1.1概述

1.2消息、信息、信號

1.3通信系統

1.4模擬通信系統

1.5數字通信系統

1.6通信方式

1.7通信系統的主要性能指標

習題

1.1概述

1.2消息、信息、信號

1.3通通信是伴隨著人類社會的文明進程而產生的。

人們在生產實踐和社會活動中總是會產生所謂的消息(下面會給出消息的準確定義)，消息是人類物質或精神狀態的一種綜合反映，在不同的時期，它通過動作、語言、文字、圖像

等不同的方式表述,而這種消息傳遞的整個過程就稱為通信。反過來說，通信的任務就是克服人們在距離上的障礙，迅速準確地傳遞消息。通信對人類社會文明、進步與發展產生了巨大的推動作用。1.1概述通信是伴隨著人類社會的文明進程而產生的。

人們在生產從通信的發展歷史進程看，按照人類交流方式的不同可分為三個階段：第一階段，人們只能通過語言、手勢、鐘鼓、旌旗、烽火臺等方法交流簡單消息；第二階段是隨著文字、印刷術、郵政的出現而開始的，這時可以記錄、傳遞更多消息；第三階段是在人們認識和開始使用電能的同時，利用電信號進行復雜消息的傳遞。今天，電信號已經把人們帶進了信息時代。從通信的發展歷史進程看，按照人類交流方式的不同可分為三通信有時也稱“通訊”、“電信”，后兩個叫法范圍較窄，目前都統一采用“通信”的叫法。電信就是借助“電”來傳遞消息的通信方式。這種通信方式具有迅速、準確、可靠的特點，幾乎不受時間、地點、距離的限制，因此，近百年來獲得了飛速的發展和廣泛的應用?，F代通信雖然也包含了光通信和粒子通信等，但一般“通信”和“電信”幾乎是同義詞，實際中通常也不加以區分。通信有時也稱“通訊”、“電信”，后兩個叫法范圍較窄，目現代通信系統是信息時代的生命線?，F代通信網已經是一個全球性的綜合信息服務網絡。通信學科的發展，一方面表現在新的電子器件和新的技術不斷出現；另一方面反映在通信理論的深入發展和不斷完善。比如說，20世紀30年代開始形成的調制理論為有線載波通信和無線電通信的基本理論奠定了基礎，給實現頻分制和時分制多路復用系統指明了方向。在電信的初期發展階段，人們就發現了噪聲的存在和它對通信的影響，但直到20世紀40年代，通過概率統計方法的分析提出了統計信號檢測和估計理論，以及在此基礎上發展起來的最佳接收理論，才為噪聲中提取信號找到了有效的途徑。另外，后來形成的信息論，明確了通信中的一對主要矛盾，即通信的有效性和可靠性的問題,并為最好地解決這對矛盾提出了原則性的定理?，F代通信系統是信息時代的生命線?，F代通信網已經是一個全隨著計算機的出現，數字電路與數字通信發展迅速，在此基礎上逐步發展起來的信源編碼、糾錯編碼、擴頻技術、多天線技術、跳頻通信、智能天線、多載波調制、復用技術、軟件無線電技術等理論和技術，為提高通信質量、增加通信容量、選擇新的信號形式和創立新的通信體制奠定了基礎。當今，互聯網絡、移動通信、光纖通信、衛星通信等更是加速了人類信息化的進程。隨著計算機的出現，數字電路與數字通信發展迅速，在此基礎上由此可見，通信這門學科是逐步由低級到高級、由簡單到復雜發展起來的。現代通信技術是研究傳遞各類信息的科學。從廣義來說，通信應包括電報、電話、廣播、電視、傳真、數據和計算機通信等。將雷達、導航、遙測、射頻天文學、生物工程學等與通信綜合在一起構成了一門完整的信息科學，通信則是其中的一個主要組成部分。由此可見，通信這門學科是逐步由低級到高級、由簡單到復雜1.2消息、信息、信號1.2.1基本概念前面提到，通信系統中傳輸的具體對象是消息。所謂消息，是指載荷信息的有次序的符號序列（包括狀態、字母、數字）或連續的時間函數。顯然，消息帶有需要傳送給收信者的信息，即消息是信息的載體。通信系統傳輸的消息主要有語音、文字、符號、數據和圖像等多種形式。1.2消息、信息、信號傳輸消息有時也說成是傳輸信息，按照信息論的觀點，在進行有意義的通信時，傳輸消息就是傳輸了信息。所以，信息可以理解為消息中所包含的對受信者有意義的內容。在一般的通信理論表述中，消息和信息可不作嚴格的區分。但在研究信息理論時卻有不同的意義，必須嚴格加以區別。這方面的內容將在本書第7章中詳細講解。

信號是消息的一種具體表現形式，如電信號就是消息的電的表現形式。從這個意義上說，通信的根本目的是傳輸代表消息的電（或光）信號，也就是研究信號傳輸的問題。傳輸消息有時也說成是傳輸信息，按照信息論的觀點，在進行有1.2.2數字信號與模擬信號

按照信號參量的取值方式及其與消息之間的關系，可將信號劃分為兩類，即模擬信號與數字信號。模擬信號是指代表消息的信號參量（幅度、頻率或相位）隨消息連續變化的信號。若代表消息的信號參量是幅度，則模擬信號的幅度應隨消息連續變化，即幅度有無限多個取值。模擬信號在時間上可以連續，但也可以離散。圖1.1為時間連續和時間離散的模擬信號。1.2.2數字信號與模擬信號

按照信號參量的取值方式圖1.1模擬信號(a)時間連續的模擬信號；(b)時間離散的模擬信號圖1.1模擬信號本節之后將通過一個具體的項目實驗來進一步理解模擬信號的產生及特性。

數字信號是指它不僅在時間上是離散的，而且在幅度上也是離散的（即幅度被限制在有限個數值之內）。圖1.2(a)所示的二進制數字信號就是用“1”和“0”兩種狀態的不同組合來表示不同的消息。圖1.2(b)也是一種數字信號的表示形式。圖中A為振幅值，T為脈沖周期。本節之后將通過一個具體的項目實驗來進一步理解模擬信號的產圖1.2數字信號示意圖圖1.2數字信號示意圖一、實驗目的

(1)熟悉兩種模擬信號的產生方法及其用途；

(2)觀察分析兩種模擬信號波形的特點。

二、電路工作原理

模擬信號源電路用來產生實驗所需的音頻信號，即同步正弦波信號和異步正弦波信號。*教學內容項目實驗1模擬信號發生器原理與測試一、實驗目的

(1)熟悉兩種模擬信號的產生方法及其

1.同步信號源（同步正弦波發生器）

同步信號源用來產生與編碼數字信號同步的2kHz正弦波信號，作為抽樣定理增量調制編碼、PCM編碼實驗的輸入音頻信號。在沒有數字存儲示波器的條件下，用它作為編碼實驗的輸入信號，可在普通示波器上觀察到穩定的編碼數字信號波形。

圖1.3為同步正弦信號產生的電路示意圖,圖1.4為同步正弦信號發生器產生同步正弦信號的電原理圖。1.同步信號源（同步正弦波發生器）

同步信號源用來圖1.3同步正弦信號產生電路示意圖圖1.3同步正弦信號產生電路示意圖2kHz方波信號由CPLD可編程器件U01內的邏輯電路通過編程產生，TP01為其測量點。一個截止頻率為ωL的二階高通濾波器，用以濾除各次諧波。一個截止頻率為ωH的二階低通濾波器，用以濾除基波以下的雜波。兩者組合成一個2kHz正弦波的帶通濾波器輸出一個2kHz正弦波，TP02為其測量點。

圖1.4中的RP01用來改變輸出正弦波的幅度，通過圖1.3中的信號選擇開關J001的第1排進行輸出。2kHz方波信號由CPLD可編程器件U01內的邏輯電路圖1.4同步正弦波發生器產生同步正弦信號的電原理圖圖1.4同步正弦波發生器產生同步正弦信號的電原理圖2.非同步信號源（異步正弦波發生器）

