第一章概述1-1

1、 课程性质、地位、作用课程性质、地位、作用 人类社会进入人类社会进入2121世纪以来，以通信、计算机和信号处理为核心的世纪以来，以通信、计算机和信号处理为核心的 现代信息技术的迅猛发展，加速了经济全球化和社会信息化的进程。现代信息技术的迅猛发展，加速了经济全球化和社会信息化的进程。 尤其是以通信技术、计算机技术和信号处理技术融合为基础、以尤其是以通信技术、计算机技术和信号处理技术融合为基础、以 InternetInternet为代表的信息网络技术，正深刻影响着世界各国的政治、经为代表的信息网络技术，正深刻影响着世界各国的政治、经 济、科技、文化、教育、国防等各个领域，也不断改变着当今社会人济、

2、科技、文化、教育、国防等各个领域，也不断改变着当今社会人 们的工作、学习、生活、交流乃至娱乐方式。随着各种通信新技术、们的工作、学习、生活、交流乃至娱乐方式。随着各种通信新技术、 新手段、新系统的不断涌现，通信系统已成为现代信息基础设施的核新手段、新系统的不断涌现，通信系统已成为现代信息基础设施的核 心和信息网络最重要的组成部分。近几年来，与通信有关的信息类工心和信息网络最重要的组成部分。近几年来，与通信有关的信息类工 科专业已成为我国高等院校重点发展和建设的热门专业。作为通信工科专业已成为我国高等院校重点发展和建设的热门专业。作为通信工 程专业的学生，应广泛了解各种通信系统，扩展知识面，为以

3、后更好程专业的学生，应广泛了解各种通信系统，扩展知识面，为以后更好 的发展奠定厚实的基础。的发展奠定厚实的基础。 教学目标教学目标 通过本课程的学习，力求使同学们全面通过本课程的学习，力求使同学们全面 了解无线通信系统的了解无线通信系统的基本组成基本组成、工作原理工作原理、 所用技术所用技术、性能指标性能指标和和实际应用实际应用等内容。等内容。 第一章第一章 通信系统概述通信系统概述 一、基本概念一、基本概念 二、通信系统的分类二、通信系统的分类 三、通信方式三、通信方式 四、通信系统的质量指标四、通信系统的质量指标 五、无线电通信概述五、无线电通信概述 一、基本概念一、基本概念 （一）通信的

4、概念一）通信的概念 （二）通信系统的概念（二）通信系统的概念 （一）通信的概念一）通信的概念 1 1 通信：简单地说通信就是指通信：简单地说通信就是指信息信息的传递和的传递和 交换，包括人与人，人与机器，机器与机器交换，包括人与人，人与机器，机器与机器 之间的信息传递与交换。之间的信息传递与交换。 发发 信信 者者 收收 信信 者者 （一）通信的概念一）通信的概念 2 2 信息：信息：包含在包含在消息消息之中，是消息中包含的对收信者有之中，是消息中包含的对收信者有 意义的内容。信息的大小用信息量来描述，信息量的意义的内容。信息的大小用信息量来描述，信息量的 大小与事物发生的概率有关，事物发生的

5、概率越小，大小与事物发生的概率有关，事物发生的概率越小， 其信息量就越大；反之，事物发生的概率越大，其信其信息量就越大；反之，事物发生的概率越大，其信 息量就越小。息量就越小。 o“中了中了500500万万” （一）通信的概念一）通信的概念 3 3 消息：消息是以文字、语言、图消息：消息是以文字、语言、图 像、声音等形式，把事物运动状态像、声音等形式，把事物运动状态 或主观思维活动表达出来。或主观思维活动表达出来。 o“白日依山尽，黄河入海流。白日依山尽，黄河入海流。” o“I like you!”I like you!”、“I hate I hate you!” you!” （一）通信的概念

6、一）通信的概念 4.4.信号：信号是消息的载荷者，是把消息转换成信号：信号是消息的载荷者，是把消息转换成 的适合于在通信系统的信道中传输的物理量的适合于在通信系统的信道中传输的物理量 （电信号、光信号）。信号与消息之间的关系（电信号、光信号）。信号与消息之间的关系 是一一对应的，因而信号中也就包含了所有要是一一对应的，因而信号中也就包含了所有要 传输的信息传输的信息 。 （一）通信的概念一）通信的概念 消息消息 信息信息 信号信号 文字、语言文字、语言 等等 今天是今天是2014 年年4月月23日日 明天是明天是2014 年年4月月24日日 内容内容 形式形式 载体载体 电、光电、光 （一）通

