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1、第1章 现代通信理论与技术概述1.1 现代通信1.1.1 信息与通信*“信息”的概念： 日常生活中的“信息”概念：消息，情报，知识，情况 信息科学中的“信息”概念：对客观事物运动状态和主观思维活动的状态或存在方式的不确定性的描述。*信息的某些特性：（1）信息表现媒体是携带信息的载体，信息隐含于信息的表现媒体中。数据，文字，符号，图像，语音，物理参量人们（或机器）通过记录和表现信息的媒体获取信息、识别信息、理解信息、使用信息。（2）信息表现媒体的内容并不都是信息，信息量（以比特为单位）是对信息表现媒体的新颖性，差别性，不确定性的程度的量度。（3）信息是资源，是财富，具有可用性。*获取信息的手段之
2、一就是通信。*通信：把信息从一个地方传送到另一个地方的过程叫做通信；通信的目的是由一个地方向另一个地方传递信息，以实现人与人之间、人与机器之间或机器与机器之间的信息交换。对“通信”概念的说明：（1）广义的通信概念。（2）信息的运载工具。（3）通信对象。1.1.2 现代通信（1）现代通信的内涵：通信现代通信：A.电通信：用“电信号”运载信息的通信方式。B.光通信：用“光信号”运载信息的通信方式。（2）现代通信发展简史 ：（3）信息表现媒体的种类与通信方式 ：（4）现代通信的某些特征： 有线通信和无线通信、固定通信和移动通信高度有机结合在一起； 电通信与光通信高度有机结合在一起； 通信与计算机和微
3、处理器的高度有机结合，彻底改变了信息交换方式和通信设备的功能； 通信网络化，高度发达的现代通信网； 信息表示、传输数字化 ； 多媒体通信，话音业务与非话音业务的高度综合。 软件无线电技术与微电子技术和计算机技术的结合使通信终端高度集成、并依靠软件加载实现各种通信功能和智能。（5）支持二十一世纪通信的主要技术：现代通信基础技术：微电子技术，光子技术，计算机技术，软件技术，终端技术通信领域中的核心技术：下一代通信网络技术（NGN），光通信技术，未来的无线与移动通信技术（3G/4G移动通信、卫星通信、个人通信技术）1.2 通信系统与通信网*通信系统的概念：传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统
4、。1.2.1 通信系统的一般模型（1）一般模型：（2）通信系统分类：1.2.2 模拟通信系统模拟通信系统的组成及各部分的功能。 模拟通信系统的组成及各部分的功能。模拟通信：将基带模拟信号直接送往信道传输或经载波调制之后再送往信道传输的通信方式。模拟通信系统的优缺点。1.2.4 通信网通信网是一种按照通信标准和协议，使用交换设备和传输设备，将地理位置分散的用户终端设备互连起来，实现任意用户之间的信息传输与交换的通信系统。1.3 现代通信理论与技术通信系统的根本任务是有效和可靠地传输信息，而传输信息又总是以某种信号作为运载工具，因此信息传输主要表现为携带信息的信号的变换、处理、传输、交换和存储过程
5、。通信系统中信息信号的变换、处理、传输、交换和存储过程构成了全部通信理论与技术。1.3.1 通信研究的基本问题数字通信系统的模型：1.3.2 数字通信中的编码技术（1）信源编码：1）格式变换:目的是信源消息数字化、比特化，以适应后续的数据压缩、加密编码和信道编码等基于比特流的数字信号处理。包括：模拟信号数字化；数据格式变换。2 ）数据压缩:目的是提高通信的有效性。用尽可能少的比特数表述信源的输出信息，用比较简单的办法降低数码率，并且在信源译码器那里能准确地或以一定的质量损失为容限再现信源信息。（2）加密编码：目的是对信息进行保密，不让非授权者了解。（3）信道编码：信道编码的主要任务：是差错控制
6、编码，亦称检错纠错编码。信道编码的目的：是为了使接收端能对接收到的码元序列进行检错和纠错，以降低错误率，提高通信的可靠性。实现方法：在发送端利用信道编码器，按照一定的规则在信息码字中增加一些监督码元，接收端的信道译码器利用监督码元和信息码元之间的监督关系来检验接收到的码字，以发现错误或纠正错误。差错控制编码提高通信的可靠性是以降低通信的有效性为代价的。（3）信道编码：差错控制编码的类型：检错码，纠错码1）检错重发：在这种方式中，发送端发送的是具有一定检错能力的检错码，接收端在接收的码字中一旦检测出错误，就通过反馈信道通知发送端重发该码字，直到正确接收为止。2）前向纠错：又称自动纠错。在这种方式
7、中，发送端发送的是具有一定纠错能力的纠错码，接收端对接收码字中不超过纠错能力范围的差错自动进行纠正。其优点是不需要反馈信道，但如果要纠正大量错误，必然要求编码时插入较多的监督码元，因此编码效率低，译码电路复杂。3）混合纠错：是检错重发与前向纠错的结合。1.3.3 基带传输与调制传输（1）基带传输:基带传输是将未经调制的基带信息信号直接送往信道传输的信息传输方式（2）调制传输:调制传输是指用信息信号调制正弦载波或脉冲载波的参数形成已调信号后再送往信道传输的信息传输方式的总称。*为什么要进行调制传输？调制是有效辐射电磁波的唯一手段；无相互干扰地同时传送多路信号的手段之一就是利用调制技术实现的频分多
8、路复用；选择适当的调制形式可以抑制不希望的信号的影响，改善通信系统的性能。*与调制有关的术语：Carrier：在调制理论中，通常把不含信息的高频信号，它可能是正弦波，也可能是脉冲序列，称之为载波；Modulating signal：携带信息并且需要传输的基带信号（或低频信号）称之为调制信号；Modulation：按调制信号的变化规律去改变载波的某个或某些参数的过程称之为调制；Modulated signal：用调制信号改变载波的某个或某些参数所形成的携带信息的带通信号称之为已调信号，多数情况下已调信号是一个窄带带通信号；Demodulation：将携带信息的带通信号变回到基带信息信号的过程称为
