第一節(jié)通信系統(tǒng)(二章)

第一節(jié)通信系統(tǒng)主要內(nèi)容： 一、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成 二、信號描述方法及分類 三、信道的分類 四、通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)一、通信系統(tǒng)的構(gòu)成 通信的定義：傳遞信息的過程就叫做通信。 通信方式的演變： 古代：靠手勢、動作和表情進(jìn)行交流通信技術(shù)電子技術(shù) 現(xiàn)代（信息時(shí)代）：與多種高新技術(shù)緊密結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)自動控制技術(shù)人工智能……1.1通信的發(fā)展歷史1.1通信的發(fā)展歷史1.1基本概念語音和文字通信階段電通信階段電子信息時(shí)代1.1通信的發(fā)展歷史 時(shí)間：19世紀(jì)30年代以前 通信方式：交談、人力、馬力、烽火臺……1.1基本概念語音和文字通信階段 技術(shù)特點(diǎn)： 滲透了聽技術(shù)、視技術(shù)、光通信技術(shù)等； 通信方式簡單，內(nèi)容單一； 通信受到環(huán)境、距離等自然條件的限制。1.1通信的發(fā)展歷史 時(shí)間：19世紀(jì)30年代～1907年（莫爾斯） 通信方式：電報(bào)、電話、無線電……1.1基本概念電通信階段電通信階段為通信技術(shù)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，加快了通信的發(fā)展進(jìn)程，豐富了通信的內(nèi)容。 基本原理：根據(jù)電磁感應(yīng)原理和電磁輻射理論，利用電磁波（或電流）傳輸文字、語音。1.1通信的發(fā)展歷史 時(shí)間：1907年電子管問世至今 通信方式：廣播、電視、傳真、雷達(dá)、微波、光纖、衛(wèi)星……1.1基本概念電子信息時(shí)代 通信內(nèi)容：語音、數(shù)據(jù)、文字、音樂、圖像…… 通信理論：調(diào)制理論、信號和噪聲理論、信號檢測理論、信息論、信源統(tǒng)計(jì)特性理論、糾錯編碼理論、脈沖編碼技術(shù)（PCM）……1.2.1通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的一般模型1.1基本概念信源變換器信道反變換器信宿噪聲/干擾信息產(chǎn)生的源泉信息的接收者傳遞信息的通道將信源發(fā)出的信息變換成便于傳輸?shù)男盘?，即編碼接收信道中的信號，并將其變換成與發(fā)送時(shí)物理形式相同的信息，即譯碼整個(gè)系統(tǒng)噪聲與干擾的總折合1.2通信系統(tǒng)的構(gòu)成1.2.2通信系統(tǒng)的模型 幾點(diǎn)說明： 圖示通信系統(tǒng)是一對一的單向通信系統(tǒng)，雙向通信需要另一個(gè)方向相反的系統(tǒng)； 多個(gè)信源對多個(gè)信宿進(jìn)行通信時(shí)，通常要在信道中加入交換設(shè)備，構(gòu)成通信網(wǎng)絡(luò)； 圖示通信系統(tǒng)是一個(gè)抽象模型，它概括地反映各種通信系統(tǒng)的共性，根據(jù)研究對象與研究問題的不同，還會有不同形式的具體通信系統(tǒng)模型。