圖1.5為非同步正弦信號產生電路示意圖，圖1.6為非同步正弦信號產生電原理圖。

非同步信號源是一個簡易正弦波信號發生器，它可產生頻率為0.3～3.4kHz內的某一固定頻率的正弦波信號，輸出幅度為0～2V?？衫盟ㄐ缘赜^察通信話路的頻率特性，同時用作增量調制、脈沖編碼調制實驗的音頻信號源。電路示意圖圖如圖1.5所示。它由一個正弦波振蕩器和一級輸出電路組成。信號通過選擇開關J001的第3排進行輸出，其測量點為TP02。圖1.6中的RP02用來調整信號的輸出幅度。2.非同步信號源（異步正弦波發生器）

圖1.5為非圖1.5非同步正弦信號產生電路示意圖圖1.5非同步正弦信號產生電路示意圖圖1.6非同步正弦信號產生電原理圖圖1.6非同步正弦信號產生電原理圖

3.外加模擬信號接口輸入電路

在一些特殊情況下，簡易正弦波信號發生器不能滿足實驗要求，就要用外加信號源提供所需信號。例如要定量地測試通信話路的頻率特性時需要使用頻率與電平、輸出阻抗都很穩定的頻率范圍很寬的音頻測試信號，這就需要外接音頻信號產生器或函數信號發生器。外加模擬信號輸入電路為它們提供了連接到實驗的接口電路。

該實驗平臺外加模擬信號接口輸入電路是S001，通過信號選擇開關J001的第3排（從左至右數起）進行輸出，其測量點為TP02。3.外加模擬信號接口輸入電路

在一些特殊情況下，簡三、實驗內容

(1)用示波器在相應測試點上測量各點波形即同步信號源、非同步信號源及外加模擬信號，并畫出電路圖。

(2)熟悉上述各種信號的產生方法，并了解信號流程。

四、實驗步驟

(1)用示波器測量TP01、TP02、TP03等各點波形。

(2)開關的設置。

J001：模擬信號輸出選擇開關。

第1排：2kHz同步正弦波信號輸出;

第2排：外加模擬信號輸出;

第3排：非同步正弦波信號輸出;

第4排：未接。三、實驗內容

(1)用示波器在相應測試點上測

五、各測量點波形

TP01：2kHz方波，由CPLD可編程器件編程產生的方波。

TP02：各種模擬信號，由J001跳線開關選擇。

第1排：與CPLD可編程器件工作時鐘同步輸出的2kHz的正弦波信號；

第2排：外加模擬信號輸出；

第3排：非同步正弦波信號輸出；

第4排：未接。

TP03：模擬信號通過話路發送終端放大濾波電路濾波放大后輸出的各種模擬信號，

作為后面有關實驗模塊的輸入信號。

TP04：模擬信號連線引接孔。五、各測量點波形

TP01：2kHz方1.3通信系統1.3.1通信系統的構成消息的傳遞必然有發送者和接收者，發送者和接收者可以是人也可以是各種機器。換句話說，通信可以在人與人之間，也可以在人與機器或機器與機器之間進行。如今大量的通信最終都是通過各種機器，并在機器間進行的。廣播、電視、計算機等之間的通信都屬于機器間的通信。1.3通信系統電信系統在傳遞消息時，首先要把消息變成電信號，對方接收到信號后再按相同的逆規則將電信號再生為消息。在發送端利用發送設備中的各種元器件，將非電信息變換成初級電信號，或稱為原始電信號，然后送到信道中去傳輸。信道是傳輸電信號的通道。信道可以是有線的（如電纜、光纖等），也可以是無線的（如電波、激光等）；可以是模擬的，也可以是數字的。在接收端利用接收設備中的各種部件，將從信道中得到的電信號變換成非電信息，這是一個通信的整個過程。從這個過程中可以將通信系統概括為如圖1.7所示的模型。電信系統在傳遞消息時，首先要把消息變成電信號，對方接收到圖1.7通信系統的一般模型圖1.7通信系統的一般模型通信系統由信息源、受信者、發送設備、接收設備和傳輸媒介（信道）幾部分組成。

1.信息源

信息源簡稱信源。不同的信息源輸出信號的性質是不一樣的，一般將其分為模擬信源和離散信源。

模擬信源輸出的信號在時間和幅度上都是連續的，如語音、圖像，以及模擬傳感器輸出的信號等。離散信源的輸出是離散的或可數的，如符號、文字，以及脈沖序列等。離散信源又稱為數字信源。通信系統由信息源、受信者、發送設備、接收設備和傳輸媒介（原始的消息經變換后成為電信號或本身就是電信號。模擬信號可以通過抽樣、量化和編碼變為離散信號。換句話說，一切消息理論上都可以變換成離散的信號，這也是數字通信

技術得到迅猛發展的一個主要原因。

信息源的另一個重要特點是不同的信源有不同的信息速率。比如，電報信道的信息速率一般為150bit／s，正常閱讀文字的信息速率一般為400bit／s左右，彩色電視為90Mbit／s，等等。不同速率的信息源對整個傳輸系統的要求也各不相同。原始的消息經變換后成為電信號或本身就是電信號。模擬信號可

2.受信者

受信者接收經過各種變換和傳輸的信息，并將其還原成所需要的消息形式，受信者有時也稱為信宿。一般情況下受信者需要的消息應和發信者發出的消息類型一樣，對于受信者和發信者來說，不管中間經過什么樣的變換和傳輸，都不應該將二者所傳遞的消息改變。收到和發出的消息的相同程度越高越好。2.受信者

受信者接收經過各種變換和傳輸的

3.發送設備

發送設備是發送端的重要部分，它的功能是將信息源和傳輸媒介連接起來，將信源輸出的信號變為適合于傳輸的信號形式。變換的方式很多，采用什么樣的變換則要根據信號類型、傳輸媒介和質量要求等決定。有時可以將電信號直接送至媒介傳送，有時則要進行頻譜的搬移。在需要搬移時，調制則是最常用的一種變換方式。

3.發送設備

發送設備是發送端的重要部分，它如果通信系統是數字的，對于模擬信號則需要進行抽樣、量化和編碼。編碼可以分為信道編碼和信源編碼兩部分。信源編碼是把連續的模擬信號變為數字信號；信道編碼則是將數字信號按照一定的規則或者插入一定的符號進行二次編碼的，使得經信道編碼后通過傳輸媒介傳輸到接收端的數字信息能夠檢測出因為干擾造成的錯誤碼元，甚至還能夠糾正錯誤碼元。因此，有時也稱信道編碼為糾錯編碼。如果通信系統是數字的，對于模擬信號則需要進行抽樣、量化和4.信道

狹義地理解，信道可以分為有線信道和無線信道。常見的有線信道有架空明線、雙絞線、同軸電纜、光纖等。無線信道是利用電磁波在空間的傳播來傳輸信號的。根據電磁波的傳播方式不同，無線信道具有不同的特性和應用，這里不再贅述。

4.信道

狹義地理解，信道可以分為有線信道和無線信根據信道參數變化的特點，信道又可分為恒參信道和變參信道。恒參信道以有線信道為典型，其特征參量主要是頻率的特征，如幅度頻率特性與相位頻率特性等，反映在時域，有信道的時延、抖動、電平波動和非線性等。其頻率特性的傳遞函數一般可用一個復變函數表示。變參信道的信道參數不僅隨頻率變化，而且隨時間變化。也就是說，變參信道的網絡模型的傳遞函數既是角頻率的函數，又是時間（信號激勵時間）的函數。屬于變參信道的有短波電離層信道，超短波、微波對流層散射信道等。根據信道參數變化的特點，信道又可分為恒參信道和變參信道。5.噪聲

除了上述因狹義信道本身特征影響通信質量外，信道內還可能受到外部和內部各種形式的噪聲干擾。

噪聲在廣義上指通信系統試圖傳輸的信號以外的有害干擾信號。習慣上，常把周期性的、有規則的有害信號叫做干擾，而把其他有害的隨機干擾叫做噪聲。

分析噪聲是研究通信系統的一項重要內容。噪聲在通信系統中是不可避免的，消息往往是在噪聲中進行傳送的。一般說來，噪聲是限制信號傳輸或檢測的重要因素。噪聲的影響使信號產生失真，甚至錯誤，因此，噪聲的大小最終將決定系統的性能。研究通信系統的目的之一就是研究如何減小甚至消除噪聲的影響。5.噪聲

