第1章 点对点的无线通信..
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移动通信
2018/7/25
1
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
课程介绍
专业必修课 对移动通信原理、技术、系统、及其应用 有基本认识 教材
丁奇《大话移动通信》人民邮电出版社 2011
参考书
2018/7/25
Hale Waihona Puke Baidu
2
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
考核方式
态度性评 价（20%）
2018/7/25
24
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
和模拟通信相比，数字通信的优点： （1）抗干扰能力强，无噪声累积 （2）便于多种信息传输（数字化语音、计算机数据、数字化图 象、监控数 据等） （3）便于信息处理（如加密、存储、网管等）
（4）可靠性高、电路功耗低，体积小便于集成化
(5) 接收端具有纠错检错功能 磁带-CD,模拟电视-数字电视，大哥大-GSM手机 缺点：占用频带宽 占用带宽多，相比模拟信号，有失真。 胶片电影、光学摄像机等
知识性评价(70%)
技能性评价(10%)
扣分项 总评
书面作业 （40%）
期末成绩 （60%）
总评
项目1 项目2 总评 （50%） （50%）
2018/7/25
3
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
学习目标
理解移动通信的概念及其含义；
掌握移动通信的特点、分类和工作方式；
熟悉常用几种移动通信系统的名称、结构、功
4G手机，确切的 说4G终端，其本 质不是把手机做 大，而是把电脑 做小。
12
2018/7/25
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程 移动通信系统发展趋势：
“宽带接入移动化”
“移动通信宽带化”
2018/7/25
13
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信技术的演进
2018/7/25
从这个过程中我们可以知道，实际上，模 型中的调制解调器中都包含了放大功能
23
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
数字通信系统模型
信 源
信 源 编 码 信 道 编 码 数 字 调 制 信道 数 字 解 调 信 道 译 码 信 源 译 码
信 宿
噪声源 可能是模拟信源 主要功能是检错和纠错， 与模拟调制的作用是类似的： 如果信源是数字信源，主 （如麦克风）， 主要目的是为了保证通信 都是为了使通信传输的信息 随着通信技术的飞速发 要对其压缩、加密等； 也可能是数字信 的可靠性 更远、更多、更抗干扰 展，信道编码与数字调 如果是信源是模拟信源， 源（如计算机） 则先进行A/D变换再进行压 制有融合的趋势 缩、加密 是发送端处理的“逆过 程”，不再赘述
模块七 LTE网络
4G网络
2018/7/25
6
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程
ITU:International Telecommunications Union 国际电信联盟
IEEE:Institute of Electrical and Electronics Engineers 美国电气和电子工程师协会
1.采样
图2-2-2
采样过程示意图
将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的采样 值的过程就是采样。采样也称为取样、抽样等。
2018/7/25 30
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
奈奎斯特采样定理
采样时，究竟要取多少个点，才能保证原有的连续时间信 号所含的信息才不会丢失，才能完整的保留下来，然后被还原?
