHz -3G

30、Hz100-10cm特高頻UHF同軸電纜、微帶、波導(dǎo)、分米波電視、移動(dòng)通信、微波接力、警戒雷達(dá)3 GHz -30 GHz10-1cm超高頻SHF波導(dǎo)、厘米波通信衛(wèi)星、制導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)30GHz-300 GHz10-1mm極高頻EHF波導(dǎo)、毫米波近距離高精度雷達(dá)、射電天文105-107 GHz3*10(-4)-3*10(-6)cm光波段光纖、激光空間傳播光通信63通信系統(tǒng)的性能度量一. 通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 有效性:信道一定時(shí),系統(tǒng)能夠傳輸信息內(nèi)容的多少。 可靠性:系統(tǒng)接收端恢復(fù)信息的準(zhǔn)確程度。64二. 對(duì)于模擬通信系統(tǒng) 有效性-在給定信道帶寬內(nèi),能容納多少的通信路數(shù); 也可用傳單路信號(hào)的有效帶

31、寬來衡量。 可靠性-通信系統(tǒng)接收端的輸出信號(hào)噪聲功率比(SNR,Signal Noise Ratio)65三. 數(shù)字通信系統(tǒng) 有效性用信號(hào)的傳輸速率來衡量； 碼元傳輸速率(RB)：?jiǎn)挝粫r(shí)間能夠傳送的碼元數(shù)。（波特率) 每個(gè)碼元傳輸所占用的時(shí)間TB為碼長(zhǎng),則 RB=1/TB (波特,Baud)。 若碼元為二進(jìn)制- RB2,若為M進(jìn)制RBM， RB2=RBMlog2M 信息傳輸速率(Rb): 單位時(shí)間能夠傳送的信息量(bits/s)。(比特率) Rb=RBMlog2M 比特/秒 RBM=Rb/log2M 波特66 可靠性傳輸產(chǎn)生的錯(cuò)誤概率； 誤碼率PB=接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)/發(fā)出的總碼元數(shù)； 誤比特率

32、Pb=接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/發(fā)出的總比特?cái)?shù)；67 為了獲得通信中所需的有效性和可靠性，產(chǎn)生了信息處理技術(shù)。 信息處理技術(shù)是現(xiàn)代信息工程的核心技術(shù)。信息處理的目的是為了提高系統(tǒng)對(duì)某一方面的要求、優(yōu)化系統(tǒng)某一方面的性能指標(biāo)。 信息處理的主要手段是編、譯碼。比如： 1、為了提高系統(tǒng)的有效性，可以通過信源編碼來完成。 2、為了提高系統(tǒng)的安全性，可以通過加密來完成。 3、為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以通過信道編碼來完成。68各類通信及所用頻段69一、通信類別與頻段選擇現(xiàn)代通信實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是不同頻率的電磁波的傳輸。根據(jù)電磁波在不同媒介中的傳輸，通信可分為有線通信與無線通信兩大類。無論哪類通信，其工作頻段皆有很大不同

33、。 因而，對(duì)工作頻段進(jìn)行合理選擇，以實(shí)現(xiàn)不同的通信目的，并保證其可靠性與有效性的要求，顯得十分重要。70二、有線通信有線通信是指利用各種導(dǎo)線作為信道來傳輸信號(hào)的一種通信方式，一般用于有線通信的傳輸媒介有架空明線、電纜和光纜等。有線通信的特點(diǎn)是，除了需要傳輸媒介外，還需每隔一段距離設(shè)置增音器或中繼器等放大裝置以便增補(bǔ)信號(hào)沿導(dǎo)線傳輸時(shí)所產(chǎn)生的衰耗，同時(shí)，在接收端要增加校正設(shè)備以減少鄰路頻率串音干擾及噪聲。71三、無線通信無線通信是依靠自由空間來傳輸電磁波的通信方式。要使電磁波在自由空間中傳遞得更遠(yuǎn)，需要采用頻率很高的振蕩波來傳送。因此在發(fā)送端需要有一個(gè)能產(chǎn)生很高頻率振蕩波的高頻發(fā)射機(jī)，并通過天線把

34、振蕩波發(fā)送出去。在接收端也需要設(shè)置接收機(jī)并利用天線來接收信號(hào)。發(fā)射機(jī)、接收機(jī)與發(fā)/收天線構(gòu)成了無線信道。無線信道有長(zhǎng)波、中波、短波和微波之分。衛(wèi)星通信是一種特殊的微波中繼系統(tǒng)，其中繼站就設(shè)在衛(wèi)星上，衛(wèi)星通信具有廣播能力，能供多個(gè)地面站接收同一組數(shù)據(jù)信息。72四、通信頻率的分段(1)考慮因素對(duì)于有線通信，要考慮通信線路的傳輸特性、最低和最高的截止頻率、頻率衰耗特性及相移特性、線路參數(shù)的穩(wěn)定性。對(duì)于無線通信，則需注重各種不同波長(zhǎng)電磁波的傳輸特點(diǎn)以及天線尺寸使用的合理性。73四、通信頻率的分段(5)74四、通信頻率的分段(6)頻率f與波長(zhǎng)之間的變換公式其中v 代表電磁波在自由空間中的傳播速度，其值接