除了上述因狹義信道本身特征影響通信質量外噪聲分為接收機內部噪聲和外部噪聲兩大類。而外部噪聲又可分為自然噪聲和人為噪聲兩大類。

(1)自然噪聲：包括天電噪聲、宇宙噪聲、大氣噪聲、太陽射電噪聲和熱噪聲等。它們與季節、氣候的變化有較大關系。不同地區自然噪聲也有很大不同，如赤道附近及兩極地區較為嚴重。太陽黑子發生變動(約11年一個周期)的年份，天電干擾加大，有時會長時間中斷短波通信。

(2)人為噪聲：主要來源于各種工業和非工業射頻輻射引入的噪聲以及電臺干擾等，如各種電氣設備，電機、電器、電力線、電源開關、電點火裝置、微波爐、電焊機等。

對于這類噪聲可以采取一些措施消除或至少減小它們的影響，例如采用適當的屏蔽、濾波措施，改善部件設計或者遠離噪聲源等。噪聲分為接收機內部噪聲和外部噪聲兩大類。而外部噪聲又可分1.3.2通信系統的分類

按照對信號處理的特征和體制，通常把通信系統分成模擬通信系統和數字通信系統。注意：模擬通信系統也可傳輸數字信號，例如我們可以利用模擬電話網加上調制解調器使產生數字信號的計算機上互聯網，只是需要在傳輸前把計算機數據信號變換成適合在電話網中傳輸的模擬信號即可；同樣，數字通信系統也可傳輸模擬信號，例如我們可以利用計算機網絡傳送視頻信號（模擬信號），只是需要在傳輸前將視頻信號數字化即可，也就是先進行模/數轉換。

通信系統在模擬和數字分類基礎上，可以側重于某一方面進行詳細分類。下面介紹常見的幾種通信系統的分類方法。1.3.2通信系統的分類

按照對信號處理的特征和體制1.按通信業務類型分類

根據通信業務類型的不同，通信系統可分為電報通信系統、電話通信系統、數據通信系統、圖像通信系統等。由于電話通信網最為普及，因而除電話通信外的其他一些通信業務也常通過公共電話通信網進行傳輸，如電報通信和遠距離計算機通信(數據通信)都可通過電話信道傳輸?，F在建成的綜合業務數字網(1SDN)適應于多種類型業務的信息傳遞。

1.按通信業務類型分類

根據通信業務類型的不

2.按調制方式分類

按照信道中傳輸的信號是否經過調制，可將通信系統分為基帶傳輸和頻帶傳輸?；鶐鬏斒菍⑽唇浾{制的信號直接傳輸，如遠距離音頻電話、有線廣播等；頻帶傳輸是將基帶信號經調制后送入信道傳輸。調制方式很多，常用的調制方式及用途如表1-1所示。2.按調制方式分類

按照信道中傳輸的信通信原理課件

3.按傳輸媒介分類

按傳輸媒介分類，通信系統可分為有線通信和無線通信。有線通信是以傳輸線纜作為傳輸的媒介的，它包括電纜通信、光纖通信等；無線通信是無線電波在自由空間中傳播信息，它包括短波通信、微波通信、衛星通信等。3.按傳輸媒介分類

按傳輸媒介分類，通信系統4.按信號復用方式分類

按信號復用方式分類，通信系統又可分為頻分復用(FDM)、時分復用(TDM)和碼分復用(CDM)等。頻分復用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據不同的頻率范圍；時分復用是用抽樣或脈沖調制方法使不同信號占據不同的時間區間；碼分復用則是用互相正交的碼型來區分多路信號。

傳統的模擬通信中大都采用頻分復用，如廣播通信。隨著數字通信的發展，時分復用通信系統得到了廣泛的應用。碼分復用在現代通信系統中也獲得廣泛應用，如衛星通信系統、移動通信系統和光纖通信系統。4.按信號復用方式分類

按信號復用方式分類1.4.1模擬通信系統的模型

如果我們學習過“高頻電子線路”課程，對模擬通信系統應該并不陌生。模擬通信系統的模型如圖1.8所示。其中包含兩種重要的變換：一是在發送端將連續消息變換成原始電信號，并在接收端作相反變換，它是由信息源或受信者完成的；二是在發送端將原始電信號轉換成其頻帶適合于信道傳輸的信號，并在接收端作相反變換，即調制或解調，它們由調制器或解調器完成。經第一種變換所得到的原始電信號具有較低的頻譜分量，一般不宜直接作為遠距離傳輸信號，因此在模擬通信系統中，低頻信號經放大后常常需要進行第二種變換，即調制與解調。通常我們將在發送端調制前或接收端解調后的信號稱為基帶信號，也就是，把反映原始消息的電信號叫基帶信號，而經過調制的信號稱已調信號，即頻帶信號。1.4模擬通信系統1.4.1模擬通信系統的模型

如果我們學習過“高頻電圖1.8模擬通信系統模型圖1.8模擬通信系統模型除了上述兩個變換外，模擬通信系統中還包括濾波、放大、變頻及二／四線轉換(差接)等環節。

從模擬通信系統模型可以看出，模擬通信研究的基本問題包括：

(1)收發兩端的換能過程及基帶信號的特性；

(2)調制與解調原理；

(3)信道與噪聲特性及其對信號傳輸的影響；

(4)存在噪聲條件下的系統性能等。除了上述兩個變換外，模擬通信系統中還包括濾波、放大、變頻1.4.2模擬通信系統的特點

模擬通信系統發展和應用較早，技術成熟，設備簡單，在一些需要大量低價接收終端的通信運用場合較為實用，如目前廣泛使用的廣播電臺、無線電視、電話等，用戶終端（收音機、電視機、電話機）便宜，容易普及。但是，模擬通信系統的缺點也很明顯，如信息傳輸效率較低，頻譜利用率不高，通信質量差，不適宜計算機應用，抗干擾能力較差等。因此，對于公眾通信網絡，模擬通信體制即將全部被數字通信系統所取代，但在一些特殊的場合，如簡單的點對點通信、信息采集、近距離的信號傳輸等，模擬通信還具有很強的生命力。1.4.2模擬通信系統的特點

模擬通信系統發展和應用1.4.３調制

所謂調制，就是用需要發送的信號去控制“載波”的某個或幾個參數，從而將信號“寄生”在“載波”上。這里的“載波”是廣義的，除了高頻正弦載波以外，也可以是光波、紅外線、高頻脈沖信號等。

調制的目的主要有三方面：

(1)將基帶信號變換為適合于信道傳輸的頻帶信號，如在無線通信中，必須將基帶信號載在高頻上才能發射出去；

(2)改善系統性能；

(3)實現信道復用，提高信道利用率。1.4.３調制

所謂調制，就是用需要發送的信號去控制1.4.4解調

一個完整的通信系統，在接收端，解調就是將“寄生”在載波或者光波上的信號“取”下來并盡量恢復原有信號的“真實度”。因此，解調就是調制的逆過程。根據發送的信號特點(模擬信號或數字信號)，解調又分為模擬解調和數字解調。根據信號“寄生”在載波上某個參數的不同(幅度、頻率、相位)，解調又劃分為三種不同的方式，即幅度解調、頻率解調、相位解調。這三種解調方式又有多種解調的方法。另外，在一定的條件下，三種解調方式可以互相轉換。具體內容將在后續章節中進一步講述。1.4.4解調

一個完整的通信系統，在接收端，解調就*教學內容項目實驗2話路終端信號發送電路一、實驗目的(1)了解語音信號在通信話路終端的傳輸過程；(2)熟悉通信話路終端濾波器的帶寬與幅頻特性曲線。

二、實驗電路工作原理話路終端信號發送電路示意圖如圖1.9所示。它由以下幾個部分組成：(1)模擬信號輸入選擇開關J001；(2)模擬信號輸出選擇開關J002；(3)話路終端信號隔離電路和放大電路。*教學內容項目實驗2話路終端信號發送電路一、實驗目圖1.9話路終端信號發送電路示意圖圖1.9話路終端信號發送電路示意圖該系統電路的作用是：

