現(xiàn)代通信理論與技術(shù)

..第1章現(xiàn)代通信理論與技術(shù)概述1.1現(xiàn)代通信1.1.1信息與通信*"信息"的概念：日常生活中的"信息"概念：消息,情報(bào),知識(shí),情況信息科學(xué)中的"信息"概念：對(duì)客觀事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和主觀思維活動(dòng)的狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述。*信息的某些特性：〔1信息表現(xiàn)媒體是攜帶信息的載體,信息隱含于信息的表現(xiàn)媒體中。數(shù)據(jù),文字,符號(hào),圖像,語(yǔ)音,物理參量人們〔或機(jī)器通過記錄和表現(xiàn)信息的媒體獲取信息、識(shí)別信息、理解信息、使用信息?！?信息表現(xiàn)媒體的內(nèi)容并不都是信息,信息量〔以比特為單位是對(duì)信息表現(xiàn)媒體的新穎性,差別性,不確定性的程度的量度?！?信息是資源,是財(cái)富,具有可用性。*獲取信息的手段之一就是通信。*通信：把信息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方的過程叫做通信；通信的目的是由一個(gè)地方向另一個(gè)地方傳遞信息,以實(shí)現(xiàn)人與人之間、人與機(jī)器之間或機(jī)器與機(jī)器之間的信息交換。對(duì)"通信"概念的說明：〔1廣義的通信概念。〔2信息的運(yùn)載工具?！?通信對(duì)象。1.1.2現(xiàn)代通信〔1現(xiàn)代通信的內(nèi)涵：通信——>現(xiàn)代通信：A.電通信：用"電信號(hào)"運(yùn)載信息的通信方式。B.光通信：用"光信號(hào)"運(yùn)載信息的通信方式?！?現(xiàn)代通信發(fā)展簡(jiǎn)史：〔3信息表現(xiàn)媒體的種類與通信方式：〔4現(xiàn)代通信的某些特征：①有線通信和無線通信、固定通信和移動(dòng)通信高度有機(jī)結(jié)合在一起；②電通信與光通信高度有機(jī)結(jié)合在一起；③通信與計(jì)算機(jī)和微處理器的高度有機(jī)結(jié)合,徹底改變了信息交換方式和通信設(shè)備的功能；④通信網(wǎng)絡(luò)化,高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代通信網(wǎng)；⑤信息表示、傳輸數(shù)字化；⑥多媒體通信,話音業(yè)務(wù)與非話音業(yè)務(wù)的高度綜合。⑦軟件無線電技術(shù)與微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合使通信終端高度集成、并依靠軟件加載實(shí)現(xiàn)各種通信功能和智能?！?支持二十一世紀(jì)通信的主要技術(shù)：現(xiàn)代通信基礎(chǔ)技術(shù)：微電子技術(shù),光子技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),軟件技術(shù),終端技術(shù)通信領(lǐng)域中的核心技術(shù)：下一代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)〔NGN,光通信技術(shù),未來的無線與移動(dòng)通信技術(shù)〔3G/4G移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、個(gè)人通信技術(shù)通信系統(tǒng)與通信網(wǎng)*通信系統(tǒng)的概念：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱為通信系統(tǒng)。1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型〔1一般模型：〔2通信系統(tǒng)分類：1.2.2模擬通信系統(tǒng)①模擬通信系統(tǒng)的組成及各部分的功能。模擬通信系統(tǒng)的組成及各部分的功能。②模擬通信：將基帶模擬信號(hào)直接送往信道傳輸或經(jīng)載波調(diào)制之后再送往信道傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。③模擬通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。1.2.4通信網(wǎng)通信網(wǎng)是一種按照通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議,使用交換設(shè)備和傳輸設(shè)備,將地理位置分散的用戶終端設(shè)備互連起來,實(shí)現(xiàn)任意用戶之間的信息傳輸與交換的通信系統(tǒng)。1.3現(xiàn)代通信理論與技術(shù)通信系統(tǒng)的根本任務(wù)是有效和可靠地傳輸信息,而傳輸信息又總是以某種信號(hào)作為運(yùn)載工具,因此信息傳輸主要表現(xiàn)為攜帶信息的信號(hào)的變換、處理、傳輸、交換和存儲(chǔ)過程。通信系統(tǒng)中信息信號(hào)的變換、處理、傳輸、交換和存儲(chǔ)過程構(gòu)成了全部通信理論與技術(shù)。