7、信的概念一）通信的概念 5.5.信号的分类：信号的分类：信号按其时间上是否连续信号按其时间上是否连续 分为连续信号与离散信号。信号按其随消息分为连续信号与离散信号。信号按其随消息 而变化的参数取值是否连续，又可分为模拟而变化的参数取值是否连续，又可分为模拟 信号与数字信号。信号与数字信号。 （一）通信的概念一）通信的概念 (1)(1)连续信号：连续信号：连续信号是指随连续时间变化的信连续信号是指随连续时间变化的信 号，通常用号，通常用f(t)f(t)表示，信号的自变量表示，信号的自变量t t一定是连续一定是连续 的，而变量的取值可以是连续的，也可以是不连续的，而变量的取值可以是连续的，也可以是

8、不连续 的。的。 f(t)f(t) t t 0 0 话音信号话音信号 F(t) t （一）通信的概念一）通信的概念 (2)(2)离散信号：离散信号：离散信号是指时间变量是离散的、不连续的，也离散信号是指时间变量是离散的、不连续的，也 叫时间离散信号。而变量取值可以是连续的，也可以是离散的。叫时间离散信号。而变量取值可以是连续的，也可以是离散的。 通常表示为通常表示为f(nT)f(nT)。离散信号仅在时间变量的离散值上才有定义。离散信号仅在时间变量的离散值上才有定义。 f(nT)f(nT) t t 0 0 话音的采样信号话音的采样信号 （一）通信的概念一）通信的概念 (3)(3)模拟信号：模拟信

9、号：模拟信号是指其代表消息的某个参数（幅度、模拟信号是指其代表消息的某个参数（幅度、 频率、相位）完全随消息的变化而变化，好像模拟消息变化，频率、相位）完全随消息的变化而变化，好像模拟消息变化， 所以称这种信号为模拟信号。所以称这种信号为模拟信号。模拟信号是指信号的某一参量可模拟信号是指信号的某一参量可 以取无限多个值，并且这个参量直接与消息相对应的信号以取无限多个值，并且这个参量直接与消息相对应的信号。 t f(t) 0 语音信号波形语音信号波形 （一）通信的概念一）通信的概念 (4)(4)数字信号：数字信号：数字信号是指不仅在时间上是离散的，而且在幅度上也数字信号是指不仅在时间上是离散的，

10、而且在幅度上也 是离散的（即幅度只取有限个离散值）信号，通常表示为是离散的（即幅度只取有限个离散值）信号，通常表示为X(nT)，这，这 种信号常常不直接与消息相对应。例如电传电报信号、计算机信号、种信号常常不直接与消息相对应。例如电传电报信号、计算机信号、 数字电话信号、数字遥控遥测信号等数字信号。一般所所说的数字信数字电话信号、数字遥控遥测信号等数字信号。一般所所说的数字信 号是指用号是指用0、1表示的二进制信号。表示的二进制信号。 X(nT)X(nT) t t 0 0 莫尔斯电报信号莫尔斯电报信号 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 v v （二）通信系

11、统的概念二）通信系统的概念 1.通信系统的概念：通信系统是传送信息所需设备的总通信系统的概念：通信系统是传送信息所需设备的总 和和 。 2.通信系统一般模型通信系统一般模型 信息 源 发送设 备 传输 媒介 接收设备 收信 者 干扰 信息源（信源）和收信设备（信信息源（信源）和收信设备（信 宿）：宿）：信息源是指发出信息 的信息源头。可以是人也可 以是机器，在人与人之间通 信的情况下，信源是指发出 信息的人；在机器与机器之 间通信的情况下，信源是发 出信息的机器，如计算机或 其他机器。 2.通信系统一般模型通信系统一般模型 信息 源 发送设 备 传输 媒介 接收设备 收信 者 干扰 按照特定的

12、分类方式，不同的信源构成不同形式的通信系统，如对应语音形式信 源的是电话通信系统，对应文字形式信源的有电报通信系统和传真通信系统 等。收信者（信宿）可以是人，也可以是设备。 发送设备：发送设备：信息是通过传输 媒介进行传输的。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。 2.通信系统一般模型通信系统一般模型 信息 源 发送设 备 传输 媒介 接收设备 收信 者 干扰 比如，传输媒介是无线信道时，由于话音信号频率为 3003400Hz，很难通过天线辐射出去，必须在发送设备中通 过调制和变频的方法，将话音信号搬移到适合天

