0通信原理資料

2024/8/17CP第一章緒論1通信原理大連海事大學(xué)劉柏森2024/8/17CP第一章緒論2第一章緒論1.1引言

1.2通信系統(tǒng)模型

1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.4信息及其度量

1.5通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1.6通信技術(shù)的發(fā)展概況

2024/8/17CP第一章緒論3１.1引言

1、通信概念：信息的傳遞過程稱為通信.2、通信網(wǎng)概念：為了完成多用戶中任意兩個(gè)用戶之間信源與信宿之間的通信過程,一般需要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)多用戶通信系統(tǒng)互連的通信體系稱之為通信網(wǎng)。2024/8/17CP第一章緒論4１.1引言（續(xù)）3、通信網(wǎng)的構(gòu)成

1）終端設(shè)備：電話、電報(bào)、監(jiān)視器（攝像頭）等

2）傳輸設(shè)備：電纜、光纜、微波、衛(wèi)星等

3）交換設(shè)備：程控交換、ATM交換、光交換等

4）協(xié)議和準(zhǔn)則2024/8/17CP第一章緒論5１.1引言（續(xù)）4、本課程的主要任務(wù)

本課程主要介紹信息端到端的傳輸系統(tǒng)，主要討論系統(tǒng)的組成和性能指標(biāo)。返回主目錄2024/8/17CP第一章緒論61.2通信系統(tǒng)模型

1．2．1通信系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。2024/8/17CP第一章緒論71.2.1

通信系統(tǒng)模型-信源信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。2024/8/17CP第一章緒論81.2.1

通信系統(tǒng)模型-發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來說，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼。2024/8/17CP第一章緒論91.2.1

通信系統(tǒng)模型-信道信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。2024/8/17CP第一章緒論101．2．1通信系統(tǒng)模型噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。2024/8/17CP第一章緒論111.2.1

通信系統(tǒng)模型-接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。其任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。2024/8/17CP第一章緒論121.2.1

通信系統(tǒng)模型-信宿信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)。其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。2024/8/17CP第一章緒論131.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語音、活動(dòng)圖片等。離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。消息的傳遞是通過它的物質(zhì)載體——電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號(hào)的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。2024/8/17CP第一章緒論141.2.2模擬通信模型和字通信模型按信號(hào)參量的取值方式不同可把信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個(gè)值的，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱為模擬信號(hào)，如電話機(jī)送出的語音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)等。模擬信號(hào)有時(shí)也稱連續(xù)信號(hào)，這個(gè)連續(xù)是指信號(hào)的某一參量可以連續(xù)變化，或者說在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個(gè)值，而不一定在時(shí)間上也連續(xù)，凡信號(hào)參量只能取有限個(gè)值，并且常常不直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱為數(shù)字信號(hào)，如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)、PCM信號(hào)等。數(shù)字信號(hào)有時(shí)也稱離散信號(hào)，這個(gè)離散是指信號(hào)的某一參量是離散變化的，而不一定在時(shí)間上也離散，2024/8/17CP第一章緒論151.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型模擬信號(hào)波形(a)連續(xù)信號(hào)；(b)抽樣信號(hào)2024/8/17CP第一章緒論161.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型數(shù)字信號(hào)波形(a)二進(jìn)制波形；(b)2PSK波形2024/8/17CP第一章緒論171.2.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。2024/8/17CP第一章緒論181.模擬通信系統(tǒng)模型信源發(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始，如語音信號(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)過調(diào)制以后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。2024/8/17CP第一章緒論191.模擬通信系統(tǒng)模型已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：攜帶有信息適合在信道中傳輸信號(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)又稱頻帶信號(hào)。2024/8/17CP第一章緒論201.模擬通信系統(tǒng)模型兩種變換連續(xù)消息與基帶信號(hào)的變換基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的變換實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。2024/8/17CP第一章緒論211.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型2024/8/17CP第一章緒論221.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信的主要特點(diǎn)

1）抗干擾能力差

2）不易于保密通信

3）設(shè)備不易于大規(guī)模集成

4）不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信的要求

5）簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。2024/8/17CP第一章緒論232．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)模型