1.3.1通信研究的基本問題數(shù)字通信系統(tǒng)的模型：1.3.2數(shù)字通信中的編碼技術(shù)〔1信源編碼：1格式變換:目的是信源消息數(shù)字化、比特化,以適應(yīng)后續(xù)的數(shù)據(jù)壓縮、加密編碼和信道編碼等基于比特流的數(shù)字信號(hào)處理。包括：模擬信號(hào)數(shù)字化；數(shù)據(jù)格式變換。2數(shù)據(jù)壓縮:目的是提高通信的有效性。用盡可能少的比特?cái)?shù)表述信源的輸出信息,用比較簡(jiǎn)單的辦法降低數(shù)碼率,并且在信源譯碼器那里能準(zhǔn)確地或以一定的質(zhì)量損失為容限再現(xiàn)信源信息。〔2加密編碼：目的是對(duì)信息進(jìn)行保密,不讓非授權(quán)者了解。〔3信道編碼：信道編碼的主要任務(wù)：是差錯(cuò)控制編碼,亦稱檢錯(cuò)糾錯(cuò)編碼。信道編碼的目的：是為了使接收端能對(duì)接收到的碼元序列進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò),以降低錯(cuò)誤率,提高通信的可靠性。實(shí)現(xiàn)方法：在發(fā)送端利用信道編碼器,按照一定的規(guī)則在信息碼字中增加一些監(jiān)督碼元,接收端的信道譯碼器利用監(jiān)督碼元和信息碼元之間的監(jiān)督關(guān)系來檢驗(yàn)接收到的碼字,以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤。差錯(cuò)控制編碼提高通信的可靠性是以降低通信的有效性為代價(jià)的?！?信道編碼：差錯(cuò)控制編碼的類型：檢錯(cuò)碼,糾錯(cuò)碼1檢錯(cuò)重發(fā)：在這種方式中,發(fā)送端發(fā)送的是具有一定檢錯(cuò)能力的檢錯(cuò)碼,接收端在接收的碼字中一旦檢測(cè)出錯(cuò)誤,就通過反饋信道通知發(fā)送端重發(fā)該碼字,直到正確接收為止。2前向糾錯(cuò)：又稱自動(dòng)糾錯(cuò)。在這種方式中,發(fā)送端發(fā)送的是具有一定糾錯(cuò)能力的糾錯(cuò)碼,接收端對(duì)接收碼字中不超過糾錯(cuò)能力范圍的差錯(cuò)自動(dòng)進(jìn)行糾正。其優(yōu)點(diǎn)是不需要反饋信道,但如果要糾正大量錯(cuò)誤,必然要求編碼時(shí)插入較多的監(jiān)督碼元,因此編碼效率低,譯碼電路復(fù)雜。3混合糾錯(cuò)：是檢錯(cuò)重發(fā)與前向糾錯(cuò)的結(jié)合。1.3.3基帶傳輸與調(diào)制傳輸〔1基帶傳輸:基帶傳輸是將未經(jīng)調(diào)制的基帶信息信號(hào)直接送往信道傳輸?shù)男畔鬏敺绞健?調(diào)制傳輸:調(diào)制傳輸是指用信息信號(hào)調(diào)制正弦載波或脈沖載波的參數(shù)形成已調(diào)信號(hào)后再送往信道傳輸?shù)男畔鬏敺绞降目偡Q。*為什么要進(jìn)行調(diào)制傳輸？①調(diào)制是有效輻射電磁波的唯一手段；②無相互干擾地同時(shí)傳送多路信號(hào)的手段之一就是利用調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的頻分多路復(fù)用；③選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制形式可以抑制不希望的信號(hào)的影響,改善通信系統(tǒng)的性能。*與調(diào)制有關(guān)的術(shù)語(yǔ)：Carrier：在調(diào)制理論中,通常把不含信息的高頻信號(hào),它可能是正弦波,也可能是脈沖序列,稱之為載波；Modulatingsignal：攜帶信息并且需要傳輸?shù)幕鶐盘?hào)〔或低頻信號(hào)稱之為調(diào)制信號(hào)；Modulation：按調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波的某個(gè)或某些參數(shù)的過程稱之為調(diào)制；Modulatedsignal：用調(diào)制信號(hào)改變載波的某個(gè)或某些參數(shù)所形成的攜帶信息的帶通信號(hào)稱之為已調(diào)信號(hào),多數(shù)情況下已調(diào)信號(hào)是一個(gè)窄帶帶通信號(hào)；Demodulation：將攜帶信息的帶通信號(hào)變回到基帶信息信號(hào)的過程稱為解調(diào)。*連續(xù)波調(diào)制：用正弦波作載波的調(diào)制稱為連續(xù)波調(diào)制。連續(xù)波調(diào)制的類型：1.3.4有線通信和無線通信〔1有線通信：①光纖通信；②電纜通信〔2無線通信：①無線光通信：用自由空間傳播的光波來傳遞信息的通信方式。②無線電通信：用自由空間傳播的電磁波來傳遞信息的通信方式?！?電波傳播的方式：①地面波：靠近地面?zhèn)鞑?f<3MHz。②天波：依靠距地面100公里的空間電離層的反射完成傳播,3<f<30MHz。③空間波：在空間兩點(diǎn)間直線傳播,f>30MHz。〔4無線電通信的主要方式：①微波中繼通信：微波是指波長(zhǎng)為1m～1mm,或頻率為300MHz～300GHz范圍內(nèi)的電磁波。微波中繼通信是利用微波波段的電磁波在視距范圍內(nèi)以微波接力形式傳輸信息的通信方式,具有頻帶寬、容量大的優(yōu)點(diǎn)。②衛(wèi)星通信：衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào),在多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。