通信原理与技术1

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1、第一章第一章 绪绪 论论1.1 通信的基本概念和通信系统基本模型通信的基本概念和通信系统基本模型1.2 通信系统的分类和数字通信系统通信系统的分类和数字通信系统1.3 信息及其度量信息及其度量1.4 数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标1.5 数字通信涉及的主要技术数字通信涉及的主要技术1.1 通信的基本概念和通信通信的基本概念和通信系统基本模型系统基本模型通通信信（Communication）是是把把消消息息从从一一地地有有效效地地传传递递到到另另一一地地，即即消消息传递的全过程。息传递的全过程。图图中中，信信息息源源（也也作作发发终终端端）的的作作用用是是把把各各种种消消息

2、息转转换换成成原原始始电电信信号号。发发送送设设备备对对原原始始信信号号完完成成某某种种变变换换，使使原原始始电电信信号号适适合合在在信信道道中中传传输输。信信道道是是指指信信号号传传输输的的通通道道，提提供供了了信信源源与与信信宿宿之之间间在在电电气气上上的的联联系系。信信宿宿（也也称称收收终终端端）是是将将复复原原的的原始电信号转换成相应的消息。原始电信号转换成相应的消息。图图1-2通信系统的基本模型通信系统的基本模型1.2 通信系统的分类和通信系统的分类和数字通信系统数字通信系统1. 通信系统分类通信系统分类按按通通信信业业务务的的不不同同可可分分为为：电电报报、电电话话、传传真真、数数

3、据据传传输输、可可视视电电话话、无无线线寻寻呼等。呼等。按按调调制制方方式式可可分分为为：基基带带传传输输和和频频带带传输。传输。按按信信道道中中所所传传信信号号的的不不同同分分：通通常常信信道道中中传传送送的的信信号号可可分分为为数数字字信信号号和和模模拟拟信信号，因此通信可分为数字通信和模拟通信。号，因此通信可分为数字通信和模拟通信。按按传传输输媒媒质质分分：通通信信可可分分为为有有线线通通信信和无线通信。和无线通信。按按工工作作频频段段分分：根根据据通通信信设设备备的的工工作作频频率率不不同同，通通信信通通常常可可分分为为长长波波通通信信、中中波通信、短波通信、微波通信等。波通信、短波通

4、信、微波通信等。另另外外，通通信信还还有有其其他他一一些些分分类类方方法法，如如按按信信号号复复用用方方式式可可分分为为频频分分复复用用方方式式（FDM）、时时分分复复用用方方式式（TDM）和和码码分分复复用用方方式式（CDM）等等；按按通通信信网网络络可可分分为为专专线线通通信信和和网网通通信信等等；按按收收信信者者是是否否运运动动分分为为移移动动通通信信和和固固定定通通信信；按按通通信信方方式式可可分为单工、单双工、双工通信等。分为单工、单双工、双工通信等。2. 数字通信系统数字通信系统在在信信道道中中传传输输模模拟拟信信号号的的系系统统称称为为模模拟拟通通信信系系统统。它它包包含含两两种

5、种重重要要变变换换，一一是是把把原原始始消消息息变变为为电电信信号号，二二是是把把不不适适合合传传输输的的基基带带信信号号通通过过调调制制器器转转换换成成频频带带信信号号；同时两种变换在收端都要经过反变换。同时两种变换在收端都要经过反变换。在在信信道道中中传传输输数数字字信信号号的的系系统统称称为为数数字通信系统。字通信系统。（1） 信信源源和和信信宿宿：信信源源的的作作用用是是把把消消息息转转换换成成原原始始的的电电信信号号，完完成成非非电电/电电的的转转换换；信信宿宿的的作作用用是是把把复复原原的的电电信信号号转转换换成相应的消息，就是完成电成相应的消息，就是完成电/非电的转换。非电的转换

