通信技术的现状与未来 通信技术系统讲解

1、 u一、通信技术基础 u二、信道以及信道编码 u三、调制技术 u四、通信协议 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 2 u实现通信的方式和手段： u非电的：如旌旗、消息树、烽火台 u电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特 网和计算机通信等。 消息 是一组有序符号序 列（如文字、语音、图 像.） 信号 是消息的具体表现 形式（ 电信号、声信号、 光信号.） 信息 是消息和信号中包含的某 种有意义的抽象的东西 载体载体 内涵 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 3 我国古代最早 的通信方式是 烽火狼烟。 文字发明后， 利用驿站传 递文书。 1837年莫尔斯电报 发报收报 传输线

2、 克服距离上的障碍，迅速而准确的传送信息是通信的主要任务。 - SOS！ 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 4 话筒耳机 1876年贝尔电话 1864年麦克斯韦从理 论上预言了电磁波的 存在 1887年赫兹用实验证 实了电磁波的存在 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 5 1906年德弗雷斯特发明了电子管 1895年意大利的马可尼和俄国的波波 夫把电磁波应用到无线电报通信中 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 6 电视 电子管晶体管集成电路大规模可编程器件 收音机 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 7 计算机网络通信 电视 长途电话 卫星通信 卫星地面站 2021-

3、8-14 苏州大学电子信息学院 8 移动通信 基站 基站 基站 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 9 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 10 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 11 按传输信号的特征分类 模拟通信 数字通信 按传输媒介分类 有线通信 无线通信 按通信业务分类 话务通信 计算机通信 图像通信 按传输手段分类微波接力通信 卫星通信 网络通信 按技术特点分类跳频通信 扩频通信 保密通信 按调制方式分类 非线性调制 线性调制 数字调制 脉冲调制 按复用方式分类 频分复用 时分复用 码分复用 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 12 通信系统模型 2021-

4、8-14 苏州大学电子信息学院 13 信 源 建 立 链 路 通 信 协 议 调 制 编 码 信 道 解 调 译 码 信 宿 建 立 链 路 通 信 协 议 u信道的信道的定义定义：以以传输媒介为基础的信号传输媒介为基础的信号通道通道 u狭义狭义信道信道：仅仅指信号传输媒介的信道称为狭义指信号传输媒介的信道称为狭义信道信道 u广义信道：广义信道：包含包含有关的有关的“转换器转换器” ，如天线，如天线，调制调制 器器、解调器等。、解调器等。 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 14 调制信道：从调制器的输出端到解调器的输 入端 编码信道：从编码器的输出端到译码器的输 入端 无线信道 有线信

5、道 分类 分类 u有线信道 （1）对称电缆 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 15 对称电缆结构图 （2）同轴电缆 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 16 （3）光纤 原理：全反射 分类：多模光纤（MMF）和单模光纤 （SMF） 光源：LED（Light Emitted Dioxide）、 激光 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 17 光信号入光信号入 光信号出光信号出 光纤外层光纤外层 光纤内层光纤内层 u无线信道 （1）陆地移动信道 （2）微波中继信道 （3）卫星中继信道 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 18 定义：从消息到信道波形或矢量的映射，希望获得通

6、 信系统与信道统计特性相匹配的编码。 作用：在资源、可靠性和传信量之间选择一个好的工 作点（有时还要考虑延时）。 实质：（1）利用冗余降低差错概率 （2）将所有可能的输入信息（消息）映 射到信道符号（波形）空间的点， 而这个点的集合要小于（包含于） 全信 道空间中。 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 19 u信道编码的三种情形 （1）给定资源和可靠性要求，通过信道编码尽量 提 高传输速率（例：多电平编码） （2）给定对信息传输的速率和可靠性要求，通过 信 道编码尽量减少资源开销（例：扰乱编码） （3）给定资源和传输速率，通过编码提高可靠性 （例：检、纠错编码） 2021-8-14 苏州

7、大学电子信息学院 20 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 21 u按码的结构分按码的结构分: u线性码线性码 u线性分组码（群码）线性分组码（群码） u卷积码（线性树码）卷积码（线性树码） u非线性码非线性码 u按抗干扰模式分按抗干扰模式分 u抗随机差错码抗随机差错码 u抗突发差错码抗突发差错码 u按编译码理论所用数学工具分按编译码理论所用数学工具分 u代数码代数码 u几何码几何码 u组合码组合码 u按对错误的处理方式分按对错误的处理方式分 u检错码检错码 u纠错码纠错码 一、什么是调制？ 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程 （即把基带信号携带的信息转载到高频信号上的处理过

