第一章 通信概论

1、1 2 3 实现通信过程的实现通信过程的全部技术设备全部技术设备 和信道和信道( (媒质媒质) )的总和。的总和。 4 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 5 信源。信源。顾名思义，指信息产生的源头，可以是 人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如 语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散 的，也可以是连续的。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 6 种类及其功能多

2、样化，如编码、调制、 放大、滤波、发射等。发送器含有与传输线路匹配 的接口，其基本作用是将信源发出的信息转换成便 于传输的某种信号。模拟与数字通信系统两者的发 送器功能有很大差异。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 7 信道。信道。即信息传输通道，也是传递物质信号的 媒介。信道可以是明线、电缆、波导、光纤、无线 电波等。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 8 噪声源。噪

3、声源。是整个系统噪声与干扰的总折合，用以 表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。在任何 通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能 的重要因素。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 9 接收器。接收器。其作用主要是接收信道中的信号，并转 换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发 送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从 受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t)

4、s(t) r(t) g(t) n(t) 10 信宿。信宿。信息传输的目的地，即接收消息的人或 机器。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 11 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 信源产生的发送信息可表示为随时间变化的输入信 号g(t)，它。 g(t)需由发送设备， 既载有信源的信息，同时又。 12 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系

5、系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 通过信道后的信号为r(t)，接收设备对其进行相 对于发送的。 由于信号在传输中，逆变 换后的信号。 13 噪声的，为便于 分析，并考虑到，故通信模型 把噪声干扰集中在信道上表示为n(t)。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 14 信 源 发送设备 信 道 接收设备 信 宿 噪声源 同步 同步 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 数据通信系统中， (数据终端设备,

6、Data Terminal Equipment)，如计 算机之类的终端设备。 (数据电路端接设备, Data Circuit Terminating Equipment)。DCE有时也称作数 据通信设备(Data Communication Equipment)。 15 该通信模型示意图是原理性的，表面上描述的 是一个一对一的单向通信系统，但它却是 的一个抽象模型， 。 实际应用中通信系统往往是双向的，而且可能 是多个信源与多个信宿间的通信。如DCE到DCE， ，而是涉及比较复杂的 网络结构，包含交换技术、路由选择等内容；图中 的。 16 1.2.1 按信号特征分类按信号特征分类 17 18

7、19 20 信源 信源 编码 信道 编码 调制 信道 收信者 信源 译码 信道 译码 解调 噪声 干扰 21 信源 信源 编码 信道 编码 调制 信道 收信者 信源 译码 信道 译码 解调 噪声 干扰 22 23 信源 信源 编码 信道 编码 调制 信道 收信者 信源 译码 信道 译码 解调 噪声 干扰 24 25 26 数字通信的特点数字通信的特点 抗干扰能力强、可靠性高（可利用再生中继去除噪抗干扰能力强、可靠性高（可利用再生中继去除噪 声积累）声积累） 可以综合传递各种信息可以综合传递各种信息 易于加密易于加密 便于用现代数字信号处理技术对信号进行处理、滤便于用现代数字信号处理技术对信号进

8、行处理、滤 波、存储、变换等波、存储、变换等 传输中的差错容易控制，改善了传输质量传输中的差错容易控制，改善了传输质量 容易集成化容易集成化 优点：优点： 27 压缩频带压缩频带 提高频带利用率提高频带利用率 缺点缺点： 系统设备复杂，对同步要求高，占用频系统设备复杂，对同步要求高，占用频 带宽。带宽。 克服办法：克服办法： 选用宽频带的传输介质选用宽频带的传输介质 28 1.2.2 按消息的物理特征分类按消息的物理特征分类 传送数码与字母 电话 传真，电视 计算机通信 业业 务务 类类 型型 29 1.2.3 按传输介质分类按传输介质分类 通信 电缆、明线、双绞线、光纤 通信 包括长波、中波

