通信系统复习资料.doc

1.通信系统一般模型和各部分作用信息源（信源）：指发出信息的信息源头收信设备（信宿）：信息的接收者发送设备：发送设备的任务是完成信息源与传输媒介之间的匹配，即对从信源来的信号进行处理，使之转换为适合于媒介传输的信号形式。传输媒介：用以传送信息的媒介称为传输媒介，其特性决定了发送设备应采用的信号变换方式。干扰：通信系统中，信号通过媒介一般要经过长距离的传输，传输过程中不可避免地要受到外界的干扰，如天电干扰、人为干扰、包括汽车点火系统等其他设备都可能干扰到通信系统的信号传输。接收设备：（1）对接收信号进行与发送设备相反的变换处理，以便恢复发送端信息源送出的信号。（2）由于接收的信号已叠加有噪声干扰，接受设备应尽可能地抑制干扰，使所恢复的信号尽可能准确。 2.数字通信系统信源编码：目的是提高系统的传输有效性。作用一是完成模拟信号向数字信号的转换，二是实现数字信号的压缩编码 。方法：抽样、量化、编码信道编码与解码：目的是为了降低误码率，提高数字通信的可靠性。基本思想是信息码元序列上附加一些监督码元。基本方法是检错重发，前向纠错，混合纠错。加解密：目的是提高系统的安全性。基本原理是信息码元序列与伪随机序列码模二和。数字调制：是将基带信号频谱搬移到指定频段上而成为频带信号的过程。常用的调制方式：有幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）、相位键控（PSK、DPSK）。3.通信系统的质量指标有效性：是指在给定的信道上单位时间所能传送信息的多少，主要是速度。模拟通信系统,用给定信道（即给定带宽）内可传话路数的多少来衡量。数字通信系统，是以在给定信道内信息传输速率Rb来衡量可靠性：是指接收端所恢复信号的准确程度，主要是质量 。模拟通信系统,用接收设备输出端的信噪比（平均信号功率与噪声功率之比）来衡量。数字通信系统，用比特或符号的错误概率来衡量。 4.无线电通信定义：无线电通信是指利用无线电波传播信息的通信方式.优点：与有线通信方式相比，无线电通信具有通信建立迅速、通信距离远、机动灵活和组网容易等优点；缺点：衰落严重，易受天电等外界干扰，容易被截获和窃听等长波（千米波）：101km低频（LF）30300KHz；中波（百米波）：1000100m中频（MF）3003000KHz；短波（十米波）：10010m 高频（HF）330MHz超短波（米波）：101m甚高频（VHF）30300MHz无线电通信主要分为短波通信、超短波通信、微波中继通信、移动通信、卫星通信等。无线电波主要有以下四种传播方式：地波传播、天波传播、视距传播、散射传播。4.1某系统在125s内传输256个二进制码元，计算信息传输速率；若该系统在2s传输时间内有3个码元产生错误，试问其误码率是多少误比特率为：误符号概率为：4.2已知八进制数字信号的码元传输速率为1600Baud，试问它的信息传输速率是多少？5.短波信道和超短波信道的特性短波通信主要依靠天波和地波两种传播方式；超短波主要传播方式为直线视距传播。地波传播具有以下基本特性：（1）受到大地的吸收（2）具有绕射能力（3）传播稳定6.电离层：离地面约60450公里的空间由低到高可分为D（6090km）、E（90150km）、F1（150200km）和F2（200450km）四个导电层7.超短波通信的优点是：频带宽，通信容量大；天线方向性强，有利于抗干扰；受昼夜和季节变化的影响小，通信较稳定。其缺点是：通信距离较近，受地形地物的影响较大，电波通过山岳、丘陵、丛林地带和高大建筑物时，会被部分吸收和阻挡，使通信困难或中断。8. 超短波通信特点：（1）通信距离在视线范围之内，超短波电波传播路径主要为直射波，由于地球表面是弯曲的，加之电波绕射能力差，地形、地物对传播质量有一定的影响，一般用于较近距离通信。（2）超短波通信不受气候、昼夜变化的影响，传播稳定。（3）天线可用尺寸小、结构简单、增益较高的定向天线。这样可用较小的发射机。（4）便于实施多路通信。（5）调制方式通常用调频制，可以得到较高的信噪比。通信质量比短波好。（6）接收点的场强有波动现象9.短波在电离层中的传播特性9.1最高可用频率（MUF）指在实际通信中，能被电离层反射回地面的最高频率。FOT称为最佳工作频率。一般情况下FOT=0.85MUF。