第一章：通信基础（一）课程内容第一节：通信的基本概念通信就是信息的传递和交换；消息是信息的物理表现形式，如语音、文字、图片和数据等；信息是消息的内涵；信号是消息或者信息的传输载体。第二节：通信系统的组成1， 通信系统一般模型；信源发送设备信道接收设备信宿|噪声源通信系统基本模型2， 模拟通信系统模型；模拟信源调制器信道解调器信宿|噪声源模拟通信系统典型模型3， 数字通信系统模型；信源信源编码加密信道编码数字调制信道（噪声源）数字解调信道译码解密信源译码信宿4， 数字通信的优缺点。优点：1、 抗干扰能力强，且噪声不积累；2、 传输差错可控可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性；3、 便于与各种数字终端接口，用现代计算机技术对信号进行处理、加工、变换、存储、形成综合业务网。4、 易于集成化，从而使通信设备微型化、且重量轻，成本低。5、 易于加密处理，且保密强度高。缺点：1、 比模拟通信占用更宽的信道带宽。2、 数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。不过，随着新的带宽传输媒质的采用和超大规模继承电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。第三节：通信系统的分类1、 按照调制方式分：基带系统和调制（带通）系统2、 按照传输媒介有线通信系统和无线通信系统。3、 按照工作波段分类长波通信：30300KHZ中波通信：300K-3MHZ短波通信：3-30MHZ微波通信：300M-300GHZ光通信：43T-3000THZ第四节：通信方式1， 单工、半双工和全双工通信；单工：消息只能单方向传输的工作方式；广播，遥测，遥控等；半双工：通信双方都可以收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式；普通对讲机；全双工：通信双方可以同时进行收发消息的工作方式；电话，手机通信。2， 并行传输和串行传输。并行：将代表信息的数据代码序列以成组的方式在两条或者两条以上的并行信道上同时传输；串行：将数据代码序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。第五节：信号和频谱1， 信号分类；确知信号和随机信号:(确知是指可以预先知道变化规律的信号；随机称为不确知信号)周期信号和非周期信号（周期是定义在时间区上，每隔一段时间间隔按相同规律重复变化的信号。非周期是不具有重复性的信号）模拟信号和数字信号（信号参量的取值是连续的（不可数，无穷多），指信号的参量指可能取有限个、可数个值，如电报信号，计算机输入输出信号）基带信号和带通信号（基带指信号从零频开始到几兆赫兹，不适合通过无线信道传输；带通信号指通过调制以后的信号，又称已调信号 ）无论模拟信号还是数字信号，都又基带信号和带通信号之分。因此，相应又数字（或模拟）基带传输系统和数字（或模拟）带通传输系统。2， 信号举例；正弦信号（也称正弦波） 是一种最基本的周期信号，3个参量描述：振幅，周期或频率，相位。T=1/f T：周期 f：频率正弦波的公式：s（t）Asin（t）A为信号的最大振幅，为信号的角频率，单位为rad/s，为信号的初始相位。角度频率和频率的关系为2f 3， 时域和频域；时域角度，描述的是信号随时间变化的特性；频域角度，描述的是信号随频率变化的特性。在计算信号的带宽时，用振幅频率图。4， 频谱和带宽。信号频谱是指它所包含的所有频率分量的集合，并且通过频域图表示。换句话说频谱就是描述信号幅度（或相位）随频率变化的关系图周期函数傅利叶级数 非周期函数傅利叶变换 随机信号功率谱 实现信号带宽是指信号占有的频率范围。等于信号的最高分量于最低频分量的频率差。B=fHfL B为带宽为带宽 fH信号的最高频率信号的最高频率 fL为信号的最低频率为信号的最低频率*模拟信号，其带宽应该小于它占用的的信道带宽，即信道带宽必须大于信号带宽 *数字信号，它占用的信道带宽可以小于信号带宽，即信道带宽可以小于信号带宽（采样原理）第六节：信道和噪声1， 信道定义和分类；信道（channel）是以传输媒质为基础的信号通道，根据信道特征，分为狭义和广义信道。狭义信道指各种出书媒质，如有线信道和无线信道。广义信道是除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置，如馈线，放大器等。2， 有线信道明线： 同轴电缆：对称电缆（双绞线电缆）：屏蔽(STP)和非屏蔽（UTP）双绞线。光纤：优点，传输频带宽，传输容量大，抗干扰性好，保密性强，耐腐蚀，成本低传输损耗低。3， 无线信道信号传输使用的是电磁波（无线电波）在空间传播来实现。地（面）波传播ground wave：2MHZ以下 几十到几千米 调幅广播方式天波传播sky wave：230MHZ 4000km 电离层反射方式传播视线传播line of sight：高于30MHZ 视线传播距离和收发天线的高度有关。微波中继：每50km一个中继站，通过接力方式实现远程通信。卫星中继平流层通信散射传播：传播媒体不均匀，使电磁波的传播产生向许多方向折射的现象。4， 信道噪声噪声：是一种不需要的、有害的电信号。能使模拟信号失真，数字信号发生错码，限制信息的传输速率。人为噪声：由人类的活动产生，如电钻和电气开关瞬间造成的电火花；自然噪声：自然界中存在的各种电磁波辐射，如闪电，大气噪声内部噪声：通信设备中的电子元器件传输线等产生的噪声。热噪声是影响通信系统性能的主要因素。5， 信道容量：是指信道能够无差错传输的最大平均信息速率。调制信道：一种连续的信道（只介绍这种）编码信道：一种离散的信道香农公式：对于带宽有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道的信道容量(C bit/s)为CB log 2（1+S/N） B为信道带宽（HZ） S为信号功率（W） N为噪声功率（W）注意*噪声功率 N (W)*噪声功率谱密度 n0（W/HZ）N=B* n0 （单位对应换算WHZ * W/HZ）第七节：多路复用技术1， 频分复用（FDM）按照频率来划分信道的复用方式。