增加內(nèi)容 數(shù)字通信基礎(chǔ)知識

增加章節(jié)數(shù)字通信基礎(chǔ)知識2.1什么是數(shù)字通信？2.2怎樣發(fā)送數(shù)字信息？2.3信道與干擾問題2.4怎樣接收數(shù)字信息？2.5數(shù)字信息傳錯(cuò)了怎么辦？2.6數(shù)字保密通信概念2.7同步問題?2.8信道多路復(fù)用原理2.1什么是數(shù)字通信？1.各種消息是怎樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字的？2.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成3.數(shù)字通信的特點(diǎn)4.數(shù)字通信系統(tǒng)的好壞怎樣衡量？1.各種消息是怎樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字的？離散的消息：“編碼”連續(xù)的消息：第一步：“取樣”，第二步：“量化”，第三步：“編碼”

F（t）76543210t1

t2

tn

t

F2F1Fn010100101110111101011010000001……

t1t2tntF（t）76543210t1

t2

tn

t

F2’F1’Fn’t(d)(c)(b)(a)

圖1-1連續(xù)消息的數(shù)字化取樣量化量化誤差編碼取樣定理與非線形編碼

顯然，這些樣品要取得足夠密，究竟要密到什么程度呢?只要取樣頻率(即取樣時(shí)間間隔的倒數(shù))為曲線(即信號)的變化率最大值(即信號最高頻率)的二倍即可。滿足了這個(gè)取樣定理，就可以用一個(gè)截止頻率等于信號最高頻率的低通濾波器，從這些樣品值序列毫不失真地恢復(fù)原信號。國際電報(bào)電話咨詢委員會（ITU-T）建議的一種話音PCM編碼率曲線，它是針對話音信號動(dòng)態(tài)范圍的時(shí)間分布規(guī)律為大部分時(shí)間處于小信號狀態(tài)這一特點(diǎn)制定的。按這條非線形曲線編碼，每一路話音的PCM編碼速率為64千比特/秒，可以達(dá)到國際長途電話通信的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).

2.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成以傳輸聲音的數(shù)字通信系統(tǒng)為例：

聲-碼轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是把連續(xù)不斷輸入的聲音轉(zhuǎn)換成由數(shù)字信息單元組成的信息序列。聲音聲音聲-碼轉(zhuǎn)換器波形產(chǎn)生器（調(diào)制器）發(fā)信機(jī)收信機(jī)波形識別器（解調(diào)器）碼-聲轉(zhuǎn)換器信道干擾2.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成波形產(chǎn)生器(又稱調(diào)制器)的任務(wù)是把各種數(shù)字信息脈沖轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)臄?shù)字波形，這些數(shù)字波形要根據(jù)信道的特點(diǎn)來選擇。波形的數(shù)目與信息脈沖種類相同，二元制的情況下，波形數(shù)為二個(gè)，N元制情況下，波形數(shù)為N個(gè)。聲音聲音聲-碼轉(zhuǎn)換器波形產(chǎn)生器（調(diào)制器）發(fā)信機(jī)收信機(jī)波形識別器（解調(diào)器）碼-聲轉(zhuǎn)換器信道干擾2.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成發(fā)信機(jī)的任務(wù)是把數(shù)字波形搬到適當(dāng)?shù)耐ㄐ蓬l段，并進(jìn)行功率放大，然后送入信道。由于信道衰減，收信機(jī)收到信號后要進(jìn)行適當(dāng)放大，然后把信號搬移到數(shù)字波形本身頻段上。

聲音聲音聲-碼轉(zhuǎn)換器波形產(chǎn)生器（調(diào)制器）發(fā)信機(jī)收信機(jī)波形識別器（解調(diào)器）碼-聲轉(zhuǎn)換器信道干擾2.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成理想情況下的收信機(jī)輸出應(yīng)該與發(fā)信機(jī)輸入相同?？上?，實(shí)際信道傳輸特性不是理想的，信號通過后總要產(chǎn)生一定程度的畸變。另外，進(jìn)入收信機(jī)的還有來自其他電磁波源的干擾，加上收信機(jī)內(nèi)部的噪聲。所以實(shí)際收信機(jī)的輸出是已經(jīng)某種畸變的數(shù)字波形、干擾與噪聲的混合物。聲音聲音聲-碼轉(zhuǎn)換器波形產(chǎn)生器（調(diào)制器）發(fā)信機(jī)收信機(jī)波形識別器（解調(diào)器）碼-聲轉(zhuǎn)換器信道干擾2.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成波形識別器(又稱解調(diào)器)的任務(wù)是對收信機(jī)輸出的混合物進(jìn)行識別，判斷究競收到的是什么波形?并把數(shù)字波形序列轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息序列。碼/聲轉(zhuǎn)換器輸出的聲音中會出現(xiàn)所謂的量化噪聲。聲音聲音聲-碼轉(zhuǎn)換器波形產(chǎn)生器（調(diào)制器）發(fā)信機(jī)收信機(jī)波形識別器（解調(diào)器）碼-聲轉(zhuǎn)換器信道干擾聲音聲音聲-碼轉(zhuǎn)換器波形產(chǎn)生器（調(diào)制器）發(fā)信機(jī)收信機(jī)波形識別器（解調(diào)器）碼-聲轉(zhuǎn)換器信道干擾消息出消息入模-數(shù)轉(zhuǎn)換器波形產(chǎn)生器數(shù)-模轉(zhuǎn)換器波形識別器信道干擾圖1-3數(shù)字通信系統(tǒng)基本組成“差錯(cuò)控制技術(shù)”

由于干擾和噪聲的破壞，傳輸數(shù)字信息，難免要出錯(cuò)，出了錯(cuò)有沒有辦法糾正呢?要完全糾正過來，目前還沒有辦法，但是把差錯(cuò)糾正到一定限度以下是有辦法的。

