現(xiàn)代通信與雷達(dá)原理基礎(chǔ)教程 課件 第1章 通信與雷達(dá)導(dǎo)論

通信與雷達(dá)系統(tǒng)概論第1章通信與雷達(dá)導(dǎo)論1.11.21.31.41.51.71.81.91.111.12信號(hào)頻譜與信道通頻帶信息的度量與香農(nóng)公式通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)及典型系統(tǒng)簡(jiǎn)介雷達(dá)的基本任務(wù)雷達(dá)的工作頻率和技術(shù)參數(shù)雷達(dá)的分類(lèi)及應(yīng)用通信-雷達(dá)發(fā)展與展望主要內(nèi)容通信及系統(tǒng)簡(jiǎn)介通信系統(tǒng)的分類(lèi)與通信方式信號(hào)、噪聲與干擾通信就是利用信號(hào)將包含信息的消息進(jìn)行空間傳遞的過(guò)程。簡(jiǎn)單地說(shuō)，通信就是信息的空間傳遞。1.1.1通信的基本概念信息是一切事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或存在方式的不確定性描述，是人們欲知或欲表達(dá)的事物運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通常以消息的形式（例如語(yǔ)音、文字、音樂(lè)、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等）表現(xiàn)出來(lái)。消息是信息的外在表現(xiàn)形式或信息的邏輯載體。信息是消息的內(nèi)涵。信號(hào)是信息的載體，也就是說(shuō)信息的傳輸需要借助信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和接收等過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)1.1通信及系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1通信的基本概念1.1通信及系統(tǒng)簡(jiǎn)介由于“交通”與“通信”具有較強(qiáng)的類(lèi)比性，所以，可用一些交通運(yùn)輸（包括公路和鐵路運(yùn)輸?shù)龋?shí)例作為比較對(duì)象，比如，交通/通信、運(yùn)輸/傳輸、運(yùn)載工具/信號(hào)、貨物/信息、道路/信道等，有助于大家更透徹地理解通信原理中的許多概念和問(wèn)題。1.1.2通信系統(tǒng)的概念及模型1.1通信及系統(tǒng)簡(jiǎn)介通信系統(tǒng)：用于進(jìn)行通信的設(shè)備硬件、軟件和傳輸介質(zhì)的集合。通信系統(tǒng)的作用：就是將信息從信源傳送到一個(gè)或多個(gè)目的地

（1）信息源(簡(jiǎn)稱(chēng)信源)是消息的發(fā)源地,其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)(稱(chēng)為消息信號(hào)或基帶信號(hào))。圖中各部分的功能簡(jiǎn)述如下:根據(jù)消息種類(lèi)的不同,信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。模擬信源送出的是模擬信號(hào),如麥克風(fēng)(聲音→音頻信號(hào))、攝像機(jī)(圖像→視頻信號(hào))；數(shù)字信源輸出離散的數(shù)字信號(hào),如電傳機(jī)(鍵盤(pán)字符→數(shù)字信號(hào))、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端。并且,模擬信源送出的信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后也可送出數(shù)字信號(hào)。

（2）噪聲源不是人為加入的設(shè)備,而是信道中的噪聲以及通信系統(tǒng)其他各處噪聲的集中表示。噪聲通常是隨機(jī)的,其形式是多種多樣的,它的存在干擾了正常信號(hào)的傳輸。

（3）接收設(shè)備的功能是放大和反變換(如濾波、譯碼、解調(diào)等),其目的是從受到干擾和減損的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。

（4）受信者(信宿)是傳送消息的目的地。其功能與信源相反,即將復(fù)原的原始電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息,如揚(yáng)聲器等。1.2.1通信系統(tǒng)的分類(lèi)1.2通信系統(tǒng)的分類(lèi)與通信方式典型模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。我們知道，信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào)，基帶的含義是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開(kāi)始，如語(yǔ)音信號(hào)為300~3400Hz，圖像信號(hào)為0~6MHz。

