通信工程方向介绍2课件

————阳小明1第一章通信原理简介一、消息、信号与信息1、消息通常把语言和声音、音乐、文字、符号、数据、图象等统称为消息。是对事物物理状态的变化进行描述的一种具体形式。2、信号由消息转换而来，是消息的载体。第一节绪论23、信息消息中所给予收信者的新知识或消息中包含的有意义的内容。如何度量信息？1.要求度量信息量的方法，必须满足：能度量任何消息；与消息的类型无关；消息的重要程度无关。二、消息中信息量的度量3三、数字信号与模拟信号模拟信号，也称连续信号。如：话筒送出的语音信号。数字信号，也称离散信号。如：代表文字的编码和计算机数据信号。模拟信号数字信号tt码元电压电压5四、什么是通信1、通信通信的“信”指的是信息（information）,信息的载体是二进制的数据。数据则是可以用来表达传统媒体形式的信息，如声音、图像、动画等。通过计算机网络系统和数据通信系统实现数据的传输数字化、计算机网络化6五、个人通信的终极目标个人用户能在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）与任何人（Whoever）进行各种通信。——WWW铱系统卫星轨道示意图

7第二节信号一、信号的分类1、数字信号与模拟信号2、确定信号与随机信号二、确定信号随时间的变化为确定函数的信号tT0-τ/2τ/2g(t)1.矩形脉冲函数9t10π

2π

-π

-2π

Sa(t)2.抽样函数确定信号的分析是随机信号分析的基础三、随机信号信号的某个参数和几个参数无法预知或无法完全预知叫随机信号。通信系统中传输的都是随机信号！10第三节模拟调制系统为什么要调制？由于低频部分信道传输特性不理想，直接传输基带信号会引起严重失真。通过对基带信号的调制，将基带信号的频谱移到有利于信道传输的高频段。从而提高信号传输质量。问题解决办法112.组成调制信号m(t)－自信源来的基带信号已调信号s(t)－调制后的载波称为已调信号调制器－进行调制的部件调制器已调信号s(t)调制信号m(t)13二、调制的目的：1.频谱搬移：容易辐射实现频率分配多路复用2.提高抗干扰性3.还与传输效率有关14三、模拟调制的分类：1.线性调制：已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构相同，其频谱是调制信号频谱沿频率轴平移的结果。包括：调幅、单边带、双边带、残留边带…2.非线性调制：已调信号的频谱结构和调制信号的频谱结构有很大的不同，除了频谱搬移外，还增加了许多新的频率成分。包括：频率调制、相位调制。15101+m(t)则有调幅信号：s(t)=[1+m(t)]Acos0t，式中，[1+m(t)]0，即s(t)的包络是非负的。╳=172.解调基本原理如果从调制信号中还原出基带信号。包络检波整流器低通滤波器

包络检波器解调调幅信号除掉调制信号下面一半滤除高频载波18五、角度调制1.调制基本原理角度调制波形i19模拟调制线性调制非线性调制(角度调制)振幅调制AM双边带DSB调制单边带SSB调制残留边带VSB调制相位调制频率调制小结21第四节模拟信号的数字化一.两类信源模拟信号、数字信号二.模/数变换的三步骤抽样、量化和编码模拟信号s(t)模拟信号的抽样1.抽样222.量化图4.3.1抽样信号的量化23图4.3.1抽样信号的量化1234567251:3.15-3-0112:3.96-4-1003:5.00-5-1014:6.38-6-1105:6.80-7-1116:6.42-6-11026第五节基带数字信号的表示和传输1.基带数字信号的波形010110001-V0+V+V+V0+V-V0(a)(b)(c)(d)(e)(a)单极性波形(b)双极性波形(c)单极性归零波形(d)双极性归零波形(e)差分波形27信源发送端接收端信道编码调制信道压缩编码解调信宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪声同步信源编码信源解码2.基带数字信号的传输29第六节数字调制系统一、二进制振幅键控(2ASK)1、表示式：10130110T1、表示式：二、二进制频移键控(2FSK)31三、二进制相移键控(2PSK)1.表示式：32TTT“1”“1”“0”(c)(d)TTT(a)(b)“1”“0”“1”33第7节同步一、同步需要解决的问题要实现信号的正确传输，要求收、发之间要有协调的时间关系。载波同步数字信号同步位同步帧同步（字同步）网同步341、载波同步在接收端提取出与发送端一样的载波，用于相干解调。2、位同步在接收端提取出时钟，用于数据的判决。帧头时钟数据1110353、帧同步在接收端提取出帧头信号，用于确定数据块的起始。……群同步序列…..1010101010…群同步码元群同步码元群同步码元信号码元群信号码元群群同步码元信号码元群PPP36当通信是在点对点之间进行时，必须在网内建立一个统一的时间标准，称为网同步。4、网同步通信网络ABCDEF网同步载波同步帧同步位同步数字信号37第八节多路复用和多址技术一、多路复用目的：在一条链路上传输多路独立信号3种多路复用基本方法：频分复用（FDM）时分复用（TDM）码分复用（CDM）38方法：采用调制搬移频谱，以节省频带。(a)发送端原理方框图4.3~7.4kHz8.3~11.4kHz4kHz12kHz8kHz多路信号输出相乘带通低通话音输入1f1相乘带通低通话音输入2f2相乘带通低通话音输入3f3300~3400Hz300~3,400Hz300~3,400Hz12.3~15.4kHz1频分复用394kHz8kHz12kHz基带语音信号300–3,400Hz4.3–7.4kHz8.3–11.4kHz12.3–15.4kHzf0多路信号输入(b)接收端原理方框图话音输出1话音输出2话音输出3相乘低通带通f1相乘低通带通f1相乘低通带通f14.3~7.4kHz8.3~11.4kHz12.3~15.4kHz3400Hz3400Hz3400Hz8kHz12kHz4kHz402时分复用NNsi(t)低通1低通2低通N信道低通1低通2低通Ns1(t)s2(t)1帧T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N同步旋转开关s1(t)s2(t)s2(t)s1(t)sN(t)sN(t)时隙1旋转开关采集到的信号信号s1(t)的采样信号s2(t)的采样时分多路复用原理413码分复用（了解）1)基本原理a)自相关系数定义：b)互相关系数定义：42b)码组正交两组码互相关为0，为正交充要条件。0000-1+1+1+1+1-1-1-1s3s1s2s4正交码组tttt43四路码分复用原理方框图： misi＋s1m4s2m4s3m4s4m4积分m1m2m3m4s4s2s1s3积分积分积分44二、多址接入目的：多个用户共享信道、动态分配网络资源。方法：频分多址、时分多址、码