9、解调。*连续波调制：用正弦波作载波的调制称为连续波调制。连续波调制的类型：1.3.4 有线通信和无线通信（1）有线通信： 光纤通信； 电缆通信（2）无线通信： 无线光通信：用自由空间传播的光波来传递信息的通信方式。 无线电通信：用自由空间传播的电磁波来传递信息的通信方式。（3）电波传播的方式：地面波：靠近地面传播， f 3MHz。天波：依靠距地面100公里的空间电离层的反射完成传播，3 f 30MHz。（4）无线电通信的主要方式：微波中继通信：微波是指波长为1m1mm，或频率为300MHz300GHz范围内的电磁波。微波中继通信是利用微波波段的电磁波在视距范围内以微波接力形式传输信息的通信方式
10、，具有频带宽、容量大的优点。 卫星通信：卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行的通信。它实际是微波中继通信的一种特殊形式，将中继站搬到人造地球卫星上。它的特点是通信距离远，覆盖面积大，不受地形条件限制，传输容量大，可靠性高。卫星通信包括同步卫星通信、低轨道地球卫星移动通信和平流层天星通信。 移动通信：指通信双方至少有一方是在移动中进行信息交换的通信方式。*移动通信组网技术的研究内容：1）多址技术；2）区域覆盖技术；3）网络结构；4）移动性管理；5）网络控制*实现第三代移动通信的三大主流技术标准： WCDMA 、 cdma2000 、 TD-SCDMA。中国提出
11、的实现第三代移动通信的技术标准：TD-SCDMA1.3.4 单向和双向、单工和双工通信按信息信号传送的方向，通信的工作方式可分为单向通信和双向通信。按信息信号传送的时间，双向通信又分为单工、双工和半双工通信方式。（1）单向通信：在单向通信方式中，信息只能向一个方向传送，任何时侯都不能改变传输方向。（2）单工通信：信息可以双向传送，但通信双方中任何一方都不能同时收发信息，两个方向的传输只能交替进行的工作方式。（3）双工通信：通信双方都能同时收发信息，进行双向传输的工作方式。（4）半双工通信：一般指通信双方中有一方使用双工方式，另一方使用单工方式的通信方式。（5）双工通信的实现方式：双工通信的实现
12、方式有：频分双工（FDD）；时分双工（TDD）。频分双工：用不同的发送频率和接收频率实现双工通信的工作方式。收发频率之差称为双工频率间隔。在FDMA系统中，收发频段是分开的，所有移动台均使用相同的接收和发送频段，因而移动台到移动台之间不能直接通信，必须经过基站中转。*网络融合，三网合一：电信网，广播电视网，计算机网1.3.6.1 通信组网技术通信网的网络结构：拓扑结构（物理连接），体系结构（通信功能的逻辑分布结构），无线网的区域覆盖方式1.3.6.2 多路复用和多址接入技术（1）多路复用：通常表示在一个信道上传输多路信号或数据流的过程和技术。因为多路复用能够将多个低速信道整合到一个高速信道进行
13、传输，从而有效地利用了高速信道。多个基带信息流用户复用一个宽带信道。（2）多址接入：是指通信网络具有多个用户通过公共的信道接入到网络的能力。 多个射频用户复用一个射频信道（射频复用）。*无线多址通信和多路复用技术的关系：多址通信和多路复用技术的理论基础都是信号的正交分割原理。但无线多址通信是指多个电台或通信站的射频信号在射频频道上的复用，以达到各站、台之间同一时间、同一方向的用户间的多边通信；多路复用通信是指一个站内的多路低频信号在群频信道上的复用，以达到两个台、站之间双边点对点的多用户通信。*选址通信的方式 选址通信的方式：（1）有线选址；（2）无线选址（3）多路复用与多址接入的理论基础信号
14、正交分割原理。（4）多路复用与多址接入的实现：发送端进行信号正交化设计：多路信号复合：接收端进行信号正交化分离：（5）多路复用的类型：宽带信道的多路复用：（6）无线多址技术：多址方式主要有：频分多址（FDMA）；时分多址（TDMA）；码分多址（CDMA）；空分多址（SDMA）；极化分割多址（PDMA）。以及它们的组合方式。 频分多址（FDMA）频分多址是将给定的频率资源划分为若干个等间隔的频道供不同的用户使用。在FDMA中，信道指的是频道。频分多址系统通常采用频分双工方式实现双工通信。 时分多址（TDMA）时分多址是把时间分割成互不重叠的周期性的帧，每一帧再分割成若干个互不重叠的时隙，用户在指
15、定的时隙内进行通信。在TDMA中，时隙就是信道。在TDMA系统中实现双工通信既可采用FDD方式，也可采用TDD方式。 码分多址（CDMA）码分多址以扩频技术为基础，利用不同码型实现不同用户的信息传输。在CDMA系统中，码型代表信道。CDMA系统中多址方式有FH-CDMA和DS-CDMA。*Walsh序列在IS-95 CDMA系统中的应用：在IS-95 CDMA系统中，基站至移动台的下行链路中用64位的Walsh码序列区分信道。64位的Walsh码有64个正交序列，用W0， W1， W2， W63表示，这样就有64个逻辑信道。其中 W0用作导频信道， W32用作同步信道，W1 W7用作寻呼信道，其余55个信道用作业务信道。 空分多址（SDMA）空分多址是通过空间的分割来区分不同的用户。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
