通信原理第1章緒論

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1、1.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3信息及其度量1.4通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第一章緒論1.1通信系統(tǒng)的組成從古到今，人類的社會(huì)活動(dòng)總離不開消息的傳遞和交換，古代的消息樹、烽火臺(tái)和驛馬傳令，以及現(xiàn)代社會(huì)的文字、書信、電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)等，這些都是消息傳遞的方式或信息交流的手段。人們可以用語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等不同的形式來(lái)表達(dá)信息。但是這些語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)或圖像本身不是信息而是消息，信息是消息中所包含的人們?cè)瓉?lái)不知而待知的內(nèi)容。因此，通信的根本目的在于傳輸含有信息的消息，否則，就失去了通

2、信的意義?；谶@種認(rèn)識(shí)，“通信”也就是“信息傳輸”或“消息傳輸”。實(shí)現(xiàn)通信的方式很多，目前的通信越來(lái)越依賴?yán)谩半姟眮?lái)傳遞消息的電通信方式。由于電通信迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受時(shí)間、地點(diǎn)、距離的限制，因而近百年來(lái)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信”這一術(shù)語(yǔ)時(shí)，一般均是指“電通信”。廣義來(lái)講，光通信也屬于電通信，因?yàn)楣庖彩且环N電磁波。本書中的通信均指電通信。1.1.1通信系統(tǒng)的一般模型通信是從一地向另一地傳遞和交換信息。實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。基于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信系

3、統(tǒng)的模型如下圖1-1所示：圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼。信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無(wú)線信道中

4、，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。這一點(diǎn)將在第3章中討論。噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來(lái)源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。接收設(shè)備的基本功能是完

5、成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。上圖反映了通信系統(tǒng)的共性，因此稱之為通信系統(tǒng)的一般模型。根據(jù)研究的對(duì)象以及所關(guān)注的問(wèn)題不同，圖中的各小方框的內(nèi)容和作用有所不同，相應(yīng)有不同形式的更具體的通信模型。今后的討論就是圍繞著通信系統(tǒng)的模型而展開的。1.1.2通信模型信源發(fā)出的消息可分為兩大類：一類稱為連續(xù)消息；另一類稱為離散消息。連續(xù)消息

6、是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語(yǔ)音、活動(dòng)圖片等；離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。消息的傳遞是通過(guò)它的物質(zhì)載體——電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號(hào)的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。按信號(hào)參量的取值方式不同可把信號(hào)分為兩類，即模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無(wú)窮多個(gè)值的，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱為模擬信號(hào)（電話機(jī)送出的語(yǔ)音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)）。模擬信號(hào)有時(shí)也稱連續(xù)信號(hào)，這個(gè)連續(xù)是指信號(hào)的某一參量可以連續(xù)變化，或者說(shuō)在某

7、一取值范圍內(nèi)可以取無(wú)窮多個(gè)值，而不一定在時(shí)間上也連續(xù)，如圖1-2(b)所示的抽樣信號(hào)。圖2-1模擬信號(hào)波形（a）連續(xù)信號(hào)（b）抽樣信號(hào)凡信號(hào)參量只能取有限個(gè)值，并且常常不直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱為數(shù)字信號(hào)，如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)、PCM信號(hào)等。數(shù)字信號(hào)有時(shí)也稱離散信號(hào)，這個(gè)離散是指信號(hào)的某一參量是離散變化的，而不一定在時(shí)間上也離散，如圖1-3(b)所示的2PSK信號(hào)。圖1-3數(shù)字信號(hào)波形(a)二進(jìn)制波形(b)2PSK波形因此，按照信道中傳輸?shù)男盘?hào)的性質(zhì)可以分為模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸系

8、統(tǒng)。1.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào)，基帶的含義是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開始，如語(yǔ)音信號(hào)為300~3400Hz，圖像信號(hào)為0~6MHz。由于這種信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合