由于這種信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，并可在接收端進(jìn)行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。經(jīng)過(guò)調(diào)制以后的信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。

已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：一是攜帶有信息，二是適合在信道中傳輸，三是信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)又稱(chēng)頻帶信號(hào)。

模擬通信系統(tǒng)模型簡(jiǎn)介需要指出,消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過(guò)程中,不僅僅只有連續(xù)消息與基帶信號(hào)、基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的兩種變換,實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過(guò)程。

由于以上兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用,而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化,因此,本書(shū)中關(guān)于模擬通信系統(tǒng)的研究重點(diǎn)是:調(diào)制與解調(diào)原理以及噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽?shù)字通信系統(tǒng)模型簡(jiǎn)介典型數(shù)字通信系統(tǒng)模型

1)信源編碼與譯碼信源編碼的作用之一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。作用之二是模數(shù)轉(zhuǎn)換，即當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。數(shù)字通信系統(tǒng)模型簡(jiǎn)介

2)信道編碼與譯碼數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí),由于噪聲、衰落以及人為干擾等,將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減小差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分(監(jiān)督元)，組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼,從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤,從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力,實(shí)現(xiàn)可靠通信。

3)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)

數(shù)字通信的主要特點(diǎn)典型模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的信號(hào)傳輸過(guò)程模擬通信系統(tǒng)可認(rèn)為是一種信號(hào)波形傳輸系統(tǒng)，而數(shù)字通信系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)則是信號(hào)狀態(tài)傳輸系統(tǒng)。兩種通信系統(tǒng)信號(hào)傳輸示意圖:除上述各種通信系統(tǒng)之外，還有根據(jù)業(yè)務(wù)種類(lèi)和工作波段劃分的通信系統(tǒng)，比如：電話通信系統(tǒng)、電報(bào)通信系統(tǒng)、廣播通信系統(tǒng)、電視通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、長(zhǎng)波通信系統(tǒng)、中波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)和光通信系統(tǒng)等。狹義信道：信號(hào)的傳輸介質(zhì)；廣義信道：傳輸介質(zhì)(狹義信道)和信號(hào)必須經(jīng)過(guò)的各種通信設(shè)備(發(fā)送機(jī)、接收機(jī)、調(diào)制器、解調(diào)器、放大器等)信道就是信號(hào)傳輸或經(jīng)過(guò)的途徑?；蛘哒f(shuō)，信道就是為信號(hào)提供的傳輸通道。這與交通中的“道路、鐵道和大氣”類(lèi)似。1.2.2信道和傳輸介質(zhì)1.2.2信道和傳輸介質(zhì)

調(diào)制信道：在具有調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的任何一種通信方式中，從調(diào)制器的輸出到解調(diào)器的輸入之間的信號(hào)傳輸途徑。

編碼信道：從編碼器的輸出到解碼器的輸入之間的信號(hào)傳輸途徑。

1.2.2信道和傳輸介質(zhì)調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響是通過(guò)乘性干擾及加性干擾使已調(diào)制信號(hào)發(fā)生模擬性的變化；而編碼信道對(duì)信號(hào)的影響則是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變成另一種數(shù)字序列(產(chǎn)生誤碼)。

模擬信道：傳輸模擬信號(hào)的信道(模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)的途徑)。

數(shù)字信道：傳輸數(shù)字信號(hào)的信道(數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)的途徑)。傳輸介質(zhì)

可以傳播（傳輸）電信號(hào)（光信號(hào)）的物質(zhì)。

分類(lèi)：有線介質(zhì)和無(wú)線介質(zhì)。有線介質(zhì)有線介質(zhì)通常指雙絞線、同軸電纜、架空明線、多芯電纜和光纖。1.2.2信道和傳輸介質(zhì)雙絞線(TwistedPair)

類(lèi)型:屏蔽型（STP）和非屏蔽型(UTP)。1.2.2信道和傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)同軸電纜(CoaxialCable)分類(lèi)：基帶電纜和寬帶電纜?；鶐S電纜：用于直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)；寬帶同軸電纜：用于傳輸高頻信號(hào)?；鶐щ娎|的傳輸距離≤幾Km;寬帶電纜的傳輸距離≤幾十km。1.2.2信道和傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)3.

