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通信原理笔记(部分详解)

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  第一章 绪论
  1通信系统的分类及通信方式
  1.1通信系统的分类
  通信系统有不同的分类方法,这里从通信系统模型的角度讨论分类:
  1、    按信息的物理特征分类
  根据信息的物理特征的不同,可分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等。由于电话通信网最为发达普及,因而其他消息常常通过公共的电话通信网传送。
  2、    按调制方式分类
  根据是否采用调制,可将其分为基带传输和频带传输。基带传输时奖未经过调制的信号直接传送;频带传输是对各种信号调制后传输的总成。
  3、    按信号特征分类
  按照信道中传输的时模拟信号还是数字信号,可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类。
  4、按传输媒介分类
  按传输媒介,通信系统可分为有线和无线两类。
  5、    按信号复用方式分类
  传送多路信号 有三种复用方式,即频分复用、时分复用和码分复用。频分复用使用频谱搬移的方法是不同信号占据不同的频率范围;时分复用使用抽样或脉冲调制方法使不同信号占据不同的时间区间;码分复用则是用一株包含互相征缴的码字的码组携带多路信号。传统的模拟通信中大都采用频分复用。随着数字通信的发展,时分复用通信系统的应用越来越广泛。码分复用多用于空间扩频通信系统中,目前又开始用于移动通信系统中。
  1.2通信方式(单工、半双工、全双工)
  对于点与点之间的通信,按消息传送的方向与时间关系,通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。
  所谓单工通信,是指消息只能单方向传输的工作方式。
  所谓半双工通信,是指通信双方都能收发信息,但不能同时进行收发的工作方式。
  所谓全双工通信,是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。
  在数字通信中,按照数字信号码元排列方法不同,有串行传输与并行传输之分。一般的远距离数字通信大都采用串行传输方式,因为这种方式只占用一条通路。
  实际的通信系统分为专线和通信网两类。专线通信,即点与点通信,专门为两点之间设立传输先的通信;多点间的通信属于网通信。
  通信系统主要性能指标
  通信系统的性能指标涉及其有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等等。
  在模拟通信系统中,消息传输速度主要决定与消息所含的信息量和对连续信息的处理。处理的目的在于时单位事件内传送更多的信息。
  在数字通信系统中,主要的性能指标有两个:即传输速率和差错率。
  (1)传输速率通常以码元传输速率来衡量,它被定义为每秒钟传送码元的数目,单位为“波特”,常用符号“B”表示。
  (2)差错率,它是衡量系统正常工作时,传输消息可靠程度的重要性能指标,差错率有两种表述方法:误码率及误信率。
  ?    误码率:是指错误接受的码元数在传送总码元数中所占的比例,或者更确切的说,误码率即使码元在传输系统中被传错的概率。
  ?    误信率:又被称为误比特率,是指错误接受的信息量在传送信息总量中所占的比例,或者说,它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。
  第二章 随机信号分析
  第三章 信道
  3.1 信道定义
  信道时通信系统必不可少的组成部分,信道是信号的传输媒质,它可分为有线信道与无线信道两类。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆、光缆等。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。
  广义信道按照它包含的功能,可以划分为调制信道与编码信道。所谓调制信道是指调制器输出端到解调器输入端的部分。因此研究调制和解调时,采用这种定义是方便的。
  同理,在数字通信系统中,如果我们仅着眼于讨论编码和译码,采用编码信道的概念是十分有益的。
  3.2 信道数学模型
  3.2.1 调制信道模型
  对调制信道进行大量的考察之后,可以发现它具有如下共性:
  (1)    有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端;
  (2)    绝大多数的信道都是线性的,即满足叠加原理;
  (3)    信号通过信道具有一定的延迟事件,而且它还会受到(固定的或时变的)损耗;
  (4)    即时没有信号输入,在信道的输出端仍有一定的功率输出(噪声)。
  k(t)及n(t)相关知识参考P45---p46。
  3.2.2 编码信道模型