信道带宽被分割成多个相互不重叠的频段（子信道），每路信号占据一个子信道，各路之间必须留有未被使用的频带（保护频带）进行分隔，以防止重叠。2， 时分复用（TDM）是利用分时方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。TDM的特点是各路信号在频率上是重叠的，在时间上是分开的。3， 码分复用各路信号码元在频谱上和时间上都是重叠的，但是不同用户传输的信号是靠不同的正靠不同的正交编码序列来区分。交编码序列来区分。4， 波分复用光通信的复用技术，原理和频分复用类似。第八节：通信系统的性能指标评论一个通信系统的优劣性能指标包括：有效性，可靠性有效性，可靠性，适应性，经济性，标准性和可维护性。1， 模拟通信系统的性能指标有效性用传输带宽B来度量。模拟通信系统的可靠性通常用接收端最终输出信噪比S0/N0来度量，输出信噪比越高，通信可靠性就越好。2， 数字通信系统的行能指标数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。1）码元速率（波特率）：RB1/T T表示周期，单位：波特（Baud）2) 信息速率(比特率)：RbRB*log2M RB表示码元速率，M表示码元进制数。单位:bit/s3）频带利用率： RB/B RB表示码元速率，B表示频带带宽 单位：Baud/HZ频带利用率： bRb/B 或者bRB*log2M /B 或 bb *log2M RB表示码元速率，B表示频带带宽 单位：bit/(s*HZ)4) 差错率 衡量数字通信系统的可靠性。误码率Pe：指接收错误码元数占总码元数的比例。Pe错误码元数/传输总码元数误信率Pb（误比特率）：指接受的错误比特数在传输总比特数中所占的比例Pb错误比特数/传输总比特数例例1：设A系统以2000bit/s的比特率传输2PSK调制信号的带宽为2000HZ，B系统以2000bit/s的比特率传输4PSK调制信号的带宽为1000HZ。试问：哪个系统更有效？解：两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。因为，真正衡量数字通信系统的有效性指标是频带利用率A系统 bRb/B2000/2000bit/（s*Hz）1bit/（s*Hz）B系统 bRb/B2000/1000bit/（s*Hz）2bit/（s*Hz）所以，B系统的有效性更好。例例2：设某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200Baud，试求该系统的信息速率；若该系统改为传送八进制信号码元，码元速率不变，则这时系统的信息速率为多少？解：解：二进制：RbRB*log2M=1200* log22=1200 bit/s八进制：RbRB*log2M=1200* log28=3600 bit/s例例3：已知某四进制数字传输系统的信息速率为2400bit/s，接收端在0。5h内共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率。解：码元速率2400/log2 4=1200 Baud误码率Pe=216/0.5*60*60*1200=10-4 (0.0001)（三）考核知识点与考核要求1、通信系统的组成识记：通信系统一般模型，各个组成单元的主要功能数字通信系统模型，信源编码的功能数字通信的优缺点2、通信系统的分类识记：按通信业务分类，按信号特征分类按传输媒体分类，按工作波段分类3、通信方式领会：单工、半双工和全双工通信，并能举例说明。4、信号和频谱识记：周期信号和非周期信号的特征模拟信号和数字信号的区别基带信号和带通信号的关系应用：正弦波波的振幅、频率（或周期）的相位的含义，关系和计算。研究正弦的波的意义，研究信号频谱的意义信号带宽计算5、信道类型识记：有线信道的类型，无线信道中电磁波的传播方式。6、信道噪声和信道容量领会：噪声的种类和危害识记：香农公式7、多路复用技术领会：频分复用和时分复用的概念、特点和应用。8、数字通信系统的性能指标识记：波特率RB、比特率Rb、频带利用率和误码率Pe的定义。应用：一个M进制码元所含信息量的计算波特率RB、比特率Rb、误码率Pe的计算关系式RbRB*log2M的应用。第二章第二章模拟信号数字化及其传输模拟信号数字化及其传输（一） 课程内容第一节 概述三个基本环节：1、 模/数转换 （A/D）：把模拟信号变换为数字信号。2、 按数字传输方法数字基带传输或数字调制传输3、 数/模转换 （D/A）：把数字信号变换为模拟信号模/数（A/D）的3个步骤：抽样、量化、编码 可见抽样就是以一定的时间间隔采集模拟信号的瞬时值，然后将采集的瞬时值（抽样值）进行量化并编码，就形成了数字信号。抽样：将（取值连续/时间连续）的模拟信号-(取值连续/时间离散)的抽样（PAM）信号量化：将(取值连续/时间离散)的PAM信号 -(取值离散/时间离散的)量化信号（多电平数字信号）编码：将(取值离散/时间离散的)量化信号 -二进制数字（PCM）信号脉冲编码调制PCM和增量调制M是实现模拟信号数字化的方法。第二节 抽样定理抽样定理为模拟信号的数字化和时分多路复用（TDM）奠定了理论基础。1、低通抽样定理B=fH-fLB fL 表示低通信号低通抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的模拟信号m（t）如果以T=2fH如果抽样速率fs128 为1 段落起始电平 (Ii)(0,16,32,64,128,256,512,1024)判断C3:IS512 为1判断C4:IS1024 为1段落起始为1024，所以量化间隔i =1024/16=64判断C5: IS (1024+64*2=1152) 为1 判断C8: IS (1024+64*3=1216) 为1 段内的量化电平为1216，量化误差1270121654。如IS-95判断C1是看号判断C2: IS32 为1判断C4:IS64 为1