通信工程专业导论(第4-5章)[40页]
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➢用幅度（电平）表示不同进制的数字信号
3
➢用不同频率表示二进制信号的波形
➢多进制数字信号
ASK
波形
振幅
二 进 制
四 进 制
八 进 制
16 进 制
64 进 制
FSK
波形
频率
PSK 波形 相位
QAM
振幅和相 位
4
4.2.2 模拟信号数字化过程 ➢抽样：模拟信号被抽样后，成为抽样信号，它在时间 上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模 拟信号。 ➢量化：量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值 是离散的。
雨”。 若分组为“1 00 01 00 11 1”，则解读为“1晴 云 晴 雨
1”。
7
4.3.3 网同步
➢载波同步：在一般通信系统中，当接收端需要产生一个和 发送端的载波同频同相的正弦波用于解调时，就需要解决 载波同步问题。
➢网同步：在有多个用户的通信网内，还有使网内各站点之 间时钟保持同步的网同步问题。
18
➢密码编码学：加密、解密 明文：待加密的消息 密文：加密的结果 密码：用于加密的数据变换集合 密钥：加密变换用的参数
➢密码分析学：研究如何破译密文，或者伪造密文使之 能被当作真的密文接收。
4.9.2 单密钥密码 — 单密钥加密通信系统原理方框图
19
4.9.3 公钥密码 — 双密钥密码
➢密钥分成两部分：一个公开部分和一个秘密部分。 公开部分：类似公开电话号码簿中的电话号码，每个发送 者可以从中查到不同接收者的密码的公开部分。发送者用 它对原始发送消息加密。 秘密部分：接收者有自己密钥的秘密部分，此秘密部分必 须保密，不为人知。
➢能够发现出现了奇数个错码。 12
四种差错控制技术
➢检错重发(ARQ)
➢前向纠错（FEC） ➢反馈校验 ➢检错删除
13
4.7 信源压缩编码
目的：减小信号的冗余度，提高信号的传输效率。 分类：
➢有损压缩：容许在压缩时使信号产生失真，即受到损伤。 例如传输语音、图像等信号时，少许失真不会被人耳眼察 觉，因此容许在压缩时使信号产生失真，即受到损伤。
➢当接收到码组为“11101 11001”时，就知道第3位码元错 了，但是不知道是 “1”错成为“0”了，还是 “0”错成 为了“1”。
➢若想能够纠正错误，把待发送的码组重复发送两遍。例如， 把待发送的码组“11101”发送为“11101 11101 11101”。
➢接收端按照“少数服从多数” 原则，判断发送的正确码元。 ➢一种简单实用的编码方法 — 奇偶监督码
防止加密的信息被破译；
防止信息被攻击，包括伪造和篡改。为了防止信 息的伪造和被篡改，需要对其进行认证。
认证的目的：
✓验证信息发送者真伪， ✓验证接收信息的完整性—是否被篡改了？是否被重复接
收了？是否被拖延了？
认证技术包括：消息认证、身份验证和数字签字。 4.9.1 密码学
➢密码学包括：密码编码学、密码分析学。
第4章 通信工程的主要技术
4.1调制与解调
调制：搬移和变换信号的频谱。 例：振幅调制
➢调制信号(a) ➢载波(b) ➢已调信号(c)
模拟信号的调制种类：调幅、调频、调相
1
数字信号的调制种类：振幅键控（ASK）、频率键控 （FSK）和相位键控（PSK）
调制的目的：
➢提高信源信号的频率，以便能够利用天线高效率地发射和 接收电磁波。
➢增益：在输入功率相等的条件下，在实际天线最大辐射
方向的辐射功率密度与各向同性（理想）天线在该处的辐 射功率密度之比：
G = 10lg(P1/P2) dB
➢效率：天线辐射出去的功率（即有效地转换为电磁 波的功率）和输入到天线的有功功率之比。
17
4.9 通信安全和保密编码
通信保密的目的是保证信息传输的安全。 信息传输安全包括：
➢扩大信道的传输能力。
➢提高信号传输的抗干扰能力。
4.2 模拟信号数字化
4.2.1 不同进制的数字信号
➢二进制数字：0, 1 ➢十进制数字： 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ➢八进制数字：： 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ➢三种进制数字的比较
十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 八进制 00 01 02 03 04 05 06 07 10 11
组成：主反射器、副反射器和馈源 原理： 优点： （1）改善了天线增益； （2）缩短了馈线长度； （3）缩短了天线尺寸； （4）减小了返馈能量。
16
4.8.3 天线的主要性能
➢方向性：天线在三维空间不同方向的不同辐射/接收能力。 对称振子的方向性图 — 在水平面上是各向同性的
理想天线 — 三维各向同性的天线，作为标准衡量。 实际天线方向图：
