通信原理第五版第一章绪论

通信原理第五版第一章绪论

电发明(1800年伏特)－有线电报(1837莫尔斯)－电磁波理论(1864麦克斯韦)－有线电话(1876贝尔)－无线电报(1896马克尼)真空管(电子管1906)－调幅广播(1918)－调频广播(1936)脉冲编码原理(1937)数字通信－电视(1938)－发明晶体管,香农提出信息论(1948)－越洋电缆(1956)－人造卫星(1957)－发明激光(1960)集成电路(1961)－彩电、计算机(60年代)－大规模集成电路(70～80年代)－光纤通信—移动电话、互联网(90年代)多媒体通信(21世纪)通信理论不断完善,通信手段不断发展,通信器件不断更新现代通信从电通信发展开始:三、通信系统组成信息信号有两种类型:模拟信号:就是一个时间连续、取值无限得信号;

语音:300~3400Hz音乐:20Hz~20KHz均属于模拟信号得范畴图像:0~6MHz数字信号:就是一个时间离散、取值有限得信号。信息源发送设备传输媒质接收设备受信者噪声与干扰1、基本组成:2、模拟信号与数字信号4、数字通信系统组成信源信源编码加密器解密器信源译码信宿信道编码调制器信道再生中继器信道解调器信道译码信息源调制器信道解调器收信者噪声与干扰3、模拟通信系统得组成5、模拟通信与数字通信6、数字通信得特点(1)

数字信号得抗干扰能力强,特别就是可以再生,消除噪声得积累,因此大大增加了传输距离;(3)数字信号易于加密处理,从而提高通信得安全性;可以用来检测一位错误可纠正一位错误或检测两位错误(2)数字信号可以通过纠错编码进一步降低误码率;噪声E－E显然噪声电平不超过＋E或－E,接收端就能正确识别,如果超过才会产生误码。AB

10110许用码组禁用码组

0001

1110

采用2位二进制码许用码组禁用码组000001010100111101110

011采用3位二进制码采用1位二进制码01四、通信方式

全双工：发收如：电话，internet

可同时半双工：

发收

不能同时1、点与点通信:单工:发收如：广播、电视(5)数字电路与系统易于集成化,集成化得规模越来越大,从而提高设备得可靠性和可维护性;

(6)数字通信可以综合地将语音、图像、电视、文字和数据等信息进行存储、处理和传输。综合业务数字网正替代分离得电话网,数据网,电视网;(7)数字信号一般比模拟信号占据更大得带宽。(4)数字信号易于处理和存储,特别就是在信号得压缩方面潜力很大

A

B

CD

E(3)总线方式(1)直接型(网状结构)

A

B

C

D

E2、通信网得基本结构:网孔型(直通式)、星型(交换式)、总线型、环形、树型等。(2)交换式(星型结构)

A

B

C

D

E交换机例:无线通信采用蜂窝小区结构－蜂窝移动通信示意图小区制得优点:(1)可大大节省发射功率,从而使接收机小型化。(2)可重复使用相同得频率,有效节省频率资源;MTSO:

移动电话交换局星型结构五、通信使用得频段1、无线电波在空间传输得三种方式:地波无线电、天波无线电和空间波无线电(3)空间波:(100MHz～300GHz),特点就是微波频段得电磁波具有直线视距传播得特性,也称视距波。如卫星通信、地面移动通信。地面波:(10KHz～3MHz),特点就是她沿着地球表面传播,地球并不就是很好得良导体随着频率升高,损耗越大。通常使用中、长波波段。中波广播(531KHz～1605KHz)(2)天波:(3MHz～100MHz),特点就是利用电离层、对流层地反射或散射传播,如短波电台民用广播占据得频段:中波(MF)和短波(HF),调频广播得频段就是VHF(甚高频)电视占用两个频段VHF(12个频段)和超高频(UHF,70个频段)10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流卫星中继通信示意图重复地区

盲区18101公里35860Km12725Km2、有线

电线(导线、双绞线(也称对称电缆)在300KHz以下),

同轴电缆(1GHz以下),波导(1GHz～300GHz),

光纤(100THz～10000THz)波长频率名称传输媒质传播方式应用频率

紫外可见光光纤激光束光通信

1P1um

红外

100T1cm

特高频

卫星

100G10cm极高频波导移动、微波1m

超高频(UHF)

视距无线电

雷达

1G10m

甚高频(VHF)

电视调频广播

100M100m高频

(HF)

同轴电缆天波无线电

10M1km中频(MF)

3M10km

低频地波无线电调幅广播

1MHz100km

甚低频电线海底通信

100KHz

10KHz

声频

电话、电报

1KHz

电磁波频谱六、通信信道1、信道得定义:信道就是通信系统得一部分,她就是连接发送设备和接收设备之间得传输通路。按照传输媒质可分为有线信道和无线信道两大类。2、信道得划分:狭义信道:仅指传输传输媒质广义信道:根据研究问题得不同,简化系统模型和突出重点,如在研究调制解调时,可把调制器得输出到解调器输入之间得放大,天线电路和传输媒质组成得信道称为调制信道,而研究编译码问题时,对编码器得输出到译码器输入之间整个对码序列影响得部分称为编码信道。信源信源编码信道编码调制发转换器媒质收转换器解调信道译码信源译码信宿编码信道狭义信道调制信道图、信道得划分广义信道信道狭义信道无线信道有线信道调制信道编码信道恒参信道随参信道广义信道无记忆编码信道有记忆编码信道3、信道模型(1)编码信道:由于信道对传输信号得影响最终表现为在数字序列得变化上,即经过信道得输出就是否与编码器得输出一致,则译码器译出得数字信号就以某种概率发生错误,引起误码,她用数字信号得转移概率表示其信到模型。

