现代通信技术复习

1、现代通信技术现代通信技术现代通信技术现代通信技术复习复习长安大学信息工程学院电子信息工程系 现代通信技术现代通信技术2考试安排考试安排 2014.1.16 （星期四）上午 9:0011:00 题目类型：计算题（410）、简答题（320） 注意事项： 考生持学生证进入考场，并按监考教师安排顺序就座。 考生一律不准自带稿纸，桌面四周及抽屉必须保持清洁。严禁考生携带任何具有通讯功能的设备（手机等）进入考场，一旦带入，在考前交予监考人员保管者，不作处理。凡是在考试期间携带、摆放和使用通讯工具者将根据学校规定，按考试违纪或作弊处理。 开考半小时内不准离开考场，离开考场者，一律按交卷处理，迟到半小时者不准

2、参加考试。现代通信技术现代通信技术31.通信系统模型通信系统模型的组成；各部分的功能图1.1 点到点通信系统模型信源变换器信道反变换器信宿噪声源现代通信技术现代通信技术42. 通信信道与通信容量 信道分类 有线信道：电磁能量被约束在某种传输线上传输，包括平行导体传输线、同轴电缆传输线、微带传输线、波导传输线、光纤传输线等 无线信道：包括地波、空间波、天波等现代通信技术现代通信技术51）有线信道 平衡式非平衡式发出信号返回信号共模抑制信号电位地电位现代通信技术现代通信技术6图1.3 通信中的常用传输媒质 导体衬垫导体固定绝缘材料(a)(b)导体(c)(d)导体固定绝缘体编织物保护套中心导体环型间

3、隔器外部导体(e)编织导体中心导体绝缘体保护外套(f )平面导体接地板PC绝缘材料b(g)(h)a明线电缆；(b) 双线电缆 (c) 双绞线电缆；(d) 屏蔽电缆对；(e) 空气填充型同轴电缆；(f) 固态柔韧型同轴电缆；(g) 微带线；(h) 矩形波导现代通信技术现代通信技术7u波导最简单形式是一个空心导管，其横截面通常是矩形、圆形或椭圆形，管壁是导体，可以限定电磁波能量的边界在波导管内，通过波导管内的电介质传播能量，其电介质通常是干燥的空气；如果波导管壁是良导体且很薄，则壁内无电流流过，因此能量损耗很少。电磁波在波导管内以“Z”字形来回反射并不断向前传播导体衬垫导体固定绝缘材料(a)(b)

4、导体(c)(d)导体固定绝缘体编织物保护套中心导体环型间隔器外部导体(e)编织导体中心导体绝缘体保护外套(f )平面导体接地板PC绝缘材料b(g)(h)a现代通信技术现代通信技术8u截止频率和截止波长不像传输线有最高频率的限制，波导受限于最低频率即称为截止频率(Cut-off Frequency)，即低于截止频率的信号将不能在波导中传播允许通过波导的最大波长称为截止波长(Cut-off Wavelength)。截止波长定义为可在波导内传播的最大波长截止波长和截止频率由波导的横截面尺寸决定，若波导的横截面宽度尺寸为a，则其截止波长为c=2a现代通信技术现代通信技术92）无线信道图1.4 电磁波的

5、三种传播模式电离层大地反射波直射波LOS 空间波天波发射天线接收天线地波现代通信技术现代通信技术103）信息容量u信息容量在给定时间内，一个通信系统可以传输多少信息的一种度量u信息论是对有效利用带宽通过电子通信系统传输信息的理论研究，可用来确定通信系统的信息容量u1920年贝尔实验室的哈特莱推导出了带宽、传输时间和信息容量之间的关系，即带宽愈宽，传输时间愈长，能够通过该系统传送的信息就愈多。数学上，哈特莱定律表达如下：C=Bt信息容量系统带宽传输时间现代通信技术现代通信技术11u一个重要的问题增大带宽B，能否使信息容量C无限增长？2log (1)SCBN香农公式：信噪比现代通信技术现代通信技术