分多址、空分多址、极化多址以及其他利用信号统计特性复用的多址技术。1、频分多址(FDMA)频分多址是指将给定的频谱资源划分为若干个等间隔的频道(或称信道)供不同的用户使用。452、时分多址(TDMA)46时分多址是指把时间分割成周期性的帧，每一帧再分割成若干个时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的)。473、码分多址(CDMA)了解

4、空分多址(SDMA)空分多址是通过空间的分割来区别不同的用户。在移动通信中，能实现空间分割的基本技术就是采用自适应阵列天线，在不同的用户方向上形成不同的波束。4849第二章光纤通信系统第一节光纤通信发展的历史一、光通信的启蒙烽火台50目视光通信旗语航海F1的旗语白色旗表示跑道上有缓慢移动的车辆红色旗表示比赛已停止黑色旗表示指定的赛车下次通过修理站时要停车黄底红道旗意思是告诉车手跑道较滑51光通信的三要素：光源；传输介质；光检测；缺点：大气干扰；距离带宽有限；通信两点必须直线可见光纤通信呼之欲出！二、现代光纤通信1、光纤通信的关键问题a、低损耗的光纤；b、高可靠、长寿命的光源及高响应的光检测器件；c、光测量及光纤连接技术；522、传输介质光透过玻璃功率损耗一半（相当于3分贝）的长度：普通玻璃几厘米高级光学玻璃几米光纤（20dB/Km）150米1974年美国贝尔研究所使光纤损耗降低到1分贝／公里（实用化光纤）533、光源1977年贝尔研究所和日本的电报电话公司几乎同时研制出寿命达100万小时的半导体激光器，从而有了真正实用的激光器。谱宽度窄，方向性极好，亮度极高光纤通信已是各种通信网的主要传输方式54第二节光纤通信的优点一、允许频带很宽，传输容量大（了解）C=B╳Log2(1+S/N)B是信道频带宽度（简称带宽）S是信号功率谱密度N是信道噪声功率谱密度C是信道容量二、损耗很小，中继距离很长三、重量轻、体积小四、泄露小，保密性能好S/N一般是一个常量，用于决定信号的质量55五、节约有色金属，有利于资源合理使用石英（主要成分是二氧化硅），砂子六、抗电磁干扰性能好第一是光纤是绝缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰；第二是光纤中传输的是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低，所以它不能干扰频率比它高的多的光波。56第三节光纤通信系统的基本组成光中继站57一、光发射端机的功能电/光或E/O转换光端机由光源、驱动器和调制器组成。58二、光纤、光缆•光纤的加工•光纤的传导利用全反射59•影响光信号质量的两大因素：损耗和色散损耗导致收不到光信号色散导致光脉冲展宽，产生误码。01011160•多根光纤加工成光缆61三、光中继站目的：放大传输中减弱的光信号方法：弱光信号弱电信号强电信号强光信号接收放大发射四、光接收光信号转为电信号62第三节光纤通信的未来孤子通信与全光通信孤子通信：使光脉冲展宽程度最小。全光通信：使整个通信网络全光化。不再采用电/光和光/电转换，传输信号媒质只有光纤。63第三章移动通信系统一、移动通信的定义通信双方至少有一方在移动中进行信号传输。64二、移动通信的特点1、移动通信必须利用无线电波进行信息传输（1）、通信中的用户可以在一定范围内自由活动。如何定位用户的位置？如何传递呼叫？划分小区位置登记位置更新寻呼鉴权、加密提供业务信道65（2）、移动通信的运行环境十分复杂，会产生“多径效应”。并且会受到地形、地物的遮蔽而发生“阴影效应”。移动台接收N条路径信号多谱勒效应多径效应66（3）、移动通信常常在快速移动中进行，这会引起多普勒（Doppler）频移——“多普勒效应”。

收发两端有相对速度，使通信电波频率发生变化无线电波经多条路径到达接收端，由于各电波相位不一致会引起合成电场强度随机起伏。——多径效应地形、地物对信号的遮蔽引起信号大大衰减。——阴影效应673移动通信可以利用的频谱资源非常有限，而移动通信业务量的需求却与日俱增。2移动通信是在复杂的干扰环境中运行的。

外部干扰，如天电干扰、工业干扰和信道噪声外；系统本身和不同系统之间，还会产生这样或那样的干扰。开辟和启用新的频段研究各种新技术和新措施，提高频谱利用率。684移动通信系统的网络结构多种多样，网络管理和控制必须有效。5移动通信设备(主要是移动台)必须适于在移动环境中使用。三移动通信市场状况到2008年移动电话用户共计6.4亿户

其中中国移动上半年净利润549亿元

增长的原因，归结于用户快速增加以及增值业务收入水平的提高。话音业务短信手机音乐下载手机报飞信等694、移动通信的发展第三代移动通信系统：

WCDMA欧洲CDMA20