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(hào)與噪聲 1.6 信號(hào)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(shí)簡(jiǎn)介：信號(hào)的頻譜；衰減、失真、噪聲與干擾；數(shù)字基帶信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)。本章知識(shí)簡(jiǎn)介：信號(hào)的頻譜；2.1信號(hào)在信道中的傳播學(xué)習(xí)要求建立信號(hào)頻譜的概念；了解信號(hào)在信道中傳輸時(shí)所受到的影響：衰減、時(shí)延、失真、噪聲與干擾；了解噪聲的類(lèi)型與干擾的類(lèi)型以及降低噪聲與干擾影響的一般方法；2.1信號(hào)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(hào)在信道內(nèi)傳播過(guò)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(hào)電壓（最大值或有效值）為Ui，輸出的信號(hào)電壓（相應(yīng)地用最大值或有效值）為Uo，則信道對(duì)該信號(hào)的電壓衰減值為： 2.1.1衰減（Attenuation)衰減是由于信號(hào)在信道有時(shí)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(kuò)散損耗兩種。它們主要發(fā)生在有線信號(hào)和無(wú)線信道中。有時(shí)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(kuò)散損耗很小.同軸電纜的衰減特性型號(hào)衰減(dB/km)30MHz200MHz800MH

3、z雙屏蔽藕芯電纜922.061.0132.0SYV-75-5（實(shí)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(kuò)散損耗很信道對(duì)不同頻率的信號(hào)有不同的傳輸能力；信道對(duì)不同頻率的信號(hào)還有不同的相移。信道對(duì)不同頻率的信號(hào)有不同的傳輸能力；無(wú)線信道的損耗:無(wú)線信道的以擴(kuò)散損耗為主,介質(zhì)損耗很小。 電磁波在自由空間傳播的擴(kuò)散損耗可以用以下公式計(jì)算：無(wú)線信道的損耗:無(wú)線信道的以擴(kuò)散損耗為主,介質(zhì)損耗很小。電磁波能量擴(kuò)散損耗曲線 ：例：在距離900MHz移動(dòng)通信基站1km處電磁波

4、的損耗約為91.53dB電磁波能量擴(kuò)散損耗曲線 ：例：在距離900MHz移動(dòng)通信基站實(shí)際的無(wú)線電通信系統(tǒng)的收發(fā)雙方都會(huì)采用有向天線。 發(fā)送天線可以將信號(hào)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(kuò)大，這兩者都是抵消過(guò)大的能量擴(kuò)散的有效措施。實(shí)際的無(wú)線電通信系統(tǒng)的收發(fā)雙方都會(huì)采用有向天線。2.1.2 信號(hào)的頻譜(Frequency Spectrum)通過(guò)數(shù)學(xué)知識(shí)我們知道：任意一個(gè)滿足狄里赫利條件的周期信號(hào)f(t)(實(shí)際工程中所遇到的周期信號(hào)一般都滿足)可用三角函數(shù)信號(hào)的線性組合來(lái)表示，即：就是一個(gè)周期信號(hào)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(hào))的線性疊

5、加表示。2.1.2 信號(hào)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(hào)的電量在頻率軸上的分布關(guān)系。頻譜指的是信號(hào)的電量在頻率軸上的分布關(guān)系。同一信號(hào)相鄰譜線的間隔相同，信號(hào)的周期越大，各譜線之間的頻率間隔越小。同一信號(hào)相鄰譜線的間隔相同，信號(hào)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(diǎn)頻率越高，從而相鄰兩個(gè)包絡(luò)零值之間所包含的諧波分量就越多，因而信號(hào)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(diǎn)頻率越高，從而相2.1.3 失真（Distortion） 當(dāng)一個(gè)正弦信號(hào)通過(guò)一個(gè)線性的信道時(shí)，正