——辦法是對要傳輸?shù)脑紨?shù)字信息加入一些保護(hù)成分，組成所謂抗干擾編碼，在接收端按一定的規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤。關(guān)于這方面的內(nèi)容，總稱為“差錯(cuò)控制技術(shù)”。差錯(cuò)控制技術(shù)不僅在數(shù)字通信中，而且在計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制等領(lǐng)域均有很多應(yīng)用?！氨Ｃ堋?/p>

此外，在數(shù)字通信中，還可以比較簡單而有效地實(shí)現(xiàn)保密通信。辦法是用人為產(chǎn)生的密碼把被傳的數(shù)字序列攪亂，這種密碼可以采用周期非常長的偽隨機(jī)序列，甚至采用完全無規(guī)律的噪聲碼，這叫作加密；在接收端，利用與發(fā)端完全相同的密碼復(fù)制品，對接收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密。這樣，如果我們把“差錯(cuò)控制”、“保密”等內(nèi)容都考慮進(jìn)去，一個(gè)完整的數(shù)字通信系統(tǒng)的組成，就如下圖所示。消息源模－數(shù)轉(zhuǎn)換器加密器抗干擾編碼器波形產(chǎn)生器收信者數(shù)－模轉(zhuǎn)換器解密器抗干擾解碼器波形識別器信道干擾

圖1-4一個(gè)完整的保密數(shù)字通信系統(tǒng)的組成“同步”

其實(shí)，真正要構(gòu)成數(shù)字通信系統(tǒng)，僅按圖1-4組成是不行的，還有一個(gè)必不可少的組成部分，叫做“同步”。為什么？——數(shù)字信息序列，是按一定的節(jié)拍傳輸?shù)?，如果收、發(fā)兩地節(jié)拍不同，步調(diào)不一致，必定要亂套?！l(fā)送的數(shù)字信息序列常常是分組的，在收端必須知道這些分組的頭尾，否則就無法把收到的信息序列恢復(fù)成原始的消息。打個(gè)比方來說，同步問題可以看做是一個(gè)“對表”問題，收發(fā)兩地兩塊表的秒針要走得一樣快慢，而且時(shí)針、分針還要對準(zhǔn)。秒針走得一樣快慢叫節(jié)拍同步(或位同步)，時(shí)針、分針對準(zhǔn)叫群同步。（3）（1）（2）同步形成數(shù)字信息源編碼器波形產(chǎn)生器用戶解碼器波形識別器同步提取信道干擾

圖1-5數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)方框圖(1)數(shù)字波形傳輸方式，(2)差錯(cuò)控制.(3)同步從理論上及目前的專業(yè)分工上看，數(shù)字通信科學(xué)可劃歸如下兩大部分:1.消息處理部分，包括:(1)把各種形式的消息以簡單而有效的方法轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息;(2)對數(shù)字信息進(jìn)行加密與解密。2.數(shù)字信息傳輸部分，包括:(1)數(shù)字波形傳輸方式(2)差錯(cuò)控制(3)同步3.數(shù)字通信的特點(diǎn)1.數(shù)字通信方式是把各種消息都轉(zhuǎn)化成基本信息單元再進(jìn)行傳輸?shù)?，因此?shù)字信息傳輸系統(tǒng)對任何消息都沒有“偏見”，同一個(gè)數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)可以傳各種不同類型的消息：文字，聲音，圖象或其它任何消息。2.數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)母鞣N消息，通常都以最簡單的數(shù)字“1”與“0”表示，這與數(shù)字計(jì)算機(jī)中所采用的數(shù)字是完全一致的，因此，數(shù)字通信線路可直接與數(shù)字計(jì)算機(jī)接口。數(shù)字通信機(jī)與數(shù)字計(jì)算機(jī)相結(jié)合如虎添翼。

3.數(shù)字通信方式在遠(yuǎn)程多站接力通信中特別有利。原因是數(shù)字信號只有有限的幾種，尤其是二元制，信號只有兩種，在每兩站之間傳輸?shù)倪^程中，只要噪聲與干擾不足以造成所傳的數(shù)字發(fā)生差錯(cuò)，那么只要在每個(gè)中繼站采取“再生”的辦法，就可消除噪聲與干擾的累積。這一點(diǎn)在模擬通信方式中是辦不到的。下圖是“再生”的示意圖。圖1-6“再生”示意圖(a)混有干擾與噪聲的信號(b)“再生”后的信號4.數(shù)字通信有一個(gè)重大缺點(diǎn)，它比模擬通信要占據(jù)較寬的頻帶。為此要在消息數(shù)字化處理過程及數(shù)字信息傳輸過程中想辦法。4.數(shù)字通信系統(tǒng)的好壞怎樣衡量？傳輸速率：(信息速率、碼元速率、消息速率)

差錯(cuò)率：（比特差錯(cuò)率、錯(cuò)字率、錯(cuò)句率；隨機(jī)差錯(cuò)、成群差錯(cuò)、混合差錯(cuò)）通信建立時(shí)間經(jīng)濟(jì)性（成本、頻帶利用、功率利用）適應(yīng)性使用維修性可靠度標(biāo)準(zhǔn)化、系列化傳輸速度1.碼元速率(調(diào)制速度):即每秒所傳輸?shù)拇a元數(shù)。單位是“波特”。2.信息速率:即每秒所傳輸?shù)男畔⒘?。單位是“比?秒。”實(shí)踐證明碼元速率與信息速率這兩個(gè)概念容易混淆，須注意以下兩點(diǎn):1)“比特”是信息量的單位，“波特”是速度單位，雖然僅差一字，意義截然不同，2)“比特/秒”與“波特”在數(shù)量上有一定關(guān)系，這決定于傳輸數(shù)字信息是幾元制。對于N元制來說，每個(gè)碼元攜帶log2N比特信息量，故若它的碼元速率為M波特，那么它的信息速率為(Mlog2N)比特/秒。對二元制來說，N=2,log22=1，此時(shí)兩者在數(shù)值上是相同的。3.消息速率:即每秒傳輸?shù)南?shù)。例如所傳消息為漢字，那么其單位就是“漢字/秒”。差錯(cuò)率1.比特差錯(cuò)率:即所傳信息總量中發(fā)生錯(cuò)誤的比特與總比特的比例，這是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均數(shù)。例如，說比特錯(cuò)誤率為10-3就是指平均每傳1000比特信息，要傳錯(cuò)1比特。2.碼元差錯(cuò)率:錯(cuò)字率就是在所傳的總碼元數(shù)中發(fā)生的錯(cuò)誤碼元數(shù)所占的比例。3.碼字差錯(cuò)率:在所傳的總句數(shù)中，發(fā)生錯(cuò)誤的碼字?jǐn)?shù)所占的比例。