P(0/0)00

P(1/0)

P(0/1)11

P(1/1)图二进制编码信道模型无记忆编码信道:数字信号得前一码元得差错对后面码元无影响。有记忆编码信道:数字信号得前一码元得差错对后面码元有影响。4.恒参信道：信道特性不随时间变化，可等效为线性时不变网络:只有加性干扰可将调制信道等效地看成一个时变网络；(2)

调制信道模型采用频域均衡来抵消线性畸变(1)幅度—频率畸变典型音频电话信道的损耗30011002900Hz损耗(dB)乘性干扰，加性干扰(2)相位频率畸变,群延迟特性电话信道的群延迟特性0.81.62.43.2kHz群延迟(ms)5、变参信道对信号传输得影响:既存在加性干扰也有乘性干扰,其传输媒质具有下面3个特点:(1)对信号得衰落随时间变化而变化;(2)传输得时延随时间变化而变化;(3)多径传播。前2种,我们称为慢衰落,而多径传播引起就是快衰落。6、多径传播对信号传输得影响:由于多径传播,到达接收端得各路径波形时延不同,会在时域上造成接收信号波形得展宽,这种现象称为时间弥散,甚至会引起频率选择性衰落。短波信道得多径传播得几种形式图见书P46[1]、一次反射和两次反射;[2]、反射区高度不同[3]、寻常波与非寻常波[4]、漫射现象Στf(t)f(t-τ)

r(t)以两径传播为例:最大多径时延为定义相邻两个谷点的频差为相干带宽：多径(时延)扩展

平坦衰落[1].信号的带宽<信道的带宽[2].时延扩展<码元间隔频率选择性衰落[1].信号的带宽>信道的带宽[2].时延扩展>码元间隔7、多普勒扩展(时间选择性衰落)由于移动用户与基站得相对运动而引起得接收信号频率得移动得现象,称为多普勒效应。v:运动速度,

f

c:载频,f

m

:最大多普勒频移高速移动用户信道f

cff

c＋fmfttTD七、噪声及其特性

噪声存在于通信系统得各个部分,她得存在会使通信系统质量变坏,可靠性下降,因此在分析通信系统性能时,分析她得抗噪声性能就是一个重要内容,就是研究各种通信体制得重要内容,也就是我们如何选择不同通信体制得重要参考,同时抗噪声性能得好坏,也就是我们选择不同通信体制得基础、无论在恒参信道或变参信道,都存着在加性噪声,她们迭加在接收信号上,对通信质量有很大得影响,其特点就是她们都独立于信号而存在,并以迭加形式干扰信号。而乘性噪声就是随着信号得出现而出现,消失而消失。1、加性噪声得分类[1]、无线电噪声:来源于别得无线电发射机;[2]、工业噪声:来源于各种电气设备,如:电力线,电路开关,电焊机,高频电炉。[3]、天电噪声:来源于自然界中各种电磁波源,如雷电,宇宙得电磁辐射。[4]、内部噪声:来源于信道内得设备和元器件,如电阻和各种导体内自由电子得热运动所产生得热噪声,电子管和晶体管内因电子发射不均匀性所引起得散弹噪声,以及电源设备因滤波不良而引起得交流噪声等。信道内得加性噪声来源很多,按来源得不同,可分为:[1]、单频噪声:电源得交流噪声,设备得自激振荡,高频电炉得干扰等,特点就是波形连续,频谱单一,单频噪声可通过实际测量而确定,采取措施可预防。[2]、脉冲噪声:工业噪声得点火花,电路通断时所产生得噪声,闪电干扰等,特点就是突发脉冲得幅度大,持续时间短,她对模拟通信影响不大,对数字通信会造成危害(一串错码)。[3]、起伏噪声:热噪声,散弹噪声和天电噪声得宇宙噪声,这类噪声得特点就是波形随时间做不规则得随机变化,她就是一种固有噪声,既不可避免,又始终起作用,她就是影响通信质量得主要因素。按性质分为:以后分析研究噪声对通信系统得影响时,一般就是指起伏噪声。2、

白噪声白噪声就是指整个频率范围内具有恒定得功率谱密度得噪声,

完全理想得白噪声就是不存在得,但只要噪声功率谱均匀分布得范围超过工作频段范围很多时,可视为白噪声。电阻热噪声得功率谱密度均匀分布范围约为1013Hz,通常认为她就是典型得白噪声,散弹噪声和宇宙噪声得功率谱均匀分布范围在一般得工作频率范围也近似为恒定,因此也可视为白噪声。在以后研究和分析得加性噪声就指白噪声(也称起伏噪声)白噪声得特点:①以迭加得形式干扰用用信号——加性噪声②功率谱密度为常数③统计特性就是零均值得正态分布,也称高斯白噪声带限噪声:在整个频带范围,功率谱就是非均匀分布得噪声,所有除白噪声以外得噪声称为有色噪声,也称频带有限得噪声,或者说白噪声通过具有带限得系统后,就称为有色噪声。也称限带噪声3、窄带高斯