2018/7/25
10
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（E3G）
E3G（3.5G~3.9G）
LTE (Long Term Evolution,长期演进)项目 是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。 主流技术LTE-FDD,LTE-TDD. LTE也被通俗的称为3.9G，改进并增强了3G 的空中接入技术，被视作从3G向4G演进的主 流技术。 在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上 行50Mbps的峰值速率
2018/7/25
27
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
信号的分析
基波、谐波
《高等数学》、教材参考书1
周期信号：周期信号可以用成谐波关系的正弦函数级数来表示，即傅里叶级数
----傅里叶级数
非周期信号：可以用不全成谐波关系的正弦信号的加权积分来表示
----傅里叶反变换 ----傅里叶变换
非周期信号：可以用不全成谐波关系的正弦信号的加权积分来表示
2018/7/25
25
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
信号的时域概念---信号随时间变化的曲线
模拟信号
数字信号
周期信号
非周期信号
2018/7/25 26
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
信号的频域概念---描述信号在频率方面特性
时域和频域是信号的基本性质，这样可以用多种方式来分析信号，每种方 式提供了不同的角度。对于一个信号来说，它也有很多方面的特性。如信 号强度随时间的变化规律（时域特性），信号是由哪些单一频率的信号合 成的（频域特性） 通常一个电磁信号会由多种频率组成，而非单一的频率：
一个信号，无论它是周期的还是非周期的，我们都能用数学 公式对它进行表达，傅里叶的理论构成了现代通信的基石
2018/7/25 28
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
信号的分析
时域和频域的转换 f=1/t
乔丹打球
2018/7/25
29
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
“A/D变换”的3个步骤：采样、量化、编码
MME / S-GW
MME / S-GW
X2
eNB eNB
S1
eNB
X2
S1
S1
X2
S1
E-UTRAN
2018/7/25
11
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（4G）
4G
进一步提升系统性能 LTE-Advanced 多频段层叠无线接入系统， 100mhz频谱带宽。 峰值速率：下行1Gbps，上 行500Mbps IEEE 802.16m是为用户站点和 核心网络（如：公共电话网和 Internet）间)提供通信路径而 定义的WIMAX无线服务标准协议 。
2018/7/25
14
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信技术的演进
2018/7/25
15
移动通信
模块一 点对点的无线通信
2018/7/25 16
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
古代通信
最早的无线通信：人与人之间对话 发射机、接收机、声波
“鸡犬之声相闻，老死不相往来”
2018/7/25
2018/7/25
36
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
数字调制的三种方式：
2018/7/25
37
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
本章结构
现代通信系统的整体框架
2018/7/25
35
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
4.调制
调制在通信中的作用： （1）调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道 的要求。 （2）经过调制后的频带信号更容易辐射，从而满足无线通信的 要求。 （3）实现频率分配。
（4）实现多路复用。
（5）减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力。
2G（第二代移动通信系统）
TDMA（ IS-95采用 CDMA ） 以GSM系统、IS-136和IS-95 CDMA为代表的数字 蜂窝系统
2018/7/25
9
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（3G）
3G（第三代移动通信系统）
以WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA和它们的演进系统为代表 的IMT-2000系统 理论下载速率WCDMA（7.2/14.4Mbps）， CDMA2000(3.1Mbps/单载波)，TD-SCDMA(2.8Mbps/单载波)
IMT-2000:International Mobile Telecom System-2000 国际移动电话系统-2000 3GPP :The 3rd Generation Partnership Project 3G技术规范机构
2018/7/25
7
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（1G）
A是大于1的常数
y是x的2段函数： 第1段是线性函数 第2段是指数函数
为了尽可能减小误差，采用15折线逼近μ 律，采 用13折线逼近A律
2018/7/25
34
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
3.编码
将每一个量化电平用一组二进制代码表示的过程称为编码。 在实际的设备中，量化和编码是同时完成的。我们重点介绍常 用的逐次反馈比较型脉冲编码调制（PCM）编码的过程。 在真正的通信系统中应用的PCM编码是采用A律13折线法的， 用8个bit为来表征，共可以表示28 256 个电平。
针对上边这个问题，美国物理学家奈奎斯特（ Nyquist ）
在1927年提出采样定理。
采样定理内容——当采样频率 fs 大于等于信号中最高频率 fmax的2倍时，即 f 2 f ，采样之后的数字信号才能完整地保留
s max
了原始信号的信息
2018/7/25
31
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
能、特点与应用；
了解移动通信系统的未来发展的方向；
2018/7/25
4
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
学习方式
学“道”（信号与系统、随机过程分析、 电磁场与电磁波、无线通信原理） 知其所以然（了解为什么可以这样） 学“术”（通信系统结构、设备、功能、 性能、配置） 知其然（掌握如何这样）
学“术”为主、学“道”为辅！
2018/7/25
