通信技術(shù)基礎(chǔ)課件

1、第1章 通信與通信系統(tǒng)的基本概念1.1 通信的概念 1.2 通信系統(tǒng)1.3 通信方式 1.4 信道和傳輸介質(zhì) 1.5 信號與噪聲 1.6 信號頻譜與信道通頻帶 通信技術(shù)基礎(chǔ)第1章 通信與通信系統(tǒng)的基本概念1.1 通信的概念 本章知識簡介：信號的頻譜；衰減、失真、噪聲與干擾；數(shù)字基帶信號傳輸：碼型、基帶傳輸、同步與異步傳輸；通用異步收發(fā)器；RS-232-C標準。本章知識簡介：信號的頻譜；2.1信號在信道中的傳播學(xué)習(xí)要求建立信號頻譜的概念；了解信號在信道中傳輸時所受到的影響：衰減、時延、失真、噪聲與干擾；了解噪聲的類型與干擾的類型以及降低噪聲與干擾影響的一般方法；2.1信號在信道中的傳播學(xué)習(xí)要求2

2、.1.1衰減（Attenuation)衰減是由于信號在信道內(nèi)傳播過程中因能量損耗而導(dǎo)致的幅度減小。衰減通常用分貝值（dB）表示。 設(shè)注入信道的信號電壓（最大值或有效值）為Ui，輸出的信號電壓（相應(yīng)地用最大值或有效值）為Uo，則信道對該信號的電壓衰減值為： 2.1.1衰減（Attenuation)衰減是由于信號在信道有時候信道衰減也用功率衰減值表示： 衰減可分為介質(zhì)損耗和能量擴散損耗兩種。它們主要發(fā)生在有線信號和無線信道中。有時候信道衰減也用功率衰減值表示： 衰減可分為有線信道的損耗： 損耗以介質(zhì)損耗為主,能量擴散損耗很小.同軸電纜的衰減特性型號衰減(dB/km)30MHz200MHz800MH

3、z雙屏蔽藕芯電纜922.061.0132.0SYV-75-5（實芯）70.6190.0473.0SYV-75-751.0140.0SYV-75-936.9104.0SYV-75-1234.496.8有線信道的損耗： 損耗以介質(zhì)損耗為主,能量擴散損耗很信道對不同頻率的信號有不同的傳輸能力；信道對不同頻率的信號還有不同的相移。信道對不同頻率的信號有不同的傳輸能力；無線信道的損耗:無線信道的以擴散損耗為主,介質(zhì)損耗很小。 電磁波在自由空間傳播的擴散損耗可以用以下公式計算：無線信道的損耗:無線信道的以擴散損耗為主,介質(zhì)損耗很小。電磁波能量擴散損耗曲線 ：例：在距離900MHz移動通信基站1km處電磁波

4、的損耗約為91.53dB電磁波能量擴散損耗曲線 ：例：在距離900MHz移動通信基站實際的無線電通信系統(tǒng)的收發(fā)雙方都會采用有向天線。 發(fā)送天線可以將信號的能量集中到接收方向，而接收天線可以將接收電磁波的范圍擴大，這兩者都是抵消過大的能量擴散的有效措施。實際的無線電通信系統(tǒng)的收發(fā)雙方都會采用有向天線。2.1.2 信號的頻譜(Frequency Spectrum)通過數(shù)學(xué)知識我們知道：任意一個滿足狄里赫利條件的周期信號f(t)(實際工程中所遇到的周期信號一般都滿足)可用三角函數(shù)信號的線性組合來表示，即：就是一個周期信號可近似用一直流分量和以其頻率(周期的倒數(shù))為基頻的各次諧波(正弦型信號)的線性疊

5、加表示。2.1.2 信號的頻譜(Frequency Spectrum諧波次數(shù)取得越高，近似程度越好。諧波次數(shù)取得越高，近似程度越好。頻譜指的是信號的電量在頻率軸上的分布關(guān)系。頻譜指的是信號的電量在頻率軸上的分布關(guān)系。同一信號相鄰譜線的間隔相同，信號的周期越大，各譜線之間的頻率間隔越小。同一信號相鄰譜線的間隔相同，信號的周期越大，各譜線之間的頻率 脈沖寬度越窄，其頻譜包絡(luò)線的零點頻率越高，從而相鄰兩個包絡(luò)零值之間所包含的諧波分量就越多，因而信號所占據(jù)的頻帶寬度就越寬。 脈沖寬度越窄，其頻譜包絡(luò)線的零點頻率越高，從而相2.1.3 失真（Distortion） 當一個正弦信號通過一個線性的信道時，正

6、弦波的幅度會衰減，還會有相移（時延），但仍然是相同頻率的正弦波。現(xiàn)有的信道絕大多數(shù)可以看作是線性信道，因此信號在其中傳輸時不會出現(xiàn)非線性失真，不會產(chǎn)生新的頻率成份。 實際的信號有一定的頻帶寬度，可以被看作是由多個正弦分量組成的，如果信道對不同頻率的正弦分量表現(xiàn)出不同的衰減量和時延，這樣的信號在信道中傳輸時不可避免地會產(chǎn)生失真。這種失真不會產(chǎn)生新的頻率成分，稱為線性失真（Linear Distortion）。產(chǎn)生新的頻率成分的失真稱為非線性失真（Nonlinear Distortion） 。2.1.3 失真（Distortion） 當一個 t t 信道輸入 信道輸出 線性信道 信道輸出 信道輸入