隨機(jī)差錯(cuò)、成群差錯(cuò)、混合差錯(cuò)(1)隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)。這種差錯(cuò)的出現(xiàn)位置是隨機(jī)的、離散的，前后差錯(cuò)之間沒有什么依存關(guān)系。(2)成群差錯(cuò)。這種差錯(cuò)的特點(diǎn)是“成群”地出現(xiàn)，即要錯(cuò)就錯(cuò)一大批，要不錯(cuò)就一個(gè)不錯(cuò)。(3)混合差錯(cuò)。即隨機(jī)獨(dú)立差錯(cuò)及成群差錯(cuò)混合在一起的差錯(cuò)。

可靠度

適應(yīng)性及使用維修性適應(yīng)性就是機(jī)器對各種客觀條件變化的適應(yīng)能力。例如對環(huán)境溫度、濕度、電源等變動(dòng)范圍以及震動(dòng)、加速度等等條件的適應(yīng)能力。使用維修性就是操作與維修是否簡單方便。應(yīng)有必的性能指示及故障報(bào)警裝置。盡可能做到故障自動(dòng)檢測(或有方便的故障檢測專用附加裝置〕，以使一旦發(fā)生故障能迅速排除。此外，要體積小、重量輕，才能機(jī)動(dòng)靈活。通信建立時(shí)間通信建立時(shí)間主要是反映數(shù)傳機(jī)同步性能的一個(gè)指標(biāo)。數(shù)傳機(jī)要正常工作，必須建立收發(fā)端的同步，包括位同步與群同步。建立同步所需時(shí)間由位同步建立時(shí)間及群同步建立時(shí)間二部分組成。同步建立時(shí)間就是通信建立時(shí)間的一個(gè)主要部分。此外，對于采用相干識別器的系統(tǒng)，還要首先從接收到的帶有噪聲的信號中提取發(fā)送信號的模本，這部分也要花費(fèi)時(shí)間，當(dāng)然也包括在通信建立時(shí)間內(nèi)。通信建立時(shí)間這項(xiàng)指標(biāo)，對于長時(shí)間連續(xù)通信系統(tǒng)來說，意義不是很大的。但對間歇式通信或瞬間通信來說，這項(xiàng)指標(biāo)就十分重要。例如:潛艇通信，通常采用瞬間通信方式，為避免暴露目標(biāo)，每次通信時(shí)間只有零點(diǎn)幾秒,此時(shí)，為了多傳一些信息，不但要求傳輸速度快，而且還要求通信建立時(shí)間盡可能短。經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性就是使機(jī)器獲得一定的性能指標(biāo)所花的代價(jià)。

(1)數(shù)傳機(jī)經(jīng)濟(jì)成本，(2)信息速率與占用的頻帶寬度之比，也就是單位帶寬的信息速度。這是衡量頻帶利用率的指標(biāo)，(3)為保證一定差錯(cuò)率指標(biāo)所需歸一化信號噪聲比，這是衡量信號功率利用率的指標(biāo)。所謂歸一化信號噪聲比，就是每比特信息的接收能量與每赫頻帶的噪聲功率之比。標(biāo)準(zhǔn)化、系列化

標(biāo)準(zhǔn)化、系列化是現(xiàn)代科技及工業(yè)高速發(fā)展的產(chǎn)物，它反過來又大大推動(dòng)科技及工業(yè)的發(fā)展，是縮短研制周期、投產(chǎn)時(shí)間及降低成本的一個(gè)重要措施。

圖：數(shù)字波形傳輸系統(tǒng)基本組成收信者12N數(shù)字信息源S1(t)波形產(chǎn)生器S2(t)波形產(chǎn)生器SN(t)波形產(chǎn)生器門1門2門N信道干擾源S1(t)波形識別器S2(t)波形識別器SN(t)波形識別器判決器針對數(shù)字波形傳輸系統(tǒng)

需要知道下述幾個(gè)基本問題:(1)基本的數(shù)字波形有哪幾種?怎樣產(chǎn)生這些波形?(2)信道對波形造成些什么樣的畸變?干擾的特性是怎樣的?信道對波形選擇有什么影響?(3)怎樣構(gòu)成波形的識別器?(4)判決器的判決規(guī)則是怎樣的,差錯(cuò)率怎樣計(jì)算?(5)在選擇各種波形傳輸方式時(shí)有哪些是考慮的因素?2.2怎樣發(fā)送數(shù)字信息？數(shù)字波形的種類：有規(guī)則的電振蕩可分兩大類：

——簡諧振蕩，即正弦波；

——多諧振蕩，即矩形脈沖波。數(shù)字波形只有從這兩類波形中去派生。

以正弦波為基礎(chǔ)的數(shù)字波形

式中，變量t代表時(shí)間，A(t)是正弦波的振幅，ω(t)是它的角頻率，ф(t)是相位。振幅、頻率及相位是確定一個(gè)正弦波的三個(gè)參量，其中任一參量變化，就變成另一正弦波。

顯然，我們可以采用下述幾種辦法產(chǎn)生個(gè)正弦波，用它們來分別代表種信息元:

1.把頻率、相位定為常量，而振幅為變量，即:振幅健控(AK)