➢无损压缩：不容许压缩产生任何错误。例如，对于计算机 数据和文字等信号。
方法：
➢利用信号的相关性 — 有损压缩 ➢利用信号的统计特性 — 无损压缩
14
4.8 天线
4.8.1 线天线
➢对称振子 ➢折合振子 ➢鞭状天线 ➢八木天线 ➢八木天线阵
15
Baidu Nhomakorabea
4.8.2 面天线
➢抛物面天线 ➢切割抛物面天线 ➢卡塞格伦天线
5
➢编码：把这种多进制的数字信号变成二进制信号
6
4.3 同步
4.3.1 位同步：在接收端需要知道每个码元的起止时刻， 需要使接收端时钟和发送端时钟保持同步，这种同步 称为位同步或码元同步。
4.3.2 群同步：为了正确地接收码元信息，需要群同步。
例：天气预报，接收到“1000100111”， 若分组为“10 00 10 01 11”，则解读为“阴 晴 阴 云
8
4.4 多路复用
多路复用技术：多路独立信号在一条链路上传输的技 术。
多路复用技术的种类：
➢频分多路复用 ➢时分多路复用 ➢码分复用 ➢空分复用 ➢极化复用
9
➢波分复用
10
4.5 多址
“多路复用”和“多址接入”的区别
➢在多路复用中，用户是固定接入的或者是半固定接入的， 因此网络资源是预先分配给各用户共享的。
➢多址接入（Multiple Access）时网络资源通常是动态分配 的，并且可以由用户在远端随时提出共享要求。
多址接入举例：卫星通信、以太网
多址接入种类：
➢频分多址 ➢时分多址 ➢码分多址 ➢空分多址 ➢极化多址
➢•••
11
4.6 差错控制和纠错编码
基本原理
➢最简单的发现错误的方法之一：重复发送一遍。例如，若 原发送的码元为“11101”，则实际发送“11101 11101”；
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➢用不同频率表示二进制信号的波形
➢多进制数字信号
ASK
波形
振幅
二 进 制
四 进 制
八 进 制
16 进 制
64 进 制
FSK
波形
频率
PSK 波形 相位
QAM
振幅和相 位
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4.2.2 模拟信号数字化过程 ➢抽样：模拟信号被抽样后，成为抽样信号，它在时间 上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模 拟信号。 ➢量化：量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值 是离散的。
雨”。 若分组为“1 00 01 00 11 1”，则解读为“1晴 云 晴 雨
1”。
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4.3.3 网同步
➢载波同步：在一般通信系统中，当接收端需要产生一个和 发送端的载波同频同相的正弦波用于解调时，就需要解决 载波同步问题。
➢网同步：在有多个用户的通信网内，还有使网内各站点之 间时钟保持同步的网同步问题。
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➢密码编码学：加密、解密 明文：待加密的消息 密文：加密的结果 密码：用于加密的数据变换集合 密钥：加密变换用的参数
➢密码分析学：研究如何破译密文，或者伪造密文使之 能被当作真的密文接收。
4.9.2 单密钥密码 — 单密钥加密通信系统原理方框图
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4.9.3 公钥密码 — 双密钥密码
➢密钥分成两部分：一个公开部分和一个秘密部分。 公开部分：类似公开电话号码簿中的电话号码，每个发送 者可以从中查到不同接收者的密码的公开部分。发送者用 它对原始发送消息加密。 秘密部分：接收者有自己密钥的秘密部分，此秘密部分必 须保密，不为人知。
➢能够发现出现了奇数个错码。 12
四种差错控制技术
➢检错重发(ARQ)
➢前向纠错（FEC） ➢反馈校验 ➢检错删除
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4.7 信源压缩编码
目的：减小信号的冗余度，提高信号的传输效率。 分类：
➢有损压缩：容许在压缩时使信号产生失真，即受到损伤。 例如传输语音、图像等信号时，少许失真不会被人耳眼察 觉，因此容许在压缩时使信号产生失真，即受到损伤。
➢当接收到码组为“11101 11001”时，就知道第3位码元错 了，但是不知道是 “1”错成为“0”了，还是 “0”错成 为了“1”。
➢若想能够纠正错误，把待发送的码组重复发送两遍。例如， 把待发送的码组“11101”发送为“11101 11101 11101”。
➢接收端按照“少数服从多数” 原则，判断发送的正确码元。 ➢一种简单实用的编码方法 — 奇偶监督码
防止加密的信息被破译；