(1)對信源和系統編碼電路進行隔離，使電路穩定工作；

(2)可對模擬信號的幅度進行放大和減小，使編碼電路工作在正常編碼狀態。

話路終端信號發送電原理圖如圖1.10所示,通過該電路可以進行PAM、PCM、Δ-Σ三部分電路實驗，將在后面的實驗中分別介紹。該系統電路的作用是：

(1)對信源和系統編碼電路進圖1.10話路終端信號發送電原理圖圖1.10話路終端信號發送電原理圖

三、實驗內容

1.通信話路終端發送放大器實驗

了解電路的組成及工作原理，掌握話路終端信號處理流程。

2.隔離電路和放大電路

了解隔離電路和放大電路的構成與作用，熟悉濾波器的帶寬及幅頻特性曲線并學會用示波器測量信號。三、實驗內容

1.通信話路終端發送放大器實驗

四、實驗步驟及注意事項

(1)跳線開關設置：選擇J001的外加模擬輸入方式。

(2)外加300~3400Hz信號從S001進入。

在外加模擬信號輸入端S001處，用外加信號源輸入800Hz音頻信號，用示波器在TP02、TP03處觀察測量，在該點信號輸出幅度應不失真，如有削頂失真則減小外加信號源的輸出幅度或調節RP03。在TP03處觀察其通信話路終端發送濾波器輸出波形。四、實驗步驟及注意事項

(1)跳線開關設置：選擇(3)改變外加信號源的頻率，分別為300Hz、800Hz、1.6kHz、2.4kHz、4kHz，在測量點TP03處用示波器觀測其通信話路終端濾波器的帶寬，并繪出幅頻特性曲線，掌握通信話路終端語音信號傳輸的幅頻特性。(3)改變外加信號源的頻率，分別為300Hz、800(4)開關的設置。

J001：模擬信號輸入選擇開關。

第1排：CPLD可編程器件工作時鐘同步輸出的2kHz的正弦波信號；

第2排：外加模擬信號輸出；

第3排：非同步正弦波信號輸出；

第4排：未接。

J002：模擬信號輸出選擇開關。

第1排：進行抽樣定理及PAM通信系統實驗；

第2排：進行PCM編譯碼實驗；

第3排：數字音節壓擴增量調制（Δ-∑）系統；

第4排：未接。

S001：外加模擬信號輸入端。(4)開關的設置。

J001：模擬信號輸入選擇開關(5)電位器調節。

RP03：調節發送信號幅度。

五、測量點說明

TP02：在該點輸入的信號，若幅度過大，則被限幅電路限幅成方波，因此信號波形幅度盡量小一些。方法是：可改變外部信號源的幅度大小，或調節通信話路終端發送放大電路

中的電位器RP01(同步)、RP02(異步)。

TP03：話路終端發送模擬信號輸出。幅度的大小，可通過調節電位器RP03。(5)電位器調節。

RP03：調節發送信號幅度。

數字通信系統的模型如圖1.11所示。在數字通信中，必須保證接收端數字信號與發送端數字信號有一致的節拍，否則就會使收發步調不一致，從而造成數據混亂，使傳輸出錯，這個節拍被稱之為同步。圖1.11中應包含同步環節，但由于數字通信中有三種同步方式，且每種方式的位置又不是固定的，故圖中沒有示出。1.5數字通信系統數字通信系統的模型如圖1.11所示。在數字通信中，必須保圖1.11數字通信系統模型圖1.11數字通信系統模型編碼和譯碼組成一對環節，編碼包括信源編碼和信道編碼。信源編碼的主要任務是提高數字信號傳輸的有效性，即用適當的方法降低數字信號的碼元速率以壓縮頻帶。若從信息源傳來的信號是模擬信號，則先要進行A／D轉換，信源編碼的輸出就是信息碼。此外，信源編碼還包括數據擾亂、數據加密、話音和圖像壓縮編碼等。信源編碼的主要內容將在本書的第3章中講解。信道編碼的主要任務是提高數字信號傳輸的可靠性。由于數字通信在信道傳輸過程中混入的噪聲或干擾會造成數字信號傳輸的差錯，需通過差錯控制編碼來實現差錯控制，以提高系統的可靠性。有關信道編碼的基本原理將在本書的第7章中講述。編碼和譯碼組成一對環節，編碼包括信源編碼和信道編碼。信源調制器與解調器構成一對環節，其作用與模擬通信系統中的調制與解調作用相同，不同的是這里的調制與解調是數字的。數字通信系統中，基帶信號仍是調制器前和解調器后的信號，信道中傳輸的調制后的信號為已調信號。數字調制與解調技術將在本書的第5章中詳細講述。

上述所列數字通信的有些環節(如編碼與譯碼、調制與解調)并不是必須的，它可根據不同的條件和要求決定是否采用。沒有調制器與解調器環節，直接傳輸基帶信號的數字通信系統稱為數字基帶傳輸系統。基帶傳輸的內容將在本書的第4章中講述。調制器與解調器構成一對環節，其作用與模擬通信系統中的調制從數字通信系統模型可看出，數字通信研究的基本問題包括：

(1)收、發兩端的換能過程，模擬信號數字化及數字式基帶信號的特征；

(2)數字調制與解調原理；

(3)信道與噪聲的特性及其對信號傳輸的影響；

(4)抗干擾編碼和譯碼，即差錯控制編碼；

(5)通信保密；

(6)同步。從數字通信系統模型可看出，數字通信研究的基本問題包括：

目前，無論是模擬通信還是數字通信，都是已經獲得了廣泛應用的通信方式。綜合模擬通信和數字通信各自的特點，與模擬通信相比，數字通信有以下優點：

(1)數字傳輸的抗噪聲(即抗干擾)能力強，數字信號傳輸中可通過中繼再生消除噪聲的累積；

(2)數字通信可以通過差錯控制編碼技術，提高通信的可靠性；

(3)便于利用現代數字信號處理技術對數字信息進行處理；

(4)數字信息易于加密，且保密性強；目前，無論是模擬通信還是數字通信，都是已經獲得了廣泛應用(5)數字通信可以傳遞各種消息(模擬的和離散的)，使通信系統靈活性好、通用性強；

(6)數字通信采用數字集成電路，具有體積小、重量輕、可靠性高及調整調試方便的優點。

但是，與模擬通信相比，數字通信較為突出的缺點是其信號占有的頻帶寬，如一路模擬電話僅占4kHz帶寬，而一路數字電話要占64kHz的帶寬。然而由于毫米波通信和光纖通信的出現，帶寬問題得到解決，數字通信幾乎成了唯一的選擇。

本書后面的各章將分別對模擬通信系統和數字通信系統中的基本問題進行較為詳細的討論。(5)數字通信可以傳遞各種消息(模擬的和離散的)，使通1.6通信方式

1.按傳輸的方向與時間關系劃分的通信方式對于點對點的通信，按傳輸的方向與時間關系，通信方式可分單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。單工通信是指消息只能單方向傳輸的工作方式，如圖1.12(a)所示。例如廣播、電視、遙測等都是單工通信方式。半雙工通信是指通信的雙方都能收發信息，但不能同時進行收發信息的通信方式，如圖1.12(b)所示。例如無線電對講機和普通無線電收發報機等是半雙工通信方式。全雙工通信是指通信的雙方都可同時收發信息的通信方式，如圖1.12(c)所示。例如移動電話、普通電話、計算機網絡通信等采用全雙工通信方式。1.6通信方式圖1.12通信方式示意圖(a)單工通信方式；(b)半雙工通信方式；(c)全雙工通信方式圖1.12通信方式示意圖2.按數字信號碼元排列方法劃分的通信方式

在數字通信中，按組成字符的數字信號碼元排列方法不同，可劃分為串序（串行）傳輸和并序（并行）傳輸的通信方式，也稱串行傳輸和并行傳輸通信方式。串序傳輸是將數字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸，如圖1.13(a)所示，例如計算機網絡通信。

并序傳輸是將數字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上的數字信號碼元序列同時在信道中傳輸，如圖1.13(b)所示，例如計算機和打印機之間數據的傳輸。

串序傳輸方式只需一條通路，線路成本低，適合于長距離的通信；而并序傳輸方式需要多條通路，線路成本高，傳輸速度快，適合于短距離的通信。2.按數字信號碼元排列方法劃分的通信方式

圖1.13串序和并序傳輸方式

(a)串序傳輸方式；(b)并序傳輸方式圖1.13串序和并序傳輸方式

(a)串序傳輸方式

3.按照網絡結構劃分的通信方式

通信系統按照網絡結構劃分為專線和通信網兩類。點對點的通信是專線通信；多點間的通信就構成了通信網。顯然，通信網的基礎仍是點對點的專線通信。3.按照網絡結構劃分的通信方式