常州信息职业技术学院
5
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
内容一览
模块一 点对点的无线通信—从贝尔到莫尔斯
模块二 多点对多点的无线通信系统 模块三 GSM网络 模块四 WCDMA网络 模块五 TD-SCDMA网络
3G网络 2G网络
模块六 cdma2000网络
2018/7/25 19
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
现代通信系统架构
麦克斯韦（1865预言电磁波存在） 赫兹（ 1888实验验证电磁波存在） 贝尔（电话之父） 爱迪生
2018/7/25
常州信息职业技术学院
20
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
现代通信系统架构
声波变成电信号？（模拟信号变成电信号） 金属片连接在电磁开关上
抽样后信号
非均匀压缩
大信号压缩率大 小信号压缩率小
1 1.2 1.6
均匀量化
4 2 1
通过传输 到接收端
达到了 非均匀量化 效果
2018/7/25
4
2
1
非均匀解压缩 （即扩张器）
大信号放大倍数大 小信号放大倍数小
33
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
A压缩律（我国使用）
Ax y 1 1nA 1 1nA | x | 1 1nA 1 0 | x | A 1 | x | 1 A
2018/7/25
21
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
模拟通信系统
2018/7/25
22
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
模拟通信系统模型
如下图所示（以调幅/AM广播为例）：
模拟信源
调制器
信道
解调器
信宿
噪声源
人的语音频率在300Hz 到4000Hz之间，无法 通过天线发射出去
17
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
古代通信
征战部队：稳鼓而进，闻金（钲）而退 队伍编号、旗语
钲：中国古代一种铜制的打击乐器
2018/7/25
18
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
古代通信
烽火台（烽火戏诸侯、大意失荆州）
驿站（阴符、阴书） 编码、加密、跳频
如何能实现千里眼、顺风耳？ 时时、处处、人人
2.量化
均匀量化
将纵轴均匀划 分成M个区间 落在某一区间 内的样值统统 量化成1个值 一般这个量化值取 这个区间的中点 这样，本来纵坐标的取值 是无限多个的模拟信号就 变成了多进制数字信号
2018/7/25
m3 m4 m5 m6 m7 m6
32
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
非均匀量化
下面主要学习非均匀压缩
1G（第一代移动通信系统）
AMPS（Advanced Mobile Phone System）高级移动电话系统 AMPS在无线传输中采用了频率 调制FDMA AMPS是第一代的蜂窝技术模拟 通信系统
2018/7/25
8
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（2G）
2018/7/25
1
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
课程介绍
专业必修课 对移动通信原理、技术、系统、及其应用 有基本认识 教材
丁奇《大话移动通信》人民邮电出版社 2011
参考书
2018/7/25
Hale Waihona Puke Baidu
2
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模块一 点对点的无线通信
考核方式
态度性评 价（20%）
2018/7/25
24
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模块一 点对点的无线通信
和模拟通信相比，数字通信的优点： （1）抗干扰能力强，无噪声累积 （2）便于多种信息传输（数字化语音、计算机数据、数字化图 象、监控数 据等） （3）便于信息处理（如加密、存储、网管等）
（4）可靠性高、电路功耗低，体积小便于集成化
(5) 接收端具有纠错检错功能 磁带-CD,模拟电视-数字电视，大哥大-GSM手机 缺点：占用频带宽 占用带宽多，相比模拟信号，有失真。 胶片电影、光学摄像机等
知识性评价(70%)
技能性评价(10%)
扣分项 总评
书面作业 （40%）
期末成绩 （60%）
总评
项目1 项目2 总评 （50%） （50%）
2018/7/25
3
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模块一 点对点的无线通信
学习目标
理解移动通信的概念及其含义；
掌握移动通信的特点、分类和工作方式；
熟悉常用几种移动通信系统的名称、结构、功
4G手机，确切的 说4G终端，其本 质不是把手机做 大，而是把电脑 做小。
12
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程 移动通信系统发展趋势：
“宽带接入移动化”
“移动通信宽带化”
2018/7/25
13
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模块一 点对点的无线通信
移动通信技术的演进
2018/7/25
从这个过程中我们可以知道，实际上，模 型中的调制解调器中都包含了放大功能
23
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模块一 点对点的无线通信
数字通信系统模型
信 源
信 源 编 码 信 道 编 码 数 字 调 制 信道 数 字 解 调 信 道 译 码 信 源 译 码
信 宿
噪声源 可能是模拟信源 主要功能是检错和纠错， 与模拟调制的作用是类似的： 如果信源是数字信源，主 （如麦克风）， 主要目的是为了保证通信 都是为了使通信传输的信息 随着通信技术的飞速发 要对其压缩、加密等； 也可能是数字信 的可靠性 更远、更多、更抗干扰 展，信道编码与数字调 如果是信源是模拟信源， 源（如计算机） 则先进行A/D变换再进行压 制有融合的趋势 缩、加密 是发送端处理的“逆过 程”，不再赘述
模块七 LTE网络
4G网络
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程
ITU:International Telecommunications Union 国际电信联盟
IEEE:Institute of Electrical and Electronics Engineers 美国电气和电子工程师协会
1.采样
图2-2-2
采样过程示意图
将时间上连续的模拟信号变为时间上离散的采样 值的过程就是采样。采样也称为取样、抽样等。
2018/7/25 30
务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
奈奎斯特采样定理
采样时，究竟要取多少个点，才能保证原有的连续时间信 号所含的信息才不会丢失，才能完整的保留下来，然后被还原?