光纖(OpticalFiber)

直徑為50～100μm的、柔軟的、能傳導(dǎo)光波的介質(zhì)，由玻璃和塑料構(gòu)成，使用超高純度石英玻璃制作的光纖具有最低的傳輸損耗。在折射率較高的單根光纖外面，再用折射率較低的包層包住，就可以構(gòu)成一條光通道.外面再加一保護(hù)套，即構(gòu)成一單芯光導(dǎo)纖維電纜－單芯光纜。1.2.2信道和傳輸介質(zhì)有線介質(zhì)無(wú)線介質(zhì)主要是指可以傳輸電磁波（類(lèi)比飛機(jī)），即無(wú)線電波和光波的空間或大氣。主要由無(wú)線電波和光波作為傳輸載體。1.2.2信道和傳輸介質(zhì)無(wú)線介質(zhì)

無(wú)線電波的傳播方式主要有：

地面波傳播：即無(wú)線電波沿地球表面?zhèn)鞑ァ?/p>

天波傳播：利用電離層對(duì)電波的一次或多次反射進(jìn)行的遠(yuǎn)距離傳播。

地-電離層波導(dǎo)傳播：電波在從地球表面至低電離層下緣之間的球殼形空間(地-電離層波導(dǎo))內(nèi)的傳播。

視距傳播：直射波傳播，大地反射波傳播

1.2.2信道和傳輸介質(zhì)無(wú)線介質(zhì)直射波傳播：由發(fā)射天線輻射的電波像光線一樣按直線傳播，直接傳到接收點(diǎn)；大地反射波傳播：由發(fā)射天線發(fā)射、經(jīng)地面反射到達(dá)接收點(diǎn)；散射傳播：利用對(duì)流層或電離層介質(zhì)中的不均勻體或流星余跡對(duì)無(wú)線電波的散射作用而進(jìn)行的傳播。外大氣層及行星際空間電波傳播：以宇宙飛船，人造地球衛(wèi)星或星體為對(duì)象，在地-空，空-空之間進(jìn)行的電波傳播。1.2.2信道和傳輸介質(zhì)無(wú)線介質(zhì)頻段名稱(chēng)頻率范圍波長(zhǎng)范圍波段名稱(chēng)傳輸介質(zhì)用途甚低頻VLF3Hz～30kHz108～104m甚長(zhǎng)波有線線對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)低頻LF30KHz～300KHz104～103m長(zhǎng)波導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信中頻MF300KHz～3MHz103～102m中波同軸電纜中波無(wú)線電調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無(wú)線電通信高頻HF3MHz～30MHz102～10m短波同軸電纜短波無(wú)線電移動(dòng)無(wú)線電話、短波廣播、軍用定點(diǎn)通信、業(yè)余無(wú)線電通信甚高頻VHF30MHz～300MHz10～1m超短波同軸電纜米波無(wú)線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車(chē)輛通信、導(dǎo)航特高頻UHF300MHz～3GHz1m～10cm微波波導(dǎo)分米波無(wú)線電電視、空間遙測(cè)、雷達(dá)導(dǎo)航、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信、移動(dòng)通信專(zhuān)用短程通信、微波爐、藍(lán)牙技術(shù)超高頻SHF3GHz～30GHz10～1cm波導(dǎo)厘米波無(wú)線電微波接力、雷達(dá)、衛(wèi)星和空間通信、專(zhuān)用短程通信極高頻EHF30GHz～300GHz1cm～1mm波導(dǎo)毫米波無(wú)線電微波接力、雷達(dá)、射電天文學(xué)紫外線、紅外線、可見(jiàn)光105～107GHz3×10-4～3×10-6cm光波光纖激光空間傳播光通信補(bǔ)充內(nèi)容：頻率資源劃分表補(bǔ)充內(nèi)容：無(wú)線電波傳播方式按通信對(duì)象數(shù)量分按信號(hào)傳輸方向與時(shí)間分按通信終端連接方式分按數(shù)字信號(hào)傳輸順序分按同步方式分點(diǎn)到點(diǎn)通信點(diǎn)到多點(diǎn)通信多點(diǎn)到多點(diǎn)通信單工通信半雙工通信雙工通信兩點(diǎn)間直通方式兩點(diǎn)間交換方式串行通信并行通信同步通信異步通信通信方式：通信雙方(或多方)之間的工作形式和信號(hào)傳輸方式。它是通信各方在通信實(shí)施之前必須首先確定的問(wèn)題。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，通信方式也有多種分類(lèi)法，具體如表1-1。1.2.3通信方式1.2.3通信方式1.3信號(hào)、噪聲與干擾信號(hào)是消息的物理載體，通常以某種客觀物理量、客觀現(xiàn)象、符號(hào)或語(yǔ)言文字等形式表現(xiàn)出來(lái)。信號(hào)必須具有可觀測(cè)性、可變化性，而用于通信的信號(hào)還必須具有可控制性。對(duì)于電通信系統(tǒng)而言，信號(hào)可定義為：能夠表示消息的電壓、電流和無(wú)線電波統(tǒng)稱(chēng)為電信號(hào)。而能夠攜帶消息的光波稱(chēng)為光信號(hào)。1.3.1信號(hào)信號(hào)可以按信息載體的不同進(jìn)行分類(lèi)