6、12u计算实例： 标准话音频带通信信道信噪比： (30 dB)带宽1000SN2.7kHzB 22700 log1 100026.9 kb/sC 信息容量：现代通信技术现代通信技术133. 基带与频带传输图1.7 频带传输系统简化框图信道发射机接收机基带信号调制器(上变频器)载波振荡器(高频信号)解调器(下变频器)基带信号本地载波振荡器现代通信技术现代通信技术14u通信系统中的信号传输方式基带传输不经过调制而直接将原始基带信号送到线路上进行传输信号传输频带传输原始电信号在发送端经过调制后送到线路上传输，接收端要进行相应解调才能恢复基带信号现代通信技术现代通信技术15u调制定义：通过改变一个更高

7、频率信号的某些特征物理量或参数(如幅度、频率、相位等)的过程称为调制，分为模拟调制和数字调制；相应地，已调信号通过传输系统传送到接收机，在接收机中被放大、下变频，然后恢复原始信号的过程称为解调载波、调制信号、已调信号的定义现代通信技术现代通信技术164. 通信方式通信系统可以设计成只在一个方向上传输，或者在两个方向上但一次只能沿一个方向传输，或者同时在两个方向上传输，这些都称为传输方式。传输方式有四种：单工、半双工、全双工及全/全双工。 (1) 单工(SX)： 发射机接收机传输只能在一个方向上出现！现代通信技术现代通信技术17(2) 半双工(HDX)：(3) 全双工(FDX)：发射机接收机接收

8、机发射机发射机接收机接收机发射机现代通信技术现代通信技术18 (4) 全/全双工(F/FDX)：发射机接收机接收机发射机发射机接收机现代通信技术现代通信技术195. 模拟与数字通信图1.8 数字通信简化框图发射机再生器接收机1模拟通信系统模拟信号2数字通信系统数据通信3数字通信系统模拟信号数字化传输现代通信技术现代通信技术20u数字通信的特点：优点：抗干扰性强；便于处理、加密、存储和交换；由于数字通信设备中大部分电路都是采用数字逻辑电路，因此可用大规模和超大规模集成电路实现，设备便于集成化和微型化，功耗也较低；采用数字传输方式，可以实现传输和交换的综合，电话业务和非电话业务都可以实现数字化，以

9、便组成综合业务数字网(ISDN)。缺点： 占用信道频带较宽。数字话音数码率64kb/s，一个模拟话路所占频带宽度4 kHz现代通信技术现代通信技术216. 通信系统性能与噪声1. 通信系统性能经济性经济性有效性有效性可靠性可靠性适应性适应性标准性标准性通信系统性能通信系统性能性能指标性能指标现代通信技术现代通信技术22经济性经济性可靠性可靠性/传输质量传输质量有效性有效性/传输速率传输速率适应性适应性u性能指标的对立统一信源编码信道编码现代通信技术现代通信技术237. 通信系统中的噪声噪声不相关噪声相关噪声外部噪声内部噪声噪声的存在与信号是否出现常见噪声分别属于哪一类？热噪声、大气噪声现代通信

10、技术现代通信技术248. 数字通信系统的主要性能指标1）信息传输速率信息传输速率通常是以每秒所传输的信息量多少来衡量的。信息论中已定义信源发生信息量的度量单位是“比特”(bit)。一个二进制码元所含的信息量是一个“比特”，即一个“1”或一个“0”就是一个比特。 在多进制中(设为m进制)，每个码元的信息量为Im ，则Im为 Im =log2m (m为进制数)现代通信技术现代通信技术252）码元(符号)传输速率码元(符号)传输速率是指单位时间(s)内传输的码元数目，其单位为波特(Bd, Baud)。这里的码元可以是二进制的，也可以是多进制的，一般用RB或fB来表示。信息传输速率和码元传输速率的关系

