现代通信复习资料

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现代通信技术
1.通信系统模型
通信系统模型的组成；各部分的功能
信源
变换器
信道
反变换器
信宿
噪声源
图1.1 点到点通信系统模型
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2. 通信信道与通信容量
• 信道分类 有线信道：电磁能量被约束在某种传输线上传输，包括平行 导体传输线、同轴电缆传输线、微带传输线、波导传输线、 光纤传输线等 无线信道：包括地波、空间波、天波等
误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大
采用非均匀量化后可做到在不增大量化级数N的条件下， 使信号在较宽的动态范围达到所需的指标要求。其实质是 提高了小信号的信噪比，降低了大信号的信噪比，使信噪 比在较宽的动态范围内均匀。
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y 1 7/8 6/8 5/8 (5) 4/8 3/8 2/8 1/8 0 1/128 1/64 16等分 1/161/8 1/32 1/4 1/2
话音信号的频带发生重叠而产生混叠噪声。由于不可能实现理想
低通(理想滤波)，因此这种混叠噪声在原始信号频带内无法消除。 为了避免混叠噪声，对频带为0～fm Hz内信号的抽样频率fs应留有
一定的保护带，即fs > 2 fm 。
– 例如：话音信号的最高频率 fm=3.4kHz，为了防止产生混叠噪声， 取fs >2fm ，这里按ITU-T规定，话音信号的抽样频率fs ＝8000 Hz，
平面导体 PC 绝缘材料 接地板
b
(g)
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a (h)
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截止频率和截止波长 不像传输线有最高频率的限制，波导受限于最低频率即
称为截止频率(Cut-off Frequency)，即低于截止频率的
信号将不能在波导中传播

允许通过波导的最大波长称为截止波长(Cut-off
Wavelength)。截止波长定义为可在波导内传播的最大

缺点： 占用信道频带较宽。数字话音数码率64kb/s，一个模
拟话路所占频带宽度4 kHz
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6. 通信系统性能与噪声
1. 通信系统性能
通信系统性能
有效性 可靠性
经济性
性能指标
适应性 标准性
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性能指标的对立统一
信源 编码
有效性/传输速率
经济性
可靠性/传输质量
信道 编码
一个频带限于fm赫兹的连续信号m(t)可以惟一地用 时间上每隔时间T(≤1/2fm)的抽样值序列来确定，即抽 样频率fs≥2fm。
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保护频带
– 要获得原始信号的重建，必须使fm与fs - fm之间有一定宽度的保护 带。若抽样频率fs<2fm，则以fs为抽样频率的下边带(fs - fm)将与原始
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现代通信技术 9. 脉冲编码调制——把时间连续、取值连续的模拟信号变换成 时间离散、取值离散的数字信号，包括抽样、量化、编码
三个过程。
1. 抽样
m(t)
原始模拟信号
图 1 10 话 音 信 号 抽 样 过 程
.
时 间 离 散 化
0 r(t) 抽 样 器 抽样脉冲 0 s(t) 抽样信号 抽样周期
抽样周期R＝1/8000＝125μs，这样就留出了8000-2×3400=1200 Hz
的保护带。
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现代通信技术 • 量化
4 3 2 1 4 3 2 1 2 3 4 ＋U －U － 4－ 3 － 2 － 1 1 2 －1 －2 －3 －4 3 4 ＋U
幅 度 离 散 化
－U
－ 4 － 3－ 2 － 1
t
T
2T
3T
4T 抽样值
5T
6T