振幅A〔t)可取A1，A2，……AN這種不同的數(shù)值，每一種振幅值代表一種信息元。在二元制情況下，只有“1”，“0”兩種信息元，故只需要兩種振幅，通常采取A2＝0，A1為某值。假如用A2＝0代表0，A1代表“1”，此時(shí)，振幅鍵控波形序列及其與信息元序列的關(guān)系如圖2-1所示。

圖2-1二元制振幅鍵控波形序列(a)信息元序列;(b)波形序列。

2.把振幅、相位定為常量，而頻率為變量，即：

頻率鍵控(FSK)。頻率ω可取ω1，ω2，……ωN

這N種不同的數(shù)值，每一種頻率值代表一種信息元。

圖2－2二元制頻率鍵控波形序列（a）信息元序列(b)波形序列

3.把振幅、頻率定為常量，而相位為變量.即:

相位鍵控(PSK)。相位ф(t)可取ф1，ф2，……фN

這N種不同的數(shù)值，用這N種相位來代表N種信息元。

圖2-3二元制絕對移相波形序列（a)消息元序列(b)波形序列

絕對移相(PSK):用一種相位值固定代表一種信息元。

如二元制，若令ф1＝0代表“0”，ф2＝π代表“1”；

相對移相(DPSK):用前后相鄰兩波形的相位變化值△ф

來代表各種信息元。例如二元制，若令起始△ф1＝0，代表“0”，△ф2＝π代表“1”，并令起始相位ф＝0，則對應(yīng)于圖2-3同樣的信息元序列，相對移相波形序列就如圖2-4所示。

圖2-4二元制相對移相波形序列（a)信息元序列，(b)波形序列。

以脈沖波為基礎(chǔ)的數(shù)字波形脈沖波的參量有:周期、脈寬、脈幅、脈位。除直通導(dǎo)線外，含有直流分量的脈沖波是不能通過實(shí)際信道傳輸?shù)?，故脈沖波作為數(shù)字波形受到很大的限制,主要用于近距離的基帶傳輸。有一類脈沖數(shù)字波形具有實(shí)用價(jià)值，它是具有+1，0，-1三種脈幅的雙極性脈沖波，已被用在電纜信道中。二元制信息脈沖序列轉(zhuǎn)換成雙極性脈沖波形的規(guī)則有好幾種，其中有一種是這樣的:信息脈沖序列中的“0”對應(yīng)于雙極脈沖序列中的0電平，信息脈沖的“l(fā)”，則交替轉(zhuǎn)換成雙極性脈沖中的+1電平與-1電平。這樣轉(zhuǎn)換的結(jié)果，使產(chǎn)生的雙極性脈沖序列中消去了直流分量，而且接近零頻的分量也減少了，這正適合子電纜信道的傳輸特性。

二元制脈沖序列轉(zhuǎn)換成雙極性脈沖序列的圖解。

圖2-5雙極性脈沖波形

(a)二元制信息序列，(b)雙極性脈沖序列。

脈沖波與正弦波組合的數(shù)字波形

在后面將要介紹編碼正交波形，這些波形有完整的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)并具有很有用的一些性質(zhì)。但這些波形不能直接進(jìn)入信道，在進(jìn)入信道前還要借助于正弦波，從而產(chǎn)生脈沖波與正弦波組合的數(shù)字波形。

基本的數(shù)字波形的產(chǎn)生

為產(chǎn)生各種數(shù)字波形所采用的基本部件有下述幾種:

1.自激正弦波振蕩器；2.觸發(fā)器；3.反相器；4.與門；5.或門；6.正弦門；7.環(huán)形調(diào)制器

(a)計(jì)數(shù)觸發(fā)器，(b)置位復(fù)位觸發(fā)器，(c)反相器，（d)與門（e)或門。

圖3-11(a)正弦門外特性(b)二極管正弦門(c)三極管正弦門。

（a）環(huán)形調(diào)制器功能方框圖

(b)環(huán)形調(diào)制器電路原理圖幾種基本數(shù)字波形產(chǎn)生器

1.二元制振幅鍵控波形(2ASK)產(chǎn)生器

2.二元制頻率鍵控波形(2FSK)產(chǎn)生器

3.N元制頻率鍵控波形(NFSK)產(chǎn)生器

4.二元制絕對移相波形(2PSK)產(chǎn)生器5.二元制相對移相波形(2DPSK)產(chǎn)生器

6.四元制相對移相波形(4DPSK)產(chǎn)生器

前面我們介紹了數(shù)字波形的種類及其中最重要的幾種波形的產(chǎn)生方法。自然會產(chǎn)生這樣的問題：這么多的波形應(yīng)該怎樣來選擇呢?粗糙地說，在選擇波形時(shí)，主要受到信道特性與干擾類型的影響，另外還要結(jié)合信息速度、差錯(cuò)率的要求、波形識別器組成難易程度等一起進(jìn)行考慮。

波形的選擇：選擇數(shù)字波形時(shí)，考慮的重要問題是：代表信息元的各數(shù)字波形之間的差異要盡量大一些，另外數(shù)字波形與干擾波形的差異也要盡量大。這樣，當(dāng)數(shù)字波形通過信道到達(dá)波形識別器，才不容易受到破壞而轉(zhuǎn)變成別的波形，從而不容易被認(rèn)錯(cuò)。反映兩種波形之間差異的定量參數(shù)叫做波形相關(guān)系數(shù)。2.3信道與干擾問題

關(guān)于信道：現(xiàn)實(shí)信道種類

關(guān)于干擾：相乘性干擾相加性干擾

關(guān)于信道：現(xiàn)實(shí)信道種類

(1)架空明線；

(2)地下及水底同軸電纜；(3)水聲；

(4)中長波地波傳播；(5)超短波及微波視線傳播(包括地一空、空一地、地面微波接力及用人造衛(wèi)星作公共轉(zhuǎn)發(fā)器的微波接力)；

(6)短波電離層反射；(7)超短波流星余跡反射；(8)超短波及微波對流層散射；(9)超短波電離層散射；(10)超視線的超短波障礙繞射；(11)利用人造衛(wèi)星(金屬帶等)散射