技術(shù)問題主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等。2024/8/17CP第一章緒論242．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)模型在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)，2024/8/17CP第一章緒論251)信源編碼與譯碼作用一:是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(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。作用二:是當(dāng)信息源給出的是模擬語音信號(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。信源編碼方法：PCM、ADPAM、DM等信源譯碼是信源編碼的逆過程。2024/8/17CP第一章緒論262）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)。為了減少差錯(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。信道編碼：線性分組碼、卷積碼、循環(huán)碼等。2024/8/17CP第一章緒論273）加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來信息，叫解密。2024/8/17CP第一章緒論284）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控DPSK。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)高斯噪聲下的信號(hào)檢測(cè)，一般用相關(guān)器接收機(jī)或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。2024/8/17CP第一章緒論295）同步與數(shù)字復(fù)接同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。按照同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理把若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。2024/8/17CP第一章緒論302．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)模型如在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)2024/8/17CP第一章緒論312．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)模型模擬信號(hào)經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)字電話系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過模擬電話線路傳輸，但這時(shí)必須使用調(diào)制解調(diào)器（Modem）將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性。模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘?hào)種類。2024/8/17CP第一章緒論323.數(shù)字通信的主要特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)。差錯(cuò)可控。易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)。易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化。易于加密處理，且保密強(qiáng)度高。數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。返回主目錄2024/8/17CP第一章緒論331.3通信系統(tǒng)分類與通信方式按通信業(yè)務(wù)分，話務(wù)通信和非話務(wù)通信。非話務(wù)通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫檢索、電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換、傳真存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會(huì)議電視、圖像通信等。按調(diào)制方式分類:基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。按信號(hào)特征分類:模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)按傳輸媒質(zhì)分類:有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按工作波段分類按信號(hào)復(fù)用方式分類:頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。2024/8/17CP第一章緒論34表1-1常見的調(diào)制方式

調(diào)制方式用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺(tái)、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控?cái)?shù)據(jù)傳輸2024/8/17CP第一章緒論35

調(diào)制方式

用途脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測(cè)脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他語言編碼方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話續(xù)表（2）2024/8/17CP第一章緒論36

表1–2通信波段與常用傳輸媒質(zhì)

頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對(duì)長(zhǎng)波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)30~300kHz103~104m低頻LF有線線對(duì)長(zhǎng)波無線電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無線電調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無線電移動(dòng)無線電話、短波廣播定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航2024/8/17CP第一章緒論37續(xù)表（2）頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無線電雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信2024/8/17CP第一章緒論381.3.2通信方式前述通信系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)但在多數(shù)場(chǎng)合下，信源兼為信宿，需要雙向通信，電話就是一個(gè)最好的例子這時(shí)通信雙方都要有發(fā)送和接收設(shè)備，并需要各自的傳輸媒質(zhì)，如果通信雙方共用一個(gè)信道，就必須用頻率或時(shí)間分割的方法來共享信道。因此，通信過程中涉及通信方式與信道共享問題。2024/8/17CP第一章緒論39對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。單工通信，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個(gè)信道。廣播、遙測(cè)、遙控、無線尋呼等。半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。使用同一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)以及問詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信。全雙工通信，是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。普通電話、手機(jī)都是最常見的全雙工通信方式，計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。2024/8/17CP第一章緒論40單工、半雙工和全雙工通信方式示意圖

(a)單工；(b)半雙工；(c)全雙工2024/8/17CP第一章緒論41按數(shù)字信號(hào)排列順序分在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號(hào)代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸。通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。此外，還可以按通信的網(wǎng)絡(luò)形式劃分。由于通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，所以本課程的重點(diǎn)放在點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信上。2024/8/17CP第一章緒論42并行和串行通信方式示意圖

(a)并行傳輸；(b)串行傳輸返回主目錄2024/8/17CP第一章緒論431.4信息及其度量信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，也就是說，信源輸出是用統(tǒng)計(jì)方法來定性的。對(duì)接收者來說，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。因此，信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量.根據(jù)概率論知識(shí)，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。2024/8/17CP第一章緒論44假設(shè)P(x)是一個(gè)消息發(fā)生的概率，I是從該消息獲悉的信息。（1）信息量是概率的函數(shù)，即I=f［P(x)］（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小，且P(x)→1時(shí)，I→0；P(x)→0時(shí)，I→∞3）若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量之和，也就是說，信息具有相加性，即

I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…2024/8/17CP第一章緒論45信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)。a=2時(shí)，信息量的單位為比特(bit)；a=e時(shí)，信息量的單位為奈特(nit)；a=10時(shí)，信息量的單位為哈特萊。目前廣泛使用的單位為比特。2024/8/17CP第一章緒論461.4信息及其度量等概