電信號(hào)：電壓信號(hào)、電流信號(hào)、電荷信號(hào)和電磁波(無(wú)線電)信號(hào)。

光信號(hào)：利用光亮度的強(qiáng)弱來(lái)攜帶信息的。信號(hào)可以按信息的內(nèi)容分類(lèi)

語(yǔ)音信號(hào)、圖片信號(hào)、活動(dòng)圖像(視頻)信號(hào)、文字信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)等。信號(hào)可以按信號(hào)的調(diào)制方式分類(lèi)

基帶信號(hào)：未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)；

已調(diào)信號(hào)：經(jīng)過(guò)某種調(diào)制的信號(hào)；

1.3.1信號(hào)按信號(hào)的特征分類(lèi)

模擬信號(hào)：參量(因變量)取值隨時(shí)間(自變量)的連續(xù)變化而連續(xù)變化的信號(hào)；離散信號(hào)：在時(shí)間上取離散值的信號(hào)；數(shù)字信號(hào)：用參量的有限個(gè)取值攜帶消息的信號(hào)叫做數(shù)字信號(hào)。1.3.1信號(hào)按傳輸介質(zhì)的不同分類(lèi)

有線信號(hào)：通過(guò)導(dǎo)線(電纜)或光纜進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)；

無(wú)線信號(hào)：利用無(wú)線電波、激光、紅外線等進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)；按信號(hào)變化的特點(diǎn)分類(lèi)

周期信號(hào)：信號(hào)的變化按一定規(guī)律重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)。

非周期信號(hào)：除周期信號(hào)外的所有信號(hào)。按信號(hào)的變化規(guī)律分類(lèi)確定信號(hào)：變化規(guī)律是已知的；隨機(jī)信號(hào)：變化規(guī)律是未知的。1.3.1信號(hào)

噪聲：不攜帶有用信息的信號(hào)。1.3.2噪聲按來(lái)源分按表現(xiàn)形式分按對(duì)信號(hào)的作用形式分自然噪聲人為噪聲內(nèi)部噪聲單頻噪聲脈沖噪聲起伏噪聲加性噪聲乘性噪聲表1.3.1常見(jiàn)的噪聲分類(lèi)自然噪聲：指存在于自然界的各種電磁波。人為噪聲：來(lái)源于人類(lèi)的各種活動(dòng)。