它實(shí)際是微波中繼通信的一種特殊形式,將中繼站搬到人造地球衛(wèi)星上。它的特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn),覆蓋面積大,不受地形條件限制,傳輸容量大,可靠性高。衛(wèi)星通信包括同步衛(wèi)星通信、低軌道地球衛(wèi)星移動(dòng)通信和平流層天星通信。③移動(dòng)通信：指通信雙方至少有一方是在移動(dòng)中進(jìn)行信息交換的通信方式。*移動(dòng)通信組網(wǎng)技術(shù)的研究?jī)?nèi)容：1多址技術(shù)；2區(qū)域覆蓋技術(shù)；3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；4移動(dòng)性管理；5網(wǎng)絡(luò)控制*實(shí)現(xiàn)第三代移動(dòng)通信的三大主流技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA。中國(guó)提出的實(shí)現(xiàn)第三代移動(dòng)通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：TD-SCDMA1.3.4單向和雙向、單工和雙工通信按信息信號(hào)傳送的方向,通信的工作方式可分為單向通信和雙向通信。按信息信號(hào)傳送的時(shí)間,雙向通信又分為單工、雙工和半雙工通信方式?！?單向通信：在單向通信方式中,信息只能向一個(gè)方向傳送,任何時(shí)侯都不能改變傳輸方向?！?單工通信：信息可以雙向傳送,但通信雙方中任何一方都不能同時(shí)收發(fā)信息,兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行的工作方式?！?雙工通信：通信雙方都能同時(shí)收發(fā)信息,進(jìn)行雙向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?。?半雙工通信：一般指通信雙方中有一方使用雙工方式,另一方使用單工方式的通信方式?！?雙工通信的實(shí)現(xiàn)方式：雙工通信的實(shí)現(xiàn)方式有：頻分雙工〔FDD；時(shí)分雙工〔TDD。頻分雙工：用不同的發(fā)送頻率和接收頻率實(shí)現(xiàn)雙工通信的工作方式。收發(fā)頻率之差稱為雙工頻率間隔。在FDMA系統(tǒng)中,收發(fā)頻段是分開的,所有移動(dòng)臺(tái)均使用相同的接收和發(fā)送頻段,因而移動(dòng)臺(tái)到移動(dòng)臺(tái)之間不能直接通信,必須經(jīng)過基站中轉(zhuǎn)。*網(wǎng)絡(luò)融合,三網(wǎng)合一：電信網(wǎng),廣播電視網(wǎng),計(jì)算機(jī)網(wǎng)1.3.6.1通信組網(wǎng)技術(shù)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)〔物理連接,體系結(jié)構(gòu)〔通信功能的邏輯分布結(jié)構(gòu),無線網(wǎng)的區(qū)域覆蓋方式1.3.6.2多路復(fù)用和多址接入技術(shù)〔1多路復(fù)用：通常表示在一個(gè)信道上傳輸多路信號(hào)或數(shù)據(jù)流的過程和技術(shù)。因?yàn)槎嗦窂?fù)用能夠?qū)⒍鄠€(gè)低速信道整合到一個(gè)高速信道進(jìn)行傳輸,從而有效地利用了高速信道。多個(gè)基帶信息流用戶復(fù)用一個(gè)寬帶信道?！?多址接入：是指通信網(wǎng)絡(luò)具有多個(gè)用戶通過公共的信道接入到網(wǎng)絡(luò)的能力。多個(gè)射頻用戶復(fù)用一個(gè)射頻信道〔射頻復(fù)用。*無線多址通信和多路復(fù)用技術(shù)的關(guān)系：多址通信和多路復(fù)用技術(shù)的理論基礎(chǔ)都是信號(hào)的正交分割原理。但無線多址通信是指多個(gè)電臺(tái)或通信站的射頻信號(hào)在射頻頻道上的復(fù)用,以達(dá)到各站、臺(tái)之間同一時(shí)間、同一方向的用戶間的多邊通信；多路復(fù)用通信是指一個(gè)站內(nèi)的多路低頻信號(hào)在群頻信道上的復(fù)用,以達(dá)到兩個(gè)臺(tái)、站之間雙邊點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的多用戶通信。*選址通信的方式選址通信的方式：〔1有線選址；〔2無線選址〔3多路復(fù)用與多址接入的理論基礎(chǔ)——信號(hào)正交分割原理?！?多路復(fù)用與多址接入的實(shí)現(xiàn)：①發(fā)送端進(jìn)行信號(hào)正交化設(shè)計(jì)：②多路信號(hào)復(fù)合：③接收端進(jìn)行信號(hào)正交化分離：〔5多路復(fù)用的類型：寬帶信道的多路復(fù)用：〔6無線多址技術(shù)：多址方式主要有：頻分多址〔FDMA；時(shí)分多址〔TDMA；碼分多址〔CDMA；空分多址〔SDMA；極化分割多址〔PDMA。以及它們的組合方式。①頻分多址〔FDMA頻分多址是將給定的頻率資源劃分為若干個(gè)等間隔的頻道供不同的用戶使用。在FDMA中,信道指的是頻道。頻分多址系統(tǒng)通常采用頻分雙工方式實(shí)現(xiàn)雙工通信。