移动通信原理

通信原理

前言：

通信原理是一门理论性比较强的课程，前面的课程是信号与系统、随机过程，后续的课程是编码理论、无线传输系统。各位在学习的过程中不要在一些公式上砖研和纠缠，只要知道通信原理大概是怎么样的，我们重点是要掌握它在实践的运用。另外请各位要整理通顺通信原理的脉络。因为通信的原理大同小异，而我们只要了解原理的每个过程就可以了。

通信原理是讲通信系统是如何组成的，所以我们要重点掌握基础知识概念。

概念:

信道：信号传输的通道

调制：将原始电信号转换成适合信道传输的信号。

解调：在接收端进行的与调制相反的变换。

基带信号：发送端调制前和接收端解调后的信号。

频带信号：已调信号。

同步：环节不固定，是数字通信系统的必有的一个重要环节。位同步，群同步，载波

同步

信源编码：A/D ，减少原始消息的冗余度，将数据进行压缩编码，提高传送的有效性。 信道编码：人为地按一定规律加入多余的数字码以达到接收端可以发现和纠正误码的

目的。又称抗干扰编码，解决数字通信的可靠性。

信息量：I=㏒ 2 (Bit) I=I[P （x ）] , P （x ）↓→I ↑反之亦然 ,

P （x ）=1，I=0

信息速率： R=H/T Bit/s H 为符号（信息），T 为发送时间

信道容量： 数字信道容量 C=Rmax=Hmax/T

模拟信道容量 C=B ㏒2(1+S/N) ，B 为带宽，S 为信道功率，N 为噪声功率

一：通信系统的组成

1．1通信系统模型（图）

（1） 信源和信宿。信源是信息的发出者，信宿是信息的传送的终点，也是是信息的

接收者。

（2） 变换器。把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号的设备就是变换器。

（3） 信道。信道是所有信号的传输媒介的总称。

（4） 反变换器。反变换器具有与变换相反的变换功能。

（5） 噪声源。它在实际通信系统中是客观存在的，是各种变换器、传输信道、各种

接收设备等从信道中以叠加的方式引入。

1．2模拟通信系统

（图）

1．3数字通信系统

（图）

模拟通信系统与数字通信系统的比较，数字通信主要具有如下优点：

（1） 抗干扰能力强，数字信号可以通过中继再生消除噪声积累，理论上其传输距离)(1x P

可以无限远。

（2）可以通过差错控制编码，在接收端发现甚至纠正错误，提高了通信的可靠性。（3）数字信号传输一般采用二进制，可以使用计算机进行信号处理，实现复杂系统的远距离控制，如雷达、数字通信设备、计算机及导弹系统组成的自动化防空

系统。

（4）由于数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强。

（5）数字通信系统易于集成化，体积小、重量轻、可靠性高。但是，数字通信最突出的缺点就是占用频带宽，如一路模拟电话信号占用4kHz带宽，而一路数字电

话信号却要占用20-64kHz的带宽。

1．4通信系统的主要性能和指标。通信系统的性能指标它涉及系统的各个方面，如有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性以及维护使用等。

（1）有郊性是指信息传输的效率问题，即衡量一个系统传输信息的多少和快慢；可靠性是指系统接收信息的准确程度，两个指标是相互矛盾的，提高有效性就会降低可靠性，反之亦然。因此，在设计、调试一个系统时，必须兼顾二者，合理解决，根据实际情况，在首先满足其中一项指标的前提下，尽量提高另一项指标。

（2）可靠性是关于信息传输质量的指标，它衡量收、发信息之间的相似程度，取决于系统的抗干扰能力。

1．5 通信的频段划分

工作频率和工作波长可按式进行互换，为电波在自由空间中的传播速度，通常取

P11 表1-1

二、模拟调制系统

2.1调制的功能

为了避免电磁信号之间的无序干扰，各类传输系统都必须严格基规定频率范围进行工作，如调频广播发射信号频率只能在88-108MHz范围内，而中波广播和短波通信的频率范围则分别是535-1640kHZ和2-30MHz。但这些系统实际所需要的传输信号却往往是基带信号，它们的频率一般都比较低，甚至还包含有直流成分。如果把这些低频信号都直接用基带方式传送，将会出现不可想象的相互干扰以及信道衰减，从而导致通信失败。