1.3.2噪聲38

內(nèi)部噪聲：通信系統(tǒng)設(shè)備內(nèi)部由元器件本身產(chǎn)生的熱噪聲、散彈噪聲及電源噪聲等。

單頻噪聲是一種以某一固定頻率出現(xiàn)的連續(xù)波噪聲，如50Hz的交流電噪聲。脈沖噪聲是一種隨機(jī)出現(xiàn)的無(wú)規(guī)律噪聲，如閃電、車(chē)輛通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的噪聲。起伏噪聲主要是內(nèi)部噪聲，而且是一種隨機(jī)噪聲。

高斯噪聲：服從高斯分布的噪聲；

白噪聲：噪聲的功率譜密度在整個(gè)頻率范圍內(nèi)都是均勻分布的；

帶限噪聲：不是白色噪聲的噪聲，也稱(chēng)有色噪聲。

高斯白噪聲：統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布、功率譜密度均勻分布的噪聲。1.3.2噪聲1.3.2干擾1.4.1信號(hào)頻譜的概念1.4信號(hào)頻譜與信道通頻帶

信號(hào)的頻譜通常，我們習(xí)慣于在時(shí)間域(簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)域)考慮問(wèn)題，研究函數(shù)(信號(hào))幅度(因變量)與時(shí)間(自變量)的關(guān)系。而在通信領(lǐng)域我們常常需要了解信號(hào)幅度和相位與頻率(自變量)之間的關(guān)系。也就是說(shuō)，要在頻率域(簡(jiǎn)稱(chēng)頻域)中研究信號(hào)。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:

1.周期信號(hào)的頻譜式中1.4.1信號(hào)頻譜的概念表明任何滿足狄里赫利條件的周期函數(shù)可分解為直流和各次諧波分量之和。第一項(xiàng)是常數(shù)項(xiàng)，是在一周期內(nèi)的平均值，表示信號(hào)所具有的直流分量。第二項(xiàng)稱(chēng)為基波或一次諧波，它的角頻率與周期信號(hào)的角頻率相同。是基波振幅，是基波初相角。稱(chēng)為次諧波是次諧波振幅，是其初相角。1.4.1信號(hào)頻譜的概念1.4.1信號(hào)頻譜的概念可見(jiàn)諧波次數(shù)取得越高，近似程度越好。由此得出結(jié)論，基波決定信號(hào)的大體形狀，諧波改變信號(hào)的“細(xì)節(jié)”。

若把圖1.4.1反過(guò)來(lái)理解，就是低通濾波的概念。比如對(duì)于信號(hào)（d），若用低通濾波器將7次諧波濾掉，就會(huì)得到信號(hào)（c）；若將所有諧波濾掉，就得到基波信號(hào)（a）。也就是說(shuō)，低通濾波可以去除高頻紋波或抖動(dòng)，起到圓滑波形的作用。1.4.1信號(hào)頻譜的概念根據(jù)歐拉公式，有把稱(chēng)為的頻譜函數(shù)，其實(shí)部稱(chēng)為幅頻函數(shù)，虛部稱(chēng)為相頻函數(shù)。1.4.1信號(hào)頻譜的概念周期信號(hào)的頻譜具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）（譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍處，即各次諧波點(diǎn)上，具有非周期性、離散性的特點(diǎn)。而譜線的間隔就是基頻（2）各次諧波振幅（即譜線的高低）的總變化規(guī)律是隨著諧波次數(shù)的增加而逐漸減小。（3）各次諧波振幅隨頻率的衰減速度與原始信號(hào)的波形有關(guān)。即時(shí)域波形變化越慢，頻譜的高次諧波衰減越快，高頻成分越少。反之，時(shí)域波形變化越劇烈，頻譜中該次諧波分越多，衰減越慢?？傊?，周期信號(hào)的頻譜具有離散性、諧波性和收斂性三大特點(diǎn)。因此，周期越大，譜線越密。也就是單位頻帶中諧波個(gè)數(shù)越多。1.4.1信號(hào)頻譜的概念對(duì)于一個(gè)周期為的周期信號(hào)，如果令其周期為無(wú)窮大，則該周期信號(hào)就變成一個(gè)只含一個(gè)周期波形的非周期信號(hào)。2.非周期信號(hào)的頻譜1.4.1信號(hào)頻譜的概念傅里葉變換對(duì)1.4.1信號(hào)頻譜的概念我們知道無(wú)論是一個(gè)周期信號(hào)還是一個(gè)非周期信號(hào)都可在頻域進(jìn)行研究分析。對(duì)于周期信號(hào)，借助傅里葉級(jí)數(shù)可得到與該信號(hào)相對(duì)應(yīng)的頻譜函數(shù)；而對(duì)于一個(gè)非周期信號(hào)，可用傅里葉變換求得該信號(hào)的頻譜函數(shù)F(ω)。與F(ω)雖然都叫頻譜函數(shù)，但概念不一樣。1.4.1信號(hào)頻譜的概念對(duì)于非周期信號(hào)，根據(jù)頻譜寬度我們把信號(hào)分為：