6、弦波的幅度會(huì)衰減，還會(huì)有相移（時(shí)延），但仍然是相同頻率的正弦波?，F(xiàn)有的信道絕大多數(shù)可以看作是線性信道，因此信號(hào)在其中傳輸時(shí)不會(huì)出現(xiàn)非線性失真，不會(huì)產(chǎn)生新的頻率成份。 實(shí)際的信號(hào)有一定的頻帶寬度，可以被看作是由多個(gè)正弦分量組成的，如果信道對(duì)不同頻率的正弦分量表現(xiàn)出不同的衰減量和時(shí)延，這樣的信號(hào)在信道中傳輸時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生失真。這種失真不會(huì)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(dāng)一個(gè) 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(guò)在信道輸入端或輸出端加均衡器的方法進(jìn)行補(bǔ)償。 均衡器根據(jù)信道的傳輸特性進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)，其主要作用是對(duì)信號(hào)不同頻率成份進(jìn)行不同的衰減與時(shí)延，使信號(hào)各頻率成份通過(guò)信道和均衡器后總的衰減與時(shí)延基本相同。線性失真可以通過(guò)在信道輸入端或輸出端加均衡器的方法進(jìn)行補(bǔ)償。注入信道的信號(hào)頻譜 信道輸出信號(hào)的頻譜 f1 f2 均衡器輸入信號(hào)頻譜 均衡器輸出信號(hào)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(hào)頻譜 信道輸出信號(hào)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(jī)波動(dòng)，它會(huì)使信號(hào)受到影響。 信號(hào)在信道中傳輸時(shí)，來(lái)自信道和傳輸設(shè)備的各種噪聲都會(huì)疊加到信號(hào)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(hào)受噪聲的影響大小取決于信號(hào)與噪聲的功率比值，簡(jiǎn)稱信噪比（SNR），其定義為： 平均信號(hào)功率SNR = （dB） 平均噪聲功率信噪比值越大，信號(hào)的質(zhì)量就越好。 信號(hào)受噪聲的影響大小取決于信號(hào)與噪聲的功率比值，噪聲的來(lái)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(lái)源于其它無(wú)關(guān)的信號(hào)源，例如電火花、無(wú)關(guān)信號(hào)等。 噪聲的來(lái)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(dāng)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(yùn)動(dòng)。由于所有的電導(dǎo)體都會(huì)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(dāng)寬的頻帶范圍內(nèi)，就好象多種色彩的熱噪聲無(wú)處不在且很難抑制。 當(dāng)信號(hào)在信道中傳輸時(shí)信號(hào)會(huì)受到衰減，但噪聲會(huì)在信道的任一點(diǎn)上產(chǎn)生，并且會(huì)逐點(diǎn)積累。因此在離發(fā)送端越遠(yuǎn)的地方信號(hào)的信噪比也越?。环糯笃骺梢允剐盘?hào)的功率增加，同時(shí)也使噪聲功率增加，因此不會(huì)

10、改變信噪比，相反地，由于放大器本身會(huì)引入噪聲，因此放大后的信噪比會(huì)更差，在信號(hào)比較小的情況下尤其如此。由此可見(jiàn)，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(hào)隨距離增加而減小 噪聲隨距離增加而增加 熱噪聲無(wú)處不在且很難抑制。信道輸出 信道輸入 信號(hào)隨距離增加有時(shí)候，我們把來(lái)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(huì)造成信號(hào)的相互干擾；在頻分多路復(fù)用的系統(tǒng)中，一個(gè)信道中同時(shí)有多個(gè)不同頻率的信號(hào)在傳播，也可能會(huì)造成信號(hào)的相互干擾；在無(wú)線電通信系統(tǒng)中，接收天線會(huì)同時(shí)收到來(lái)自于多個(gè)通信設(shè)備發(fā)送的電磁波，它們之間也會(huì)產(chǎn)生相互干擾。有時(shí)候，我們把來(lái)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(hào)頻譜 信道1 干擾頻譜 干擾波形 信號(hào)波形 合成信號(hào)波形 信道2 信道之間的干擾： 輸出信號(hào)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(hào)頻譜 信道 串音干擾頻譜 在同一信道中傳送多路信號(hào) 子信道之間的干擾：子信道輸出信號(hào)頻譜 信道 串音干擾頻譜 在電磁波干擾： 發(fā)射機(jī)1 發(fā)射機(jī)2 接收機(jī) 發(fā)射機(jī)3 電磁波干擾： 發(fā)射機(jī)1 發(fā)射機(jī)2 接收機(jī) 發(fā)射機(jī)3 按性質(zhì)分類(lèi)，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(guò)實(shí)際測(cè)量予以確定，因此只要相應(yīng)的采取適當(dāng)?shù)拇胧┚涂梢约右苑乐?；脈沖噪聲是一種時(shí)間上無(wú)規(guī)則的時(shí)而安靜時(shí)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(lèi)噪聲是普遍存在和無(wú)法避免的。 脈沖噪聲和起伏噪聲對(duì)通信系統(tǒng)的影響是不同的。脈沖噪聲的強(qiáng)度大，一般的調(diào)制解調(diào)技術(shù)均無(wú)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(shí)常把起伏噪聲作為基本的研究對(duì)象。 按性質(zhì)分類(lèi)，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