为了避免上述情况发生，有郊地利用频率资源，必须在发送端将基带信号的频率搬移至适合于信道传输的某个较高的频率范围，在接收端再通过相反的操作过程将它搬移至原来的频率范围。发送端的这个搬移就叫做调制，接收端的反向操作则为解调，调制就是使高频信号的参数（如幅度、频率和相位）随基带信号发生相应变化，其中利用参数来来携带信息的高频信号称为载波，而把基带信号叫做调制信号，调制后的信号则叫做已调波或已调信号。

对任何系统它都具有以下功能和特点：

（1）对调制信号进行频谱搬移，使之适合信道传输的要求。

（2）把基带信号调制到较高的频率（一般调制到几百kHz到几百MHz甚至更高的频率）使天线容易辐射。

（3）便于频率分配。为了使无线电台发出的信号互不干扰，每个发射台都被分配给不同的频率。

（4）有利于实现信道的多路复用，提高系统的传输有郊性。

（5）可以减少噪声和干扰的影响，提高系统的传输可靠性。

2.2调制的分类

通信系统可以分为模拟系统和数字系统，也可以分为基带和频带传输系统。按照这一规则，通常将现有的模拟信号传输分模拟信号基带传输、模拟信号频带传输和模拟信号数字传输。

（1）模拟信号基带传输是以基带信号（即携带的原始电磁信号）的形式在通信线路上直接传输的。公共交换电话网（PSTN）终端局交换机与各用户连接的网络，即用户接入网就是典型的模拟基带传输系统，用户的低频语音信号就是通过双绞线电缆、同轴电缆或光导纤维等介质进行直接传输的。其它如摄像机、录像机、电视机等视频之间的视频信号传输也采用这一传输方式，其传输人介质通常是特性阻抗为75Ω的同轴电缆。（2）模拟信号频带传输是将基带信号经过调制（如调幅、调频等）后，以频带信号的形式在信道中进行传输。卫星中继、载波电话、调频广播等都是采用这一方式的。（3）模拟信号数字传输是将模拟的基带信号通过A/D转换（如PCM编码）后以数字信号的形式在信道中进行传输，而接收端则通过D/A转换，将收到的数字信号还原成模拟信号输出。

按照不同的划分依据，调制有很多各类，下面仅列举几种最为常见的。

1.根据调制信号的分类，可以分为模拟和数字调制两类。

2.根据载波的分类，由用于携带信息的高频载波可以是正弦波，也可以是脉冲序列，可以分为连续载波调制和脉冲载波调制。

3.根据调制器的功能分类，根据调制器对载波信号的参数改变，可把调制分为幅度调制、频率调制、相位调制。

4.根据调制前后信号的频谱结构关系分类，可把调制分为线性调制和非线性调制两种。

2.3内容提要：本章主要讲模拟信号频带传输，介绍和分析了线性调制AM、抑制载波的双边带调制DSB、单边带调制SSB和残留边带调制VSB以及非线性调制中的频率调制和相位调制方式的基本原理和调制解调实现电路。对两大类调制系统在频带利用率和抗干扰能力方面进行了对比分析。

三：数字基带调制与传输

一般而言，末经调制的数字信息代码所对应的电脉冲信号都是从低频甚至直流开始的，所以一般把它们叫做数字基带信号。由于基带信号直流或低频成分丰富、提取同步信息不便以及易产生码间串扰等，基带信号一般都不能在普通信道中传输。但在一些有线信道中，尤其是近距离情况下，数字基带信号可以不经过调制直接传输，这就是数字信号的基带传输，而这个传输系统就是基带传输系统。

既然基带信号是数字信息的电脉冲表示，对同一组数字信息而言，它显然可以根据不同选择得出不同形式的对应基带信号，其频谱结构也将因此不同。所以基带传输系统首先面临的问题就是信号形式的选择，包括确定码元的脉冲波型及码元序列的格式即码型，使其适合在给定的信道传输特性的频谱结构。

数字信息的电脉冲表示过程也叫码型变换。长距离有线传输数字信号时，其高频分量的衰关将随着距离的增加而增加；且信道中常有隔直电容和耦合变压器会对传输频带的高频和低频部分造成额外衰减。故为使基带信号在传输过程中获得优良的传输性能，一般都要对原始基带信号进行适当的码型变换，使其适应信道传输特性的要求。数字基带信号的传输码很多，根据各种基带信号中每个码元可以选取的幅度取值，可以将它划分为二元码、三元码和多元码。

根据一般信道的特点，选择传输码的码型时，主要应考虑以下几点：