11、为Rb=RB log2M式中，Rb表示信息传输速率，M为进制数。如果码元传输速率为600 Bd，则在二进制时，信息传输速率为600 b/s；在四进制时，信息传输速率则为1200 b/s。对于二进制，由于log2M=1，在数值上波特率和比特率是相等的，但其意义是不同的。 现代通信技术现代通信技术263）频带利用率频带利用率是指单位频带内的传输速率。传输的速率愈高，所占用的信道频带愈宽。通常用 来表示数字信道频带的利用情况，即频带利用率为当传输速率是码元传输速率时，其单位为波特/赫兹(Bd/Hz)；当传输速率是信息传输速率时，其单位为比特/秒/赫兹(b/s/Hz)。 频带宽度传输速率现代通信技术现

12、代通信技术274）误码率数字信号在信道传输过程中，由于信道本身有关参数的影响和噪声干扰，以致在接收端判决再生后的码元可能出现错误，这叫误码。误码的多少用误码率来衡量，一般用Pe来表示。这个指标是统计结果的平均值，所以这里指的是平均误码率。显然，误码率愈小，通信的质量愈高。 limeNP发生误码个数传输总码元数现代通信技术现代通信技术289. 脉冲编码调制把时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号，包括抽样、量化、编码三个过程。1. 抽样s(t)r(t)m(t)抽样周期原始模拟信号抽样值抽样器抽样信号抽样脉冲tt0T2T3T4T5T6Tt0T2T3T4T5T6T)()(nT

13、mts0图1.10 话音信号抽样过程时 间 离 散 化现代通信技术现代通信技术29u所谓抽样，就是每隔一定时间T，抽取话音信号m(t)的一个瞬时幅度值(样值)，可得到一系列样值信号，即样值序列信号S(t)=S(nT)或称为脉幅调制(PAM)信号。u奈奎斯特抽样定理一个频带限于fm赫兹的连续信号m(t)可以惟一地用时间上每隔时间T(1/2fm)的抽样值序列来确定，即抽样频率fs2fm。T = ？现代通信技术现代通信技术30u保护频带 要获得原始信号的重建，必须使fm与fs - fm之间有一定宽度的保护带。若抽样频率fs 2 fm 。 例如：话音信号的最高频率fm=3.4kHz，为了防止产生混叠噪

14、声，取fs 2fm ，这里按ITU-T规定，话音信号的抽样频率fs 8000 Hz，抽样周期R1/8000125s，这样就留出了8000-23400=1200 Hz的保护带。 现代通信技术现代通信技术31 量化图1.13 均匀量化与非均匀量化/ 2过载区44321量化误差 U过载区量化区4321量化误差均匀量化量化区非均匀量化321432143210 12341234 UUU12344/ 23210123 4/ 2/ 24 3210123 4幅 度 离 散 化现代通信技术现代通信技术321) 均匀量化用等间隔(称为量化间隔)去度量样值信号 信号的幅度范围被限定在-UU之间(U为过载电压)，样值

15、的绝对值超过过载电压U的区域称为过载区；未超过U的区域称为量化区 幅度范围内的离散值称为量化值或量化级数(用量化间隔去度量样值-UU之间所得到的数值)，用来表示： 量化误差量化值与原样值之间的误差 UN2如何衡量？现代通信技术现代通信技术33u量化信噪比u均匀量化的缺陷有用信号功率量化信噪比量化噪声功率量化间隔是固定值大功率信号信噪比大小功率信号信噪比小信噪比不均匀，话音严重失真现代通信技术现代通信技术342) 非均匀量化u非均匀量化的特点：信号幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大u采用非均匀量化后可做到在不增大量化级数N的条件下，使信号在较宽的动态范

16、围达到所需的指标要求。其实质是提高了小信号的信噪比，降低了大信号的信噪比，使信噪比在较宽的动态范围内均匀。 现代通信技术现代通信技术35图1.14 13折线压扩特性 y17/86/85/84/83/82/81/801/1281/641/321/161/81/41/2x161 21(8)(7)(6)(5)16等分对数A/律13折线现代通信技术现代通信技术36表1.1 13折线量化段电平(归一化值) 以上是每段按16等分量化而得到的，并以最小段(第一段)为最小量化间隔，且此单位为归一化值的单位。 量化段序号 1 2 3 4 5 6 7 8量化段电平范围016 32 64 128 256 512 1