防止信息被攻击，包括伪造和篡改。为了防止信 息的伪造和被篡改，需要对其进行认证。
认证的目的：
✓验证信息发送者真伪， ✓验证接收信息的完整性—是否被篡改了？是否被重复接
收了？是否被拖延了？
认证技术包括：消息认证、身份验证和数字签字。 4.9.1 密码学
➢密码学包括：密码编码学、密码分析学。
第4章 通信工程的主要技术
4.1调制与解调
调制：搬移和变换信号的频谱。 例：振幅调制
➢调制信号(a) ➢载波(b) ➢已调信号(c)
模拟信号的调制种类：调幅、调频、调相
1
数字信号的调制种类：振幅键控（ASK）、频率键控 （FSK）和相位键控（PSK）
调制的目的：
➢提高信源信号的频率，以便能够利用天线高效率地发射和 接收电磁波。
➢增益：在输入功率相等的条件下，在实际天线最大辐射
方向的辐射功率密度与各向同性（理想）天线在该处的辐 射功率密度之比：
G = 10lg(P1/P2) dB
➢效率：天线辐射出去的功率（即有效地转换为电磁 波的功率）和输入到天线的有功功率之比。
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4.9 通信安全和保密编码
通信保密的目的是保证信息传输的安全。 信息传输安全包括：
➢扩大信道的传输能力。
➢提高信号传输的抗干扰能力。
4.2 模拟信号数字化
4.2.1 不同进制的数字信号
➢二进制数字：0, 1 ➢十进制数字： 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ➢八进制数字：： 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ➢三种进制数字的比较
十进制 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 二进制 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 八进制 00 01 02 03 04 05 06 07 10 11
组成：主反射器、副反射器和馈源 原理： 优点： （1）改善了天线增益； （2）缩短了馈线长度； （3）缩短了天线尺寸； （4）减小了返馈能量。
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4.8.3 天线的主要性能
➢方向性：天线在三维空间不同方向的不同辐射/接收能力。 对称振子的方向性图 — 在水平面上是各向同性的
理想天线 — 三维各向同性的天线，作为标准衡量。 实际天线方向图：
➢无损压缩：不容许压缩产生任何错误。例如，对于计算机 数据和文字等信号。
方法：
➢利用信号的相关性 — 有损压缩 ➢利用信号的统计特性 — 无损压缩
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4.8 天线
4.8.1 线天线
➢对称振子 ➢折合振子 ➢鞭状天线 ➢八木天线 ➢八木天线阵
15
Baidu Nhomakorabea
4.8.2 面天线
➢抛物面天线 ➢切割抛物面天线 ➢卡塞格伦天线
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➢编码：把这种多进制的数字信号变成二进制信号
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4.3 同步
4.3.1 位同步：在接收端需要知道每个码元的起止时刻， 需要使接收端时钟和发送端时钟保持同步，这种同步 称为位同步或码元同步。
4.3.2 群同步：为了正确地接收码元信息，需要群同步。
例：天气预报，接收到“1000100111”， 若分组为“10 00 10 01 11”，则解读为“阴 晴 阴 云
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4.4 多路复用
多路复用技术：多路独立信号在一条链路上传输的技 术。
多路复用技术的种类：
➢频分多路复用 ➢时分多路复用 ➢码分复用 ➢空分复用 ➢极化复用
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➢波分复用
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4.5 多址
“多路复用”和“多址接入”的区别
➢在多路复用中，用户是固定接入的或者是半固定接入的， 因此网络资源是预先分配给各用户共享的。
➢多址接入（Multiple Access）时网络资源通常是动态分配 的，并且可以由用户在远端随时提出共享要求。
多址接入举例：卫星通信、以太网
多址接入种类：
➢频分多址 ➢时分多址 ➢码分多址 ➢空分多址 ➢极化多址
➢•••
11
4.6 差错控制和纠错编码
基本原理
➢最简单的发现错误的方法之一：重复发送一遍。例如，若 原发送的码元为“11101”，则实际发送“11101 11101”；