2018/7/25
10
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模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（E3G）
E3G（3.5G~3.9G）
LTE (Long Term Evolution,长期演进)项目 是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。 主流技术LTE-FDD,LTE-TDD. LTE也被通俗的称为3.9G，改进并增强了3G 的空中接入技术，被视作从3G向4G演进的主 流技术。 在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mbps、上 行50Mbps的峰值速率
2018/7/25
27
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模块一 点对点的无线通信
信号的分析
基波、谐波
《高等数学》、教材参考书1
周期信号：周期信号可以用成谐波关系的正弦函数级数来表示，即傅里叶级数
----傅里叶级数
非周期信号：可以用不全成谐波关系的正弦信号的加权积分来表示
----傅里叶反变换 ----傅里叶变换
非周期信号：可以用不全成谐波关系的正弦信号的加权积分来表示
2018/7/25
25
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模块一 点对点的无线通信
信号的时域概念---信号随时间变化的曲线
模拟信号
数字信号
周期信号
非周期信号
2018/7/25 26
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模块一 点对点的无线通信
信号的频域概念---描述信号在频率方面特性
时域和频域是信号的基本性质，这样可以用多种方式来分析信号，每种方 式提供了不同的角度。对于一个信号来说，它也有很多方面的特性。如信 号强度随时间的变化规律（时域特性），信号是由哪些单一频率的信号合 成的（频域特性） 通常一个电磁信号会由多种频率组成，而非单一的频率：
一个信号，无论它是周期的还是非周期的，我们都能用数学 公式对它进行表达，傅里叶的理论构成了现代通信的基石
2018/7/25 28
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模块一 点对点的无线通信
信号的分析
时域和频域的转换 f=1/t
乔丹打球
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
“A/D变换”的3个步骤：采样、量化、编码
MME / S-GW
MME / S-GW
X2
eNB eNB
S1
eNB
X2
S1
S1
X2
S1
E-UTRAN
2018/7/25
11
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模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（4G）
4G
进一步提升系统性能 LTE-Advanced 多频段层叠无线接入系统， 100mhz频谱带宽。 峰值速率：下行1Gbps，上 行500Mbps IEEE 802.16m是为用户站点和 核心网络（如：公共电话网和 Internet）间)提供通信路径而 定义的WIMAX无线服务标准协议 。
2018/7/25
14
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模块一 点对点的无线通信
移动通信技术的演进
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15
移动通信
模块一 点对点的无线通信
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模块一 点对点的无线通信
古代通信
最早的无线通信：人与人之间对话 发射机、接收机、声波
“鸡犬之声相闻，老死不相往来”
2018/7/25
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
数字调制的三种方式：
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
本章结构
现代通信系统的整体框架
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模块一 点对点的无线通信
4.调制
调制在通信中的作用： （1）调制把基带信号频谱搬移到一定的频带范围以适应信道 的要求。 （2）经过调制后的频带信号更容易辐射，从而满足无线通信的 要求。 （3）实现频率分配。
（4）实现多路复用。
（5）减少噪声和干扰的影响，提高系统抗干扰能力。
2G（第二代移动通信系统）
TDMA（ IS-95采用 CDMA ） 以GSM系统、IS-136和IS-95 CDMA为代表的数字 蜂窝系统
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（3G）
3G（第三代移动通信系统）
以WCDMA、CDMA2000与TD-SCDMA和它们的演进系统为代表 的IMT-2000系统 理论下载速率WCDMA（7.2/14.4Mbps）， CDMA2000(3.1Mbps/单载波)，TD-SCDMA(2.8Mbps/单载波)
