通信原理教程1

h
d
r
d
D 地面
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无线电中继
图1.4.4 无线电中继 27
静止卫星中继通信
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平流层中继通信
HAPS(High Altitude Platform Station)
Pb = Pe x M / [2(M-1)] Pe /2 ➢误字率和误比特率的关系
对于二进制， 若一个字由k比特组成，则
Pw＝1 – (1 – Pe)k
频带利用率 能量利用率
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解调器 收转换器 媒质 发转换器 调制器
1.4 信 道
1.4.0 信道的定义：
编码器 输出
（调 制） 信 道 广义（编码）信道
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1.3数字通信 1.3.1基本概念
两类信号 • 模拟信号：取值连续，例如语音 • 数字信号：取值离散，例如数据
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模拟信号与数字信号
码元
t
t
t
t
模拟信号
数字信号
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两类通信系统
• 模拟通信系统 要求 － 高保真度 准则 － 信号噪声功率（电压）比 手段 － 参量估值方法
• 数字通信系统 要求 － 正确 准则 － 错误率 手段 － 统计判决理论
(米波）
空中交通管制、出租汽车、
警察、导航、飞机通信
300 – 3000 特高频(UHF) 电视、蜂窝网、微波链路、
(分米波）
无线电探空仪、导航、卫星
通信、GPS、监视雷达、
无线电高度计
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频段（波长）划分
频率范围 (GHz) 3 – 30
名称
超高频(HF)
（厘米波）
30 – 300
极高频(VHF)
道利用率。 信噪比随带宽按指数规律增长。
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1.3.3 数字通信系统模型
信宿 压缩解码 保密解码 信道解码
解调 信道 调制 信道编码 保密编码 压缩编码
信源
信源编码 发送端
噪声
同步
信源解码
接收端
数字通信系统模型
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信宿 解调 信道 调制 信源
噪声
发送端
接收端
模拟通信系统模型
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1.3.4 数字通信系统的主要性能指标
导航、水下通信 无线电信标
中频(MF)
广播、海事通信、
(100-1000m) 测向、遇险求救、 海岸警卫
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频段（波长）划分
频率范围
名称
典型应用
(MHz)
3 – 30
高频(HF)
远程广播、电报、电话、飞机
(10-100m)
与船只间通信、船－岸通信、
业余无线电
30 – 300 甚高频(VHF) 电视、调频广播、陆地交通、
可见光
光通信系统
(0.7 – 0.4 m)
750 – 3000
紫外线
光通信系统
(0.4 – 0.1 m)
注：kHz = 103 Hz, MHz = 106 Hz, GHz = 109 Hz,
THz = 1012 Hz, mm = 10-3 m,
m = 10-6 m
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电磁波传播：地波、天波、视线传播
有效性和可靠性的关系（速度～质量） • 传输速率：
➢码元速率RB － 波特 ➢信息速率：Rb － 比特/秒
对M进制：Rb = RB log2 M ➢ 消息速率：RM
• 错误率：
➢误码率Pe = 错误接收码元数/传输码元总数 ➢误比特率Pb = 错误接收比特数/传输总比特数
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➢误字率Pw = 错误接收字数/总传输字数 ➢误码率和误比特率的关系
译码器 输入
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1.4.1 无线信道
无线电通信的起源 电磁波发射对波长的要求 频段（波长）划分
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频段（波长）划分
频率范围 (kHz) 3 – 30
30 – 300
300 – 3000
Biblioteka Baidu
名称
典型应用
甚低频(VLF) 远程导航、水下通信
(10-100 km)
声纳、授时
低频(LF) (1-10 km)
# 信息量 I = I [ P(x) ]，P(x) -- 发生概率 # 定义：I = loga [1/P(x)] = -logaP(x) # 通常取 a = 2, 此时单位为“比特”。 # 对于一个等概率、二进制码元：
5
# 对于一个等概率、M进制码元：
I = log2 [1/P(x)] = log2 [1/(1/M)] = log2 M 比特 若 M = 2k ，则 I = k 比特
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1.3.2 数字通信的优点
取值有限，能正确接收。
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
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可采用纠错和检错技术，大大提高抗 干扰性。
可采用高保密性能的数字加密技术。 可综合传输各种模拟和数字输入信号 易于设计、制造，体积小、重量轻。 可作信源编码，压缩冗余度，提高信
通信原理
1
第一章 概论 1.1 通信的发展
古代通信的起源 两类通信方式 近代通信的发展
2
1.2 消息、信息和信号
消息：语音、文字、图形、图像… 信息：消息的有效内容
不同消息可有相同内容 信号：传输消息的手段（媒介）
通信系统中传输的是信号
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信息的度量：
*制定度量方法考虑的原则
货物
消息
E层、F2层减弱
F2 F1 E D
地面
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天波
电离层高度：60 ～ 300 km 单跳最大距离：4000 km 多跳可以环球 频率：2 ～ 30 MHz
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视线传播
频率：> 30 MHz 传播距离: d2 + r2 =(h+r)2,
或
d h2 2rh 2rh
h D2/50 (m) 式中 D － km
（毫米波）
300 – 3000 亚毫米波
（0.1 – 1 mm）
典型应用
卫星通信、无线电高度计、 微波链路、机载雷达、气象 雷 达、公用陆地移动通信 铁路业务、雷达着陆系统、 实验用
实验用
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频段（波长）划分
频率范围
名称
典型应用
(THz)
43 – 430
红外线
光通信系统
(7 – 0.7 m)
430 – 750
货运量
信息量
有多种
有多种
和种类无关
和类型无关
和贵重程度
和重要程度
无关
无关
总量是单件 总量是单件独立
货运量之和 消息的信息量之和
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*制定度量信息的方法
# 消息“量” 信息量 # 例：“明天降雨量将有一毫米” -- 信息量 小
“明天降雨量将达到一米” -- 信息量 大
“明日太阳将从东方升起” -- 信息量 零
电离层 60~300 km
地球
平流层 对流层
0~10 km
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地波
频率：2MHz 以下 绕射：发生在波长～障碍物尺寸可比时 通信距离：可达数百～数千 km
地球
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电离层的结构
D层：高60 ~ 80 km
E层：高100 ~ 120 km F
F层：高150 ~ 400 km
➢F1层：140 ~ 200 km ➢F2层：250 ~ 400 km 晚上：D层、F1层消失