9.2传输模式：单跳模式、2E模式、多跳模式9.3多经传播：电波可以通过若干路径和不同的传输模式到达接收端，这种现象就称为多径传播。9.4衰落：短波在电离层传播过程中，由于多径传播等原因，使接收端的信号出现叠加（干涉），接收信号的强度出现忽大忽小的随机起伏，称为衰落。多径干涉是引起衰落的主要原因，此外电离层特性的变化等因素也会引起衰落。出现时间长短：快衰落和慢衰落；根据衰落产生的原因，可分为以下3种衰落。干涉衰落、吸收衰落、极化衰落。采用分集接收技术、时频调制技术以及差错控制技术来对抗衰落1）干涉衰落特征：具有明显的频率选择性；衰落信号的振幅服从瑞利分布；干涉衰落是一种快衰落。采用频率分集的方法克服这种衰落2）吸收衰落：接收点信号幅度的变化比较慢，其周期从几分钟到几小时（包括日变化）。对短波整个频段的影响程度是相同的（不存在频率选择性）。克服吸收衰落，除了正确地选择频率外，在设计短波线路时只能靠留功率余量来补偿电离层吸收的增大。3）极化衰落：克服方法采用极化分集9.5相位起伏（多普勒频移）：短波在传播过程中存在多径效应，不仅使接收点的信号振幅发生随机变化，也使信号的相位起伏不定9.6静区：地波和天波都覆盖不到，形成了短波通信的寂静区，简称静区9.7昼夜间信号差别：1）听收音机时，常会遇到夜间收到的信号多而强，白天收到的信号少而弱的现象。试解释该现象：电离层的层数、各层的高度和电子密度在白天和夜间是不同的。在白天，电离层的电子密度较大，而且存在D层。当电波穿过D层时受到的吸收很大，再加上E层和F层的吸收，反射到地面的电波很弱，只有少数在有效通信距离内大功率发信机送来的电波较强，故收信机在白天收到的信号弱而少；在夜间，D层消失，而且E层和F层的电子密度减小，这样电波受到的吸收大大减小，反射到地面的电波较强，故收信机在夜间收到的信号多而强。2）听收音机时，常会遇到白天收到的信号到了夜间就消失的现象。试解释该现象。在夜间，由于电离层电子密度减小，本来白天由E层反射的电波，夜间则改由F层反射了。F层比E层高，形成的静区就大。本来某收信机白天位于A电波反射后的可收听区，到夜间则位于A电波反射后的静区了。这样，有些在白天可收到的信号，到夜间反而收不到的。10.短波通信系统现代短波通信系统一般由带自适应链路建立功能的收发信主机、自动天线耦合器、电源以及一些扩展设备，如高速数据调制解调器、大功率放大器等部分组成10.1短波信道对数据传输的影响1）多径效应引起的衰落使传输的数据信号幅度减小，甚至完全消失，这是造成短波数据通信中出现突发错误的主要原因。2）多径效应引起的波形展宽是传输的数据码元间互相串扰，这是限制数据速率的主要原因。3）电离层快速运动和反射层高度变化引起的多普勒频移，使发射信号要的频率结构发生变化，相位起伏不定，从而造成数据信号的错误接收。10.2短波数据传输系统的抗多径和抗衰落的措施1）高频自适应技术；2）抗衰落性能良好的调制键控技术3）分集接收技术；4）差错控制技术10.3时频组合调制时频调制是一种组合调制，由时移键空（TSK）和频移键控（FSK）组合而成的时频调制（FTSK）。优点：具有良好的抗衰落性能；具有强的抗电台干扰和抗多径的能力；若某一二进制数据流为100011100试画出其TSK、FSK、FTSK波形10.4分集接收技术概念：分集接收技术是指接收端消息的恢复是在多重接收的基础上，利用接收到的多个信号的适当组合或选择，来缩短信号电平陡降到不能利用的那部分时间，从而达到提高通信质量和可通率的技术分集方式：有空间分集、时间分集、极化分集和角度分集等合并方式：选择式合并方式、等增益合并方式、最大比值合并方式11.短波自适应通信11.1短波自适应通信的基本概念原因：短波通信主要依靠天波进行，而电离层反射信道是一种时变色散信道，其特点是路径损耗、时延散布、噪声和干扰等都随频率、地点、季节、昼夜的变化不断变化，实时避开干扰，找出具有良好传播条件的无噪声信道是提高短波通信质量的主要途径任务：实时地跟踪和补偿短波信道的时变特性，保持通信的最佳化。 作用：有效改善了衰落现象 ；有效克服了“静区”效应 ；提高了短波通信的抗干扰能力；缩小了白天和夜间接收信号质量的差别；有效拓展了短波通信业务范围。