1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 通信系統(tǒng)概述1.1 通信系統(tǒng)模型一、通信的定義1.信息：對(duì)收信者來說未知的、待傳送、交換、存儲(chǔ)或提取的內(nèi)容包括語音、圖象、文字等人與人之間要互通情報(bào)，交換消息，這就需要消息的傳遞。古代的烽火臺(tái)、金鼓、旌旗，現(xiàn)代的書信、電報(bào)、電話、傳真、電子信箱、可視圖文等，都是人們用來傳遞信息的方式。2.信號(hào)：與消息一一對(duì)應(yīng)的電量。它是消息的物質(zhì)載體，即消息是寄托在電信號(hào)的某一參量上。3通信就是由一地向另一地傳遞消息。二、電通信1定義利用“電”來傳遞信息，是一種最有效的傳輸方式，這種通信方式稱為電通信。2特點(diǎn)電通信方式能使消息幾乎在任意的通信距離上實(shí)現(xiàn)既迅速、有效，而又準(zhǔn)確、

2、可靠的傳遞。電通信一般指電信，即指利用有線電、無線電、光和其它電磁系統(tǒng)，對(duì)于消息、情報(bào)、指令、文字、圖象、聲音或任何性質(zhì)的消息進(jìn)行傳輸。（1）模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)：按信號(hào)隨時(shí)間分布的特性信號(hào)可分為模擬和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)：信號(hào)的取值是連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)：信號(hào)的取值是離散的。（2）基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)：按信號(hào)隨頻率分布的特性信號(hào)可分為基帶和頻帶信號(hào)。基帶信號(hào)：發(fā)信源發(fā)出的信號(hào)。頻帶信號(hào)：通過調(diào)制將基帶信號(hào)變換為頻帶信號(hào)。基帶傳輸：在信道中直接傳輸?shù)男盘?hào) (如直流電報(bào)、實(shí)線電話和有線廣播等)。頻帶傳輸: 通過調(diào)制將基帶信號(hào)變換為更適合在信道中傳輸?shù)男问健＃‵M、AM、MODEM）三、通信系統(tǒng)的模型1.通

3、信系統(tǒng)的一般模型(1)通信系統(tǒng)：通信系統(tǒng)是指完成信息傳輸過程的全部設(shè)備和傳輸媒介。(2)通信系統(tǒng)的基本模型收信者發(fā)信源發(fā)送設(shè)備信 道接收設(shè)備噪聲源l 發(fā)信源：是消息的產(chǎn)生來源，其作用是將消息變換成原始電信號(hào)。變換：將非電物理量轉(zhuǎn)換為掂量。信源可分為模擬信源和離散信源。模擬信源(如電話機(jī)、電視攝像機(jī))輸出幅度連續(xù)的信號(hào)；離散信源(如電傳機(jī)、計(jì)算機(jī))輸出離散的數(shù)字信號(hào)。l 發(fā)送設(shè)備：作用是將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。它要完成調(diào)制、放大、濾波、發(fā)射等。在數(shù)字通信系統(tǒng)中還要包括編碼和加密。l 信道：是傳輸?shù)拿浇椤Ｐ诺赖膫鬏斝阅苤苯佑绊懙酵ㄐ刨|(zhì)量。l 噪聲源：將各種噪聲干擾集中在

4、一起并歸結(jié)為由信道引入，這樣處理是為了分析問題的方便。l 接收設(shè)備：完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等，將接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成信息信號(hào)。l 收信者：把信息信號(hào)還原為相應(yīng)的消息。2模擬通信系統(tǒng)模型。收信者調(diào)制器信 道解調(diào)器噪聲源發(fā)信源 將一般模型中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備變?yōu)檎{(diào)制器和解調(diào)器。調(diào)制的目的：a.提高頻率、便于輻射 b便于信道復(fù)用 c提高系統(tǒng)的抗干擾能力模擬通信系統(tǒng)信道傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，其占有頻帶一般都比較窄，因此其頻帶利用率較高。缺點(diǎn)是抗干擾能力差，不易保密，設(shè)備不易大規(guī)模集成，不能適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信的要求。3數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。其特點(diǎn)是在調(diào)制之前先