②時(shí)分多址〔TDMA時(shí)分多址是把時(shí)間分割成互不重疊的周期性的幀,每一幀再分割成若干個(gè)互不重疊的時(shí)隙,用戶在指定的時(shí)隙內(nèi)進(jìn)行通信。在TDMA中,時(shí)隙就是信道。在TDMA系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)雙工通信既可采用FDD方式,也可采用TDD方式。③碼分多址〔CDMA碼分多址以擴(kuò)頻技術(shù)為基礎(chǔ),利用不同碼型實(shí)現(xiàn)不同用戶的信息傳輸。在CDMA系統(tǒng)中,碼型代表信道。CDMA系統(tǒng)中多址方式有FH-CDMA和DS-CDMA。*Walsh序列在IS-95CDMA系統(tǒng)中的應(yīng)用：在IS-95CDMA系統(tǒng)中,基站至移動(dòng)臺(tái)的下行鏈路中用64位的Walsh碼序列區(qū)分信道。64位的Walsh碼有64個(gè)正交序列,用W0,W1,W2,…,W63表示,這樣就有64個(gè)邏輯信道。其中W0用作導(dǎo)頻信道,W32用作同步信道,W1~W7用作尋呼信道,其余55個(gè)信道用作業(yè)務(wù)信道。④空分多址〔SDMA空分多址是通過空間的分割來區(qū)分不同的用戶。在移動(dòng)通信中,能實(shí)現(xiàn)空間分割的基本技術(shù)就是采用自適應(yīng)陣列天線,在不同的用戶方向上形成不同的波束,不同的波束可采用相同的頻率和相同的多址方式,也可采用不同的頻率和不同的多址方式。在SDMA系統(tǒng)中,波束代表信道。⑤極化分割分多址〔PDMA1.3.6.3數(shù)字交換技術(shù)〔1信息交換方式：信息交換指信息在不同線路、終端或網(wǎng)路之間的切換過程或分發(fā)過程。信息交換主要有電路交換、報(bào)文交換、分組交換、異步轉(zhuǎn)移模式〔ATM、IP交換、MPLS等基本方式。〔2交換設(shè)備：①交換設(shè)備在通信網(wǎng)中的地位：通信網(wǎng)由用戶終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備和通信軟件與協(xié)議組成。它由交換設(shè)備完成接續(xù),使網(wǎng)內(nèi)任一用戶可與另一用戶進(jìn)行通信。②交換設(shè)備的發(fā)展方向：人工交換機(jī)→步進(jìn)制交換機(jī)→縱橫制交換機(jī)→程控?cái)?shù)字交換機(jī)→？軟交換？光交換機(jī)？〔3程控?cái)?shù)字交換機(jī)：程控?cái)?shù)字交換機(jī)就是用電子計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序控制的、采用脈沖編碼調(diào)制<絕大多數(shù)情況下>時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)進(jìn)行時(shí)隙交換的全電子式自動(dòng)交換機(jī)。在程控?cái)?shù)字交換機(jī)中,交換的控制方式是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)程序控制。預(yù)先編好的程序存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi),時(shí)刻不停地監(jiān)視收集交換對(duì)象的企求動(dòng)態(tài),實(shí)時(shí)地作出響應(yīng),以存儲(chǔ)程序的指令實(shí)行智能控制,完成通話接續(xù)、呼叫處理。此外,存儲(chǔ)程序控制具有很高的智能,能提供多樣化的用戶服務(wù)性能、交換機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)性能和網(wǎng)的網(wǎng)路管理功能,增改性能也只需修改或輸入新程序即可實(shí)現(xiàn)?！?光交換：現(xiàn)在還未有一種普遍認(rèn)可的光交換技術(shù),因而相互競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)種類繁多。光交換機(jī)、光交叉連接矩陣和光路由器等名詞常?；煊?但在業(yè)內(nèi)人士看來自有差別。光交換是對(duì)鏈路中用戶信道之間光信號(hào)作實(shí)時(shí)通斷和換接處理,涉及大量用戶信道且交換頻繁；光交叉連接則實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中的光信號(hào)在不同鏈路間建立連接或切換路由。全光交換是通信發(fā)展歷程上的必由之路,但只能是一個(gè)逐步演進(jìn)的過程,交換節(jié)點(diǎn)將長(zhǎng)期保持半透明,而在網(wǎng)絡(luò)邊緣仍將采用電的復(fù)用方案,或者說OXC和電域IP路由器相結(jié)合的方案。1.3.6.4通信同步技術(shù)〔1載波同步接收機(jī)中相干解調(diào)需要再生出一個(gè)與接收載波同頻同相的本地相干載波?！?碼位同步接收端復(fù)制出來的碼元序列與發(fā)送端發(fā)送的碼元序列在重復(fù)頻率和相位上保持一致?！?碼字同步將接收端復(fù)制出來的碼元序列區(qū)分為碼字,對(duì)時(shí)分多路復(fù)用來說,指能將接收到的各路信息信號(hào)區(qū)分出來?！?幀同步將接收端復(fù)制出來的每個(gè)碼字的序號(hào)區(qū)分出來,多路通信中就是把第幾路信號(hào)區(qū)分出來?！?