1.1基本概念1.2.2通信系統(tǒng)的模型 (a)單工；（b）半雙工；（c）全雙工二、信號描述方法及分類通信信號：專指控制、攜帶、傳遞信息的電信號。電信號的描述方法：時(shí)域法和頻域法時(shí)域法：研究信號的電量（電壓、電流或功率）隨時(shí)間的變化情況，通常以波形的方法進(jìn)行觀察。頻域法：信號的電量在頻率中的分布情況，通過頻譜分析儀觀察。2.1信號描述方法以頻率劃分，分為基帶信號和頻帶信號?；鶐盘枺何唇?jīng)過調(diào)制的低頻信號。頻帶信號：調(diào)制過的高頻信號。以參數(shù)的狀態(tài)劃分：模擬信號：時(shí)間上連續(xù)，任意時(shí)刻的信號值都是它的一部分，狀態(tài)連續(xù)。數(shù)字信號：離散且有限。常見如二進(jìn)制信號2.2信號的分類2.2信號的分類周期信號：每隔固定的時(shí)間又重現(xiàn)本身的信號，固定時(shí)間稱為周期。如測試正弦信號。非周期信號：無上述固定時(shí)間，語音信號。確定信號：可以用明確的數(shù)字表達(dá)的信號。隨機(jī)信號：不可預(yù)知，寫不出確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式。2.2信號的分類2.3模擬信號與數(shù)字信號 定義：代表消息的電信號及其參數(shù)（幅度、頻率或相位）隨消息連續(xù)變化的信號。 特點(diǎn)：幅度連續(xù)，在時(shí)間上可以連續(xù)（連續(xù)的模擬信號），也可以不連續(xù)（離散的模擬信號，或稱抽樣信號）。連續(xù)模擬信號f(t)t離散模擬信號f(nT)t2.3模擬信號與數(shù)字信號 定義：在時(shí)間上和幅度上均取有限離散數(shù)值的電信號。 特點(diǎn)：幅度離散，在時(shí)間上也是離散的。1.3通信信號f(nT)tA0f(nT)tA00101110011f(nT)tA0-AA/2-A/2數(shù)字信號與模擬信號的不同點(diǎn)在于:數(shù)字信號不直接與消息相對應(yīng)2.3模擬信號與數(shù)字信號注意：時(shí)間和幅值均為連續(xù)的信號稱為模擬信號；時(shí)間離散的，幅值連續(xù)的信號稱為抽樣信號；時(shí)間和幅值均為離散的信號稱為數(shù)字信號。 并非所有的離散時(shí)間信號都是連續(xù)信號的抽樣信號(samplingsignal)。如人口的年平均出生率，紐約股票市場每天的Dow-Jones指數(shù)等，就是這樣的離散時(shí)間信號。(a)為連續(xù)信號;(b)為離散信號;(c)為離散信號，也為數(shù)字信號。2.3模擬信號與數(shù)字信號能量信號：能量有限E<無窮大功率信號：功率有限P<無窮大能量信號有零平均功率功率信號有無窮大能量2.4能量信號與功率信號3.1有線信道與無線信道有線信道：由有型的介質(zhì)構(gòu)成。雙絞線、同軸電纜、光導(dǎo)纖維。無線信道：包含了從發(fā)送端到接收端之間的無線空間。電磁波傳送信息。頻率范圍很寬，從極低的頻率一直到微波波段。三、信道及其分類3.2信道對輸入信號作用的數(shù)學(xué)模型 ei(t)信道的輸入信號，即發(fā)送設(shè)備的輸出信號；