17、024 2048起始电平() 0 16 32 64 128 256 512 1024量化间隔i 2 4 8 16 32 64现代通信技术现代通信技术37 逐次反馈编码话音信号变为数字信号的过程是经抽样、量化后还必须变为数码流，这个变为数码流的过程叫编码。A律与13折线通常采用量化级数N256(每个段再16等分)，即每个样值信号经量化后编成8位码，由8位码组成一个码字来近似表示。1) 编码的码型在话音信号编码中通常采用三种码型：一般二进码(自然二进码)、循环码(格雷码)和折叠二进码。在数字通信中按律和13折线规律进行量化编码时一般采用折叠二进码。它与普通二进码的区别在于，幅值为负的幅度码是由幅值

18、为正的幅度码(上半部)对折而成的，因此得名为折叠码。 现代通信技术现代通信技术382) 编码位安排我国数字通信设备(PCM30/32路基群)话音信号变为数字信号即A/D变换，是按CCITT建议，采用13折线(A=87.6)规律进行量化，每个样值信号编8位码。A律与13折线的非均匀量化段是奇对称的上、下8个量化段，如图1.14所示，每个量化段又均匀等分为16个量化级。如采用折叠二进码进行编码，其码字的安排是：码位为8位，分别用a1、a、a、a、a、a、a、a来表示；a1表示极性码(a11表示正极性，a10表示负极性)；a、a、a 3位码为段落码，表示8个非均匀量化段；a、a、a、a 4位码为段内

19、码，表示每段均匀分为16等分。 现代通信技术现代通信技术393) 逐次反馈编码假设输入样值PAM信号Is=444按A律和13折线编8位码。 (1) 首先决定极性码为a1。第一次比较：比较判定值为0，则Is=4440(信号为正)a1“1”以下是幅度编码aa。因为信号的极性已由a确定，现只对样值信号的绝对值|Is|或|Us|进行幅度编码(编7位码)，所以叫幅度编码，它由3位段落码和4位段内码组成。现代通信技术现代通信技术40(2) 段落码的编码：aa。如图1.14所示，A律和13折线有8段(正半部分)，由于23=8，因此用3位码来表示。第二次比较：a码表示样值信号幅度在8段中的哪4段内，以第5段起

20、始电平为对分点。因此，a码的判定值应是第5段的起始电平IB5=128，即这时判定值Ig=128，则Is=444128 a2“1”(信号在上四段，即58段)第三次比较：a3码表示信号幅度在四段中的哪两段内，例中应以第7段的起始电平IB7=512为对分点。a3码的判定值Ig=512，则|Is|=444256 a4=“1”(信号在两段中的上一段，即第6段)幅度码经以上二、三、四次比较，所得段落码a2a3a4码为“101”，信号在第6段，起始电平IB6=256，第6段的量化间隔6=16(即第6段平均16等分其每等分是第1段16等分的16倍)。 现代通信技术现代通信技术42(3) 段内码的编码为a5a8

21、。段内码表示每段均匀等分16等分(16个量化级24=16)要编4位码(a5、a6、a7、a8)。段内码判定值的提供，可用下式表示(每一量化段的起始电平为IBi，判定值为Ig)： 编下一位码一定要在上一位码已确定的情况下进行。从8、4、2、1来分析，是符合折叠对分规律的，即首先确定样值信号在哪8等分后再确定4等分、2等分、1等分。第五次比较：a5码表示信号在本段内16等分中哪8等分内，就应以此段第8等分为分界点，其判定值这里应为IB6=256，6=16，则Ig=IB6 + 86=256 + 816=384 |Is|=444 384 a5=“1”(第6段的上8等分) 现代通信技术现代通信技术43第