網(wǎng)同步在通信網(wǎng)中為了保證網(wǎng)內(nèi)各用戶之間的可靠通信,必須在網(wǎng)內(nèi)建立起一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。1.3.7通信對(duì)抗與抗干擾技術(shù)通信對(duì)抗是現(xiàn)代電子戰(zhàn)的重要組成部分。它是在軍事無線電通信中,對(duì)敵方無線電通信進(jìn)行偵察,測(cè)定其技術(shù)參數(shù),據(jù)此采用適當(dāng)?shù)臒o線電干擾手段,破壞和擾亂敵方的無線電通信,從而破壞敵方的指揮與控制系統(tǒng)的一種手段。通信對(duì)抗包括通信偵察和通信干擾兩部分。通信對(duì)抗：〔1通信偵察通信偵察使用電子偵察測(cè)向設(shè)備,對(duì)敵無線電通信信號(hào)進(jìn)行搜索截獲,測(cè)量分析和測(cè)向定位,以獲取信號(hào)頻率、電平、通信方式、調(diào)制制式和電臺(tái)位置等參數(shù),對(duì)其截聽判別,以確定信號(hào)的屬性。通信偵察是通信干擾的支援措施,用以保障通信干擾的有效進(jìn)行。一般包括信號(hào)搜索截獲、信號(hào)測(cè)向定位、信號(hào)測(cè)量分析、信號(hào)偵聽、信號(hào)識(shí)別判斷等偵察過程。〔2通信干擾通信干擾根據(jù)通信偵察獲得的敵方通信有關(guān)情況,運(yùn)用電子干擾設(shè)備發(fā)射適當(dāng)?shù)母蓴_信號(hào),破壞和擾亂敵方的無線電通信。通信干擾可分為欺騙性干擾和破壞性干擾兩類。欺騙性干擾的干擾與敵方通信信號(hào)的特征吻合,使通信接收方誤認(rèn)為干擾為信號(hào)。破壞性干擾在敵方通信時(shí)使用干擾發(fā)射機(jī)發(fā)出干擾電磁波破壞敵方通信聯(lián)絡(luò),使其獲得的有用信息量減少,甚至全遭破壞而無法通信。按干擾的頻譜寬度,通信干擾可分為瞄準(zhǔn)式干擾和阻塞式干擾。瞄準(zhǔn)式干擾是壓制敵方一個(gè)確定信道的通信干擾,干擾頻譜寬度僅占一個(gè)信道頻寬,準(zhǔn)確地與信號(hào)頻譜重合,干擾能量可全部用于壓制這一信道,干擾利用率高,且不影響己方的通信和偵察。阻塞式干擾是壓制敵方在某頻段范圍內(nèi)工作的所有信道的通信干擾,干擾應(yīng)有寬闊的干擾頻段、均勻的干擾頻譜和足夠的干擾功率。優(yōu)點(diǎn)是只要在干擾頻段內(nèi),敵方通信采用改頻或跳頻措施也無法避開干擾,但這也會(huì)影響己方在此頻段內(nèi)的通信。*通信對(duì)抗：通信對(duì)抗系統(tǒng)由多種偵察、測(cè)向和干擾等電子設(shè)備合理組合成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的整體,能在通信信號(hào)密集環(huán)境下對(duì)敵方通信全面實(shí)施偵察、測(cè)向定位和干擾。1.3.8信息安全與通信保密技術(shù)1.3.8.1信息安全理論*信息安全：–信息安全管理體系要求標(biāo)準(zhǔn)〔BS7799?信息安全是使信息避免一系列威脅,保障商務(wù)的連續(xù)性,最大限度地減少商務(wù)的損失,最大限度地獲取投資和商務(wù)的回報(bào)。涉及的是機(jī)密性、完整性、可用性。–教科書?信息安全就是對(duì)信息的機(jī)密性、完整性、可用性的保護(hù)。–美國(guó)信息安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室?信息安全涉及到信息的保密性、完整性、可用性、可控性。綜合起來說,就是要保障電子信息的有效性。*信息安全的概念：?信息的保密性信息的保密性〔保證信息不泄漏給未經(jīng)授權(quán)的人；?信息的完整性信息的完整性〔防止信息被未經(jīng)授權(quán)的篡改,保證真實(shí)的信息從真實(shí)的信源無失真地到達(dá)真實(shí)的信宿；?信息的可用性信息的可用性〔保證信息及信息系統(tǒng)確實(shí)為授權(quán)使用者所用,防止由于計(jì)算機(jī)病毒或其它人為因素造成的系統(tǒng)拒絕服務(wù),或?yàn)閿呈挚捎茫?信息的可控性信息的可控性〔對(duì)信息及信息系統(tǒng)實(shí)施安全監(jiān)控管理；?信息的不可否認(rèn)性信息的不可否認(rèn)性〔保證信息行為人不能否認(rèn)自己的行為。*信息安全的兩種主要觀點(diǎn)：信息安全分層結(jié)構(gòu)面向應(yīng)用信息安全框架：內(nèi)容安全,數(shù)據(jù)安全,運(yùn)行安全,實(shí)體安全信息安全金三角結(jié)構(gòu)面向?qū)傩孕畔踩蚣埽和暾?機(jī)密性,可用性1.3.8.2保密通信技術(shù)〔1通信、保密與保密通信通信：用某種方法通過媒體將信息從一地傳到另一地,是信息的擴(kuò)散和傳遞。保密：要求信息不讓非授權(quán)者了解,即消息的封鎖和隱蔽。保密通信：既要求把信息擴(kuò)散傳送出去,又要使信息不讓第三者收到,或者解不出來。通信和保密是對(duì)立的,但又是相依并存的,沒有信息,沒有信息的傳輸,即通信,就談不上保密?！?保密通信技術(shù)通信保密技術(shù)1.3.8.3信息隱藏技術(shù)信息隱藏技術(shù)是研究如何將某一信息隱藏于另一公開的信息中,然后通過公開信息的傳輸來傳遞隱藏的信息。*信息隱藏一般模型：*信息隱藏與密碼技術(shù)的關(guān)系：一方面,信息隱藏技術(shù)不同于傳統(tǒng)的信息加密技術(shù)。