關(guān)于信道：變參信道

變參信道有三個(gè)特點(diǎn)：1.信道衰減隨時(shí)間而變；2.信道傳輸延時(shí)隨時(shí)間而變；3.多途徑傳播。1.信道衰減隨時(shí)間而變:衰落

1.短波電離層反射信道情況:短波電離層信道的衰減主要隨電離層對電波吸收的變化而變化，因此它有年月、季節(jié)、日時(shí)(白天黑夜、日出日落等)變化，另外十一年太陽黑子的周期變化及核爆炸等都會造成信道衰減變化。這種變化比較慢，叫做慢衰落。慢衰落周期從幾分鐘到幾小時(shí)。另外短波信道存在多徑傳播，由于各徑相對延時(shí)變化，合成信號電平也發(fā)生變化，這種變化比較快，叫做快衰落。快衰落電平變化規(guī)律基本上服從瑞利分布律?？焖ヂ涞闹芷谠谑种畮酌氲綆酌胫g。慢衰落與快衰落合在一起，接收信號電平在秒量級內(nèi)的變化可超過30分貝以上。當(dāng)然衰落的情況與通信距離、地理位置、工作頻率、工作時(shí)間等因素密切相關(guān)。描述衰落特性的常用參數(shù)有兩個(gè)，即衰落深度與衰落率。

1.信道衰減隨時(shí)間而變:衰落

2.對流層散射信道情況

離地面10～16公里以下的大氣層稱對流層。在這一層中大氣的組成與接近地面的一樣，即主要的是由氮和氧組成。由于對流層中大氣溫度（T）、壓力（P）和度（S）等變化。使大氣介電常數(shù)也隨著高度而變化。特別是由于大氣的湍流運(yùn)動(dòng)，使得對流層內(nèi)存在著許許多多介電常數(shù)ε作隨機(jī)變化的不均勻介質(zhì)團(tuán)，每一不均勻介質(zhì)團(tuán)的尺寸平均約50米～60米。當(dāng)無線電波投射到這些不均勻介質(zhì)團(tuán)時(shí)，每一不均勻介質(zhì)團(tuán)就變成一個(gè)二次波源，向周圍散射電磁波，其中一部分能量就被散射到接收地點(diǎn)而被接收天線所接收，這就形成了對流層散射通信。為了能有效地進(jìn)行散射傳播，這種傳播方式只能用在頻率范圍約在100～5000MHz范圍、通信距離約在100～700公里范圍。對流層散射傳播示意圖

信道傳輸延時(shí)隨時(shí)間而變：多卜勒頻移

在短波電離層反射信道及超短波、微波散射信道中，由于信道結(jié)構(gòu)不斷變化，通過信道的各射線的傳輸延時(shí)也是變化的。如果發(fā)端信號相位保持不變，由于傳輸延時(shí)的變化，收到的信號相位就要發(fā)生變化，當(dāng)相位隨時(shí)間而變化時(shí)，就要產(chǎn)生附加的頻移，由于這種頻移是由電離層及公共散射體相對于收發(fā)天線位置的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，故叫多普勒頻移。多卜勒頻移通常是比較低的，在散射信道中大致是十分之幾赫到十幾赫。多普勒效應(yīng)與移動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度v，接收信號載波的波長λ，電波到達(dá)的入射角θ有關(guān)，即變參信道的改造—分集接收

主要種類：(1)空間分集

(2)頻率分集

(3)時(shí)間分集

合并方法：(1)最大比值相加

(2)等增益相加

(3)選擇式

主要好處：(1)提高了接收信號質(zhì)量

(2)改善了快衰落，平滑了信道衰減

關(guān)于干擾

1.相乘性干擾：變參信道傳輸特性

2.相加性干擾：凡是自然界存在的電磁波源都是相加性干擾源，如各種宇宙射線，收信機(jī)天線周圍大氣中及收信機(jī)輸入端器件中無規(guī)則的熱電子、離子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，其它無線電系統(tǒng)發(fā)射時(shí)的信號，工業(yè)用電機(jī)的火化，電氣設(shè)備的通、斷，以及雷電等等?？煞秩悺?/p>

隨機(jī)噪聲、脈沖、連續(xù)波干擾2.4怎樣接收數(shù)字信息

“波形識別器”的種類

極限傳輸能力：香農(nóng)公式“波形識別器”的種類粗糙的波形識別器相干識別器非相干識別器差動(dòng)相干識別器最粗糙的波形識別器

圖中，帶通濾波器的中心頻率按發(fā)送端AK波形的載頻設(shè)計(jì)。對濾波器的頻率特性的要求主要是兩條:1)信道輸出波形通過此濾波器后，輸出波形序列不發(fā)生前后波形間的串?dāng)_，2)在滿足條件1)的情況下，濾波器帶寬應(yīng)盡可能窄，以便盡可能多地排除接收波形頻帶以外的干擾與噪聲。通常，設(shè)計(jì)該帶通濾波器的3分貝帶寬△f=2/T,這里T是波形寬度。相干識別器

相干識別器的特點(diǎn)是接收端“掌握”接收波形的載頻與相位，以及波形持續(xù)時(shí)間，就是基本上掌握了構(gòu)成波形的要素。相干識別器執(zhí)行的任務(wù)無非就好比用手中的照片去對照風(fēng)塵撲撲面帶倦容的遠(yuǎn)道來客—混雜干擾與噪聲的信道輸出波形，看看來客與哪張照片中的形象最象?

“對波形照片”這個(gè)辦法就是計(jì)算波形的相關(guān)系數(shù)。計(jì)算波形相關(guān)系數(shù)，又稱相關(guān)運(yùn)算，而完成相關(guān)運(yùn)算的機(jī)構(gòu)稱為相關(guān)器。

非相干識別器接收機(jī)不知道對方的波形特征，需要利用波形的其他信息來對波形進(jìn)行判決。

“在接收端是怎樣取得干凈的接收波形模本的?”