6、。（2） 信信源源编编码码和和信信源源解解码码：信信源源编编码码有有两两个个作作用用，其其一一，进进行行模模/数数转转换换；其其二二，数数据据压压缩缩，即即设设法法降降低低数数字字信信号号的的数数码率。码率。（3） 信信道道编编码码与与信信道道解解码码：数数字字信信号号在在信信道道中中传传输输时时，由由于于噪噪声声影影响响，会会引引起起差差错错。（4） 调调制制和和解解调调：数数字字调调制制的的任任务务是是把把各各种种数数字字基基带带信信号号转转换换成成适适应应于于信道传输的数字频带信号。信道传输的数字频带信号。（5） 信信道道：信信道道是是信信号号传传输输的的通通道道（媒质）。信道分为有线信

7、道、无线信道。（媒质）。信道分为有线信道、无线信道。（6） 最最佳佳接接收收和和同同步步：依依据据最最小小差差错错准准则则进进行行接接收收，可可以以合合理理设设计计接接收收机机达达到最佳。到最佳。3. 数字通信的特点数字通信的特点相相对对于于模模拟拟通通信信系系统统而而言言，数数字字通通信信系统有如下优点。系统有如下优点。（1） 抗抗干干扰扰、抗抗噪噪声声能能力力强强，无无噪噪声积累。声积累。（2） 便于加密处理，保密性强。便于加密处理，保密性强。（3） 差错可控。差错可控。（4） 利利用用现现代代技技术术，便便于于对对信信息息进进行行处理、存储、交换。处理、存储、交换。（5） 便便于于集集成

8、成化化，使使通通信信设设备备微微型型化化。数数字字通通信信相相对对于于模模拟拟通通信信系系统统来来说说，主要有以下两个缺点。主要有以下两个缺点。（1） 数字信号占用的频带宽。数字信号占用的频带宽。（2） 对对同同步步要要求求高高，系系统统设设备备比比较较复复杂。杂。1.3 信息及其度量信息及其度量消消息息中中的的信信息息量量与与消消息息发发生生的的概概率率紧紧密密相相关关。消消息息出出现现的的概概率率愈愈小小，则则消消息息中中包包含含的的信信息息量量就就愈愈大大，且且概概率率为为0时时（不不可可能能发发生生事事件件）信信息息量量为为无无穷穷大大；概概率率为为1时时（必然事件）信息量为（必然事件

9、）信息量为0。综综上上所所述述，可可以以得得出出消消息息中中所所含含信信息息量量与与消消息息出出现现的的概概率率之之间间的的关关系系反反映映如如下下规规律律。（1） 消消息息中中所所含含信信息息量量I是是消消息息出出现的概率现的概率P（x）的函数，即的函数，即I=I P（x）（2） 消消息息出出现现的的概概率率愈愈小小，它它所所包包含信息量愈大；反之信息量愈小。且含信息量愈大；反之信息量愈小。且P（x）=1时时I=0P（x）=0时时I=（3） 若若干干个个互互相相独独立立事事件件构构成成的的消消息息，所所含含信信息息量量等等于于各各独独立立事事件件信信息息量量的的和，即和，即I P1（x）P2

10、（x）=I P1（x）+IP2（x）+1.4 数字通信系统的主数字通信系统的主要性能指标要性能指标一一般般通通信信系系统统的的性性能能指指标标归归纳纳起起来来有有以下几个方面。以下几个方面。（1） 有有效效性性：指指通通信信系系统统传传输输消消息息的的“速率速率”问题，即快慢问题。问题，即快慢问题。（2） 可可靠靠性性：指指通通信信系系统统传传输输消消息息的的“质量质量”问题，即好坏问题。问题，即好坏问题。（3） 适适应应性性：指指通通信信系系统统使使用用时时的的环境条件。环境条件。（4） 经济性：指系统的成本问题。经济性：指系统的成本问题。（5） 保保密密性性：指指系系统统对对所所传传信信号