IMT-2000:International Mobile Telecom System-2000 国际移动电话系统-2000 3GPP :The 3rd Generation Partnership Project 3G技术规范机构
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（1G）
A是大于1的常数
y是x的2段函数： 第1段是线性函数 第2段是指数函数
为了尽可能减小误差，采用15折线逼近μ 律，采 用13折线逼近A律
2018/7/25
34
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模块一 点对点的无线通信
3.编码
将每一个量化电平用一组二进制代码表示的过程称为编码。 在实际的设备中，量化和编码是同时完成的。我们重点介绍常 用的逐次反馈比较型脉冲编码调制（PCM）编码的过程。 在真正的通信系统中应用的PCM编码是采用A律13折线法的， 用8个bit为来表征，共可以表示28 256 个电平。
针对上边这个问题，美国物理学家奈奎斯特（ Nyquist ）
在1927年提出采样定理。
采样定理内容——当采样频率 fs 大于等于信号中最高频率 fmax的2倍时，即 f 2 f ，采样之后的数字信号才能完整地保留
s max
了原始信号的信息
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
能、特点与应用；
了解移动通信系统的未来发展的方向；
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模块一 点对点的无线通信
学习方式
学“道”（信号与系统、随机过程分析、 电磁场与电磁波、无线通信原理） 知其所以然（了解为什么可以这样） 学“术”（通信系统结构、设备、功能、 性能、配置） 知其然（掌握如何这样）
学“术”为主、学“道”为辅！
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常州信息职业技术学院
5
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模块一 点对点的无线通信
内容一览
模块一 点对点的无线通信—从贝尔到莫尔斯
模块二 多点对多点的无线通信系统 模块三 GSM网络 模块四 WCDMA网络 模块五 TD-SCDMA网络
3G网络 2G网络
模块六 cdma2000网络
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现代通信系统架构
麦克斯韦（1865预言电磁波存在） 赫兹（ 1888实验验证电磁波存在） 贝尔（电话之父） 爱迪生
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模块一 点对点的无线通信
现代通信系统架构
声波变成电信号？（模拟信号变成电信号） 金属片连接在电磁开关上
抽样后信号
非均匀压缩
大信号压缩率大 小信号压缩率小
1 1.2 1.6
均匀量化
4 2 1
通过传输 到接收端
达到了 非均匀量化 效果
2018/7/25
4
2
1
非均匀解压缩 （即扩张器）
大信号放大倍数大 小信号放大倍数小
33
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A压缩律（我国使用）
Ax y 1 1nA 1 1nA | x | 1 1nA 1 0 | x | A 1 | x | 1 A
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模块一 点对点的无线通信
模拟通信系统
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
模拟通信系统模型
如下图所示（以调幅/AM广播为例）：
模拟信源
调制器
信道
解调器
信宿
噪声源
人的语音频率在300Hz 到4000Hz之间，无法 通过天线发射出去
17
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模块一 点对点的无线通信
古代通信
征战部队：稳鼓而进，闻金（钲）而退 队伍编号、旗语
钲：中国古代一种铜制的打击乐器
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务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
古代通信
烽火台（烽火戏诸侯、大意失荆州）
驿站（阴符、阴书） 编码、加密、跳频
如何能实现千里眼、顺风耳？ 时时、处处、人人
2.量化
均匀量化
将纵轴均匀划 分成M个区间 落在某一区间 内的样值统统 量化成1个值 一般这个量化值取 这个区间的中点 这样，本来纵坐标的取值 是无限多个的模拟信号就 变成了多进制数字信号
2018/7/25
m3 m4 m5 m6 m7 m6
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务实诚信 自强奋进
模块一 点对点的无线通信
非均匀量化
下面主要学习非均匀压缩
1G（第一代移动通信系统）
AMPS（Advanced Mobile Phone System）高级移动电话系统 AMPS在无线传输中采用了频率 调制FDMA AMPS是第一代的蜂窝技术模拟 通信系统
2018/7/25
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模块一 点对点的无线通信
移动通信网络的发展历程（2G）