5、要進(jìn)行兩次編碼，即信源編碼和信道編碼。相應(yīng)地接收端在解調(diào)之后要進(jìn)行信道譯碼和信源譯碼。發(fā)信源信源編碼碼信道編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信道譯碼信源譯碼收信者噪聲源l 信源編碼的主要任務(wù)是提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠行浴＞唧w地說，就是用適當(dāng)?shù)姆椒ń档蛿?shù)字信號(hào)的碼元速率以壓縮頻帶。另外，如果信息源是數(shù)據(jù)處理設(shè)備，還要進(jìn)行并/串變換以便進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；如果待傳的信息是模擬信號(hào)，則先要進(jìn)行模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、信源編碼的輸出就是信息碼。此外，數(shù)據(jù)擾亂、數(shù)話加密、語音和圖象壓縮編碼等都是在信源編碼器內(nèi)完成。接收端信源譯碼則是信源編碼的逆過程。l 信道編碼的任務(wù)是提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴Ｆ浠咀鞣ㄊ窃谛畔⒋a組中按一定的規(guī)

6、則附加一些碼，以使接收端根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，信道編碼也稱糾錯(cuò)編碼。接收端信道譯碼是其相反的過程。同步在數(shù)字通信中是不可缺少的部分。同步就是建立系統(tǒng)收、發(fā)兩端相對(duì)一致的時(shí)間關(guān)系，只有這樣，接收端才能確定每一位碼元的起止時(shí)刻，并確定接收碼組與發(fā)送碼組的正確對(duì)應(yīng)關(guān)系。否則，接收端無法恢復(fù)發(fā)送的信息信號(hào)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制信號(hào)是數(shù)字基帶信號(hào)，調(diào)制后的信號(hào)稱為數(shù)字制信號(hào)。有時(shí)也可不經(jīng)過調(diào)制而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)，這種傳輸方式稱作數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。4數(shù)字通信的特點(diǎn)(1) 抗干擾能力強(qiáng)，可消除噪聲積累。(2) 可采用再生中繼，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信。(3) 靈活性高，能適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)的要求

7、。(4) 可以很方便地與現(xiàn)代數(shù)字計(jì)算機(jī)相連接。(5) 數(shù)字信號(hào)易于加密。(6) 便于集成化。數(shù)字通信的最大缺點(diǎn)就是占用頻帶較寬。然而，隨著衛(wèi)星通信，光纖通信等寬頻帶通信系統(tǒng)的日益發(fā)展和成熟，應(yīng)用越來越廣泛，已成為現(xiàn)代通信的主要傳輸方式,有逐漸取代模擬通信之趨勢(shì)。1.2 通信系統(tǒng)的分類一、通信的發(fā)展歷史原始的通信方式有烽火、書信和旗語等，它們最主要的缺點(diǎn)是消息傳送距離短，速度慢。電通信起源于19世紀(jì)30年代。1835年，莫爾斯電碼出現(xiàn)；1837年，莫爾斯電磁式電報(bào)機(jī)出現(xiàn)；1866年，利用大西洋海底電纜實(shí)現(xiàn)了越洋電報(bào)通信；1876年，貝爾發(fā)明了電話機(jī)，開始了有線電報(bào)、電話通信，使消息傳遞既迅速、又

8、準(zhǔn)確。19世紀(jì)末，出現(xiàn)了無線電報(bào)；20世紀(jì)初電子管的出現(xiàn)使無線電話成為可能。從20世紀(jì)60年代以來，隨著晶體管、集成電路的出現(xiàn)和應(yīng)用，無線電通信迅速發(fā)展，無線電話、廣播、電視和傳真通信相繼出現(xiàn)并發(fā)展起來。進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，隨著人造衛(wèi)星的發(fā)射，電子計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路和光導(dǎo)纖維等現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)成果的問世和應(yīng)用，促進(jìn)了微波通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)通信等各種現(xiàn)代通信系統(tǒng)的競(jìng)相發(fā)展。二、通信發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)1、 通信發(fā)展的現(xiàn)狀（1）電話網(wǎng)的規(guī)模和技術(shù)層次，均有質(zhì)的變化目前我國(guó)所有的縣都開通了程控交換機(jī)，其電話網(wǎng)規(guī)模已超過美國(guó)成為世界第一電話大國(guó)。光纜干線形成八縱八橫網(wǎng)狀格局，

9、覆蓋全國(guó)省會(huì)以上城市和幾百個(gè)地市,新的長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)全部采用SDH技術(shù)，這是世界通信領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)了全世界第一個(gè)真正統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。（2）移動(dòng)通信移動(dòng)通信發(fā)展于80年代。第一代移動(dòng)通信是模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)，其最重要的技術(shù)特征是采用模擬技術(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的頻率可重復(fù)使用的蜂窩結(jié)構(gòu),不間斷通話的越區(qū)切換,全區(qū)漫游的自由接入等特點(diǎn)和功能,是對(duì)移動(dòng)通信發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。第一代系統(tǒng)主要有：AMPS、TACS、NMT等。第二代移動(dòng)通信是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，其最重要的技術(shù)特征是數(shù)字技術(shù)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的用戶鑒權(quán)識(shí)別技術(shù)，推出的個(gè)人便攜式手機(jī)，使用大容量移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，是對(duì)移動(dòng)通信飛速發(fā)展和普及起了決定性作用。主要標(biāo)準(zhǔn)體制有三種