13、线辐射的较高 的射频频段进行发射，从而完成话音信号与传输媒介的匹配。 传输媒介（信道）：传输媒介（信道）：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。从 物理特性来分类，传输媒介可分为 有线和无线两类。有线传输媒介可 以是光纤或电缆；而无线传输媒介 根据不同的频段可划分为长波、中 波、短波、超短波、微波、激光等， 有较宽的频段。 2.通信系统一般模型通信系统一般模型 信息 源 发送设 备 传输 媒介 接收设备 收信 者 干扰 因在不同的频段，传输特性不一样，应用的环境要求也不同，因此需要用不同性 能的设备和配置方法与之相适应，从而构成不同的通信系统。我们后面将

14、要 学习的短波、微波中继、卫星和移动通信系统军事传输媒介为无线的通信系 统。 干扰：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。 2.通信系统一般模型通信系统一般模型 信息 源 发送设 备 传输 媒介 接收设备 收信 者 干扰 另外，通信设备本身在工作过程中也存在噪声和干扰，（通常热噪声总是 存在的，除非接收机的环境温度达到绝对温度的零度），因此干扰是 客观存在，不可避免的，但为了分析方便，一般将它集中表示。它不 是人为实现的实体，但在实际的通信系统中客观存

15、在。 接收设备：接收设备：接收设备的作用有 两个方面。 （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.通信系统一般模型通信系统一般模型 信息 源 发送设 备 传输 媒介 接收设备 收信 者 干扰 第一章第一章 通信系统概述通信系统概述 一、基本概念一、基本概念 二、通信系统的分类二、通信系统的分类 三、通信方式三、通信方式 四、通信系统的质量指标四、通信系统的质量指标 五、无线电通信概述五、无线电通信概述 二、通信系统的分类二、通信系统的分类 （一）按

16、传输信号的特征分类（一）按传输信号的特征分类 （二）按传输媒介的种类进行分类（二）按传输媒介的种类进行分类 （三）其它分类（三）其它分类 （一）一）按传输信号的特征分类按传输信号的特征分类 1.模拟通信系统模拟通信系统 2.数字通信系统数字通信系统 （一）一）按传输信号的特征分类按传输信号的特征分类 1.模拟通信系统模拟通信系统 信源发出的是模拟信号，在模拟信道上传输。信源发出的是模拟信号，在模拟信道上传输。 信 源 信 道 调 制 器 解 调 器 信 宿 噪 声 源 （一）一）按传输信号的特征分类按传输信号的特征分类 2.数字通信系统数字通信系统 信源发出的也是模拟信号，经信源编码后变成数字

17、信源发出的也是模拟信号，经信源编码后变成数字 信号，在数字信道上传输。信号，在数字信道上传输。 2.数字通信系统数字通信系统 信 源 信源编码器 信道编码器 加 密 器 数字调制器 信 道 数字解调器 解密器 信道译码器 信源译码器 信 宿 噪声源 2.数字通信系统数字通信系统 （1）信源编码）信源编码 目的：提高系统的传输有效性。目的：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换，二是实现数字信号的压缩编码 。 方法：抽样、量化、编码。方法：抽样、量化、编码。 信 源 信源编码器 信道编码器 加 密 器 数

18、字调制器 信 道 数字解调器 解密器 信道译码器 信源译码器 信 宿 噪 声 源 2.数字通信系统数字通信系统 （2）信道编码与解码：信道编码，又称差错）信道编码与解码：信道编码，又称差错 控制编码或可靠性编码或抗干扰编码。控制编码或可靠性编码或抗干扰编码。 目的：为了降低误码率，提高数字通信的可靠目的：为了降低误码率，提高数字通信的可靠 性。性。 基本思想：信息码元序列上附加一些监督码元基本思想：信息码元序列上附加一些监督码元。 基本方法：检错重发，前向纠错，混合基本方法：检错重发，前向纠错，混合 纠错。纠错。 信 源 信源编码器 信道编码器 加 密 器 数字调制器 信 道 数字解调器 解密

19、器 信道译码器 信源译码器 信 宿 噪 声 源 （2）信道编码与解码）信道编码与解码 基本思想：信息码元序列上基本思想：信息码元序列上 附加一些监督码元附加一些监督码元。 信 源 信源编码器 信道编码器 加 密 器 数字调制器 信 道 数字解调器 解密器 信道译码器 信源译码器 信 宿 噪 声 源 信息码元信息码元监督码元监督码元 （2）信道编码与解码）信道编码与解码 基本方法：检错重发、前向纠错、混合纠错基本方法：检错重发、前向纠错、混合纠错。 能够发现错误的码能够发现错误的码 应答信号应答信号 收收发发 检错重发方式检错重发方式 （2）信道编码与解码）信道编码与解码 基本方法：检错重发、前