  它与调制信道模型有明显不同。调制信道对信号的影响时通过k(t)及n(t)使已调制信号发生模拟化的变化;而编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换,即把一种数字序列编程另一种数字序列。因此,有时把调制信道看成时一种模拟信道,而把编码信道则看成时一种数字信道。
  3.3 恒参信道举例
  恒参信道是指由架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、人造卫星中继,光导纤维以及光波视距传播等媒质构成的信道。
  3.3.1 三种有线电信道
  1、明线
  明线是指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电缆相比,它的优点时传输损耗低,但易受气候和天气的影响,并且对外界噪声干扰较敏感。目前,已逐渐被电缆所代替。
  2、对称电缆
  对称电缆是在同一保护套内有许多对相互绝缘的双导线的传输媒质。导线材料时铝或铜,直径为0.4~1.4mm。
  3、    同轴电缆
  同轴电缆有同轴的两个导体构成,外导体是一个圆柱形的空管,内导体是金属线(芯线)。
  3.3.2 光纤信道
  以光导纤维为传输媒质、光波为载波的光纤信道,可望提供极大的传输容量。光纤这一
  新的传输媒质具有损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属以及不受电磁干扰等优点。
  光纤信道由光源、光纤线路、及光电探测器等三个基本部分组成。
  光源是光载波的发生器,目前广泛应用半导体发光二极管或激光二极管作光源。
  中继器有两种类型:直接中继器和间接中继器。
  多模光纤的色散有三种:
  (1)材料色散
  (2)模式色散
  (3)波导色散
  3.3.3 无线电视距中继
  无线电视距中继是指工作频率在超短波和微波波段时,电磁波基本上沿视线传播,通信距离依靠中继方式眼神的无线电线路。相邻中继站间距离一般在40~50km。它主要用于长途干线、移动通信网及某些数据收集系统中。
  无线电中继信道由终端站、中继站及各站间的电波传播路径所构成。其优点传输容量大、发射功率小、通信稳定可靠,以及和同轴电缆相比,可以节省有色金属等优点,因此,被广泛用来传输多路电话及电视。
  3.3.4 卫星中继信道
  人造卫星中继信道可视为无线电中继信道的一种特殊形式。优点传输距离远、覆盖地域广、传播稳定可靠、传输容量大等,广泛用来传输多路电话、电报、数据和电视。构成:通信卫星、地球站、上行线路及下行线路构成。
  3.4 恒参信道特性及其对信号传输的影响
  3.4.1 幅度—频率畸变
  幅度—频率畸变是由有线电话信道的幅度—频率特性的不理想所引起的。又称为频率失真。
  3.4.2相位—频率畸变
  相位—频率畸变是由有线电话信道的相位—频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
  3.5 随参信道举例(书)
  随参信道包括短波电离层反射、超短波流星余迹散射,超短波及微波对流层散射、超短波电离层散射以及超短波超视距饶舌等传输媒质所分别构成的调制信道。
  3.6 随参信道特性及其对信道传输的影响
  随参信道的传输媒质具有三个特点:
  (1)    对信号的衰耗随时间而变化;
  (2)    传输的时延随时间而变;
  (3)    多径传播。
  3.7 随参信道特性的改善——分散接收(61)
  3.8 信道的加性噪声
  加性噪声的来源,一般三方面:人为噪声;自然噪声;内部噪声。
  3.9 信道容量的概念
  各种信道可以概括为两大类,即离散信道和连续信道。所谓离散信道就是输入与输出信号都是取值离散的时间函数;而连续信道是指输入和输出信号都是取值连续的。
  3.9.1 离散信道的信道容量
  3.9.2 连续信道的信道容量
 
 第四章 模拟调制系统
  4.1 引言
  由于从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量,这种信号在许多信道中不适宜直接进行传输。因此,在通信系统的发送端通常需要有调制过程,而在接收端则需要有反调制过程——解调过程。
  所谓载波调制,就是按调制信号(基带信号)的变化去改写载波某些参数的过程。
  调制的载波可以分为两类:用正弦型信号作为载波;用脉冲串或一组数字信号作为载波。
  最常用和最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。
  4.2 幅度调制的原理及抗噪声性能
  4.2.1 幅度调制的原理
  幅度调制时正弦型载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。设正弦型载波为
  S(t) = Acos(ωit + φ0 )
  式中 ωi——载波角频率;
  φ0——载波的初始相位;
  A——载波的角度。
 
 

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