頻帶有限信號(hào)(簡(jiǎn)稱(chēng)帶限信號(hào))；

頻帶無(wú)限信號(hào)；頻帶有限信號(hào)又包括：

低通型信號(hào)：頻譜從零開(kāi)始到某一個(gè)頻率截止，信號(hào)能量集中在從直流到截止頻率的頻段上，由于頻譜從直流開(kāi)始；帶通型信號(hào)：頻譜存在于從不等于零的某一頻率到另一個(gè)較高頻率的頻段。1.4.1信號(hào)頻譜的概念任何一個(gè)信道不管是一個(gè)設(shè)備、一個(gè)電路或是一個(gè)傳輸介質(zhì)，對(duì)信號(hào)的傳輸都有影響，除線路損耗之外，還主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：對(duì)不同頻率信號(hào)的幅度衰減，通常是傳輸信號(hào)的頻率越高，信道對(duì)信號(hào)的衰減越大；對(duì)不同頻率信號(hào)的延遲；頻響特性(頻率特性)：當(dāng)把輸入信號(hào)的頻率從小到大連續(xù)改變時(shí)，所對(duì)應(yīng)的信道輸出信號(hào)與頻率的關(guān)系；

幅頻特性：當(dāng)把輸入信號(hào)的頻率從小到大連續(xù)改變時(shí)，所對(duì)應(yīng)的信道輸出信號(hào)與幅值頻率的關(guān)系；1.4.2信道通頻帶頻率響應(yīng)曲線：把輸出信號(hào)的幅值與頻率的變化曲線叫做頻率響應(yīng)曲線。通頻帶：以輸出信號(hào)幅度的最大值為標(biāo)準(zhǔn)(一般是頻響曲線中心頻率所對(duì)應(yīng)的值)，定義輸出幅值下降到最大值的70%時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率之間的頻段。第1章通信與通信系統(tǒng)的基本概念1.4.2信道通頻帶信息量與事件概率之間的關(guān)系式為:式中，P表示某事件發(fā)生的概率，I為從該事件發(fā)生的信息中得到的信息量。1.5信息的度量與香農(nóng)公式

信息量：能夠衡量信息多少的物理量。通常用I表示。1.5.1信息及其度量1.5.2香農(nóng)公式

由香農(nóng)公式可以看出：對(duì)于一定的信道容量C來(lái)說(shuō)，信道帶寬B、信號(hào)噪聲功率比S/N及傳輸時(shí)間三者之間可以互相轉(zhuǎn)換。若增加信道帶寬，可以換來(lái)信號(hào)噪聲功率比的降低，反之亦然。如果信號(hào)噪聲功率比不變，那么增加信道帶寬可以換取傳輸時(shí)間的減少，等等。如果信道容量C給定，互換前的帶寬和信號(hào)噪聲功率比分別為B1和S1/N1，互換后的帶寬和信號(hào)噪聲功率比分別為B2和S2/N2，則有B1log2(1+S1/N1)=B2log2(1+S2/N2)1.5.3香農(nóng)公式的應(yīng)用