7、 t t 信道輸入 信道輸出 線性信道 信道輸出 信道輸入 線性失真可以通過在信道輸入端或輸出端加均衡器的方法進行補償。 均衡器根據(jù)信道的傳輸特性進行設(shè)計與調(diào)節(jié)，其主要作用是對信號不同頻率成份進行不同的衰減與時延，使信號各頻率成份通過信道和均衡器后總的衰減與時延基本相同。線性失真可以通過在信道輸入端或輸出端加均衡器的方法進行補償。注入信道的信號頻譜 信道輸出信號的頻譜 f1 f2 均衡器輸入信號頻譜 均衡器輸出信號頻譜 均衡器傳輸特性 f1 f2 信道的傳輸特性注入信道的信號頻譜 信道輸出信號的頻譜 f1 f2 均2.1.4 噪聲與干擾（Noise & Disturbance）噪聲（noise

8、）是電量的隨機波動，它會使信號受到影響。 信號在信道中傳輸時，來自信道和傳輸設(shè)備的各種噪聲都會疊加到信號上。 t 信道輸出線性信道 信道輸出信道輸入噪聲輸入2.1.4 噪聲與干擾（Noise & Disturbanc 信號受噪聲的影響大小取決于信號與噪聲的功率比值，簡稱信噪比（SNR），其定義為： 平均信號功率SNR = （dB） 平均噪聲功率信噪比值越大，信號的質(zhì)量就越好。 信號受噪聲的影響大小取決于信號與噪聲的功率比值，噪聲的來源是多方面的，一般可分為內(nèi)部噪聲、自然噪聲和人為噪聲。內(nèi)部噪聲是系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲，例如熱噪聲、散彈噪聲等；自然噪聲是指自然界存在的各種電磁波源，如閃電、雷

9、暴及其它宇宙噪聲等；人為噪聲來源于其它無關(guān)的信號源，例如電火花、無關(guān)信號等。 噪聲的來源是多方面的，一般可分為內(nèi)部噪聲、自然噪聲和人為噪聲熱噪聲的功率均勻地分布在相當寬的頻帶范圍內(nèi)，就好象多種色彩的光合成白光一樣，故也稱為白噪聲。 熱噪聲起源于電子的熱運動。由于所有的電導(dǎo)體都會產(chǎn)生熱噪聲，因此所有的電子設(shè)備內(nèi)部也都產(chǎn)生熱噪聲。熱噪聲的功率均勻地分布在相當寬的頻帶范圍內(nèi)，就好象多種色彩的熱噪聲無處不在且很難抑制。 當信號在信道中傳輸時信號會受到衰減，但噪聲會在信道的任一點上產(chǎn)生，并且會逐點積累。因此在離發(fā)送端越遠的地方信號的信噪比也越小；放大器可以使信號的功率增加，同時也使噪聲功率增加，因此不會

10、改變信噪比，相反地，由于放大器本身會引入噪聲，因此放大后的信噪比會更差，在信號比較小的情況下尤其如此。由此可見，噪聲是影響通信系統(tǒng)性能的重要因素之一。信道輸出 信道輸入 信號隨距離增加而減小 噪聲隨距離增加而增加 熱噪聲無處不在且很難抑制。信道輸出 信道輸入 信號隨距離增加有時候，我們把來自其它系統(tǒng)的噪聲稱為干擾。兩條并行的通信線路之間由于分布電容的存在或互感耦合會造成信號的相互干擾；在頻分多路復(fù)用的系統(tǒng)中，一個信道中同時有多個不同頻率的信號在傳播，也可能會造成信號的相互干擾；在無線電通信系統(tǒng)中，接收天線會同時收到來自于多個通信設(shè)備發(fā)送的電磁波，它們之間也會產(chǎn)生相互干擾。有時候，我們把來自其它

11、系統(tǒng)的噪聲稱為干擾。信道之間的干擾： 輸出信號頻譜 信道1 干擾頻譜 干擾波形 信號波形 合成信號波形 信道2 信道之間的干擾： 輸出信號頻譜 信道1 干擾頻譜 干擾波形 子信道之間的干擾：子信道輸出信號頻譜 信道 串音干擾頻譜 在同一信道中傳送多路信號 子信道之間的干擾：子信道輸出信號頻譜 信道 串音干擾頻譜 在電磁波干擾： 發(fā)射機1 發(fā)射機2 接收機 發(fā)射機3 電磁波干擾： 發(fā)射機1 發(fā)射機2 接收機 發(fā)射機3 按性質(zhì)分類，噪聲可以分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。 單頻噪聲的頻率可以通過實際測量予以確定，因此只要相應(yīng)的采取適當?shù)拇胧┚涂梢约右苑乐?；脈沖噪聲是一種時間上無規(guī)則的時而安靜時而突發(fā)的噪聲，例如電火花噪聲、閃電噪聲等；起伏噪聲主要包括熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲，這類噪聲是普遍存在和無法避免的。 脈沖噪聲和起伏噪聲對通信系統(tǒng)的影響是不同的。脈沖噪聲的強度大，一般的調(diào)制解調(diào)技術(shù)均無能為力，故只能把它的出現(xiàn)看作是不幸事件，一般的通信技術(shù)都不去研究它。但起伏噪聲卻是普遍存在且有著持續(xù)不斷的影響，因此在研究信息的傳輸原理時常把起伏噪聲作為基本的研究對象。 按性質(zhì)分類，噪聲可以分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。消除噪聲與干擾的措施: 分析噪