——獲取波形載頻與其相位稱為相干載波提取，簡稱“提載”。極限傳輸能力：香農(nóng)公式如何提高頻帶利用率與功率利用率的問題：在高斯白噪聲、接收信號平均功率限定與帶寬為矩形的恒參連續(xù)信道條件下，極限傳輸能力是由下述公式確定的:這個(gè)公式叫香農(nóng)公式。式中W-帶寬〔赫〕;p-接收信號平均功率〔瓦〕，N0—噪聲譜密度〔瓦/赫〕;C-極限信息速度〔比/秒〕。在信息論中，把P、W及N0看成是信道三要素，更確切地稱上述公式中的C為信道極限傳輸能力(信道容量)。香農(nóng)公式有兩層意思：(1)只要信息速度低于信道極限傳輸速度，那么一定可以找到辦法實(shí)現(xiàn)無誤的信息傳遞；(2)如果信息速度超過信道極限傳輸能力，那么無論什么辦法，都不能傳遞這樣的信息或者說差錯(cuò)率必定為1/2(也就是什么也沒有傳送)。頻帶利用率與功率利用率的問題

如果實(shí)現(xiàn)了極限信息速度C，那么每比特接收信號能量Eb當(dāng)然就為:

Eb=p/C;而每赫帶寬的極限速度就是C/W。于是：可以看出功率利用率與頻帶利用率存在著定量的互換關(guān)系。

與關(guān)系曲線

香農(nóng)公式規(guī)定的潛力怎么挖掘

1.如何挖頻帶利用率的潛力?

在信道頻帶受限制的條件下，挖掘頻帶利用率的潛力的途徑是增加功率以采用多元制。2.如何挖掘功率利用率的潛力?

當(dāng)頻帶W→∞時(shí)，只要求歸一化信噪比為-1.6分貝。在信息速度為某常數(shù)情況下，“增加波形的持續(xù)時(shí)間T與帶寬W的乘積值TW，采用多元制,可以提高功率利用率”。

3在提高頻帶利用率方而，已發(fā)展了單邊帶技術(shù)、殘留單邊帶技術(shù)、正交載波技術(shù)、相關(guān)編碼技術(shù)等。在提高功率利用率方面，比較好的辦法是把數(shù)字波形傳輸方式與差錯(cuò)控制技術(shù)結(jié)合起來考慮。

2.5數(shù)字信息傳錯(cuò)了怎么辦？

一個(gè)啟發(fā)性的對比

數(shù)字信息傳輸中的差錯(cuò)，可以與貨物運(yùn)輸中的“損耗”相比擬。在通常的貨物運(yùn)輸中，防止或減少運(yùn)輸損耗也是一個(gè)基本要求。為了滿足這一要求，除了運(yùn)輸系統(tǒng)提高運(yùn)輸質(zhì)量外，對所運(yùn)輸?shù)呢浳镞M(jìn)行“包裝”或者派一些專門人員“押運(yùn)”，也是常用的行之有效的方法。采用“包裝”及“押運(yùn)”措施后，當(dāng)然要多運(yùn)輸一些本來不必要運(yùn)輸?shù)摹鞍b箱”之類，但以此為代價(jià)，使得不可避免的運(yùn)輸損耗不直接造成或少造成有用貨物的損壞。

抗干擾編碼數(shù)字信息傳輸中對付信息傳輸差錯(cuò)的辦法與上述貨物運(yùn)輸系統(tǒng)中對付運(yùn)輸損耗的辦法類似，也是采取了對所傳的有用信息進(jìn)行“包裝”與“押運(yùn)”的措施，只是這里采用另一種專業(yè)術(shù)語，叫“抗干擾編碼”。編碼的基本思想，就是在送有用信息的同時(shí)，還傳送一些附加的監(jiān)督信息，這些監(jiān)督信息與有用信息之間按某種事先確定的規(guī)則，滿足一定的代數(shù)關(guān)系。這些附加的監(jiān)督信息就相當(dāng)于“包裝箱”及“押運(yùn)人員”，而抗干擾編碼規(guī)則就是包裝的形式。“包裝”的好壞就體現(xiàn)在編碼規(guī)則上?！安铄e(cuò)控制”

差錯(cuò)控制的能力具體表現(xiàn)為兩點(diǎn):(1)差錯(cuò)到什么程度還能發(fā)現(xiàn)？(2)差錯(cuò)到什么程度尚能糾正？差錯(cuò)控制能力不僅取決于編碼規(guī)則，也取決于如何利用編碼規(guī)則來發(fā)現(xiàn)與糾正差錯(cuò)，這就涉及到解碼(或稱譯碼)方法與差錯(cuò)控制方式。差錯(cuò)控制方式分類

基本上分兩類:一類叫“反饋糾錯(cuò)”，另一類叫“前向糾錯(cuò)”。在這兩類基礎(chǔ)上又派生出一類叫“混合糾錯(cuò)”。反饋糾錯(cuò)

這種辦法的出發(fā)點(diǎn)仍以運(yùn)貨打個(gè)比方;貨物運(yùn)輸前進(jìn)行簡單的“包裝”，在卸貨時(shí)若發(fā)現(xiàn)受損，不管損壞程度如何，都把原貨退回，要求重發(fā)好貨。具體到反饋糾錯(cuò)來說，就是采用某種能發(fā)現(xiàn)一定程度傳輸差錯(cuò)的簡單編碼方法，在發(fā)信端對所傳信息進(jìn)行編碼，加入少量監(jiān)督元，在接收端則根據(jù)編碼規(guī)則檢查收到的編碼信息，一旦發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，就向發(fā)信端發(fā)出詢問信號，要求重發(fā)。發(fā)信端收到詢問信號后，就重發(fā)己發(fā)生傳輸差錯(cuò)的那部分信息。