加密技術(shù)是將保密信息進(jìn)行特殊的編碼,形成不可識(shí)別的密文進(jìn)行傳遞；而信息隱藏則是將保密信息秘密隱藏于另一公開載體,然后通過公開載體的傳輸來達(dá)到傳遞機(jī)密信息的目的。信息加密技術(shù)僅僅隱藏了信息的內(nèi)容,而信息隱藏技術(shù)不但隱藏了信息內(nèi)容而且隱藏了信息的存在。另一方面,信息隱藏技術(shù)與信息加密技術(shù)并不矛盾,而是相輔相成、互為補(bǔ)充的。在實(shí)際應(yīng)用中,信息加密技術(shù)和信息隱藏技術(shù)常常需要結(jié)合運(yùn)用,通常是先對(duì)待嵌入的保密信息進(jìn)行加密得到密文,再把密文隱藏到公開的載體對(duì)象中。*信息隱藏的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)加密通信而言,可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者可通過截取密文進(jìn)行破譯而影響到機(jī)密信息的安全性；對(duì)信息隱藏而言,可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者難以從公開信息中判斷機(jī)密信息是否存在,因而難以截獲機(jī)密信息,從而能更好地保護(hù)機(jī)密信息的安全。*信息隱藏技術(shù)的分類：1.3.8.4數(shù)字水印技術(shù)將具有特定意義的標(biāo)記〔稱為水印,利用數(shù)字嵌入的方法隱藏在圖像、聲音、文檔、視頻等數(shù)字作品中,用來證明創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán),并作為鑒定、起訴非法侵權(quán)的依據(jù),同時(shí)通過對(duì)水印的檢測(cè)和分析來鑒別數(shù)字作品內(nèi)容的完整性,從而成為知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和數(shù)字多媒體防偽的有效手段。*數(shù)字水印的性能特點(diǎn)：穩(wěn)健性<魯棒性>,不可感知特性<逼真度>,水印容量,安全性,盲檢測(cè)與非盲檢測(cè)1.4現(xiàn)代通信新概念、新理論、新技術(shù)和新方法1.4.1對(duì)未來通信的展望〔1通信工作者的理想通信方式：從技術(shù)、服務(wù)及人性化三方面來看理想的通信方式。ForTechnique5W,ForService5A,ForPeople5H〔2二十一世紀(jì)通信發(fā)展的主要方向?yàn)閂I&P。三個(gè)方面的通信業(yè)務(wù)將成為二十一世紀(jì)的發(fā)展重點(diǎn)：高清晰度或三維圖象通信業(yè)務(wù)；具有理解、判別、綜合和推理能力的智能通信業(yè)務(wù)；移動(dòng)性、靈活性更強(qiáng)的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)?！?多媒體通信多媒體通信將多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合,使計(jì)算機(jī)的交互性、通信的分布性和視頻信號(hào)的真實(shí)性融為一體。由于多學(xué)科的不斷融合、相互滲透,計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、大眾傳播技術(shù)的相互促進(jìn)和發(fā)展,逐步產(chǎn)生了多媒體技術(shù),并匯集到多媒體信息系統(tǒng)和國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施的旗幟之下。通信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和電視網(wǎng)三網(wǎng)合一。多媒體系統(tǒng)的特征：數(shù)字化、寬帶化、智能化、個(gè)人化；業(yè)務(wù)的綜合化；系統(tǒng)的集成化；交互性〔4個(gè)人通信它以個(gè)人為對(duì)象,通信到人而不是設(shè)備。其主要特征是通信者隨身攜帶袖珍式微型終端或手持機(jī),只要按個(gè)人專用的身份識(shí)別碼進(jìn)行呼叫,即可與地球上任一個(gè)人建立通信,而不受通信雙方的位置、距離、環(huán)境和傳輸設(shè)備的限制。個(gè)人通信必須以數(shù)字化移動(dòng)通信作基礎(chǔ)?！?現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展方向數(shù)字化;綜合化;個(gè)人化;寬帶化;網(wǎng)絡(luò)化;智能化。1.4.3發(fā)展面向未來的無線與移動(dòng)通信技術(shù)1.4.3.13G的演進(jìn)*3G這種無線技術(shù),給我們提供了：〔1信道帶寬：5MHz；〔2小區(qū)半徑,分別小于0.1km、1km、20km；〔3數(shù)據(jù)速率：2Mbps<WCDMAR99>、14.4Mbps<HSDPAR5>;〔4時(shí)延：不大于100ms.*3G的演進(jìn)路線*寬帶無線接入WiMax技術(shù)移動(dòng)通信寬帶化,寬帶接入移動(dòng)化。寬帶無線接入WiMax技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：WiMax802.16d；WiMax802.16e。