9、、短波、超短 波、微波、卫星等 30 无无无无无无 线线线线线线 电电电电电电 波波波波波波 段段段段段段 划划划划划划 分分分分分分 频频 率率波长范围波长范围缩缩 写写传输媒质传输媒质主要用途或场合主要用途或场合 30300 kHz 104 103mLF（低频）（低频） 双绞线双绞线 无线电长波无线电长波 导航、信标、电力线导航、信标、电力线 通信通信 300k3 MHz 103 102mMF 中频中频 Middle 同轴电缆同轴电缆 无线电中波无线电中波 AM广播、业余无线广播、业余无线 电电 330 MHz 102 10mHF 高频高频同轴电缆同轴电缆 无无线线电电短波短波 移动电话、

10、短波广播移动电话、短波广播 业余无线电业余无线电 30300 MHz 10 1mVHF 甚高频甚高频同轴电缆同轴电缆 无无线线电电超短波超短波 FM广播、广播、TV、导航、导航 移动电话移动电话 300M 3GHz 100 10cmUHF 特高频特高频 Ultra 同轴线同轴线 波导波导 分米波无分米波无线线电电 TV 、遥测、雷达、遥测、雷达、 蜂窝电话，蜂窝电话，GPS 330 GHz 10 1cmSHF 超高频超高频波导波导 厘米波无厘米波无线线电电 微波通信、卫星通信、微波通信、卫星通信、 雷达雷达 30300 GHz 10 1mmEHF 极高频极高频 Extra 波导波导 毫米波无毫

11、米波无线线电电 微波通信、雷达、射微波通信、雷达、射 电天文学电天文学 105107 GHz 310-4 310-6cm 紫外、红外、紫外、红外、 可见光可见光 光纤光纤 激光激光 光通信光通信 31 电 磁 波 频 谱 图 32 1.2.4 按调制方式分类按调制方式分类 又称频带传输 对输入基带信号进行频域变换， 将其频带搬移到适合于信道传输的频带上 无线通信需要频带传输 信号未经调制直接传输 如市内电话局间传输，计算机局域网等 33 调制方式及用途调制方式及用途 调制方式调制方式用途用途 连连 续续 波波 调调 制制 线线 性性 AM常规双边带调幅常规双边带调幅广播广播 DSB抑制载波双边

12、带调幅抑制载波双边带调幅立体声广播立体声广播 SSB单边带调幅单边带调幅载波通信、无线电台、数传载波通信、无线电台、数传 VSB残留边带调幅残留边带调幅电视广播、数传、传真电视广播、数传、传真 非非 线线 性性 FM频率调制频率调制微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播 PM相位调制相位调制中间调制方式中间调制方式 数数 字字 ASK幅度键控幅度键控数据传输数据传输 FSK频率键控频率键控数据传输数据传输 PSK、DPSK、QPSK、MPSK等相位键等相位键 控控 数据传输、数字微波、空间通信数据传输、数字微波、空间通信 QAM、MSK等其它高效数字调制等其它高效数字调制（提高频带利

13、用率）数字微波、空间通信（提高频带利用率）数字微波、空间通信 脉脉 冲冲 调调 制制 脉脉 冲冲 模模 拟拟 PAM脉幅调制脉幅调制中间调制方式、遥测中间调制方式、遥测 PDM（PWM）脉宽调制）脉宽调制中间调制方式中间调制方式 PPM脉位调制脉位调制遥测、光纤传输遥测、光纤传输 脉脉 冲冲 数数 字字 PCM脉码调制脉码调制市话、卫星、空间通信市话、卫星、空间通信 DM、CVSD、DVSD等增量调制等增量调制军用、民用电话军用、民用电话 差分脉码调制差分脉码调制DPCM电视电话、图象编码电视电话、图象编码 ADPCM、APC、LPC等其它语音编码方等其它语音编码方 式式 中、低速数字电话中、

14、低速数字电话 34 1.2.5 按传输方向分类按传输方向分类 消息只能单方向传输。 通信双方都可以同时收发消息 通信双方中至少一方收、发消息时 需要在人工或自动的收/发转换装置控 制下进行。 35 单工双工半双工示意图 (a) 单工；单工； (b) 半双工；半双工； (c) 全双工全双工 发端信 道收端 发端 信 道 收端 发端 收端 (a) (b) 发端 信 道 收端 发端 收端 信 道 (c) 36 1.2.6 按数据传输并发性分类按数据传输并发性分类 串行传输 数据被数据被依次逐位依次逐位送出送出； 通常通常最低位最低位b0b0在先，最高位在先，最高位b7b7最后最后。 并行传输 数据各