20、向纠错、混合纠错基本方法：检错重发、前向纠错、混合纠错。 能够纠正错误的码能够纠正错误的码 收收发发 前向纠错前向纠错 （2）信道编码与解码）信道编码与解码 基本方法：检错重发、前向纠错、混合纠错基本方法：检错重发、前向纠错、混合纠错。 能够发现和纠正错误的码能够发现和纠正错误的码 应答信号应答信号 收收发发 混合纠错混合纠错 （2）信道编码与解码）信道编码与解码 解码方法：维特比译码、最大似然译码等。解码方法：维特比译码、最大似然译码等。 举例：天气情况举例：天气情况“晴晴”和和“阴阴” 1位二进制编码位二进制编码1、0就可实现，加入监督码（冗余码），用就可实现，加入监督码（冗余码），用3位

21、二进位二进 制编码制编码111和和000表示，三位二进制编码有表示，三位二进制编码有8种，种，000、001、 010。 现在，选用现在，选用000、111为许用码组，其他为许用码组，其他6种为禁用种为禁用 码组，如果发送过程中出错，收端一旦发现有禁用码组出现，就码组，如果发送过程中出错，收端一旦发现有禁用码组出现，就 可检测出错误。利用最大似然译码可纠正一位误码。可检测出错误。利用最大似然译码可纠正一位误码。000-001- 000；111-101-111 2.数字通信系统数字通信系统 （3）加解密）加解密 目的：提高系统的安全性。目的：提高系统的安全性。 基本原理：信息码元序列基本原理：信

22、息码元序列 与伪随机序列码模二和与伪随机序列码模二和。 信 源 信源编码器 信道编码器 加 密 器 数字调制器 信 道 数字解调器 解密器 信道译码器 信源译码器 信 宿 噪声源 （3）加解密）加解密 基本原理：信息码元序列与伪随机序列码模二和。基本原理：信息码元序列与伪随机序列码模二和。 数 字 信 码 伪 随 机 序 列 加 密 信 码 数 字 信 码 图 1 8 加 密 解 密 示 意 图 11010100 00110110 1110001011010100 加密器 解密器 2.数字通信系统数字通信系统 （4 4）数字调制：是将基带）数字调制：是将基带 信号频谱搬移到指定频信号频谱搬移到

23、指定频 段上而成为频带信号的段上而成为频带信号的 过程。过程。 常用的调制方式：有幅度键常用的调制方式：有幅度键 控（控（ASKASK）、频移键控）、频移键控 （ F S KF S K ） 、 相 位 键 控） 、 相 位 键 控 （PSKPSK、DPSKDPSK）。）。 信 源 信源编码器 信道编码器 加 密 器 数字调制器 信 道 数字解调器 解密器 信道译码器 信源译码器 信 宿 噪声源 （4 4）数字调制）数字调制 0 0 0 1 1 1 t t t ASK 1 1 0 0 t FSK 2PSK 信号 1 1 0 0 0 t t t 2DPSK 信号 2.数字通信系统数字通信系统 （5

24、 5）信道复用技术）信道复用技术 目的：提高系统传输效目的：提高系统传输效 率率 方式：方式：FDMFDM、TDMTDM等。等。 信 源 信源编码器 信道编码器 加 密 器 数字调制器 信 道 数字解调器 解密器 信道译码器 信源译码器 信 宿 噪声源 （5 5）信道复用技术）信道复用技术 t f f1 f2 f3 f4 0 t1 信号信号4 4 信号信号3 3 信号信号2 2 信号信号1 1 频分复用频分复用 t f t1t2t3t4 0 信号信号4 4 信号信号3 3 信号信号2 2 信号信号1 1 f1 时分复用时分复用 二、通信系统的分类二、通信系统的分类 （一）按传输信号的特征分类（

25、一）按传输信号的特征分类 （二）按传输媒介的种类进行分类（二）按传输媒介的种类进行分类 （三）其它分类（三）其它分类 （二）（二）按传输媒介的种类进行分类按传输媒介的种类进行分类 1.1.有线通信系统：有线通信系统：有线通信系统是利用有线载体传有线通信系统是利用有线载体传 输信息达成的通信。输信息达成的通信。 2.2.无线通信系统：无线通信系统：无线通信系统是利用无线电波传无线通信系统是利用无线电波传 输信息达成的通信。输信息达成的通信。 二、通信系统的分类二、通信系统的分类 （一）按传输信号的特征分类（一）按传输信号的特征分类 （二）按传输媒介的种类进行分类（二）按传输媒介的种类进行分类 （三）其它分类（三）其它分类 （三）其它分类（