t
s (t ) m( n T)
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0
T
2T
3T
4T
5T
6T
t
现代通信技术 所谓抽样，就是每隔一定时间T，抽取话音信号m(t)的
一个瞬时幅度值(样值)，可得到一系列样值信号，即样
值序列信号S(t)=S(nT)或称为脉幅调制(PAM)信号。
T=？
奈奎斯特抽样定理
现代通信技术
现代通信技术 复习
长安大学信息工程学院电子信息工程系 荣玫 rongmei@chd.edu.cn
现代通信技术
考试安排
• 2014.1.22 （星期四）上午 9:00~11:00
• 题目类型：计算题（4×10）、简答题（3×20）
• 注意事项：
– 考生持学生证进入考场，并按监考教师安排顺序就座。 – 考生一律不准自带稿纸，桌面四周及抽屉必须保持清洁。严 禁考生携带任何具有通讯功能的设备（手机等）进入考场， 一旦带入，在考前交予监考人员保管者，不作处理。凡是在 考试期间携带、摆放和使用通讯工具者将根据学校规定，按 考试违纪或作弊处理。 – 开考半小时内不准离开考场，离开考场者，一律按交卷处理 ，迟到半小时者不准参加考试。
接收机 发射机
(3) 全双工(FDX)：
发射机 接收机
接收机 发射机
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现代通信技术 (4) 全/全双工(F/FDX)：
发射机 接收机
发射机 接收机
接收机 发射机
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现代通信技术
5. 模拟与数字通信
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模拟通信系统 模拟信号
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数字通信系统 数据通信
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数字通信系统 模拟信号 数字化传输
发射机
再生器
接收机
编织导体 绝缘体
中心导体 中心导体 (e) 平面导体 PC 绝缘材料 接地板 (f )
(e) 空气填充型同轴电缆；(f) 固态柔 韧型同轴电缆；
b
(g) 微带线；(h) 矩形波导
a (h)
(g)
图1.3 通信中的常用传输媒质
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导体 波导
(a) (b) 固定绝缘体 导体 编织物
最简单形式是一个空心导管，其横截面通常是矩形、圆
1 1 Δ × 2 16
(8) (7) (6)
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现代通信技术 3）频带利用率 频带利用率是指单位频带内的传输速率。传输的 速率愈高，所占用的信道频带愈宽。通常用 来表示数 字信道频带的利用情况，即频带利用率为
传输速率 频带宽度
当传输速率是码元传输速率时，其单位为波特/赫
兹(Bd/Hz)；当传输速率是信息传输速率时，其单位为
比特/秒/赫兹(b/s/Hz)。
基带信号
发射机
载波振荡器 (高频信号 )
本地载波 振荡器
接收机
图1.7 频带传输系统简化框图
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现代通信技术

通信系统中的信号传输方式
信号传输
基带传输
不经过调制而直 接将原始基带信 号送到线路上进 行传输
频带传输
原始电信号在发送 端经过调制后送到 线路上传输，接收 端要进行相应解调 才能恢复基带信号


1920年贝尔实验室的哈特莱推导出了带宽、传输时间和信息
容量之间的关系，即带宽愈宽，传输时间愈长，能够通过该 系统传送的信息就愈多。数学上，哈特莱定律表达如下：
C=B·t
信息容量 系统带宽
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传输时间
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一个重要的问题
增大带宽B，能否使 信息容量C无限增长？
香农公式：
信噪比
S C B log 2 (1 ) N
N 2U
– 量化误差—量化值与原样值之间的误差
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如何 衡量？
现代通信技术
量化信噪比
有用信号功率 量化信噪比 量化噪声功率
均匀量化的缺陷 量化间隔 是固定值 大功率信号信噪比大 小功率信号信噪比小
信噪比不均匀， 话音严重失真
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现代通信技术 2) 非均匀量化 非均匀量化的特点：信号幅度小时，量化间隔小，其量化
0 1 －1 －2 －3 －4
量化误差
量化误差
/ 2
0 1 － 4 － 3－ 2 － 1 － / 2 过载区 过载区 量化区 均匀量化 2 3 4
/ 2
0 1 － 4 － 3－ 2 － 1 － / 2 量化区 非均匀量化 2 3 4
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图1.13 均匀量化与非均匀量化
现代通信技术
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现代通信技术 1）有线信道 平衡式
发出信号 共模 抑制 返回信号
非平衡式
信号电位
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地电位
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导体 衬垫 导体
固定绝缘材料
(a) 明线电缆；(b) 双线电缆
(a) 导体 导体
(b) 固定绝缘体 编织物 保护套
(c) 双绞线电缆；(d) 屏蔽电缆对；
(c)
(d) 保护外套
环型间隔器 外部导体
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现代通信技术 2）码元(符号)传输速率 码元( 符号 )传输速率是指单位时间 (s) 内传输的码元数 目，其单位为波特(Bd, Baud)。这里的码元可以是二进制 的，也可以是多进制的，一般用RB或fB来表示。信息传输 速率和码元传输速率的关系为
Rb=RB log2M
式中，Rb表示信息传输速率，M为进制数。 如果码元传输速率为600 Bd，则在二进制时，信息传 输速率为600 b/s；在四进制时，信息传输速率则为1200 b/s。对于二进制，由于log2M=1，在数值上波特率和比特 率是相等的，但其意义是不同的。
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调制