1.5通信系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)與仿真1.5.1信息的度量問題通信的根本目的是傳輸消息中所包含的信息。消息是信息的物理表現(xiàn)形式,信息是起內(nèi)涵。信息：對(duì)客觀事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和主觀思維活動(dòng)的狀態(tài)或存在方式的不定性的描述。*不確定性,信息,熵：Supposeandiscretememorylesssource：〔9.1Probabilities：P<S=,k=0,1,…,K-1〔9.2Theysatisfiesthecondition：*DefinitionoftheAmountofInformation〔信息量：*PropertiesofAmountofInformation：1.forIfweareabsolutelycertainoftheoutcomeofanevent,thereisnoinformationgained.2.forNonegativeinformation.3.forThelessprobableaneventis,themoreinformationwegainwhenitoccurs.4.iftheyareindependent*信息的單位：fork=0,1,…,K-1對(duì)數(shù)底為2,則信息量的單位為比特<bit>；對(duì)數(shù)底取e,則信息量的單位為奈特<nat>；對(duì)數(shù)底取10,則信息量的單位為哈特萊<Hartley>*信源熵：每個(gè)信源符號(hào)的平均信息量就是信源的熵。M進(jìn)制：信源符號(hào){0,1,…M}概率P{1/M,1/M,…1/M}信息量<bit>log2M,log2M…log2M1.5.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信的任務(wù)是傳遞信息,傳輸信息的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)最主要的性能指標(biāo)。所謂有效性〔efficiency,是指在給定的信道內(nèi)傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少,表征通信系統(tǒng)傳輸信息的數(shù)量指標(biāo)。所謂可靠性〔reliability,是指接收信息的準(zhǔn)確程度,表征通信系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量指標(biāo)。有效性和可靠性兩者相互矛盾而又相互聯(lián)系,通常也是可以互換的。*有效性和可靠性指標(biāo)：*碼元傳輸速率：數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用碼元傳輸速率或信息傳輸速率來衡量。碼元傳輸速率,即碼元速率或傳碼率,為秒鐘傳送碼元的數(shù)目,單位為波特〔Baud,簡(jiǎn)記為"B"。*信息傳輸速率：即信息速率或傳信率,為每秒鐘傳輸?shù)男畔⒘?單位為比特／秒,簡(jiǎn)記為"b/s"。對(duì)于M進(jìn)制碼元,其信息速率與M進(jìn)制碼元速率的關(guān)系為。*誤比特率：數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性用差錯(cuò)率來衡量。差錯(cuò)率越小,可靠性越高。差錯(cuò)率有兩種表示方法,一為誤信率,二為誤碼率。誤信率又稱誤比特率<BitErrorRateBER>,指收信者收到的錯(cuò)誤信息量在傳輸信息總量中所占的比例,即為碼元信息量在傳輸中被傳錯(cuò)的概率,記為。=接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)*誤符號(hào)率：誤碼率也叫誤符號(hào)率<SymbolErrorRate>,指收信者收到的錯(cuò)誤碼元數(shù)在傳輸?shù)目偞a元數(shù)中所占的比例,即在傳輸中碼元被傳錯(cuò)的概率,記為。=接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)1.5.3通信頻率配置〔2波段與頻段的劃分：頻段的頻率范圍：波段的波長(zhǎng)范圍：1.5.4軟件無線電〔1軟件無線電系統(tǒng)框圖〔2軟件無線電的基本概念：將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元以總線方式連接,構(gòu)成基本平臺(tái),并通過軟件加載實(shí)現(xiàn)各種無線電通信功能的一種開放式體系結(jié)構(gòu)。A.軟件無線電不是不要硬件,而是把硬件作為一個(gè)基本平臺(tái),并具有兩個(gè)特點(diǎn)：a.模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化；b.總線方式連接。B.軟件無線電的通信功能是通過軟件加載實(shí)現(xiàn)的。C.軟件無線電是一種開放的體系結(jié)構(gòu)?！?軟件無線電的體系結(jié)構(gòu)一種以DSP為基礎(chǔ)的軟件無線電；另一種以通用機(jī)為基礎(chǔ)的軟件無線電。1.以DSP為基礎(chǔ)的軟件無線電：硬件容易實(shí)現(xiàn),但軟件加載受到限制。2.