11.2短波自适应通信技术发展的三个阶段1）频率管理系统，特点是通信与探测分离，探测设备昂贵2）2G-ALE通信系统 ，基本功能：RTCE功能、自动扫描接收功能、自动建立链路功能、信道自动切换功能、选址呼叫功能特点：在通信系统中直接采用RTCE技术，对短波信道进行探测、评估和通信一并完成的短波自适应电台。这种电台能够实时选择出最佳的短波通信信道，减少了短波信道的时变、多径和噪声等对通信的影响，使得短波通信频率随信道条件变化而改变，从而确保通信始终在质量最佳的信道上进行。成本大大降低，操作也变得非常方便3）3G-ALE通信系统 特点：波形3G-ALE链路建立和数据传输采用统一的8PSK调制；信道分离3G-ALE系统将呼叫信道与数据流信道分离，并保持数据信道与呼叫信道相邻，以使它们在传输特性上保持一致；同步链路；驻留组划分；划分时隙12.短波通信具有很多其他通信方式无法比拟的优势1）不需接力站中继即可实现远距离的通信，因而建设和维护费用低，建设周期短；2）通信设备简单，可以根据使用要求固定设置、进行定点固定通信。也可以背负或装入车辆、舰船、飞行器中进行移动通信；3）电路调度容易，临时组网方便、迅速，具有很大的灵活性；4）短波通信对于自然灾害或战争的抗毁性较强。通信设备体积小，容易隐蔽，便于改变工作频率以躲避干扰和窃听，破坏后容易恢复13.短波通信的主要发展方向 ：采用实时选频技术，以选择最佳信道；采用各种自适应技术，以适应变参和干扰严重的短波信道；采用新的调制制度、分集接收技术、差错控制技术和压缩扩张技术等，进一步提高短波通信抗衰落和抗干扰的性能。 14.软件无线电技术概念：所谓软件无线电，就是说其通路的调制波形是由软件确定的优势：为技术和产品的研究开发提供一个全新通用无线通信平台，大大降低了开发成本和周期；为设备制造商降低投资风险，提高经济效益；为运营商降低投资风险 ；为最终用户提供了一个通用的终端设备平台 组成：天线、宽带A/D-D/A转换器、通用和专用数字信号处理器以及各种软件关键技术：宽带/多频段天线；A/D/A转换器件；DSP技术；实时操作系统14.1短波软件无线电软件无线电的优势：系统结构通用化；互操作性强；模块复用；开发周期短；功能实现灵活短波软件无线电的关键技术：宽带/多频段天线；开放式模块化结构的实现；可编程DSP模块；RF数字化；数字下变频（DDC）技术15.卷积码15.1编码过程an-1an-2输入序列+g2g3+ ，an+2 an+1， ang1g1=ang2=an+ an-2g3=an+ an-1+ an-2卷积码（3，1，3）编码器生成函数卷积码表示形式：（n， k， N）k: k个信息位n: n位输出N:N-1段输入移位寄存器16，微波中继通信16.1微波通信的概念：微波通信是利用微波作为载波来携带信息，并通过自由空间电波传送信息。300MHz300GHz。视距传输特性16.2微波中继通信的概念：微波中继通信是利用微波的视距传输特性，采用中间站转发的方式达成的远距离多路通信16.3微波中继通信的特点：通信频带宽；抗电磁干扰能力强；通信机动性好；天线增益高、方向性强；建设成本低、周期短16.4微波中继线路的组成：终端站和中间站（转发站和枢纽站）16.5四种中继方式：音频转发中继；数字转发中继；中频转发中继；高频转发中继16.6简述利用微波进行远距离通信时，为什么要采用中间站转发的方式1）微波工作频率高，波长短，能穿透电离层，不能利用天波进行远距离传播。2）由于地球表面为球面，再加上地物地貌的影响使得视距传播距离受限。16.7数字转发为什么噪声不会积累：因为数字转发时，数字信号没有经过解码和重新编码的过程，量化噪声不会增加；另外，每一个中间站对数字信号都要经过信码再生，在信码再生过程中可以消除在信道传输过程中所加入的噪声，及其他原因引起的码元畸变，所以，信号在线路上传输过程中噪声不会积累。17.频分复用：是指按照频率的不同来复用多路信号的方法。时分复用：是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法。17.1时分多路通信的实现步骤：1）时隙分配2）信码选通3）信码合路4）信码分路17.2若一路信码的码型为10001101，二路信码的码型为00011100，三路信码的码型为11001010请写出合路信码的码型。10100100001011111000110018.同步分类：载波同步、位同步、群同步和网同步。18.1帧同步的作用:实现收、发两端的同步工作。