eo(t)信道的輸出信號，即接收設(shè)備的輸入信號；

k(t)信道的衰減系數(shù)，對恒參信道而言是一個(gè)常數(shù)；

n(t)信道中疊加的噪聲，加性噪聲。

物理意義：輸入信號輸出信號有比例意義，發(fā)送的信號越強(qiáng)，接收的信號也越大；信道使信號在傳輸過程中受到衰減，衰減量隨時(shí)間變化；無論發(fā)送端是否發(fā)送信號；接收端都會收到加性干擾。3.3常見通信信道 雙絞線：一對絞合在一起的相互絕緣導(dǎo)線。 傳輸長度短； 頻率較低； 常用于計(jì)算機(jī)之間的連接線路，或是與端局交換機(jī)之間的通信線路。3.3常見通信信道 同軸電纜 結(jié)構(gòu)：如圖1.4通信線路纖芯屏蔽層內(nèi)襯層外護(hù)套 優(yōu)點(diǎn)：壽命長、通信容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、外界干擾小、可靠性高和維護(hù)便利等。粗纜最大傳輸距離達(dá)到500m，細(xì)纜185m 分類：50Ω同軸電纜：適于傳輸基帶數(shù)字信號，常用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)或電話系統(tǒng)的遠(yuǎn)程傳輸；0.26cm75Ω同軸電纜：又稱寬帶同軸電纜主要用于模擬傳輸系統(tǒng)，是CATV的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜。1.27cm3.3常見通信信道 光纖 形式：很細(xì)的、可彎曲的、能傳導(dǎo)光束的介質(zhì)。 傳輸原理：利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖完成通信。 結(jié)構(gòu)：1.4通信線路外殼纖芯包層塑料制成，可吸收光線、防止串音、保護(hù)外層表面。透明玻璃制成，纖芯的折射率高于包層，可形成光波導(dǎo)效應(yīng)，使大部分光被束縛在纖芯中傳輸。3.3常見通信信道 光纖 分類：1.4通信線路單模光纖(8um)多模光纖（62.5um）單模與多模光纖比較單模光纖多模光纖光纖中只傳輸一種模式細(xì)芯，要有激光源端接難色散小、效率高價(jià)格昂貴適于長距與高速場合光纖中存在多種傳輸模式粗芯端接容易色散大、效率低價(jià)格較便宜用于短距與低速場合3.3常見通信信道 光纖 優(yōu)點(diǎn)： 傳輸頻帶寬，通信容量大； 傳輸損耗低，中繼距離長； 抗雷電和電磁的干擾性好； 體積小、重量輕。 缺點(diǎn)：接續(xù)困難，光接口比較昂貴。1.4通信線路光纖是通信領(lǐng)域中重要的傳輸媒質(zhì)，為數(shù)據(jù)通信、遠(yuǎn)距離通信、寬帶高速通信和海底傳輸系統(tǒng)提供了良好的傳輸環(huán)境。3.3常見通信信道 微波無線電(見書本P11頁) 形式：將地球上的大氣作為電磁波的長距離傳送介質(zhì)。 應(yīng)用場合：作為陸上無線電系統(tǒng)的傳送介質(zhì)。 優(yōu)點(diǎn)： 跨越自然障礙和阻隔的能力強(qiáng)，最適合于移動通信； 成本低、中繼距離遠(yuǎn)、傳輸質(zhì)量比較穩(wěn)定。 缺點(diǎn)： 雨雪天氣易產(chǎn)生吸收損耗，不利地形或環(huán)境易造成衰落現(xiàn)象，引起較高的誤碼率； 保密性差。1.4通信線路四、通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) 衡量通信系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本指標(biāo)：有效性和可靠性

有效性：傳輸一定的信息量所消耗的信道資源數(shù)（帶寬或時(shí)間）；

可靠性：接收信息的準(zhǔn)確程度。 這兩個(gè)指標(biāo)通常是矛盾的，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行權(quán)衡。4.1模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性：有效傳輸帶寬度量。帶寬越窄，有效性越好?？煽啃裕盒旁氡榷攘?。信噪比越大，通信質(zhì)量越高。電話要求20dB，電視圖像要求40dB。分貝：表示兩種電或聲功率之比的一種單位,它等于功率比的常用對數(shù)的10倍——縮寫為dB 10lg(P1/P2)20lg(V1/V2)4.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性：傳輸速率；可靠性：差錯率。差錯率計(jì)算的相關(guān)知識：碼元：單個(gè)的數(shù)字符號構(gòu)成數(shù)字信號的基本單位。 2進(jìn)制符號：0、1； 8進(jìn)制符號：0、1、2、3、4、5、6、7； 10進(jìn)制符號：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9； 16進(jìn)制符號：0、1、2…a、b、c、d、e、f由于傳送的時(shí)候采用二進(jìn)制比特流；而所謂碼元就是單個(gè)數(shù)字符號對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的內(nèi)容。4.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)八進(jìn)制00001001201030114100510161107111十進(jìn)制00000100012001030011401005010160110701118100091001十六進(jìn)制0000010001…1001a1010b1011c1100d1101e1110f11114.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)信息量計(jì)算：一個(gè)二進(jìn)制碼元的信息量為1bit,一個(gè)M進(jìn)制碼元的信息量為log2Mbit。（8進(jìn)制碼元的信息量3bit；10進(jìn)制碼元的信息量4bit；16進(jìn)制碼元的信息量為4bit。）碼元速率：單位時(shí)間傳送的碼元數(shù)RS。稱為波特率Bd。信息速率：單位時(shí)間傳輸?shù)男畔⒘縍b。 Rb=

RS×

log2M頻帶利用率：所傳輸?shù)男畔⑺俾剩ɑ蚍査俾剩┡c系統(tǒng)帶寬之比值，其單位為bit/s/HZ。差錯率：用誤比特率和誤碼元率表示 誤比特率Pb=誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù) 誤碼