10、TDMA方式：泛歐GSM、北美DAMPS（IS54）、日本PDC和CDMA方式的IS95標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)經(jīng)營(yíng)第二代移動(dòng)通信的運(yùn)營(yíng)商有中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通，中國(guó)第二代移動(dòng)通信采用的標(biāo)準(zhǔn)為GSM。作為第二代向第三代的過渡產(chǎn)物，中國(guó)移動(dòng)推出了GPRS標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)聯(lián)通推出了CDMA標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）提出IMT-2000作為第三代移動(dòng)通信（3G）的發(fā)展目標(biāo)。ITU早在1985年即提出了第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念，當(dāng)時(shí)稱之為未來公眾陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)（FPLMTS），后來在1996年更名為國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)，即IMT-2000(INTERNATIONAL MOBILE TELECOMMUNICATION)，其中

11、2000的含義為“工作在2000MHZ頻段、即在2000年左右投入商用，初期最高傳輸速率為2000Kb/s”。IMT-2000對(duì)無線傳輸技術(shù)(RTT)提出了如下要求:l 高速傳輸以支持多媒體業(yè)務(wù)。 室內(nèi)環(huán)境至少2Mbps； 室內(nèi)外步行環(huán)境至少384Kbps； 室外車輛運(yùn)動(dòng)中至少144Kbps； 衛(wèi)星移動(dòng)環(huán)境至少9.6Kbps；l 傳輸速率能按需分配。l 上、下行鏈路能適應(yīng)不對(duì)稱需求。IMT-2000對(duì)無線傳輸技術(shù)（RTT）評(píng)估準(zhǔn)則：頻譜效率、覆蓋效率、低成本、高性能、易于過渡、知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IPR）最少。2009年，中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司被批準(zhǔn)增加基于TD-SCDMA技術(shù)制式的第三代移動(dòng)通信（3G）

12、業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)許可，中國(guó)電信集團(tuán)公司被批準(zhǔn)增加基于CDMA2000技術(shù)制式的3G業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)許可，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)公司被批準(zhǔn)增加基于WCDMA技術(shù)制式的3G業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)許可。（3）計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)（Internet）Internet即我們所說的“因特網(wǎng)”，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信領(lǐng)域中的一個(gè)熱門技術(shù)。Internet是由無數(shù)個(gè)信息節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一個(gè)覆蓋全球的網(wǎng)，它連接著一個(gè)個(gè)不斷產(chǎn)生新信息的節(jié)點(diǎn)，創(chuàng)造著大量的信息資源以服務(wù)于社會(huì)。Internet可以看成是把各種各樣的計(jì)算機(jī)與通信網(wǎng)動(dòng)態(tài)的連接在一起，產(chǎn)生、傳播、應(yīng)用信息。l 網(wǎng)絡(luò)走向?qū)拵Щ痩 協(xié)議不斷改進(jìn)l 應(yīng)用走與電信業(yè)務(wù)結(jié)合發(fā)展道路。（4）三網(wǎng)融合的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展動(dòng)向電

13、信技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的模擬網(wǎng)年代（1876-1972），將向高速發(fā)展的數(shù)字（1973-1980）和業(yè)務(wù)綜合年代（1981-1996），即ISDN和B-ISDN時(shí)代發(fā)展。2、 通信的發(fā)展趨勢(shì)在未來幾年里，通信發(fā)展的總趨勢(shì)是數(shù)字化、綜合化、智能化、寬帶化、個(gè)人化和標(biāo)準(zhǔn)化。（1）數(shù)字化在通訊網(wǎng)上全面使用數(shù)字技術(shù)，包括數(shù)字傳輸、數(shù)字交換和數(shù)字終端等，形成數(shù)字往。（2）綜合化即將來自各種信息源的業(yè)務(wù)綜合在一個(gè)數(shù)字通信網(wǎng)中，為用戶提供綜合性服務(wù)。（3）智能化在通信網(wǎng)中引進(jìn)更多的智能部件，形成智能網(wǎng)，從而提高網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的應(yīng)變能力，它可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，隨時(shí)提供滿足各類用戶需要的業(yè)務(wù)。（4）寬帶化即高