方法：逐码移位同步法、置位同步法基本原理：调整收端本地帧同步码的相位，使之与收到的的总信码中的帧同步码对准。逐码移位的工作过程: 同步搜索；同步校核；同步保护置位同步法工作过程: 同步捕捉；同步保护19.数字复接技术复接：若干个基群组成一个高次群。分接：一个高次群分成若干个基群20.电波自由空间传播20.1无方向天线辐射，单位面积接收功率其中pt为辐射源功率。显然，p0可理解为在与辐射源相距d的单位面积上所接收的功率20.2有向天线辐射，单位面积接收功率则与有向天线发射源相距d处的单位面积所接收的功率pr为：20.3有效接收面积内接收到的功率：若接收机与辐射源（发射机）相隔的距离为d，接收天线的有效面积为A，则所接收的信号载波功率pr为（假定辐射源是定向辐射，其天线增益为Gt） 20.4自由空间传播损耗：在不考虑发射与接收天线增益的情况下（即Gt、Gr都为1）发射功率与接收功率之比定义为自由空间传播损耗，记作Lf。Lf的单位为dB；d的单位为km；f的单位为GHz。Lf=92.44+20lgd+20lgf式中，Lf的单位为dB；d的单位为km；f的单位为MHz Lf=32.44+20lgd+20lgf21.地面效应：表现在传播路径上障碍物阻挡或部分阻挡引起的附加损耗，以及平滑地面对电波的反射所引起的多径传播，进而产生接收信号的干涉衰落。菲涅尔余隙：障碍物顶点至发送天线和接收天线直线间的距离。未受阻挡视通时为正，阻挡时为负。大气效应：表现在大气吸收损耗以及降雨和大气折射引起的损耗三个方面22.衰落及抗衰落技术衰落定义：在无线通信的信道传输过程中，由于大气及地面的影响而发生传播损耗及传播延时随时间变化的现象衰落分类：根据其频率特性分为非频率选择性衰落（又称平衰落）和频率选择性衰落根据其时间特性分为快衰落和慢衰落。衰落影响：1）接收电平降低，无法保证正常通信2）接收波形畸变，产生严重的误码3）传播延时变化，破坏与时延有关的同步。4）在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影响某些跟踪过程。抗衰落技术：1）减少通信距离；增加发送功率；调整天线高度；选择合适路由；2）在移动通信中采用微蜂窝、直放站；3）采用分集技术、均衡技术、瑞克技术、纠错技术等。非频率选择性衰落主要体现为接收电平的降低；衰落储备法。频率选择性衰落主要是由于多径效应引起的；采用分集技术、均衡技术、瑞克技术、纠错技术等22.1分集技术原理：利用无线传播环境中来自不同途径的多径信号的统计独立性进行合并，从而实现分集分类：空间分集、极化分集、频率分集、时间分集合并方式：选择式合并、最大增益合并、最小色散合并、最大比合并22.2瑞克接收：RAKE接收就是通过多个相关检测器接收多径信号中各路信号，并把它们合并在一起对时间上扩散的信号进行分集，尽可能多的获取信号能量。22.3均衡是指对信道特性的均衡，即接收端的均衡器产生与信道特性相反的特性，用来减小或消除因信道的时变多径传播特性引起的码间干扰 。均衡器分类：频域均衡器，时域均衡器；线性均衡器，非线性均衡器23.联合编码将信源编码和信道编码一起进行编码优点是设计简单、通用性好，可以分别形成标准。缺点是没有充分利用各自的优势，因而不是最佳的24.卫星通信定义：地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作中继站而进行的通信卫星分类：按轨道分为赤道轨道卫星、极轨道卫星、倾斜轨道卫星；按轨道高度分为低高度卫星、中高度卫星、高高度卫星；按卫星运转周期与地球自转周期是否相同可分为同步卫星（静止卫星）和非同步卫星；卫星通信系统分类：按通信覆盖范围分国际卫星通信系统、国内卫星通信系统、区域卫星通信系统；按用户性质分公用卫星通信系统、专用卫星通信系统、军用卫星通信系统；按基带信号体制分数字制卫星通信系统、模拟制卫星通信系统；按业务分固定业务卫星通信系统、移动业务卫星通信系统、广播业务卫星通信系统、科学试验卫星通信系统；按多址方式分频分多址卫星通信系统、时分多址卫星通信系统、空分多址卫星通信系统、码分多址卫星通信系统、混合多址卫星通信系统。卫星通信的优点：1）通信距离远，建站成本与通信距离无关2）以广播形式工作，便于实现多址联接3）通信容量大，能传递的业务类型多4）可以自发自收进行监测5）传播稳