定义：通过改变一个更高频率信号的某些特征物理量或参
数(如幅度、频率、相位等)的过程称为调制，分为模拟调
制和数字调制；相应地，已调信号通过传输系统传送到接 收机，在接收机中被放大、下变频，然后恢复原始信号的
过程称为解调

载波、调制信号、已调信号的定义
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现代通信技术
4. 通信方式
1) 均匀量化——用等间隔Δ(Δ称为量化间隔)去度量样值信号
– 信号的幅度范围被限定在 -U ～＋ U 之间 (U 为过载电压 ) ， 样值的绝对值超过过载电压U的区域称为过载区；未超过 U的区域称为量化区 – 幅度范围内的离散值称为量化值或量化级数 ( 用 Δ 量化间
隔去度量样值 -U ～＋ U 之间所得到的数值 ) ，用Ｎ来表示：
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图1.8 数字通信简化框图
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数字通信的特点：
优点：
抗干扰性强；便于处理、加密、存储和交换；由于
数字通信设备中大部分电路都是采用数字逻辑电路，因 此可用大规模和超大规模集成电路实现，设备便于集成 化和微型化，功耗也较低；采用数字传输方式，可以实 现传输和交换的综合，电话业务和非电话业务都可以实 现数字化，以便组成综合业务数字网(ISDN)。
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现代通信技术 4）误码率 数字信号在信道传输过程中，由于信道本身有关
参数的影响和噪声干扰，以致在接收端判决再生后的
码元可能出现错误，这叫误码。误码的多少用误码率 来衡量，一般用Pe来表示。
发生误码个数 传输总码元数
Pe lim
N
这个指标是统计结果的平均值，所以这里指的是平均 误码率。显然，误码率愈小，通信的质量愈高。
通信系统可以设计成只在一个方向上传输，或者在两
个方向上但一次只能沿一个方向传输，或者同时在两个方
向上传输，这些都称为传输方式。传输方式有四种：单工、 半双工、全双工及全/全双工。 (1) 单工(SX)：
发射机
接收机
传输只能在一个方向上出现！
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现代通信技术 (2) 半双工(HDX)：
发射机 接收机
形或椭圆形，管壁是导体，可以限定电磁波能量的边界 (c) (d)

保护套
在波导管内，通过波导管内的电介质传播能量，其电介 保护外套
编织导体 质通常是干燥的空气；如果波导管壁是良导体且很薄， 外部导体 绝缘体 环型间隔器
则壁内无电流流过，因此能量损耗很少。 中心导体

中心导体
电磁波在波导管内以“ Z‖(f 字形来回反射并不断向前传播 (e) )
波长

截止波长和截止频率由波导的横截面尺寸决定，若波导 的横截面宽度尺寸为a，则其截止波长为λc=2a
源自文库
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现代通信技术 2）无线信道
电离层 天波 发射天线 直射波LOS 空间波 接收天线
大地反射波
地波
图1.4 电磁波的三种传播模式
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现代通信技术
3）信息容量

信息容量 —— 在给定时间内，一个通信系统可以传输多少信 息的一种度量 信息论 ——是对有效利用带宽通过电子通信系统传输信息的 理论研究，可用来确定通信系统的信息容量
适应性
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现代通信技术
7. 通信系统中的噪声
噪声
噪声的存在与 信号是否出现
不相关噪声
相关噪声
外 部 噪 声
内 部 噪 声
常见噪声分别属于哪一类？ 热噪声、大气噪声
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现代通信技术
8. 数字通信系统的主要性能指标
1）信息传输速率
信息传输速率通常是以每秒所传输的信息量多少
来衡量的。信息论中已定义信源发生信息量的度量单 位是“比特”(bit)。一个二进制码元所含的信息量是一 个“比特”，即一个“1”或一个“0”就是一个比特。 在多进制中 ( 设为 m 进制 ) ，每个码元的信息量为 Im ，则Im为 Im =log2m (m为进制数)
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现代通信技术

计算实例：

标准话音频带通信信道
S 信噪比： 1000 N

(30 dB)

带宽
B 2.7kHz
信息容量：
C 2700 log2 1 1000 26.9 kb / s
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3. 基带与频带传输
基带信号
调制器 (上变频器 )
信道
解调器 (下变频器 )