例1–1設(shè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或1，則信源每個(gè)輸出的信息含量為P=1/4的信息量為2比特P=1/8的信息量為3比特P=1/M的信息量為log2M(bit)若M是2的整冪次，則2024/8/17CP第一章緒論471.4信息及其度量非等概設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，xi所包含的信息量平均信息量為由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故通常又稱它為信息源的熵，其單位為bit/符號(hào)。返回主目錄2024/8/17CP第一章緒論481.5主要性能指標(biāo)有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；而可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。這兩個(gè)問題相互矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。2024/8/17CP第一章緒論49模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性可用有效傳輸頻帶來度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。如調(diào)頻信號(hào)抗干擾能力比調(diào)幅好，但調(diào)頻信號(hào)所需傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。2024/8/17CP第一章緒論50數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性可用傳輸速率來衡量?？煽啃钥捎貌铄e(cuò)率來衡量。2024/8/17CP第一章緒論511.傳輸速率

碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(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B。例如，若1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為2400B。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)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度T有關(guān):2024/8/17CP第一章緒論52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：信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。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。2024/8/17CP第一章緒論53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，信息速率也達(dá)到最大，即

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)稱它們?yōu)閿?shù)碼率。2024/8/17CP第一章緒論54頻帶利用率2024/8/17CP第一章緒論552.差錯(cuò)率衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯(cuò)率，常用誤碼率和誤信率表示。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，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，即在二進(jìn)制中有Pb=Pe返回主目錄2024/8/17CP第一章緒論561.6通信發(fā)展趨勢(shì)在過去三四十年間，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸需求的增長(zhǎng)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字通信的發(fā)展。目前數(shù)字通信在下列領(lǐng)域有了新的進(jìn)展。衛(wèi)星通信光纖通信移動(dòng)通信微波通信2024/8/17CP第一章緒論571．衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)是將通信衛(wèi)星作為空中中繼站，它能夠?qū)⒌厍蛏夏骋坏孛嬲景l(fā)射來的無線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地面站，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地域之間的通信。根據(jù)通信衛(wèi)星與地面之間的位置關(guān)系，可以分為靜止通信衛(wèi)星(或同步通信衛(wèi)星)和移動(dòng)通信衛(wèi)星。靜止通信衛(wèi)星是軌道在赤道平面上的衛(wèi)星，它離地面高度為35780km，采用三個(gè)相差120°的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域(兩極盲區(qū)除外)。預(yù)計(jì)到2010年前，星間激光通信的傳輸速率將達(dá)到40Gb/s，地面終端設(shè)備將日益小型化，2024/8/17CP第一章緒論582．光纖通信系統(tǒng)光纖通信是以光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)作為傳輸媒質(zhì)、以光波為運(yùn)載工具（載波）的通信方式。光纖通信具有容量大、頻帶寬、傳輸損耗小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、通信質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，且成本低，與同軸電纜相比可以大量節(jié)約有色金屬和能源。目前，單波長(zhǎng)光通信系統(tǒng)速率已達(dá)10Gb/s，其潛力已不大，采用密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)來擴(kuò)容是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)超大容量光傳輸?shù)闹匾夹g(shù)。光傳送網(wǎng)是通信網(wǎng)未來的發(fā)展方向，它可以處理高速率的光信號(hào)，擺脫電子瓶頸，實(shí)現(xiàn)靈活、動(dòng)態(tài)的光層聯(lián)網(wǎng)，透明地支持各種格式的信號(hào)以及實(shí)現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。因此，世界上許多國家紛紛進(jìn)行研究、試驗(yàn)，驗(yàn)證由波分復(fù)用、光交叉連接設(shè)備及色散位移光纖組成的高容量通信網(wǎng)今后的可行性。2024/8/17CP第一章緒論593．?dāng)?shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)是將通信范圍分為若干相距一定距離的小區(qū)，移動(dòng)用戶可以從一個(gè)小區(qū)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)，依靠終端對(duì)基站的跟蹤，使通信不中斷。移動(dòng)用戶還可以從一個(gè)城市漫游到另一個(gè)城市，甚至到另一個(gè)國家與原注冊(cè)地的用戶終端通話。數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由三部分組成：控制交換中心、若干基地臺(tái)、諸多移動(dòng)終端。通過控制交換中心進(jìn)入公用有線電話網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電話與固定電話、移動(dòng)電話與移動(dòng)電話之間的通信。目前廣泛應(yīng)用的是第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用窄帶時(shí)分多址(TDMA)和窄帶碼分多址(CDMA)數(shù)字接入技術(shù)，已形成的國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)有歐洲的GSM系統(tǒng)、美國的IS-95系統(tǒng)、日本的PDC系統(tǒng)。我國主要采用歐洲的GSM系統(tǒng)。2024/8/17CP第一章緒論604.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)為此，從20世紀(jì)90年代中期開始，各國和世界組織又開展了對(duì)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究，它包括地面系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，移動(dòng)終端既可以連接到地面的網(wǎng)絡(luò)，也可以連接到衛(wèi)星的網(wǎng)絡(luò)。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)工作在2000MHz頻段，為此國際電信聯(lián)盟正式將其命名為IMT-2000。IMT-2000的目標(biāo)和要求是：統(tǒng)一頻段，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到全球無縫隙覆蓋，提供多媒體業(yè)務(wù)，傳輸速率最高應(yīng)達(dá)到2Mb/s，其中車載為144kb/s、步行為384kb/s、室內(nèi)為2Mb/s；頻譜利用率高，服務(wù)質(zhì)量高，保密性能好；易于向第二代系統(tǒng)過渡和演進(jìn)；終端價(jià)格低。目前第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，我國所提出的TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)也是其中之一。這充分體現(xiàn)了我國在移動(dòng)通信領(lǐng)域的研究已達(dá)到國際領(lǐng)先水平。2024/8/17CP第一章緒論61人類對(duì)新技術(shù)的追求是無止境的，對(duì)新的通信系統(tǒng)和通信技術(shù)的研究仍在不斷進(jìn)行，新的通信系統(tǒng)和通信技術(shù)也將會(huì)不斷服務(wù)于人類。作業(yè)：1-4，1-5，1-6，1-8，1-92024/8/17CP第三章信道與噪聲62第三章信道與噪聲3.1信道定義與數(shù)學(xué)模型