通信系統按照網絡1.7通信系統的主要性能指標設計和評價一個通信系統，往往要涉及到許多性能指標，如系統的有效性、可靠性、適應性、經濟性、標準性及使用維護方便性等。這些指標可從各個方面評價通信系統的性能，但從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和可靠性是通信系統中最主要的性能指標。有效性主要是指消息傳輸的“速度”問題，而可靠性主要是指消息傳輸的“質量”問題。由香農(Shannon)定理可知，系統的帶寬能夠決定信號的極限傳輸速度。信號在傳輸過程中的噪聲干擾和信道特性不理想使信號產生畸變，造成接收信號與發送信號間出現差異，影響了通信質量。有效性和可靠性的要求是相互矛盾而又相互聯系的，提高有效性會降低可靠性，反之亦然，因此在設計通信系統時，對二者應統籌考慮。1.7通信系統的主要性能指標1.7.1模擬通信系統的性能指標

在模擬通信系統中，有效性是利用消息傳輸速度(即單位時間內傳輸的信息量)或者有效傳輸頻帶來衡量。同樣的消息采用不同的調制方式，則需要不同的頻帶寬度，頻帶寬度越窄，有效性越好。如傳輸一路模擬電話，單邊帶信號只需要4kHz帶寬，而常規調幅(雙邊帶信號)需要8kHz的帶寬。因此在一定頻帶內用單邊帶信號傳輸的路數比常規調幅信號多一倍，顯然，單邊帶系統的有效性比常規調幅系統要好。

1.7.1模擬通信系統的性能指標

在模擬通信系模擬通信系統的可靠性用接收端最終輸出的信噪比（即輸出信號平均功率與噪聲平均功率的比值）來衡量，如通常電話要求信噪比為20～40dB，電視則要求40dB以上，輸出信噪比越高，通信質量越好。它除了與信號功率和噪聲功率的大小有關外，還與信號的調制方式有關，如調頻信號的抗噪聲性能(輸出信噪比／輸入信噪比)比調幅信號好，但調頻信號所需傳輸頻帶要寬于調幅信號。模擬通信系統的可靠性用接收端最終輸出的信噪比（即輸1.7.2數字通信系統的性能指標

在數字通信系統中，常常用相同的時間間隔表示一個N進制信號，每個間隔的信號都是一個碼元，而這個間隔就是碼元寬度。對于N進制通信系統的每個N進制信號都是一個N進制碼元，每個碼元都有N種可能的符號可采用。二進制通信系統中的每個二進制信號都是二進制碼元0或1。下面討論數字通信系統的有效性和可靠性問題。1.7.2數字通信系統的性能指標

在數字通信系

1.數字通信系統的有效性

數字通信系統的有效性可用碼元速率、信息速率及系統頻帶利用率這三個性能指標來描述。

1)碼元速率RBN

碼元速率RBN又稱碼元傳輸速率或傳碼率。它被定義為每秒所傳送的碼元數目，單位為“波特”，常用符號Baud表示。1.數字通信系統的有效性

數字通信系統的有2)信息速率Rb

信息速率Rb又稱信息傳輸速率或傳信率。它被定義為每秒所傳輸的信息量，單位為“比特/秒”，或記為bit/s。

由于每位二進制數都包含有1比特的信息量，因此信息速率也就是每秒傳輸的二進制碼元數。對于二進制碼元的傳輸，碼元速率與信息速率相等，即RB2=Rb；而對于N進制碼元的傳輸來說，由于每一位N進制碼元可用lbN(N=2k，K為每位N進制碼元所用二進制碼元表示的位數)個二進制碼元表示，傳輸一個N進制碼元相當于傳輸了lbN個二進制碼元，因此信息速率與碼元速率的關系是

對于不同進制的通信系統來說，碼元速率高的通信系統其信息速率不一定高。在對它們的傳輸速度進行比較時，不能直接比較碼元速率，需將碼元速率換算成信息速率后再進行比較。

Rb=RBNlbN(bit/s)(1-1)2)信息速率Rb

信息速率Rb又稱信息傳輸速3)系統的頻帶利用率

在比較兩個通信系統的有效性時，僅從傳輸速率上看是不夠的，還應考察系統所使用頻帶的大小。這是因為，香農定理指出通信系統的頻帶影響傳輸信息的能力。衡量系統效率的另一個指標是系統頻帶的利用率。通信系統的頻帶利用率定義為每秒在單位頻帶上傳輸的信息量，單位為比特/(秒·赫茲)，或記為bit/(s·Hz)。不同的調制方式具有不同的頻帶利用率，如二進制振幅調制系統頻帶利用率為1/2。系統的頻帶利用率越高，其有效性越好。3)系統的頻帶利用率

在比較兩個通信系統的有

2.數字通信系統的可靠性

由于在數字通信系統中(尤其是信道中)存在干擾，接收到的數字碼元可能會發生錯誤，而使通信的可靠性受到影響。數字通信系統的可靠性指標主要用誤碼率Pe和誤信率Pb衡量。

1)誤碼率Pe

誤碼率是指在通信過程中，系統傳錯碼元的數目與所傳輸的總碼元數目之比，也就是傳錯碼元的概率，即2.數字通信系統的可靠性

由于在數字通信系2)誤信率Pb

誤信率又稱誤比特率，是指錯誤接收的信息量(傳錯的比特數)與傳輸的總信息量(傳輸的總比特數)的比，即

顯然，在二進制通信系統中有Pe=Pb。

通信系統中存在誤碼是不可避免的。不同的應用場合對誤碼率的要求也不一樣，如數字電話通信中，誤碼率在10-3～10-6之間即可滿足正常通話的要求；而計算機通信中對可靠性要求更高，誤碼率更小。為減小誤碼率，可采取減小干擾，改進調制方式和解調方法，以及采用差錯控制措施等方案。2)誤信率Pb

誤信率又稱誤比特率，是指錯誤接收的習題1-1通信是如何定義的？它經歷了怎樣的發展過程？1-2什么是消息、信息、信號？它們有什么聯系和不同之處？1-3什么是模擬通信？什么是數字通信？數字通信有哪些優缺點？1-4模擬通信和數字通信系統模型中各部分的功能是什么？模擬通信和數字通信研究的基本問題是什么？1-5按照調制方式、通信業務類型、信號特征、傳輸媒介及利用方式，分別指出通信系統是如何分類的？習題1-6以語音廣播系統為例，說明圖1.7模型中信息源、受信者及信道所包含的具體內容是什么？

1-7通信中的通信方式指什么？共有哪幾種？以生活中實際的應用通信系統加以說明。

1-8模擬通信系統和數字通信系統主要性能指標是什么？它們是如何定義的？

1-9某一數字通信系統傳輸的是四進制碼元，用了8s的時間傳輸了8000個碼元，試問：該系統的碼元速率是多少？信息速率是多少？1-6以語音廣播系統為例，說明圖1.7模型中信息源、1-10有一數字傳輸系統傳遞二進制碼元速率為1200Baud，試求該系統的信息傳輸速率是多少？

1-11一個四進制數字通信系統，碼速率為1000Baud，連續工作1小時后，接收到的錯碼為100個，求該數字通信系統的誤碼率。

1-12已知二進制數字信號的傳輸速率為2400bit/s，如果變換成四進制數字信號來傳輸，則傳輸速率是多少？1-10有一數字傳輸系統傳遞二進制碼元速率為12001.1概述

1.2消息、信息、信號

1.3通信系統

1.4模擬通信系統

1.5數字通信系統

1.6通信方式

1.7通信系統的主要性能指標

習題

1.1概述

1.2消息、信息、信號

1.3通通信是伴隨著人類社會的文明進程而產生的。

人們在生產實踐和社會活動中總是會產生所謂的消息(下面會給出消息的準確定義)，消息是人類物質或精神狀態的一種綜合反映，在不同的時期，它通過動作、語言、文字、圖像

等不同的方式表述,而這種消息傳遞的整個過程就稱為通信。反過來說，通信的任務就是克服人們在距離上的障礙，迅速準確地傳遞消息。通信對人類社會文明、進步與發展產生了巨大的推動作用。1.1概述通信是伴隨著人類社會的文明進程而產生的。