14、速化，指的是以每秒幾百兆比特以上的高速傳輸和交換各種形式的信息。寬帶化是為適應(yīng)人們對(duì)視覺信息和高速數(shù)據(jù)信息的需求而出現(xiàn)的，只有通過寬帶化構(gòu)成的高速信道，才能傳送質(zhì)量達(dá)到演播水平的話音信號(hào)、高清晰度電視與高速數(shù)據(jù)等寬帶信號(hào)。（5）個(gè)人化個(gè)人化也叫個(gè)人通信，它把“服務(wù)到家”的通信方式變?yōu)椤胺?wù)到人”，使任何人在任何時(shí)間和任何地方的任何人進(jìn)行通信。（6）標(biāo)準(zhǔn)化指隨著通信網(wǎng)的演變不斷制定或修訂統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的過程。三、通信系統(tǒng)的分類1、按電信業(yè)務(wù)分電報(bào)、電話、數(shù)據(jù)傳輸、傳真、可視電話等。從廣義上講，廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、遙控遙側(cè)、計(jì)算機(jī)通信等都應(yīng)屬于電通信的范疇。2、按通信技術(shù)分移動(dòng)通

15、信、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信、光纖通信、為播中繼通信。3、按傳輸媒介分有線通信、無線通信。1.3 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)一、衡量通信系統(tǒng)的一般性能指標(biāo)有效性和可靠性，其次還應(yīng)考慮通信系統(tǒng)的安全性和保密性等指標(biāo)。1.有效性:是指要求系統(tǒng)高效率地傳輸信息，即在給定的信道內(nèi)“多”、“快”的傳送信息。2.可靠性:是指要求系統(tǒng)可靠性地傳輸消息，即指在給定的信道內(nèi)接收到的信息要“準(zhǔn)”要“好”。二、衡量模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1有效性：用所傳信號(hào)的有效傳輸帶寬來表征。信道復(fù)用的程度越高，信號(hào)傳輸?shù)挠行跃驮胶谩Ｐ盘?hào)的有效傳輸帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。同樣的信號(hào)用不同的方法調(diào)制得到的有效傳輸帶寬是不一樣的。2可靠性：

16、用整個(gè)通信系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。信噪比是信號(hào)的平均功率S與噪聲的平均功率N之比。信噪比越高，說明噪聲對(duì)信號(hào)的影響越小。顯然，信噪比越高，通信質(zhì)量就越好，如電話通常要求信噪比為20-40dB，電視則要求40dB以上。輸出信噪比一方面與信道內(nèi)噪聲的大小和信號(hào)的功率有關(guān)，同時(shí)又和調(diào)制方式有很大關(guān)系。三、衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1有效性：用傳輸速率來表征。傳輸速率有兩種，一種是碼元傳輸速率，另一種是信息傳輸速率。（1）傳碼率：碼元傳輸速率又稱碼元速率，簡(jiǎn)稱傳碼率，用RBN表示，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位是波特，常用符號(hào)“B”表示。（2）傳信率：信息傳輸速率又稱為信息速率，簡(jiǎn)稱傳信率。每秒

17、鐘所傳送的二進(jìn)制碼元數(shù)，用Rb表示，單位是比特/秒，常用符號(hào)“bit/s”表示。（3）傳碼率和傳信率的關(guān)系都是用來衡量數(shù)字通信系統(tǒng)有效性指標(biāo)的，但是二者既有聯(lián)系又有區(qū)別，在二進(jìn)制的情況下，傳碼率與傳信率在數(shù)值上相等，只是單位不同。但是對(duì)于多進(jìn)制時(shí)情況是不一樣的，傳碼率RBN和傳信率Rb可以互相換算。設(shè)N進(jìn)制的碼元速率為RBN，則比特/秒波特例已知某信號(hào)的傳信率為4800bit/s，采用四進(jìn)制傳輸時(shí)，其傳碼率為波特2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)率也有兩種表示方法，一為誤碼率，另一個(gè)為誤信率。（1）誤碼率：是指接收到的錯(cuò)誤碼元數(shù)和總的傳輸碼元個(gè)數(shù)之比，記為PC 接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)傳輸總碼元數(shù)Pb 接收的錯(cuò)誤碼元比特?cái)?shù)傳輸總比特?cái)?shù)（2）誤信率：也叫誤比特率，是指接收到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與總的傳輸比特?cái)?shù)之比，記為 1.4 信息及其度量通信的目的在于傳遞信息。每一消息信號(hào)必定包含有接收者所需要知道的消息，消息以具體信號(hào)形式表現(xiàn)出來，即信號(hào)(在這里是指電信號(hào))是消息的載荷者。因?yàn)橄⒉荒苓h(yuǎn)距離傳送，因此需要將消息變換為適合在信道中傳輸?shù)碾娦盘?hào)(電壓或者電流)。只有小溪中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。如同運(yùn)輸貨物的多少可用“貨運(yùn)量