15、位（数据各位（b0b7b0b7）被）被同时同时/ /同步同步送出送出； 需要需要N N条数据线条数据线； 在在单线速率相同单线速率相同情况下，情况下，数据传输速率数据传输速率可达可达 串行的串行的N N倍倍。 37 码组的串行传输码组的串行传输 38 码组的并行传输码组的并行传输 39 1.2.7 按数据传输是否分包按数据传输是否分包 同步传输同步传输 每个码元占用每个码元占用相等的时隙相等的时隙（time slottime slot）。）。 各码组（帧）之间以及各码元之间均不留各码组（帧）之间以及各码元之间均不留 间隔，接连传送间隔，接连传送 。 异步传输异步传输 每个码元占用相等的时隙。但

16、每个码元占用相等的时隙。但各码组（帧）各码组（帧） 之间间隔不等之间间隔不等，传送过程中需要在数据帧，传送过程中需要在数据帧 的开始和结尾处附加相应的的开始和结尾处附加相应的“起始码元起始码元”、 “终止码元终止码元”。常设置有。常设置有校验码校验码。 40 通信的根本任务就是迅速、准确地传递信通信的根本任务就是迅速、准确地传递信 息，两大主要性能指标：息，两大主要性能指标： 通信系统在给定信道内单位时间内所能传通信系统在给定信道内单位时间内所能传 输信息量的多少，即输信息量的多少，即传输效率传输效率。 传输信息的准确程度，即传输信息的准确程度，即传输质量传输质量。 41 1.3.1 模拟通信

17、的性能度量模拟通信的性能度量 模拟通信的有效性指标：有效传输带宽模拟通信的有效性指标：有效传输带宽 有效传输带宽是指有效传输带宽是指“正确正确”传输指定模拟信传输指定模拟信 号所需占用的模拟信道频带宽度。号所需占用的模拟信道频带宽度。 对于同一个模拟信源信号，不同的模拟调制对于同一个模拟信源信号，不同的模拟调制 方式，传输占用的信道带宽是不同的。占用方式，传输占用的信道带宽是不同的。占用 信道带宽越少，有效性越好。因为在一定的信道带宽越少，有效性越好。因为在一定的 信道资源（通频带）下，该种调制通信方式信道资源（通频带）下，该种调制通信方式 可以在单位时间传输更多的信息。可以在单位时间传输更多

18、的信息。 42 模拟通信的可靠性指标：均方传输误差模拟通信的可靠性指标：均方传输误差 在相同的信号发射功率、信道传输特性和在相同的信号发射功率、信道传输特性和 信道噪声级别下，通信系统输出的模拟波信道噪声级别下，通信系统输出的模拟波 形与输入波形越接近，均方传输误差越小，形与输入波形越接近，均方传输误差越小， 可靠性越高。可靠性越高。 2 0 ( )( ) i Df tf t 43 1.3.2 数字通信的性能度量数字通信的性能度量 数字通信的有效性指标：频带利用率数字通信的有效性指标：频带利用率 频带利用率频带利用率 信息速率 频带宽度 单位信道带宽内，所能达到的信息传输速率。单位信道带宽内，

19、所能达到的信息传输速率。 其值越大，有效性越好。其值越大，有效性越好。 两个概念：码元速率两个概念：码元速率R RB B，信息速率信息速率RbRb 44 码元速率码元速率 R RB B 又称又称传码率、波特率传码率、波特率； 每秒传送的每秒传送的码元数码元数； 单位单位波特波特(Baud)=(Baud)=符号符号/ /秒、码元秒、码元/ /秒。秒。 信息速率信息速率 RbRb 又称又称传信率、比特率传信率、比特率; ; 每秒传送的每秒传送的信息量信息量； 单位是单位是 bit/sbit/s，或英文缩写为，或英文缩写为bpsbps 45 对对二进制二进制信号：信号： 传信率和传码率有相同的数值；传信率和传码率有相同的数值； Rb2Rb2RB2RB2 对对N N进制进制信号：信号： 每个码元占