人們在生產從通信的發展歷史進程看，按照人類交流方式的不同可分為三個階段：第一階段，人們只能通過語言、手勢、鐘鼓、旌旗、烽火臺等方法交流簡單消息；第二階段是隨著文字、印刷術、郵政的出現而開始的，這時可以記錄、傳遞更多消息；第三階段是在人們認識和開始使用電能的同時，利用電信號進行復雜消息的傳遞。今天，電信號已經把人們帶進了信息時代。從通信的發展歷史進程看，按照人類交流方式的不同可分為三通信有時也稱“通訊”、“電信”，后兩個叫法范圍較窄，目前都統一采用“通信”的叫法。電信就是借助“電”來傳遞消息的通信方式。這種通信方式具有迅速、準確、可靠的特點，幾乎不受時間、地點、距離的限制，因此，近百年來獲得了飛速的發展和廣泛的應用?，F代通信雖然也包含了光通信和粒子通信等，但一般“通信”和“電信”幾乎是同義詞，實際中通常也不加以區分。通信有時也稱“通訊”、“電信”，后兩個叫法范圍較窄，目現代通信系統是信息時代的生命線。現代通信網已經是一個全球性的綜合信息服務網絡。通信學科的發展，一方面表現在新的電子器件和新的技術不斷出現；另一方面反映在通信理論的深入發展和不斷完善。比如說，20世紀30年代開始形成的調制理論為有線載波通信和無線電通信的基本理論奠定了基礎，給實現頻分制和時分制多路復用系統指明了方向。在電信的初期發展階段，人們就發現了噪聲的存在和它對通信的影響，但直到20世紀40年代，通過概率統計方法的分析提出了統計信號檢測和估計理論，以及在此基礎上發展起來的最佳接收理論，才為噪聲中提取信號找到了有效的途徑。另外，后來形成的信息論，明確了通信中的一對主要矛盾，即通信的有效性和可靠性的問題,并為最好地解決這對矛盾提出了原則性的定理?，F代通信系統是信息時代的生命線?，F代通信網已經是一個全隨著計算機的出現，數字電路與數字通信發展迅速，在此基礎上逐步發展起來的信源編碼、糾錯編碼、擴頻技術、多天線技術、跳頻通信、智能天線、多載波調制、復用技術、軟件無線電技術等理論和技術，為提高通信質量、增加通信容量、選擇新的信號形式和創立新的通信體制奠定了基礎。當今，互聯網絡、移動通信、光纖通信、衛星通信等更是加速了人類信息化的進程。隨著計算機的出現，數字電路與數字通信發展迅速，在此基礎上由此可見，通信這門學科是逐步由低級到高級、由簡單到復雜發展起來的?，F代通信技術是研究傳遞各類信息的科學。從廣義來說，通信應包括電報、電話、廣播、電視、傳真、數據和計算機通信等。將雷達、導航、遙測、射頻天文學、生物工程學等與通信綜合在一起構成了一門完整的信息科學，通信則是其中的一個主要組成部分。由此可見，通信這門學科是逐步由低級到高級、由簡單到復雜1.2消息、信息、信號1.2.1基本概念前面提到，通信系統中傳輸的具體對象是消息。所謂消息，是指載荷信息的有次序的符號序列（包括狀態、字母、數字）或連續的時間函數。顯然，消息帶有需要傳送給收信者的信息，即消息是信息的載體。通信系統傳輸的消息主要有語音、文字、符號、數據和圖像等多種形式。1.2消息、信息、信號傳輸消息有時也說成是傳輸信息，按照信息論的觀點，在進行有意義的通信時，傳輸消息就是傳輸了信息。所以，信息可以理解為消息中所包含的對受信者有意義的內容。在一般的通信理論表述中，消息和信息可不作嚴格的區分。但在研究信息理論時卻有不同的意義，必須嚴格加以區別。這方面的內容將在本書第7章中詳細講解。

信號是消息的一種具體表現形式，如電信號就是消息的電的表現形式。從這個意義上說，通信的根本目的是傳輸代表消息的電（或光）信號，也就是研究信號傳輸的問題。傳輸消息有時也說成是傳輸信息，按照信息論的觀點，在進行有1.2.2數字信號與模擬信號

按照信號參量的取值方式及其與消息之間的關系，可將信號劃分為兩類，即模擬信號與數字信號。模擬信號是指代表消息的信號參量（幅度、頻率或相位）隨消息連續變化的信號。若代表消息的信號參量是幅度，則模擬信號的幅度應隨消息連續變化，即幅度有無限多個取值。模擬信號在時間上可以連續，但也可以離散。圖1.1為時間連續和時間離散的模擬信號。1.2.2數字信號與模擬信號

按照信號參量的取值方式圖1.1模擬信號(a)時間連續的模擬信號；(b)時間離散的模擬信號圖1.1模擬信號本節之后將通過一個具體的項目實驗來進一步理解模擬信號的產生及特性。

數字信號是指它不僅在時間上是離散的，而且在幅度上也是離散的（即幅度被限制在有限個數值之內）。圖1.2(a)所示的二進制數字信號就是用“1”和“0”兩種狀態的不同組合來表示不同的消息。圖1.2(b)也是一種數字信號的表示形式。圖中A為振幅值，T為脈沖周期。本節之后將通過一個具體的項目實驗來進一步理解模擬信號的產圖1.2數字信號示意圖圖1.2數字信號示意圖一、實驗目的

(1)熟悉兩種模擬信號的產生方法及其用途；

(2)觀察分析兩種模擬信號波形的特點。

二、電路工作原理

模擬信號源電路用來產生實驗所需的音頻信號，即同步正弦波信號和異步正弦波信號。*教學內容項目實驗1模擬信號發生器原理與測試一、實驗目的

(1)熟悉兩種模擬信號的產生方法及其

1.同步信號源（同步正弦波發生器）

同步信號源用來產生與編碼數字信號同步的2kHz正弦波信號，作為抽樣定理增量調制編碼、PCM編碼實驗的輸入音頻信號。在沒有數字存儲示波器的條件下，用它作為編碼實驗的輸入信號，可在普通示波器上觀察到穩定的編碼數字信號波形。

圖1.3為同步正弦信號產生的電路示意圖,圖1.4為同步正弦信號發生器產生同步正弦信號的電原理圖。1.同步信號源（同步正弦波發生器）

同步信號源用來圖1.3同步正弦信號產生電路示意圖圖1.3同步正弦信號產生電路示意圖2kHz方波信號由CPLD可編程器件U01內的邏輯電路通過編程產生，TP01為其測量點。一個截止頻率為ωL的二階高通濾波器，用以濾除各次諧波。一個截止頻率為ωH的二階低通濾波器，用以濾除基波以下的雜波。兩者組合成一個2kHz正弦波的帶通濾波器輸出一個2kHz正弦波，TP02為其測量點。

圖1.4中的RP01用來改變輸出正弦波的幅度，通過圖1.3中的信號選擇開關J001的第1排進行輸出。2kHz方波信號由CPLD可編程器件U01內的邏輯電路圖1.4同步正弦波發生器產生同步正弦信號的電原理圖圖1.4同步正弦波發生器產生同步正弦信號的電原理圖2.非同步信號源（異步正弦波發生器）

圖1.5為非同步正弦信號產生電路示意圖，圖1.6為非同步正弦信號產生電原理圖。

非同步信號源是一個簡易正弦波信號發生器，它可產生頻率為0.3～3.4kHz內的某一固定頻率的正弦波信號，輸出幅度為0～2V。可利用它定性地觀察通信話路的頻率特性，同時用作增量調制、脈沖編碼調制實驗的音頻信號源。電路示意圖圖如圖1.5所示。它由一個正弦波振蕩器和一級輸出電路組成。信號通過選擇開關J001的第3排進行輸出，其測量點為TP02。圖1.6中的RP02用來調整信號的輸出幅度。2.非同步信號源（異步正弦波發生器）

圖1.5為非圖1.5非同步正弦信號產生電路示意圖圖1.5非同步正弦信號產生電路示意圖圖1.6非同步正弦信號產生電原理圖圖1.6非同步正弦信號產生電原理圖

3.外加模擬信號接口輸入電路

在一些特殊情況下，簡易正弦波信號發生器不能滿足實驗要求，就要用外加信號源提供所需信號。例如要定量地測試通信話路的頻率特性時需要使用頻率與電平、輸出阻抗都很穩定的頻率范圍很寬的音頻測試信號，這就需要外接音頻信號產生器或函數信號發生器。外加模擬信號輸入電路為它們提供了連接到實驗的接口電路。