11、号的的加密措施，这点对军用系统显得更加重要。加密措施，这点对军用系统显得更加重要。（6） 标标准准性性：指指系系统统的的接接口口、各各种种结构及协议是否合乎国家、国际标准。结构及协议是否合乎国家、国际标准。（7） 维修性：指系统是否维修方便。维修性：指系统是否维修方便。（8） 工工艺艺性性：指指通通信信系系统统各各种种工工艺艺要求。要求。1. 有效性指标有效性指标数数字字通通信信系系统统的的有有效效性性可可用用传传输输速速率率来来衡衡量量，传传输输速速率率越越高高，则则系系统统的的有有效效性性越好。通常可越好。通常可从从以以下下三三个个不不同同的的角角度度来来定定义义传传输输速速率。率。（1）

12、 码元传输速率码元传输速率码码元元传传输输速速率率通通常常又又可可称称为为码码元元速速率率、数数码码率率、传传码码率率，用用符符号号RB来来表表示示。码码元元速速率率是是指指单单位位时时间间（每每秒秒钟钟）内内传传输输码码元元的的数数目目，单单位位为为波波特特（Baud），常常用用符符号号“B”表示（注意，不能用小写）。表示（注意，不能用小写）。通通常常在在给给出出系系统统码码元元速速率率时时，有有必必要要说说明明码码元元的的进进制制，多多进进制制（N）码码元元速速率率RBN与与二二进进制制码码元元速速率率RB2之之间间，在在保保证证系系统统信信息息速速率率不不变变的的情情况况下下，相相互互可

13、可转转换换，转换关系式为转换关系式为RB2=RBNlog2N（B）N应为应为2k，k=2，3，4，（2） 信息传输速率信息传输速率信息传输速率简称信息速率，又可称信息传输速率简称信息速率，又可称为传信率、比特率等。为传信率、比特率等。（3） Rb与与RB之间的互换之间的互换在多进制中，在多进制中，RBN与与RbN之间数值不同，之间数值不同，单位亦不同。它们之间在数值上有如下关单位亦不同。它们之间在数值上有如下关系式系式RbN=RBNlog2N（4） 频带利用率频带利用率在在比比较较不不同同通通信信系系统统的的效效率率时时，只只看看它它们们的的传传输输速速率率是是不不够够的的，还还应应看看在在这

14、这样样传传输输速速率率下下所所占占的的信信道道的的频频带带宽宽度度。因因为为传传输输速速率率越越高高，所所占占用用的的信信道道频频带带越越宽宽。因因此此，能能够够真真正正体体现现出出信信息息的的传传输输效效率率的的指指标标应应该该是是频频带带利利用用率率（），即即单单位位频频带带内的传输速率。内的传输速率。=RB/B （Baud/Hz）2. 可靠性指标可靠性指标（1） 码元差错率码元差错率Pe（2） 信息差错率信息差错率Pb1.5 数字通信涉及的主要技术数字通信涉及的主要技术（1） 信道与噪声信道与噪声对对通通信信来来说说，信信道道和和噪噪声声都都是是必必须须涉涉及的基本问题。及的基本问题。（

15、2） 数字终端技术数字终端技术数数字字终终端端技技术术包包括括发发端端、收收端端对对信信号号进行处理过程中所涉及到的技术。进行处理过程中所涉及到的技术。（3） 数字基带传输技术数字基带传输技术数数字字基基带带传传输输技技术术涉涉及及一一系系列列技技术术问问题题，如如信信号号传传输输码码型型，码码间间串串扰扰问问题题，实实现现无无码码间间串串扰扰传传输输的的理理想想条条件件及及减减少少码码间间串串扰扰的的部部分分响响应应系系统统和和均均衡衡技技术术，在在第第四四章中主要讨论。章中主要讨论。（4） 数字频带传输技术数字频带传输技术数数字字频频带带传传输输技技术术主主要要是是指指数数字字通通信信系系统统的的核核心心技技术术之之一一数数字字调调制制/解解调调技技术术，是是将将输输入入的的数数字字信信号号（基基带带数数字字信信号号）变换为适合于信道传输的频带信号。变换为适合于信道传输的频带信号。（5） 数字同步技术数字同步技术同步是数字通信系统的基本组成部分。同步是数字通信系统的基本组成部分。（6） 差错控制编码技术差错控制编码技术差差错错控控制制编编码码/译译码码，属属信信道道编编码码之之范畴。范畴。