前向糾錯(cuò)、混合糾錯(cuò)

前向糾錯(cuò)的出發(fā)點(diǎn)是這樣的:運(yùn)輸前對“貨物”實(shí)行較良好的“包裝”，并派上“押運(yùn)人員”，在卸貨時(shí)，不僅能檢查出貨物是否已受損，而且在一定的損壞限度內(nèi)有能力進(jìn)行“修復(fù)”。具體來說，就是采用某種在解碼時(shí)能糾正一定程度傳輸差錯(cuò)的較復(fù)雜的編碼方法，在接收端自動(dòng)糾正發(fā)生的差錯(cuò)?；旌霞m錯(cuò)的辦法是:少量差錯(cuò)在接收端自行糾正，差錯(cuò)較嚴(yán)重、超出自行糾正能力時(shí)，就向發(fā)信端發(fā)詢問信號，要求重發(fā)。因此，混合糾錯(cuò)是前向糾錯(cuò)及反饋糾錯(cuò)兩類方式的混合。

差錯(cuò)與信道分類

從差錯(cuò)控制角度來分類，信道可分為三類：

(1)隨機(jī)信道：隨機(jī)信道的差錯(cuò)是隨機(jī)出現(xiàn)的。信道的特性可以用差錯(cuò)率來描述。恒參高斯信道的差錯(cuò)完全由相加白噪聲造成，它的差錯(cuò)就是隨機(jī)的、獨(dú)立的（即前后差錯(cuò)沒有任何關(guān)系)。

(2)突發(fā)信道：突發(fā)信道中差錯(cuò)是成群出現(xiàn)的。突發(fā)信道的特性要用突發(fā)持續(xù)時(shí)間及突發(fā)間隔時(shí)間的分布來描述。例如電話信道就是突發(fā)信道。

(3)混合信道：隨機(jī)差錯(cuò)與成群差錯(cuò)都占有相當(dāng)份額的信道為混合信道。變參信道就是混合信道。這些信道中衰落及脈沖干擾是產(chǎn)生成群差錯(cuò)的原因，而隨機(jī)噪聲又造成隨機(jī)差錯(cuò)。

差錯(cuò)性質(zhì)不同，要采用不同的差錯(cuò)控制對策，否則將事倍功半。

編碼方法分類

(1)從差錯(cuò)對象考慮，編碼方法可分為三大類。一類是針對隨機(jī)差錯(cuò)制訂的方法，另一類是針對成群差錯(cuò)制訂的，第三類是針對混合差錯(cuò)制訂的。(2)從編碼的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)考慮，可分兩大類：

——

分組碼

——

卷積碼(或稱連環(huán)碼)。

解碼方法分類

解碼方法與編碼方法密切關(guān)聯(lián)，每種編碼方法當(dāng)然有與之對應(yīng)的解碼方法。雖然各種具體解碼方法的細(xì)節(jié)要隨具體編碼規(guī)律而定，但就各種解碼方法的共同性質(zhì)來說，不外乎兩類。

(1)代數(shù)法:這種方法按編碼代數(shù)關(guān)系來解碼，比較簡單常用。這類方法中最值得注意的是門限解碼法，方法簡便，效果又較好。

(2)概率法:這類方法不僅按編碼的代數(shù)關(guān)系，還根據(jù)噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，對各種可能的結(jié)果進(jìn)行試驗(yàn)比較，取錯(cuò)誤概率接近最小的結(jié)果為解碼輸出。這種方法比較復(fù)雜。但在高斯隨機(jī)信道中，其理論性能是最好的。從理論上看，它是趨近信道極限傳輸能力的一個(gè)較為合理的方法。幾種簡單而常用的能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的編碼方法

1.定比碼:在國外又叫范·德侖碼。這種編碼方法，簡單說來就是“從n中取m”(m<n)，這里n為碼組長度，m為每個(gè)許用碼組中“1”的數(shù)目。例如“從5中取3”的定比碼，就是以5位二元制信息組成一個(gè)碼組，大家知道，5位二元制數(shù)字組成的碼組總共有25=32種，定比碼規(guī)定只有確切地含有3個(gè)“1”，2個(gè)“0”的那些碼組為許用碼組，其它碼組一概不準(zhǔn)使用。也就是說，發(fā)送端發(fā)送的一定是這些許用碼組中的成員。因此經(jīng)傳輸后如果有了差錯(cuò)，使接收到的碼組變?yōu)樵S用碼組以外的禁用碼組，那么就可以斷定一定出現(xiàn)了差錯(cuò)。在中文電報(bào)中應(yīng)用“5中取3”的定比碼，英文電報(bào)中應(yīng)用“7中取3”定比碼。定比碼不能發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)只有這樣一類:“1”錯(cuò)成“0”的數(shù)目正好等于“0”錯(cuò)成“1”的數(shù)目。2.奇偶校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼分兩種，一種叫奇數(shù)校驗(yàn)碼，它的規(guī)則是一個(gè)碼字中“1”的數(shù)目為奇數(shù)，另一種叫偶數(shù)校驗(yàn)碼，它的規(guī)則是碼字中“1”的數(shù)目為偶數(shù)。奇偶校驗(yàn)碼的編碼規(guī)則可以用一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系來表述。設(shè)碼長度為”n”，組成的元素依次為:x1，x2，……xn，若令那么，

奇偶校驗(yàn)碼能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個(gè)差錯(cuò)而不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)差錯(cuò)，“n”位長的碼組共有2n個(gè)，顯然其中具有奇數(shù)個(gè)“1”與具有偶數(shù)個(gè)“1”的碼組各占一半。

3.矩陣碼

圖中“×”表示信息位，“0”表示監(jiān)督位，它的一致監(jiān)督關(guān)系按行及列組成，每一行每一列都是一個(gè)奇偶校驗(yàn)碼。矩陣碼不能發(fā)現(xiàn)的差錯(cuò)只有這樣一類:差錯(cuò)數(shù)正好為4的倍數(shù)，而且差錯(cuò)位置所構(gòu)成矩形的四個(gè)角。