由于信道的噪聲單邊功率譜密度n0往往是給定的，所以上式也可寫(xiě)成例如：設(shè)互換前信道帶寬B1=3kHz，希望傳輸?shù)男畔⑺俾蕿?04b/s。為了保證這些信息能夠無(wú)誤地通過(guò)信道，則要求信道容量至少要104b/s才行。互換前，在3kHz帶寬情況下，使得信息傳輸速率達(dá)到104b/s，要求信噪比S1/N1≈9倍。如果將帶寬進(jìn)行互換，設(shè)互換后的信道帶寬B2=10kHz。這時(shí)，信息傳輸速率仍為104b/s，則所需要的信噪比S2/N2=1倍?？梢?jiàn)，信道帶寬B的變化可使輸出信噪功率比也變化，而保持信息傳輸速率不變。這種信噪比和帶寬的互換性在通信工程中有很大的用處。例如，在宇宙飛船與地面的通信中，飛船上的發(fā)射功率不可能做得很大，因此可用增大帶寬的方法來(lái)?yè)Q取對(duì)信噪比要求的降低。相反，如果信道頻帶比較緊張，如有線載波電話信道，這時(shí)主要考慮頻帶利用率，可用提高信號(hào)功率來(lái)增加信噪比，或采用多進(jìn)制的方法來(lái)?yè)Q取較窄的頻帶。

前面我們討論的是帶寬和信噪比的互換。此外，帶寬或信噪比與傳輸時(shí)間也存在著互換關(guān)系。

1.7.1傳輸速率

碼元傳輸速率RBd簡(jiǎn)稱(chēng)傳碼率，又稱(chēng)符號(hào)速率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為Bd。例如，若1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為2400Bd。數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無(wú)關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度T有關(guān):1.7通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)及典型通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

通常在給出碼元速率時(shí)，有必要說(shuō)明碼元的進(jìn)制。由于M進(jìn)制的一個(gè)碼元可以用log2M個(gè)二進(jìn)制碼元去表示，因而在保證信息速率不變的情況下，M進(jìn)制的碼元速率RBM與二進(jìn)制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：

RBd2=RBdMlog2

M(Bd)

信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱(chēng)傳信率，又稱(chēng)比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位是比特/秒，可記為bit/s，或b/s，或bps。每個(gè)碼元或符號(hào)通常都含有一定bit數(shù)的信息量，因此碼元速率和信息速率有確定的關(guān)系，即

Rb=RB·H(b/s)

式中，H為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量（熵）。等概傳輸時(shí)，熵有最大值log2M，信息速率也達(dá)到最大，即Rb=RB

log2

M(b/s)

式中，M為符號(hào)的進(jìn)制數(shù)。例如碼元速率為1200Bd，采用八進(jìn)制（M=8）時(shí)，信息速率為3600b/s；采用二進(jìn)制（M=2）時(shí)，信息速率為1200b/s，可見(jiàn)，二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)它們?yōu)閿?shù)碼率。

頻帶利用率η比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即

數(shù)字信號(hào)的傳輸帶寬B取決于碼元速率RB，而碼元速率和信息速率Rb有著確定的關(guān)系。為了比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，又可定義頻帶利用率為

1.7.2.差錯(cuò)率

誤碼率（碼元差錯(cuò)率）Pe是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說(shuō)，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即

誤信率（信息差錯(cuò)率）Pb是指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即

顯然，在二進(jìn)制中有

Pb=Pe

1.7.3典型通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介1）大規(guī)模MIMO技術(shù)

2）認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

3）移動(dòng)基站技術(shù)

4）綠色通信技術(shù)