該實驗平臺外加模擬信號接口輸入電路是S001，通過信號選擇開關J001的第3排（從左至右數起）進行輸出，其測量點為TP02。3.外加模擬信號接口輸入電路

在一些特殊情況下，簡三、實驗內容

(1)用示波器在相應測試點上測量各點波形即同步信號源、非同步信號源及外加模擬信號，并畫出電路圖。

(2)熟悉上述各種信號的產生方法，并了解信號流程。

四、實驗步驟

(1)用示波器測量TP01、TP02、TP03等各點波形。

(2)開關的設置。

J001：模擬信號輸出選擇開關。

第1排：2kHz同步正弦波信號輸出;

第2排：外加模擬信號輸出;

第3排：非同步正弦波信號輸出;

第4排：未接。三、實驗內容

(1)用示波器在相應測試點上測

五、各測量點波形

TP01：2kHz方波，由CPLD可編程器件編程產生的方波。

TP02：各種模擬信號，由J001跳線開關選擇。

第1排：與CPLD可編程器件工作時鐘同步輸出的2kHz的正弦波信號；

第2排：外加模擬信號輸出；

第3排：非同步正弦波信號輸出；

第4排：未接。

TP03：模擬信號通過話路發送終端放大濾波電路濾波放大后輸出的各種模擬信號，

作為后面有關實驗模塊的輸入信號。

TP04：模擬信號連線引接孔。五、各測量點波形

TP01：2kHz方1.3通信系統1.3.1通信系統的構成消息的傳遞必然有發送者和接收者，發送者和接收者可以是人也可以是各種機器。換句話說，通信可以在人與人之間，也可以在人與機器或機器與機器之間進行。如今大量的通信最終都是通過各種機器，并在機器間進行的。廣播、電視、計算機等之間的通信都屬于機器間的通信。1.3通信系統電信系統在傳遞消息時，首先要把消息變成電信號，對方接收到信號后再按相同的逆規則將電信號再生為消息。在發送端利用發送設備中的各種元器件，將非電信息變換成初級電信號，或稱為原始電信號，然后送到信道中去傳輸。信道是傳輸電信號的通道。信道可以是有線的（如電纜、光纖等），也可以是無線的（如電波、激光等）；可以是模擬的，也可以是數字的。在接收端利用接收設備中的各種部件，將從信道中得到的電信號變換成非電信息，這是一個通信的整個過程。從這個過程中可以將通信系統概括為如圖1.7所示的模型。電信系統在傳遞消息時，首先要把消息變成電信號，對方接收到圖1.7通信系統的一般模型圖1.7通信系統的一般模型通信系統由信息源、受信者、發送設備、接收設備和傳輸媒介（信道）幾部分組成。

1.信息源

信息源簡稱信源。不同的信息源輸出信號的性質是不一樣的，一般將其分為模擬信源和離散信源。

模擬信源輸出的信號在時間和幅度上都是連續的，如語音、圖像，以及模擬傳感器輸出的信號等。離散信源的輸出是離散的或可數的，如符號、文字，以及脈沖序列等。離散信源又稱為數字信源。通信系統由信息源、受信者、發送設備、接收設備和傳輸媒介（原始的消息經變換后成為電信號或本身就是電信號。模擬信號可以通過抽樣、量化和編碼變為離散信號。換句話說，一切消息理論上都可以變換成離散的信號，這也是數字通信

技術得到迅猛發展的一個主要原因。

信息源的另一個重要特點是不同的信源有不同的信息速率。比如，電報信道的信息速率一般為150bit／s，正常閱讀文字的信息速率一般為400bit／s左右，彩色電視為90Mbit／s，等等。不同速率的信息源對整個傳輸系統的要求也各不相同。原始的消息經變換后成為電信號或本身就是電信號。模擬信號可

2.受信者

受信者接收經過各種變換和傳輸的信息，并將其還原成所需要的消息形式，受信者有時也稱為信宿。一般情況下受信者需要的消息應和發信者發出的消息類型一樣，對于受信者和發信者來說，不管中間經過什么樣的變換和傳輸，都不應該將二者所傳遞的消息改變。收到和發出的消息的相同程度越高越好。2.受信者

受信者接收經過各種變換和傳輸的

3.發送設備

發送設備是發送端的重要部分，它的功能是將信息源和傳輸媒介連接起來，將信源輸出的信號變為適合于傳輸的信號形式。變換的方式很多，采用什么樣的變換則要根據信號類型、傳輸媒介和質量要求等決定。有時可以將電信號直接送至媒介傳送，有時則要進行頻譜的搬移。在需要搬移時，調制則是最常用的一種變換方式。

3.發送設備

發送設備是發送端的重要部分，它如果通信系統是數字的，對于模擬信號則需要進行抽樣、量化和編碼。編碼可以分為信道編碼和信源編碼兩部分。信源編碼是把連續的模擬信號變為數字信號；信道編碼則是將數字信號按照一定的規則或者插入一定的符號進行二次編碼的，使得經信道編碼后通過傳輸媒介傳輸到接收端的數字信息能夠檢測出因為干擾造成的錯誤碼元，甚至還能夠糾正錯誤碼元。因此，有時也稱信道編碼為糾錯編碼。如果通信系統是數字的，對于模擬信號則需要進行抽樣、量化和4.信道

狹義地理解，信道可以分為有線信道和無線信道。常見的有線信道有架空明線、雙絞線、同軸電纜、光纖等。無線信道是利用電磁波在空間的傳播來傳輸信號的。根據電磁波的傳播方式不同，無線信道具有不同的特性和應用，這里不再贅述。

4.信道

狹義地理解，信道可以分為有線信道和無線信根據信道參數變化的特點，信道又可分為恒參信道和變參信道。恒參信道以有線信道為典型，其特征參量主要是頻率的特征，如幅度頻率特性與相位頻率特性等，反映在時域，有信道的時延、抖動、電平波動和非線性等。其頻率特性的傳遞函數一般可用一個復變函數表示。變參信道的信道參數不僅隨頻率變化，而且隨時間變化。也就是說，變參信道的網絡模型的傳遞函數既是角頻率的函數，又是時間（信號激勵時間）的函數。屬于變參信道的有短波電離層信道，超短波、微波對流層散射信道等。根據信道參數變化的特點，信道又可分為恒參信道和變參信道。5.噪聲

除了上述因狹義信道本身特征影響通信質量外，信道內還可能受到外部和內部各種形式的噪聲干擾。

噪聲在廣義上指通信系統試圖傳輸的信號以外的有害干擾信號。習慣上，常把周期性的、有規則的有害信號叫做干擾，而把其他有害的隨機干擾叫做噪聲。

分析噪聲是研究通信系統的一項重要內容。噪聲在通信系統中是不可避免的，消息往往是在噪聲中進行傳送的。一般說來，噪聲是限制信號傳輸或檢測的重要因素。噪聲的影響使信號產生失真，甚至錯誤，因此，噪聲的大小最終將決定系統的性能。研究通信系統的目的之一就是研究如何減小甚至消除噪聲的影響。5.噪聲

除了上述因狹義信道本身特征影響通信質量外噪聲分為接收機內部噪聲和外部噪聲兩大類。而外部噪聲又可分為自然噪聲和人為噪聲兩大類。

(1)自然噪聲：包括天電噪聲、宇宙噪聲、大氣噪聲、太陽射電噪聲和熱噪聲等。它們與季節、氣候的變化有較大關系。不同地區自然噪聲也有很大不同，如赤道附近及兩極地區較為嚴重。太陽黑子發生變動(約11年一個周期)的年份，天電干擾加大，有時會長時間中斷短波通信。

(2)人為噪聲：主要來源于各種工業和非工業射頻輻射引入的噪聲以及電臺干擾等，如各種電氣設備，電機、電器、電力線、電源開關、電點火裝置、微波爐、電焊機等。

對于這類噪聲可以采取一些措施消除或至少減小它們的影響，例如采用適當的屏蔽、濾波措施，改善部件設計或者遠離噪聲源等。噪聲分為接收機內部噪聲和外部噪聲兩大類。而外部噪聲又可分1.3.2通信系統的分類

按照對信號處理的特征和體制，通常把通信系統分成模擬通信系統和數字通信系統。注意：模擬通信系統也可傳輸數字信號，例如我們可以利用模擬電話網加上調制解調器使產生數字信號的計算機上互聯網，只是需要在傳輸前把計算機數據信號變換成適合在電話網中傳輸的模擬信號即可；同樣，數字通信系統也可傳輸模擬信號，例如我們可以利用計算機網絡傳送視頻信號（模擬信號），只是需要在傳輸前將視頻信號數字化即可，也就是先進行模/數轉換。