以通用機(jī)為基礎(chǔ)的軟件無線電：軟件加載容易,但硬件實(shí)現(xiàn)比較困難。目前有實(shí)用價(jià)值的是以DSP為基礎(chǔ)的軟件無線電。第2章通信系統(tǒng)中的信號(hào)、信道和噪聲2.1通信系統(tǒng)中的信號(hào)〔2信號(hào)的概念：廣義地講,信號(hào)是用聲、光、電、磁或空間位置等物理量記錄與表現(xiàn)事物運(yùn)動(dòng)、變化和狀態(tài)信息的時(shí)間函數(shù)或空間函數(shù)?！?通信系統(tǒng)中信號(hào)的功用：?任何通信,其目的都是要把信息借一定形式的〔電的或非電的信號(hào)從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方。?在現(xiàn)代通信中信息的傳遞主要借助于電信號(hào)和光信號(hào),以實(shí)現(xiàn)任意通信距離上信息的迅速及時(shí)、可靠而有效的傳遞。?信息信號(hào)作為待傳遞信息的表現(xiàn)形式,是運(yùn)載信息的工具?！?通信信號(hào)的屬性：電信號(hào)：一般指隨時(shí)間變化的電壓或電流,也可以是電容的電荷,線圈的磁通以及空間的電磁波等等。電信號(hào)與非電信號(hào)可以比較方便地相互轉(zhuǎn)換。在實(shí)際應(yīng)用中常常將各種物理量,非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)以利于傳輸,經(jīng)傳輸后在接收端再將電信號(hào)還原為人們所需要的信號(hào)形式。*音頻〔電信號(hào)：頻率范圍：20~20000Hz視頻〔電信號(hào)：頻率范圍：0~6MHz*基帶信號(hào)：信源發(fā)出的消息經(jīng)過非電／電變換獲得的電信號(hào)通常具有低通型頻譜,頻譜從零頻〔直流附近開始〔也可能包括零頻到幾兆赫茲。*帶通信號(hào)：基帶信號(hào)經(jīng)過調(diào)制,其頻譜將變換到某個(gè)載波頻率附近。數(shù)學(xué)上可描述為：：載波角頻率,：載頻,a<t>：帶通信號(hào)的振幅、振幅調(diào)制分量,：帶通信號(hào)的相位、相位調(diào)制分量。如果信號(hào)帶寬遠(yuǎn)小于載波角頻率,則該帶通信號(hào)稱為窄帶帶通信號(hào)。*信息信號(hào)：在通信系統(tǒng)中,一般將攜帶了待傳遞信息的電信號(hào)稱之為信息信號(hào),它包括經(jīng)非電/電變換而得到的基帶信息信號(hào),也包括基帶信號(hào)經(jīng)調(diào)制而得到的帶通信息信號(hào)。信息信號(hào)作為待傳遞信息的表現(xiàn)形式,是運(yùn)載信息的工具。2.2信號(hào)分析基礎(chǔ)2.2.1信號(hào)的描述與分析方法〔1信號(hào)的時(shí)間函數(shù)和波形：s<t>、s<x,y,t>?！?信號(hào)的頻譜分析：S<f>或S〔ω、S〔U,V,f。ω=2πf。2.2.2信號(hào)的頻譜分析〔1周期信號(hào)的傅里葉級(jí)數(shù)表示和離散頻譜?！?信號(hào)的傅里葉變換和頻譜：信號(hào)的傅里葉正變換：；傅里葉反變換：信號(hào)s<t>的傅立葉變換S<ω>稱為信號(hào)s<t>的連續(xù)頻譜密度函數(shù),也常簡(jiǎn)稱為頻譜密度、頻譜函數(shù)或連續(xù)頻譜。信號(hào)的時(shí)間函數(shù)與頻譜密度函數(shù)的關(guān)系：信號(hào)的時(shí)間函數(shù)與頻譜密度函數(shù)是一對(duì)傅立葉變換對(duì)?！?傅里葉變換的基本性質(zhì)和常用信號(hào)的傅里葉變換。2.2.3信號(hào)的能量密度譜和功率密度譜〔1Energyspectraldensity：,〔2Powerspectraldensity：〔3信號(hào)的帶寬：信號(hào)的〔正頻率范圍稱為信號(hào)的帶寬。沒有統(tǒng)一的帶寬定義。Why??帶寬嚴(yán)格受限信號(hào)其時(shí)間持續(xù)期是無限的,因而不可實(shí)現(xiàn)；?而持續(xù)時(shí)間有限的信號(hào)其絕對(duì)帶寬又是無限的,如果要無失真?zhèn)鬏?則要求傳帶寬無限寬,也是不可實(shí)現(xiàn)的。實(shí)信號(hào)的數(shù)學(xué)描述不可能既是持續(xù)時(shí)間有限又是頻率帶寬有限,因此其數(shù)學(xué)模型是抽象的,也就因此沒有統(tǒng)一的帶寬定義了。①3-dBbandwidthorhalf-powerbandwidth信號(hào)的能量密度譜或功率密度譜保持在其零頻〔對(duì)于基帶信號(hào)或中心頻率〔對(duì)于帶通信號(hào)的幅度值的0.707倍以內(nèi)〔即3dB內(nèi)或半功率點(diǎn)內(nèi)的頻率區(qū)間。②Equivalentrectangularbandwidth：對(duì)于基帶信號(hào),對(duì)于帶通信號(hào),③零點(diǎn)到零點(diǎn)帶寬：也稱為主瓣帶寬。只適于有波瓣形式的譜密度的帶寬定義。④部分能量或功率保留帶寬：根據(jù)占總能量或功率的百分?jǐn)?shù),如90％、95％或99％等來定義信號(hào)的帶寬。⑤有界功率譜密度：指在確定帶寬之外的任意頻率處,譜密度值比帶寬中心點(diǎn)的值低一個(gè)確定數(shù),典型的衰減電平值為35dB或40dB。⑥絕對(duì)帶寬：指在該帶寬之外的頻譜全為零的頻率范圍。該定義理論上有