6）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

5）超密組網(wǎng)技術(shù)

1.8雷達(dá)的基本任務(wù)什么是雷達(dá)（radar）？RadioDetectionandRanging無(wú)線電探測(cè)與測(cè)距雷達(dá)的作用測(cè)量目標(biāo)的距離、方位和仰角N測(cè)量目標(biāo)的速度提供目標(biāo)的其他信息形態(tài)、表面信息等應(yīng)用載體：地面、汽車(chē)、艦船、飛機(jī)、衛(wèi)星探測(cè)目標(biāo)：飛機(jī)、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、艦艇、車(chē)輛、建筑、山川、云雨工作原理：目標(biāo)對(duì)電磁波的反射（二次散射）現(xiàn)象，以此發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置發(fā)展歷史：制造雷達(dá)成為可能軍事需求促進(jìn)發(fā)展功能要求日益提高應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大30年代二戰(zhàn)期間上世紀(jì)50～60年代上世紀(jì)70年代以后雷達(dá)回波中的可用信息雷達(dá)回波中的可用信息距離和空間角度目標(biāo)位置變化（時(shí)間變化規(guī)律）目標(biāo)尺寸和形狀（分辨率）目標(biāo)形狀的對(duì)稱(chēng)性（極化）表面粗糙度及介電特性雷達(dá)坐標(biāo)系αβ球（極）坐標(biāo)系斜距R，雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離方位角α，目標(biāo)斜距R在水平面上的投影OB與某起始方向（參考方向）在水平面上的夾角仰角β，目標(biāo)斜距R與其在水平面上的投影OB在鉛垂面上的夾角圓柱坐標(biāo)系水平距離：D=Rcosβ高度：H=Rsinβ方位角：α=αα1.9雷達(dá)的工作頻率和技術(shù)參數(shù)只要是通過(guò)輻射電磁能量，利用從目標(biāo)反射回來(lái)的回波對(duì)目標(biāo)探測(cè)和定位，都屬于雷達(dá)系統(tǒng)的工作范疇。常用雷達(dá)工作頻率范圍：220MHz～35GHz天波超視距雷達(dá)（OTHR）：4MHz～5MHz地波超視距雷達(dá)：2MHz毫米波雷達(dá)：94GHz雷達(dá)頻段劃分和對(duì)應(yīng)頻率戰(zhàn)術(shù)參數(shù)：與戰(zhàn)術(shù)使用有關(guān)的參數(shù)技術(shù)參數(shù)：分配到雷達(dá)各組成部分的技術(shù)指標(biāo)戰(zhàn)術(shù)參數(shù)通常包括：威力范圍、威力范圍內(nèi)的多目標(biāo)探測(cè)能力、精度（測(cè)量值與真實(shí)值之間的最小誤差）、分辨能力（所能區(qū)分的最小目標(biāo)空間范數(shù)值）、抗干擾能力、體積、重量、功耗、展開(kāi)時(shí)間、無(wú)故障工作時(shí)間、故障恢復(fù)時(shí)間等等。技術(shù)參數(shù)通常包括：雷達(dá)天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等技術(shù)指標(biāo)。如：天線波束形狀、天線增益及掃描方式、工作帶寬、頻率范圍、工作方式、接收機(jī)靈敏度、發(fā)射功率、發(fā)射信號(hào)形式等。1.11雷達(dá)的分類(lèi)及應(yīng)用按應(yīng)用平臺(tái)分按作用分軍用民用按信號(hào)形式分按角度跟蹤分按測(cè)量目標(biāo)的參量分按信號(hào)處理方式分按天線掃描方法分按雷達(dá)的應(yīng)用分類(lèi)太空，空中，地面，海上（空基，地基，?；┨綔y(cè)，定位，跟蹤預(yù)警雷達(dá)（超遠(yuǎn)程雷達(dá)）；搜索和警戒雷達(dá)；火控雷達(dá)；制導(dǎo)雷達(dá)；戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)