8、程）。 基带信号：如话音信号，3003400赫兹。 高频信号：如电磁波，300K赫兹以上。 二、为什么要调制？ 1、适合信道的需要，提高发射效率。 2、进行频率分配，实现多路复用，提高信道利用率。 3、改善信噪比，提高传输质量。 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 22 三、怎样调制？ 基带信号（调制信号）m(t); 高频载波信号为c(t) = A cos (c t+ )； 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 23 m(t) c(t) u框图： u分类： 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 24 模拟调制 (连续调制) 线性调制 (幅度调制) 非线性调制 (角度调制) DSB

9、：抑止载波双边带调幅 AM：常规双边带调幅 SSB：单边带调制 VSB：残留边带调制 FM：频率调制 PM：相位调制 振幅调制(AM） 1、调制方法： (1)抬高基带信号 m(t) 的电平，使 m(t)+A0 恒为 正即要求 A0 =|m(t)|max（即叠加一个直流偏量A0 ） (2)产生高频等幅载波 c(t) = cos c t (3)相乘：SAM(t)=A0+m(t) cos c t 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 25 2、AM调制信号的时域表达和波形： 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 26 相位调制（PM） 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 27 )()(

10、tmkt P 调相波：载波的瞬时相位偏移随调制信号作线性变化。调相波：载波的瞬时相位偏移随调制信号作线性变化。 kp调相灵敏度（调相灵敏度（rad/v） 调相波可表示为调相波可表示为：)(cos)(tmktAts PcPM 这时，瞬时相位：这时，瞬时相位：(t)=ct + kpm(t) ； 瞬时相位偏移：瞬时相位偏移： (t) = kpm(t) 由于相位随时间变化，必然导致频率随时间变化。由于相位随时间变化，必然导致频率随时间变化。 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 28 调频波：载波的瞬时频率偏移随调制信号成比例变化调频波：载波的瞬时频率偏移随调制信号成比例变化: : 瞬时频率：瞬时

11、频率： 瞬时频偏：瞬时频偏： 式中：式中：kf 调频灵敏度（调频灵敏度（rad/sV） 由此引起瞬时相偏：由此引起瞬时相偏： 则则调频信号为：调频信号为： dmkt t f )()( )(cos)(dmktAts t fcFM )( )( tmk dt td f )()(tmkt fc 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 29 u PM 信号和信号和FM 信号波形信号波形 (a) PM 信号波形信号波形 (b) FM 信信 号波形号波形 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 30 1、数字调制方式应考虑的因素： （1）抗干扰性（电波传播影响、多径衰落） （2）已调信号带宽 （3）使用

12、、成本因素 2、好的数字调制方式应有的特点： （1）信噪比下具有良好的误码性能 （2）良好的抗多径衰落能力 （3）较小带宽 （4）使用方便、成本低 3、数字调制方式的分类 单载波调制：某一时刻调制只使用单一载波 多载波调制：某一时刻调制使用多个载波 OFDM 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 31 FSK、PSK OQPSK、/4-QPSK、MSK、 GMSK 恒定包络调制 不恒定包络调制 ASK QAM 1、定义 通信协议（communications protocol）是指双 方实体完成通信或服 务所必须遵循的规则和约定。协议定 义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义

13、， 连接方式，信息发送和接收的时序，从而确保网络中数据顺 利地传送到确定的地方。 2、特点 （1）层次性 （2）可靠性 （3）有效性 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 32 3、常用协议 （1）TCP/IP 起源：为了实现不同网络之间的互连，美国国防部于1977 年到 1979年间制定了TCP/IP体系结构和协议。 子协议：TCP、IP、UDP、ARP、ICMP 特点：成本低、安全可靠、可路由性 2021-8-14 苏州大学电子信息学院 33 （2）NetBEUI协议 起源：由NetBIOS（网络基本输入输出系统）发展完善而来 特点：只需进行简单的配置和较少的网络资源消耗，并且可以提 供非常好的纠错功能，是一种快速有效的协议。 局限性：由于其有限的网络节点支持（最多支持254个节点）和 非 路由性，使其仅适用于基于Windows操作系统的小型 局域网中。 （3）IPX/SPX及其兼容协议 简介：IPX/SPX（网际包交换/序列包