22、六次比较：a6码表示信号在上8等分中哪4等分内，应以此等分为分界点，其判定值这里应为Ig=IB6+86a5+46=256 + 8161+416=448|Is|=4441km；微小区： 200300 m；微微小区：100扩频信号带宽原始信号带宽81现代通信技术现代通信技术u扩频通信原理图6.14 扩频通信的基本原理PN码产生器LNAD/C扩频解调信息解调同步PN码产生器信息调制扩频调制U/CPAak(t)bk(t)Sk(t)ck(t)S(t)bm(t)am(t)cm(t)PA:功率放大LNA：低噪声放大bk(t)0 RsRs Rc0RcSk(t)S(t) Rcf0Rc干扰 Rc Rsf0RsRc

23、bm(t)数字信号无用信号干扰数字信号82现代通信技术现代通信技术u扩频码序列定义：一种具有近似于随机信号的性能的周期性脉冲信号，亦即具有近似于白噪声的性能。83信号PN1=宽带信号1宽带信号1PN1=信号PN1PN1=原始窄带信号宽带信号2PN1=信号PN2PN1= 宽带干扰信号发射端接收端自相关函数为脉冲函数，互相关函数为自相关函数为脉冲函数，互相关函数为0现代通信技术现代通信技术扩频码的作用l当收到的信号与本地码相匹配时，所需要的有用数字信号才能恢复到其扩展前的原始带宽，还原成原始信号l任何不匹配的输入信号则被本地码扩展为宽带信号，其功率谱密度大为减小，形成远小于信号幅度的干扰l经过解扩

24、后无用信号具有宽带谱，而有用信号则呈原始的窄带谱，这样利用窄带滤波器便可以滤除有用信号带外的干扰，使得带内信号电平高于干扰电平，从而使输出带内信噪比大大改善，这就提高了系统的抗干扰能力。84现代通信技术现代通信技术u扩频技术的分类直接序列扩频跳频跳时现代通信技术现代通信技术u软切换图6.17 软切换与硬切换示意图(a) 软切换；(b) 硬切换切换前(a)(b)切换中切换后86现代通信技术现代通信技术u软容量用户1用户2用户3用户4TDMA/FDMA（时隙或频段）无法接入用户1、2、3、4、5 CDMA信噪比下降（通话质量降低）87现代通信技术现代通信技术22. “最后一公里”接入问题最后一公里

25、”是个比喻，是指将家庭和办公室连接到运营商网络和Internet的任何通信连接。88运营商网络现代通信技术现代通信技术u存在的困难： 骨干网络通常使用的单模光纤非常昂贵，家庭及个人用户或小型商业用户等处于网络终端地位的用户难以使用，且大带宽和高速率会造成浪费 灵活性问题：每个用户的房间都有差别，通信服务提供商，房地产开发商和用户三方面都需要根据实际情况考虑如何将用户设备连入网络、如何迁移到其他地点以及如何注销用户服务89现代通信技术现代通信技术23. xDSL DSL(Digital Subscriber Line)，意即数字用户线路，它是以双绞线铜缆即电话线为传输介质的点对点传输技术。HDS

26、LADSLVDSL充分利用现有的铜缆资源，通过铜质双绞线实现高速接入90现代通信技术现代通信技术 ADSL的特点91上下行速率不对称上下行速率不对称自适应速率调节自适应速率调节利用电话线，安装方便利用电话线，安装方便与有线电话互不影响与有线电话互不影响提供多种业务提供多种业务现代通信技术现代通信技术 xDSL技术的比较92覆盖范围覆盖范围传输速率传输速率对称性对称性业务范围业务范围HDSL3.6km2.048Mb/s对称商业应用ADSL35km16k1Mb/s1.59Mb/s非对称视频点播VDSL0.31.5km多种上行速率1355Mb/s非对称视频交互现代通信技术现代通信技术24.无线局域网u无线局域网的组成构成无线局域网基础的三种主要连接设备分别是WLAN适配器、无线接入点AP和户