3.2恒參信道及其傳輸特性3.3隨參信道及其傳輸特性

3.4分集接收技術(shù)3.5加性噪聲3.6信道容量的概念2024/8/17CP第三章信道與噪聲633.2恒參信道及其傳輸特性恒參信道的信道特性不隨時(shí)間變化或變化很緩慢。信道特性主要由傳輸媒質(zhì)所決定，如果傳輸媒質(zhì)是基本不隨時(shí)間變化的，所構(gòu)成的廣義信道通常屬于恒參信道；如果傳輸媒質(zhì)隨時(shí)間隨機(jī)快變化，則構(gòu)成的廣義信道通常屬于隨參信道。如由架空明線、電纜、中長(zhǎng)波地波傳播、對(duì)稱電纜、超短波及微波視距傳播、人造衛(wèi)星中繼、光導(dǎo)纖維以及光波視距傳播等傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的廣義信道都屬于恒參信道。2024/8/17CP第三章信道與噪聲643.2.1有線電信道1.對(duì)稱電纜在同一保護(hù)套內(nèi)有許多對(duì)相互絕緣的雙導(dǎo)線的傳輸媒質(zhì)。導(dǎo)線材料是鋁或銅，直徑為0.4~1.4mm。為了減小各線對(duì)之間的相互干擾，每一對(duì)線都擰成扭絞狀。通常有兩種類型：非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）。2024/8/17CP第三章信道與噪聲651.對(duì)稱電纜特點(diǎn)電纜的傳輸損耗比較大，但其傳輸特性比較穩(wěn)定，并且價(jià)格便宜、安裝容易。對(duì)稱電纜主要用于市話中繼線路和用戶線路，在許多局域網(wǎng)如以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)中也采用高等級(jí)的UTP電纜進(jìn)行連接。STP電纜的特性同UTP的特性相同，由于加入了屏蔽措施，對(duì)噪聲有更好的屏蔽作用，但是其價(jià)格要昂貴一些2024/8/17CP第三章信道與噪聲662.同軸電纜由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個(gè)圓柱形的導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體是金屬線，它們之間填充著介質(zhì)。實(shí)際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的，對(duì)外界干擾具有較好的屏蔽作用，所以同軸電纜抗電磁干擾性能較好。在有線電視網(wǎng)絡(luò)中大量采用這種結(jié)構(gòu)的同軸電纜。2024/8/17CP第三章信道與噪聲67為了增大容量，也可以將幾根同軸電纜封裝在一個(gè)大的保護(hù)套內(nèi)，構(gòu)成多芯同軸電纜，另外還可以裝入一些二芯絞線對(duì)或四芯線組，作為傳輸控制信號(hào)用。2024/8/17CP第三章信道與噪聲683.2.2微波中繼信道頻率范圍一般在幾百兆赫至幾十吉赫其傳輸特點(diǎn)是在自由空間沿視距傳輸兩點(diǎn)間的傳輸距離一般為30~50km長(zhǎng)距離通信需要在中間建立多個(gè)中繼站。被廣泛用來傳輸多路電話及電視等。2024/8/17CP第三章信道與噪聲69在一條微波中繼信道上可采用二頻制或四頻制頻率配置方式以提高頻譜利用率和減小射頻波道間或鄰近路由的傳輸信道間的干擾，微波中繼信道具有傳輸容量大、長(zhǎng)途傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)約有色金屬、投資少、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。2024/8/17CP第三章信道與噪聲703.2.3衛(wèi)星中繼信道利用人造衛(wèi)星作為中繼站構(gòu)成的通信信道靜止衛(wèi)星：若衛(wèi)星運(yùn)行軌道在赤道平面，離地面高度為35780km時(shí)，繞地球運(yùn)行一周的時(shí)間恰為24小時(shí)，與地球自轉(zhuǎn)同步。