通信基礎(chǔ)知識(shí)(通信原理)

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1、第一部分?jǐn)?shù)字通信基本原理一．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)1.信號(hào)信號(hào)可用來傳輸信息。信息可用語言、文字、圖象等表達(dá)，但在很多情況下，這些表達(dá)信息的語言文字不便于直接傳輸。因此在近代科學(xué)技術(shù)中，常用電信號(hào)來傳送各種信息，即利用一種變換設(shè)備把各種信息轉(zhuǎn)換為隨時(shí)間作相應(yīng)變化的電流或電壓進(jìn)行傳輸。這種隨信息作相應(yīng)變化的電壓或電流就是電信號(hào)。由消息轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)可分為兩類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是指時(shí)間和幅度都連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是指時(shí)間和幅度都離散的信號(hào)。如圖1-1電壓100時(shí)間a.模擬信號(hào)b.數(shù)字信號(hào)1-1模擬信號(hào)及數(shù)字信號(hào)的模型2.數(shù)

2、字系統(tǒng)以數(shù)字信號(hào)的方式來傳輸消息的通信系統(tǒng)，叫數(shù)字通信系統(tǒng)。典型的數(shù)字通信系統(tǒng)的組成如圖1-2。信宿電/非電信源譯碼信道譯碼信道信道編碼信源編碼非電/電信源噪聲干擾1-2典型數(shù)字通信系統(tǒng)的組成信源即是發(fā)信者。通常的信源指電話機(jī)、攝象機(jī)及各種數(shù)字終端設(shè)備。信源編碼的作用是對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼，去除或減少冗余度，把能量集中起來縮窄占據(jù)頻帶，從而提高數(shù)字傳輸?shù)挠行?。例如進(jìn)行模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的過程（A/D轉(zhuǎn)換），PCM編碼。信道編碼。由于傳輸信道上噪聲的干擾，數(shù)字信號(hào)在傳輸中可能會(huì)發(fā)生差錯(cuò)，導(dǎo)致信息傳輸質(zhì)量下降。為了在接收端自

3、動(dòng)檢出錯(cuò)碼或糾正錯(cuò)碼，使差錯(cuò)控制在允許范圍內(nèi)，可在信源編碼后的數(shù)字信號(hào)中按一定規(guī)律加一定數(shù)量的數(shù)字碼（監(jiān)督碼），形成新的數(shù)字信號(hào)，這種新的信號(hào)間的關(guān)系形成較強(qiáng)的規(guī)律性，使收端可檢查或糾正差錯(cuò)。信道編碼是將信息比特變換為適合于信道傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，它是為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，提高數(shù)字傳輸?shù)目煽啃?，即改善系統(tǒng)的誤碼性能。信道和噪聲：信道指傳輸信號(hào)的通道。按傳輸媒質(zhì)可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括明線、同軸電纜、光纜等。無線信道包括微波中繼、衛(wèi)星和各種散射等。信道在傳輸中會(huì)受到各種噪聲的干擾，通常把所有的噪聲干擾都折

4、合到信道中，成為一個(gè)等效噪聲源。1.數(shù)字通信的主要特點(diǎn)A、抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲積累因數(shù)字信號(hào)以0、1兩個(gè)數(shù)碼形式傳輸，被噪聲干擾和經(jīng)衰減后的數(shù)字信號(hào)，在沒惡化到不可正確判斷之前，可用再生的方法恢復(fù)成原來的信號(hào)。只要再生設(shè)備設(shè)定位置適當(dāng)，可認(rèn)為噪聲干擾不會(huì)對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生不良影響，即不會(huì)出現(xiàn)噪聲積累。因而數(shù)字傳輸適用較遠(yuǎn)距離傳輸，也能適應(yīng)性能差的信道。B、保密性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)糾錯(cuò)數(shù)字信號(hào)是模擬信號(hào)經(jīng)過信源編碼后形成的。它本身已具有一定的保密性，同時(shí)數(shù)字信號(hào)便于碼型轉(zhuǎn)換，進(jìn)行加密處理，還可通過信道編碼實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)，糾錯(cuò)功能。C、

5、便于建立綜合通信網(wǎng)數(shù)字傳輸和數(shù)字交換結(jié)合，有利于傳輸和交換多種業(yè)務(wù)的數(shù)字信息，實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)信息的綜合通信。為建立綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN提供必要條件。D、設(shè)備可集成，微型化由于設(shè)備多數(shù)屬于數(shù)字電路，可采用集成元件，能做到集成度高，體積小，耗電低和成本低，且便于生產(chǎn)和維護(hù)。E、占用頻帶寬數(shù)字傳輸也有缺點(diǎn)，它與模擬信號(hào)傳輸相比，占用傳輸頻帶寬，如傳輸一路數(shù)字化語音信息占64khz的帶寬，而傳輸一路模擬信息只需占4khz的帶寬。然而隨著微波和衛(wèi)星信道及光線信道的迅速發(fā)展（它們有很寬的帶寬），使占用傳輸頻帶寬的矛盾逐漸縮小。因而數(shù)

6、字傳輸?shù)膽?yīng)用日益廣泛。一．語音信號(hào)的數(shù)字化要將模擬信號(hào)在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳遞，就必須用信源編碼器對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)變換。語音信號(hào)模數(shù)變換的方法很多，如脈沖編碼調(diào)制，增量調(diào)制和參數(shù)編碼等，其中用得較為廣泛的是脈沖編碼調(diào)制。話音信號(hào)（模擬信號(hào)）數(shù)字化的過程是：取樣──量化──編碼。1.取樣──信號(hào)在時(shí)間上的離散化話音信號(hào)不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時(shí)間上也是連續(xù)的，參見圖1-1(a)。取樣就是每隔一定的時(shí)間間隔(T)對(duì)在時(shí)間上連續(xù)的話音信號(hào)抽取瞬時(shí)幅值的過程，簡稱取樣或抽樣。取樣后所得到的一串在時(shí)間上離散的序列信號(hào)稱為

7、樣值序列信號(hào)，或取樣信號(hào)，參見圖1-3。1-3模擬信號(hào)的取樣將話音信號(hào)取樣后，所得取樣信號(hào)在信道上占用的時(shí)間被壓縮了，因而它為時(shí)分復(fù)用奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)也為數(shù)字化提供了條件。但取樣信號(hào)中必須含有原始話音信號(hào)的信息，并要求在接收端能將取樣信號(hào)恢復(fù)成原始話音信號(hào)。為了達(dá)到上述要求，取樣的時(shí)間間隔T(取樣周期)不能太長，或者說取樣頻率不能太低。由取樣定理──奈奎斯特定理可知：取樣頻率(fs)應(yīng)大于傳輸信號(hào)中最高頻(fm)的兩倍。即fs＞2fm。在電話通信系統(tǒng)中，用3400赫作為最高頻率(fm)已能很好滿足用戶的要求?？紤]到一定的

8、冗余，目前PCM通信規(guī)定話音信號(hào)的取樣頻率fs為8000赫，即fs＝8000赫。取樣周期T＝1/fs＝1/8000＝125us(微秒)。為了在取樣前把話音信號(hào)中大于fm(fm＝3400赫)的頻率成分去掉，在取樣器要設(shè)置一個(gè)上限頻率為3400赫的低通濾波器，使最高頻率限制在3400赫。2.量化──信號(hào)在幅值上的離散化取