通信系統在模擬和數字分類基礎上，可以側重于某一方面進行詳細分類。下面介紹常見的幾種通信系統的分類方法。1.3.2通信系統的分類

按照對信號處理的特征和體制1.按通信業務類型分類

根據通信業務類型的不同，通信系統可分為電報通信系統、電話通信系統、數據通信系統、圖像通信系統等。由于電話通信網最為普及，因而除電話通信外的其他一些通信業務也常通過公共電話通信網進行傳輸，如電報通信和遠距離計算機通信(數據通信)都可通過電話信道傳輸?，F在建成的綜合業務數字網(1SDN)適應于多種類型業務的信息傳遞。

1.按通信業務類型分類

根據通信業務類型的不

2.按調制方式分類

按照信道中傳輸的信號是否經過調制，可將通信系統分為基帶傳輸和頻帶傳輸?；鶐鬏斒菍⑽唇浾{制的信號直接傳輸，如遠距離音頻電話、有線廣播等；頻帶傳輸是將基帶信號經調制后送入信道傳輸。調制方式很多，常用的調制方式及用途如表1-1所示。2.按調制方式分類

按照信道中傳輸的信通信原理課件

3.按傳輸媒介分類

按傳輸媒介分類，通信系統可分為有線通信和無線通信。有線通信是以傳輸線纜作為傳輸的媒介的，它包括電纜通信、光纖通信等；無線通信是無線電波在自由空間中傳播信息，它包括短波通信、微波通信、衛星通信等。3.按傳輸媒介分類

按傳輸媒介分類，通信系統4.按信號復用方式分類

按信號復用方式分類，通信系統又可分為頻分復用(FDM)、時分復用(TDM)和碼分復用(CDM)等。頻分復用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據不同的頻率范圍；時分復用是用抽樣或脈沖調制方法使不同信號占據不同的時間區間；碼分復用則是用互相正交的碼型來區分多路信號。

傳統的模擬通信中大都采用頻分復用，如廣播通信。隨著數字通信的發展，時分復用通信系統得到了廣泛的應用。碼分復用在現代通信系統中也獲得廣泛應用，如衛星通信系統、移動通信系統和光纖通信系統。4.按信號復用方式分類

按信號復用方式分類1.4.1模擬通信系統的模型

如果我們學習過“高頻電子線路”課程，對模擬通信系統應該并不陌生。模擬通信系統的模型如圖1.8所示。其中包含兩種重要的變換：一是在發送端將連續消息變換成原始電信號，并在接收端作相反變換，它是由信息源或受信者完成的；二是在發送端將原始電信號轉換成其頻帶適合于信道傳輸的信號，并在接收端作相反變換，即調制或解調，它們由調制器或解調器完成。經第一種變換所得到的原始電信號具有較低的頻譜分量，一般不宜直接作為遠距離傳輸信號，因此在模擬通信系統中，低頻信號經放大后常常需要進行第二種變換，即調制與解調。通常我們將在發送端調制前或接收端解調后的信號稱為基帶信號，也就是，把反映原始消息的電信號叫基帶信號，而經過調制的信號稱已調信號，即頻帶信號。1.4模擬通信系統1.4.1模擬通信系統的模型

如果我們學習過“高頻電圖1.8模擬通信系統模型圖1.8模擬通信系統模型除了上述兩個變換外，模擬通信系統中還包括濾波、放大、變頻及二／四線轉換(差接)等環節。

從模擬通信系統模型可以看出，模擬通信研究的基本問題包括：

(1)收發兩端的換能過程及基帶信號的特性；

(2)調制與解調原理；

(3)信道與噪聲特性及其對信號傳輸的影響；

(4)存在噪聲條件下的系統性能等。除了上述兩個變換外，模擬通信系統中還包括濾波、放大、變頻1.4.2模擬通信系統的特點

模擬通信系統發展和應用較早，技術成熟，設備簡單，在一些需要大量低價接收終端的通信運用場合較為實用，如目前廣泛使用的廣播電臺、無線電視、電話等，用戶終端（收音機、電視機、電話機）便宜，容易普及。但是，模擬通信系統的缺點也很明顯，如信息傳輸效率較低，頻譜利用率不高，通信質量差，不適宜計算機應用，抗干擾能力較差等。因此，對于公眾通信網絡，模擬通信體制即將全部被數字通信系統所取代，但在一些特殊的場合，如簡單的點對點通信、信息采集、近距離的信號傳輸等，模擬通信還具有很強的生命力。1.4.2模擬通信系統的特點

模擬通信系統發展和應用1.4.３調制

所謂調制，就是用需要發送的信號去控制“載波”的某個或幾個參數，從而將信號“寄生”在“載波”上。這里的“載波”是廣義的，除了高頻正弦載波以外，也可以是光波、紅外線、高頻脈沖信號等。

調制的目的主要有三方面：

(1)將基帶信號變換為適合于信道傳輸的頻帶信號，如在無線通信中，必須將基帶信號載在高頻上才能發射出去；

(2)改善系統性能；

(3)實現信道復用，提高信道利用率。1.4.３調制

所謂調制，就是用需要發送的信號去控制1.4.4解調

一個完整的通信系統，在接收端，解調就是將“寄生”在載波或者光波上的信號“取”下來并盡量恢復原有信號的“真實度”。因此，解調就是調制的逆過程。根據發送的信號特點(模擬信號或數字信號)，解調又分為模擬解調和數字解調。根據信號“寄生”在載波上某個參數的不同(幅度、頻率、相位)，解調又劃分為三種不同的方式，即幅度解調、頻率解調、相位解調。這三種解調方式又有多種解調的方法。另外，在一定的條件下，三種解調方式可以互相轉換。具體內容將在后續章節中進一步講述。1.4.4解調

一個完整的通信系統，在接收端，解調就*教學內容項目實驗2話路終端信號發送電路一、實驗目的(1)了解語音信號在通信話路終端的傳輸過程；(2)熟悉通信話路終端濾波器的帶寬與幅頻特性曲線。

二、實驗電路工作原理話路終端信號發送電路示意圖如圖1.9所示。它由以下幾個部分組成：(1)模擬信號輸入選擇開關J001；(2)模擬信號輸出選擇開關J002；(3)話路終端信號隔離電路和放大電路。*教學內容項目實驗2話路終端信號發送電路一、實驗目圖1.9話路終端信號發送電路示意圖圖1.9話路終端信號發送電路示意圖該系統電路的作用是：

(1)對信源和系統編碼電路進行隔離，使電路穩定工作；

(2)可對模擬信號的幅度進行放大和減小，使編碼電路工作在正常編碼狀態。

話路終端信號發送電原理圖如圖1.10所示,通過該電路可以進行PAM、PCM、Δ-Σ三部分電路實驗，將在后面的實驗中分別介紹。該系統電路的作用是：

(1)對信源和系統編碼電路進圖1.10話路終端信號發送電原理圖圖1.10話路終端信號發送電原理圖

三、實驗內容

1.通信話路終端發送放大器實驗

了解電路的組成及工作原理，掌握話路終端信號處理流程。

2.隔離電路和放大電路

了解隔離電路和放大電路的構成與作用，熟悉濾波器的帶寬及幅頻特性曲線并學會用示波器測量信號。三、實驗內容

1.通信話路終端發送放大器實驗

四、實驗步驟及注意事項

(1)跳線開關設置：選擇J001的外加模擬輸入方式。

(2)外加300~3400Hz信號從S001進入。

在外加模擬信號輸入端S001處，用外加信號源輸入800Hz音頻信號，用示波器在TP02、TP03處觀察測量，在該點信號輸出幅度應不失真，如有削頂失真則減小外加信號源的輸出幅度或調節RP03。在TP03處觀察其通信話路終端發送濾波器輸出波形。四、實驗步驟及注意事項

(1)跳線開關設置：選擇(3)改變外加信號源的頻率，分別為300Hz、800Hz、1.6kHz、2.4kHz、4kHz，在測量點TP03處用示波器觀測其通信話路終端濾波器的帶寬，并繪出幅頻特性曲線，掌握通信話路終端語音信號傳輸的幅頻特性。(3)改變外