常工院通信系统概论分解

For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻第1章通信系统概论1.1通信系统的组成1.2通信系统分类与通信方式1.3信息及其度量1.4主要性能指标1.5通信发展趋势返回主目录For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻本章讨论通信系统的基本概念信息及其度量评价通信系统性能的指标简要介绍几种通信系统的现状和发展趋势。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻1.1通信系统及其模型•通信的目的是传输含有信息的消息，信息是消息中所包含的对于接收者是新知识的内容，语言、文字、数据、图象是人们常用来交流信息的形式，但是这些语言、文字、数据、图象本不是信息而是消息。因此，通信可以定义为信息传输或消息传输。实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻1.1.1通信系统模型•通信的过程就是把发送端消息传送或交换到接收端的过程。图1-1描述了一个点与点之间的通信系统模型。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻信息源发送设备信息接收设备受信者噪声源发送端接收端图1-1通信系统的一般模型For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•图中信息源产生信息流，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄象机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信来说，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。信道是指传输信号的物理媒质。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。有线与无线均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与燥声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，以及反映传输媒质对信号的影响。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•噪声是通信设备中各种设备以及信道中所固有的，通常是人们所不希望的。噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•接收设备的基本功能是完成发送设备是反变换，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。受信者是传输信息的接收终端，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•上述通信系统模型概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性。通信原理就是围绕着通信系统模型而展开讨论的，并将根据研究的对象以及所关注的问题不同而使用不同形式的更具体的通信模型。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻1.1.2模拟通信模型和数字通信模型•通信系统中信源发出的消息可分为连续消息和离散消息两大类。连续消息是消息的状态连续变化或的不可数的，如连续变化的语音、活动图片等。离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据等。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•在通信系统中消息是变换为电信号进行传递的，按照变换时电信号取值参量不同分为模拟信号和数字信号，相应地按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•模拟通信系统传输模拟信号的通信系统。我们知道，信源发出的原始电信号是基带信号的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为300～3400Hz，图象信号为0～6MHz。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•由于这种信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•经过调制以后的信号称为已调信号。已调信号有三个基本特征：一是携带有信息，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号有称频带信号。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•需要指出，消息从发送端到接收端的传递过程中，不仅仅只有连续消息与基带信号和基带信号与频带信号之间的两种变换，实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用，而其他过程对信号不会发生质的变化，只是对信号进行了放大或改善了信号特性，因而被认为是理想的而不予讨论。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•模拟通信系统模型如图1-2所示。通过比较可知，图1-1中的发送设备和接收设备就是图中的调制器和解调器。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻信息源调制器信道解调器受信者噪声源图1-2模拟通信系统模型For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•数字通信系统是传输数字信号的通信系统。数字通信涉及信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等技术问题。数字通信系统模型如图1-3所示For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源图1-3数字通信系统模型For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻信源编码与译码：信源编译码可以提高通信的有效性。•通过信源编码减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽有直接反映了通信的有效性。当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻信道编码与译码：信道编译码可以提高通信的可靠性。•数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规矩加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码。从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•数字调制与解调：数字调制就是把数字基带信号的频谱向高频搬移，形成适合在信道中传输的频带信号的过程。基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•但在一些有限信道中，传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，可以直接传送，称之为数字信号的基带传输，其模型中就不包括数字调制与解调环节，如计算机局域网络中的数据通信。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•同步与数字复接：同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致，同步是保证数字通信系统有序、准确可靠工作的不可缺少的前提条件。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输效率。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•需要指出的是模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种类。模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输，如数字电话系统就是以数字方式传输模拟语音信号的。数字信号经过模拟调制也可以在模拟通信系统中传输，计算机数据基带信号经过调制解调器（Modem）进行正弦调制，就可以通过模拟电话线路传输。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻1.2通信系统分类与通信方式1.2.1通信系统的分类•1.按传输媒介分类：按传输媒介分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信是用传输线作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。表1-1列出了常用的传输媒质及主要用途。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻表1-1常用传输媒质及其用途频率范围波长符号传输媒质用途3Hz~30kHz104~108m甚低频VLF有线线对长波无线电音频、电话、数据终端长距离导航、时标30~300kHz103~104m低频LF有线线对长波无线电导航、信标、电力线通信300kHz~3MHz102~103m中频MF同轴电缆短波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3~30MHz10~102m高频HF同轴电缆短波无线电移动无线电话、短波广播定点军用通信、业余无线电30~300MHz1~10m甚高频VHF同轴电缆米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆、通信、导航For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•2.按调制方式分类：通信系统按照是否采用调制，可分为基带传输系统和频带（调制）传输系统。基带传输是将未经调制的信号直接传送。频带传输是对各种信号调制后传输的总称。通信系统可以采用的调制方式很多，表1-2列出常用的调制方式及其用途。For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻表1-2常用调制方式及其用途调制方式用途连续伯调制线性调制常规双边带调制广播抑制载波双边带调幅立体声广播单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传残留边带调幅VSB电视广播、数传、传真非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播相位调制PM中间调制方式数字调制幅度键控ASK数据传输相位键控数据传输For:fenlei.wdsxx.com分类信息From:news.wdsxx.com新闻•3.按信号特征分类按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系