35、近于光速3.0 x108m/s。75通信標(biāo)準(zhǔn)及制定機(jī)構(gòu)76通信涉及到雙方或多方，其中包括點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與端、端與端的信息交互，沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)顯然是不行的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)也有利于系統(tǒng)的異構(gòu)組成，也給用戶提供了選擇使用的靈活性標(biāo)準(zhǔn)化的程度是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的重要質(zhì)量指標(biāo)之一標(biāo)準(zhǔn)的制定，除了技術(shù)的因素之外，還有經(jīng)濟(jì)，乃至政治的因素標(biāo)準(zhǔn)的制定有利于技術(shù)的發(fā)展，但有時(shí)各方喋喋不休的爭(zhēng)執(zhí)對(duì)新技術(shù)的推廣應(yīng)用反而產(chǎn)生牽制作用通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)77國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織International Standards Organization通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ISO世界上從事國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的最大的綜合性非官方機(jī)構(gòu)，由各參與

36、國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織選派代表組成，成立于1947年ISO的標(biāo)準(zhǔn)制定過程要經(jīng)過四個(gè)階段，即工作草案、建議草案、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO下設(shè)近200個(gè)TC（技術(shù)委員會(huì)），其中TC97負(fù)責(zé)IT技術(shù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。TC97又下轄16個(gè) SC（分委會(huì)）和一個(gè)直屬組78國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織International Standards Organization通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ISOSC6為數(shù)據(jù)通信分委會(huì)，制定了HDLC（高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程）SC16致力于OSI/RM（開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型），后被改組為SC21負(fù)責(zé)解決“開放系統(tǒng)互聯(lián)的信息檢索、傳輸與管理”等問題TC97與國(guó)際電工委員會(huì)（IEC-Inter

37、national Electrotechnical Commissions）的TC83于1987年成立了一個(gè)新的JTC（聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)）來替代TC97，該機(jī)構(gòu)名稱是ISO/IEC JTC1, 下屬各SC仍沿用TC97中的序號(hào)。79通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITU成立于1932年，后成為聯(lián)合國(guó)下屬機(jī)構(gòu)。其前身為始建于1865年的國(guó)際電報(bào)聯(lián)合會(huì)（UTI）ITU的宗旨維護(hù)與發(fā)展成員國(guó)之間的國(guó)際合作以改進(jìn)和共享各種電信技術(shù)幫助發(fā)展中國(guó)家大力發(fā)展電信事業(yè)；通過各種手段促進(jìn)電信技術(shù)設(shè)施和電信網(wǎng)的改進(jìn)與服務(wù)管理無線電頻帶的分配與注冊(cè)，避免各國(guó)電臺(tái)的相互干擾。國(guó)際電信聯(lián)盟International Teleco

38、mmunication Union80通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITUITU曾下轄總秘書處、國(guó)際頻率注冊(cè)委員會(huì)（IFRB）、國(guó)際無線電咨詢委員會(huì)（CCIR）、國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（CCITT）和電信發(fā)展局（BDT）五個(gè)常設(shè)機(jī)構(gòu)CCITT是國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)的法文名稱Comit Consulatif International Telegraphigueet Telephonique的縮寫，它主要由聯(lián)合國(guó)各成員國(guó)的郵政、電報(bào)和電話管理機(jī)構(gòu)的代表組成，是一個(gè)開發(fā)全球電信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際組織該機(jī)構(gòu)已經(jīng)為國(guó)際通信使用的各種通信設(shè)備及規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)化提出了一系列建議國(guó)際電信聯(lián)盟International

39、Telecommunication Union81通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITUCCITT的建議標(biāo)準(zhǔn)系列F系列：有關(guān)電報(bào)、數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程信息通信業(yè)務(wù) （傳真、可視圖文等）的定義、操作和服 務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建議；I系列：有關(guān)數(shù)字網(wǎng)的建議，包括ISDN的若干建議；T系列：有關(guān)終端設(shè)備的若干建議；V系列：有關(guān)在電話網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的若干建議；X系列：有關(guān)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的若干建議。國(guó)際電信聯(lián)盟International Telecommunication Union82通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITU1993年3月起，ITU下屬的IFBR改稱無線通信部（RS），BDT改稱電信發(fā)展部（TDS）CCITT與CCIR

40、合并為電信標(biāo)準(zhǔn)化部（TSS），簡(jiǎn)稱ITU-TITU-T由一個(gè)常設(shè)職能部門TSB（電信標(biāo)準(zhǔn)局）和許多SG（研究小組）構(gòu)成ITU-T目前正與ISO合作，共同制定數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電信聯(lián)盟International Telecommunication Union83通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)IEEE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作還有美國(guó)的一個(gè)重要組織IEEE的參與，它是全球最大的專業(yè)學(xué)術(shù)團(tuán)體，開發(fā)通信和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)也是該組織的主要工作其研究領(lǐng)域主要涉及ISO的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層。例如，IEEE的802委員會(huì)制定的系列標(biāo)準(zhǔn)已成為當(dāng)今主流的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)除開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)外，IEEE每年還召開各種會(huì)議，出版許多刊物，因此它在世界上具有很高的知名度電氣與電子工程師學(xué)會(huì)Institute of Electrical and Electronics Engineers84通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)EIA另一個(gè)與制定電氣標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的組織是美國(guó)的EIA該協(xié)會(huì)主要制定過許多電子傳輸標(biāo)準(zhǔn)，包括ISO的物理層標(biāo)準(zhǔn)它頒布的RS-232和ES-449已經(jīng)成為全球廣泛采用的DTE和DCE之間串行接口標(biāo)準(zhǔn)電子工業(yè)協(xié)會(huì)Electronic Industries Associations85美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)American National Standard Institute通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ANSI美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)雖然只是一個(gè)非官方非