第一章 通信概论

1、123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 种类及其功能多样化，如编码、调

2、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。噪声源。是整个系统噪声与干扰的

3、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) s(t) r(t) g(t) n(t)

4、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 通通信信系系统统一一般般模模型型 g(t) s(t) r(t

5、) 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,Data Terminal Equipment)，如计算机之类

6、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。161.2.1 按信号特征分类按信号特征分类17181920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

7、调制信道收信者信源译码信道译码解调噪声干扰2223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242526 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

8、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281.2.2 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291.2.3 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、短波、超短波、微波、卫星等30无无 线线 电电 波波 段段 划划 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30300kHz104 103mLF（低频）（低频） 双绞线双绞线无线电长波无线电长波导航

9、、信标、电力线导航、信标、电力线通信通信300k3MHz103 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330MHz102 10mHF 高频高频同轴电缆同轴电缆无线电短波无线电短波移动电话、短波广播移动电话、短波广播业余无线电业余无线电30300MHz10 1mVHF 甚高频甚高频同轴电缆同轴电缆无线电超短波无线电超短波FM广播、广播、TV、导航、导航移动电话移动电话300M3GHz100 10cmUHF 特高频特高频Ultra同轴线同轴线波导波导分米波无线电分米波无线电TV 、遥测、雷达、遥测、雷达、蜂窝电话，蜂窝电话，GPS

10、330GHz10 1cmSHF 超高频超高频波导波导厘米波无线电厘米波无线电微波通信、卫星通信、微波通信、卫星通信、雷达雷达30300GHz10 1mmEHF 极高频极高频Extra波导波导毫米波无线电毫米波无线电微波通信、雷达、射微波通信、雷达、射电天文学电天文学105107GHz310-4 310-6cm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321.2.4 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3

11、3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

12、、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、A

13、PC、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、低速数字电话341.2.5 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)361.2.6 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

14、行传输数据各位（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 391.2.7 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。但每个码元

15、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。411.3.1 模拟通信的性能度量模拟通信的性能

16、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的信息。42 模拟通信的可靠性指标：

17、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。20( )( )iDf tf t431.3.2 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，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

18、。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RbRb44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：每个码元占用每个码元占用 loglo