移動(dòng)衛(wèi)星：不在靜止軌道運(yùn)行的衛(wèi)星主要用來傳輸多路電話、電視和數(shù)據(jù)2024/8/17CP第三章信道與噪聲713.2.3衛(wèi)星中繼信道工作頻段有：L頻段(1.5/1.6GHz)、C頻段(4/6GHz)、Ku頻段(12/14GHz)、Ka頻段(20/30GHz)。主要特點(diǎn)是通信容量大、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋區(qū)域廣等。信號(hào)衰減大信號(hào)延遲大2024/8/17第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)72第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)5.1數(shù)字基帶信號(hào)5.2數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)5.3無碼間串?dāng)_的基帶傳輸系統(tǒng)5.4眼圖5.5時(shí)域均衡原理5.6部分響應(yīng)技術(shù)2024/8/17第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)735.1數(shù)字基帶信號(hào)5.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的常用碼型

傳輸碼型的選擇，主要考慮以下幾點(diǎn)：

(1)碼型中低頻、高頻分量盡量少；

(2)碼型中應(yīng)包含定時(shí)信息，以便定時(shí)提??；

(3)碼型變換設(shè)備要簡(jiǎn)單可靠；

(4)碼型具有一定檢錯(cuò)能力，若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，則就可根據(jù)這一規(guī)律性來檢測(cè)傳輸質(zhì)量，以便做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)2024/8/17第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)745.1數(shù)字基帶信號(hào)5.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的常用碼型

傳輸碼型的選擇，主要考慮以下幾點(diǎn)：

(1)碼型中低頻、高頻分量盡量少；

(2)碼型中應(yīng)包含定時(shí)信息，以便定時(shí)提?。?/p>

(3)碼型變換設(shè)備要簡(jiǎn)單可靠；

(4)碼型具有一定檢錯(cuò)能力，若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，則就可根據(jù)這一規(guī)律性來檢測(cè)傳輸質(zhì)量，以便做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)2024/8/17第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)75(5)編碼方案對(duì)發(fā)送消息類型不應(yīng)有任何限制，適合于所有的二進(jìn)制信號(hào)。這種與信源的統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)的特性稱為對(duì)信源具有透明性；

(6)低誤碼增殖；

(7)高的編碼效率。2024/8/17第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)76圖5–1數(shù)字基帶信號(hào)碼型單極性(NRZ)碼；(b)雙極性(NRZ)碼；(c)單極性(RZ)碼；(d)雙極性(RZ)碼；(e)差分碼；(f)交替極性碼(AMI)；(g)三階高密度雙極性碼(HDB3)；(h)分相碼；(i)信號(hào)反轉(zhuǎn)碼(CMI)2024/8/17第