第1章 数字通信基础知识

数字通信技术

信息工程系刘建苹

4G:第四代移动电话行动通信标准，指的是第四代移动通信技术，the4thGenerationmobilecommunicationtechnology，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式（严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。只有升级版的LTEAdvanced才满足国际电信联盟对4G的要求）。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上的速度下载，比目前的家用宽带ADSL（4兆）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。相关知识：

3G是第三代移动通信技术，3rd-Generation，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在3种标准：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。2G，2-Generationwirelesstelephonetechnology，第二代手机通信技术规格，以数字语音传输技术为核心。一般定义为无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。不过手机短信在它的某些规格中能够被执行。它在美国通常称为“个人通讯服务”（外语缩写：PCS）。3G相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、CDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆比特/每秒）、384kbps（千比特/每秒）以及144kbps(千比特/每秒)的传输速度。

2G(secondgeneration）表示第二代移动通讯技术。代表为GSM。以数字语音传输技术为核心。1G（firstgeneration）表示第一代移动通讯技术，以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统，如现在已经淘汰的模拟移动网。1G无线系统在设计上只能传输语音流量，并受到网络容量的限制。AMPS为1G网络的典型代表。第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪80年代。Nordic移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动电话系统（AMPS），英国的总访问通信系统（TACS）以及日本的JTAGS，西德的C-Netz，法国的Radiocom2000和意大利的RTMI。模拟蜂窝服务在许多地方正被逐步淘汰。

大哥大最早是美国摩托罗拉公司工程师在1973年发明，是手提电话的俗称。但是只流行于手提电话初面世那几年，等到大部分人手里都有一部而且是最新款时，就改称手机了。第二代手机（2G），以GSM制式和CDMA为主。它们都是数字制式的，除了可以进行语音通信以外，还可以收发短信（短消息、SMS）、MMS（彩信、多媒体短信）、无线应用协议（WAP）等。1.1数字通信系统的构成1.1.1信息与信号信息：对接受信息者有一定意义的某一有待定传递、交换、提取或存储的内容，是客观世界和主观世界共同作用的产物。信号：携带信息的载体。信息是依靠信号进行传递和交流的，这是通信的主要目的和内容。语音、文字、图像或数据等统称为消息。将消息给予受信者的新知识称为信息，预先不知道的消息成为信息。消息的表现形式成为信号，信号是带有消息的一种物理量，若用电来传送消息，发信者须把消息转换成随时间变化的电压或电流，这就是电信号。第1章数字通信基础知识1.1.2模拟信号与数字信号1.模拟信号概念：代表信息的信号幅度的取值随时间连续变化，即在某一时间范围内可以取无限多个数值，则该信号为模拟信号。如下图所示2.数字信号概念：凡信号的某一参量只能取有限个数值，并且常常不直接与消息相对应，代表信息的信号幅度取值是离散变化的，即在某一瞬间具有有限个状态或称状态可数，则这样的信号称为数字信号。如下图所示：数字信号与模拟信号3.模拟信号与数字信号的区别模拟信号有时侯也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，而不一定在时间上也连续。PAM信号数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。模拟信号适合与传输，数字信号则比较适合与处理。模拟信号与数字信号可以互相转换。基带信号与频带信号基带信号即直接由信息转换得到的电信号。这种信号的频率都是比较低的，含有低频成分甚至直流成分，而且最高频率和最低频率比值很大，可以远大于1。基带信号不适于较长距离传输，更不能进行无线电发送。例如语音信号就是一种典型的基带信号，其频率在100Hz~5kHz范围内，但主要能量集中在200~3000Hz范围内。又如电视图像信号的频率在0~6MHz范围以内。计算机数据信号的频率范围与传输速率有关，也属于基带信号。基带信号就是直接由信号转换成的电信号,频率低，含有低频成分或直流成分，最高最低频率比值大。基带信号不适于较长距离传输，不能无线电发送。例语音，图像。频带信号，经过各种正弦调制后，基带信号的频谱被搬移到比较高的频率范围。中心频率相对较高，带宽窄，适于在信道中传输。常见的调制方式有AM,SSB,FM,PM,ASK,FAK,PSK等。1.1.3通信系统的构成、分类及通信方式1.构成信源：信息的来源变换器：将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。主要担负将输入消息变换为电信号的任务。由输入变换器输出的信号应反映输入信号的全部信息，此信号即为基带信号信道：信号的传输通道。反变换器：功能与变换器相反,将接收设备输出的电信号变换成原来形式的消息。信宿：信息传送的终点，即信息的接收者噪声源：并不是一个人为实现的实体，但在通信系统中又是客观存在的,作为一种分析问题的方法，我们将信号在传输过程中混入的噪声及由于干扰引起的信号失真集中、在一起，作为信道中的干扰源来进行分析处理。通信系统的基本组成人类单方面获取信息不是通信。打电话、E-mail等则是典型的通信过程。通信的定义：从一地向另一地的传递和交换信息。基本的通信系统应该有:图1-2通信网的组成一点对一点（或多点）的通信方式，全连通网。各个用户接到一个可以任意选择通信路由的中心——交换中心，以转接交换设备为核心，由用户终端、传输系统有机连接的整体称为通信网。总之，一个完备的通信系统应由信道、终端信号处理设备、转接交换设备和管理中心等组成。通信的根本目的是传输代表信号的电信号，即研究信号的传输、处理和转接问题。2.通信系统的分类(1)按照业务内容的不同，通信可分为电报、电话、传真、数据通信、无线寻呼等。(2)按照传输信道的不同，通信可分为有线通信和无线通信。(3)按信道中所传输信号的不同，通信系统可以分为模拟通信和数字通信两大类。3.数字通信系统的组成一个数字通信系统应包括8个主要组成部分：信源、编码器、调制器、信道、解调器、译码器、信宿、定时与同步系统模拟通信系统传输模拟信号语音或图像电信号，具有低通的性质，又称基带信号，即信号的频谱是从零附近开始的。语音信号的频率范围为300~3400hz，图像信号的频率范围0~6MHZ，不变换为基带传输。将基带信号经过调制，将其频谱搬移到无线信道。4．通信方式（1）按信号传输的方向和时间可分为单工通信、半双工通信和全双工通信。（2）按数字信号排序的方式可分为并行通信和串行通信。（3）按通信终端的数量可分为点到点通信、