幾種簡單而常用的能糾正差錯(cuò)的編碼方法1.簡單的重復(fù)碼：

(1)逐位重復(fù)：若原始信息為10110100……則三重碼為1110001111110001110000（2)分段重復(fù)：原始信息1011，0100.……可得三重碼為1011,1011,1011，0100,0100，0100，……。只要正確傳輸?shù)拇螖?shù)多于傳錯(cuò)的次數(shù)，就可用少數(shù)服從多數(shù)的原則排除差錯(cuò)。重復(fù)次數(shù)一般需取奇數(shù)，以避免出現(xiàn)一半“贊成”一半“反對”的僵局。

2.漢明碼

在二元制情況下，一個(gè)一致監(jiān)督關(guān)系的解只有兩個(gè):“1”或“0”，所以對問題只能作最簡單的回答：“是”與“否”。能否從奇偶校驗(yàn)碼的思想出發(fā)，找到效率較高一些的能糾正差錯(cuò)的碼呢？譬如一個(gè)碼組中多添幾位監(jiān)督元，讓每個(gè)監(jiān)督元與碼組中一部分信息構(gòu)成一致監(jiān)督關(guān)系，那么這幾個(gè)監(jiān)督關(guān)系的解就一定能表示好幾種意見。若用r位監(jiān)督元，就能得到2r種解，就能表示2r種意見。對于只糾正一位差錯(cuò)的碼來說，可以讓這些解分別對應(yīng)于一個(gè)差錯(cuò)位置，如果每個(gè)差錯(cuò)位置都有一個(gè)解指示，那么該碼不就具備了糾正一位差錯(cuò)的能力了嗎?卷積碼(連環(huán)碼)的概念

接收到的碼序列為

糾正成群差錯(cuò)的方法：交織法交織法的原理可以用圖來說明。發(fā)端，編碼序列在傳輸前通過一個(gè)交織寄存器矩陣，這個(gè)矩陣逐行(即按A1A2……ANB1B2……BN……M1M2……MN次序)寄存輸入的序列，存滿以后，按列的次序(即按A1B1……M2A2B2……M2……ANBN……MN)取出，送入傳輸信道。收端，收到的序列先存到一個(gè)與發(fā)端相同的交織寄存器矩陣，但按列的次序存入，存滿以后，按行的次序取出，送進(jìn)解碼器。由于收發(fā)端存取的程序正好相反，因此，送進(jìn)解碼器的序列與編碼器輸出序列次序完全相同，解碼器絲毫感覺不出交織矩陣的存在與否。假設(shè)交織矩陣每行的寄存器數(shù)目N正好等于分組碼的碼長，傳輸過程中產(chǎn)生的成群差錯(cuò)長度，亦正好等于交織矩陣每列寄存器的數(shù)目M。圖表明，由于交織措施，送入解碼器的差錯(cuò)被分解開了，每組只分配到一個(gè)。因此，如果所采用的分組碼能糾正一個(gè)差錯(cuò)，那么長度為M的成群差錯(cuò)就可全部糾正。可見，交織法結(jié)合糾正離散差錯(cuò)的簡單編碼就可完成糾正成群差錯(cuò)的任務(wù)。

交織器原理

2.6數(shù)字保密通信原理解密信源加密器解密器接收者密鑰源k1密鑰源k2非法接入者竊聽者加密(Encryption)解密(decryption)密鑰信道搭線信道攻擊密碼學(xué)應(yīng)用與信息系統(tǒng)安全1.為了防止消息被篡改、刪除和偽造的一種有效方法是使發(fā)送的消息具有被驗(yàn)證的能力。使接收者能夠識別和確認(rèn)消息的真?zhèn)?，?shí)現(xiàn)這類功能的密碼系統(tǒng)稱為論證系統(tǒng)（authenticationsystem)

。如數(shù)字簽字（digitalsignature)就是一種論證系統(tǒng)。雙鑰體制也可以用作論證系統(tǒng)：發(fā)端用秘密的k2加密（數(shù)字簽字），收端用公開的k1解密。2.信息保密與密碼分析。3.信息系統(tǒng)安全：保密性、論證性和完整性。

偽隨機(jī)序列（PN序列）＋輸出移位脈沖偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器結(jié)構(gòu)

輸出f(x1，x2，,……，xm)x1x2xm-1xm移位脈沖2.7同步問題

在數(shù)字通信中，同步信息問題有下面幾個(gè)特點(diǎn):(1)正常信息傳輸只有在收發(fā)兩地建立了“同步”以后才能進(jìn)行，因此同步信息必須領(lǐng)先傳輸。(2)正常信息傳輸時(shí)，收發(fā)兩地必須維持“同步”。(3)點(diǎn)對點(diǎn)通信中，同步信息包括兩類:一是節(jié)拍同步(或稱位同步)信息，這是指數(shù)字波形的起止時(shí)刻；另一是群同步信息，這是指有相互依賴關(guān)系的一群數(shù)字信息的頭尾位置。（4）數(shù)字通信網(wǎng)中還有網(wǎng)同步問題。

傳輸同步信息的方法

(1)外同步法。這類方法的特點(diǎn)是用專門信道傳輸同步信息。（2)自同步法。這類方法不用專門信道傳輸同步信息，而是從接收到的數(shù)字波形中去提取它所攜帶的同步信息。在節(jié)拍同步中，外同步法及自同步法都有采用，根據(jù)情況而定。在群同步中，通常采用外同步法，在有些編碼具有自同步性能時(shí)，也可采用自同步法。2.8信道多路復(fù)用原理多路復(fù)用方法包括：

——頻分復(fù)用

——時(shí)分復(fù)用

——碼分復(fù)用

——空分復(fù)用頻分復(fù)用頻分復(fù)用：所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源。頻率時(shí)間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5波分復(fù)用WDM

波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。8

2.5Gb/s1310nm1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm