20通信系统概述.docx

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20通信系统概述

第一章通信系统概述

1.1通信系统模型

一、通信的定义

1.信息：

对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容

﹙包括语音、图象、文字等﹚

人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。

古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。

2.信号：

与消息一一对应的电量。

它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。

3．通信就是由一地向另一地传递消息。

二、电通信

1．定义

利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。

2．特点

电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。

电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。

（1）模拟信号与数字信号：

按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。

模拟信号：

信号的取值是连续的。

数字信号：

信号的取值是离散的。

（2）基带信号与频带信号：

按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。

基带信号：

发信源发出的信号。

频带信号：

通过调制将基带信号变换为频带信号。

基带传输：

在信道中直接传输的信号（如直流电报、实线电话和有线广播等）。

频带传输:

通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。

（FM、AM、MODEM）

三、通信系统的模型

1.通信系统的一般模型

（1）通信系统：

通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。

（2）通信系统的基本模型

●发信源：

是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。

变换：

将非电物理量转换为掂量。

信源可分为模拟信源和离散信源。

模拟信源（如电话机、电视摄像机）输出幅度连续的信号；离散信源（如电传机、计算机）输出离散的数字信号。

●发送设备：

作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信号。

它要完成调制、放大、滤波、发射等。

在数字通信系统中还要包括编码和加密。

●信道：

是传输的媒介。

信道的传输性能直接影响到通信质量。

●噪声源：

将各种噪声干扰集中在一起并归结为由信道引入，这样处理是为了分析问题的方便。

●接收设备：

完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等，将接收到的信号转换成信息信号。

●收信者：

把信息信号还原为相应的消息。

2．模拟通信系统模型。

将一般模型中的发送设备和接收设备变为调制器和解调器。

调制的目的：

a.提高频率、便于辐射

b．便于信道复用

c．提高系统的抗干扰能力

模拟通信系统信道传输的是模拟信号，其占有频带一般都比较窄，因此其频带利用率较高。

缺点是抗干扰能力差，不易保密，设备不易大规模集成，不能适应飞速发展的计算机通信的要求。

3．数字通信系统模型

数字通信传输的是数字信号。

其特点是在调制之前先要进行两次编码，即信源编码和信道编码。

相应地接收端在解调之后要进行信道译码和信源译码。

●信源编码的主要任务是提高数字信号传输的有效性。

具体地说，就是用适当的方法降低数字信号的码元速率以压缩频带。

另外，如果信息源是数据处理设备，还要进行并/串变换以便进行数据传输；如果待传的信息是模拟信号，则先要进行模数（A/D）转换、信源编码的输出就是信息码。

此外，数据扰乱、数话加密、语音和图象压缩编码等都是在信源编码器内完成。

接收端信源译码则是信源编码的逆过程。

●信道编码的任务是提高数字信号传输的可靠性。

其基本作法是在信息码组中按一定的规则附加一些码，以使接收端根据相应的规则进行检错和纠错，信道编码也称纠错编码。

接收端信道译码是其相反的过程。

同步在数字通信中是不可缺少的部分。

同步就是建立系统收、发两端相对一致的时间关系，只有这样，接收端才能确定每一位码元的起止时刻，并确定接收码组与发送码组的正确对应关系。

否则，接收端无法恢复发送的信息信号。

在数字通信系统中，调制信号是数字基带信号，调制后的信号称为数字制信号。

有时也可不经过调制而直接传输数字基带信号，这种传输方式称作数字信号的基带传输。

4．数字通信的特点

（1）抗干扰能力强，可消除噪声积累。

（2）可采用再生中继，实现高质量的远距离通信。

（3）灵活性高，能适应各种通信业务的要求。

（4）可以很方便地与现代数字计算机相连接。

（5）数字信号易于加密。

（6）便于集成化。

数字通信的最大缺点就是占用频带较宽。

然而，随着卫星通信，光纤通信等宽频带通信系统的日益发展和成熟，应用越来越广泛，已成为现代通信的主要传输方式,有逐渐取代模拟通信之趋势。

1.2通信系统的分类

一、通信的发展历史

原始的通信方式有烽火、书信和旗语等，它们最主要的缺点是消息传送距离短，速度慢。

电通信起源于19世纪30年代。

1835年，莫尔斯电码出现；

1837年，莫尔斯电磁式电报机出现；

1866年，利用大西洋海底电缆实现了越洋电报通信；

1876年，贝尔发明了电话机，开始了有线电报、电话通信，使消息传递既迅速、又准确。

19世纪末，出现了无线电报；

20世纪初电子管的出现使无线电话成为可能。

从20世纪60年代以来，随着晶体管、集成电路的出现和应用，无线电通信迅速发展，无线电话、广播、电视和传真通信相继出现并发展起来。

进入20世纪80年代以来，随着人造卫星的发射，电子计算机、大规模集成电路和光导纤维等现代化科学技术成果的问世和应用，促进了微波通信、卫星通信、光纤通信、移动通信和计算机通信等各种现代通信系统的竞相发展。

二、通信发展现状和趋势

1、通信发展的现状

（1）电话网的规模和技术层次，均有质的变化

目前我国所有的县都开通了程控交换机，其电话网规模已超过美国成为世界第一电话大国。

光缆干线形成八纵八横网状格局，覆盖全国省会以上城市和几百个地市,新的长途传输网全部采用SDH技术，这是世界通信领域中，实现了全世界第一个真正统一标准。

（2）移动通信

移动通信发展于80年代。

第一代移动通信是模拟移动通信系统，其最重要的技术特征是采用模拟技术，系统实现的频率可重复使用的蜂窝结构,不间断通话的越区切换,全区漫游的自由接入等特点和功能,是对移动通信发展的重大贡献。

第一代系统主要有：

AMPS、TACS、NMT等。

第二代移动通信是数字移动通信系统，其最重要的技术特征是数字技术。

第二代移动通信系统采用的用户鉴权识别技术，推出的个人便携式手机，使用大容量移动网络，是对移动通信飞速发展和普及起了决定性作用。

主要标准体制有三种TDMA方式：

泛欧GSM、北美D－AMPS（IS－54）、日本PDC和CDMA方式的IS－95标准。

我国经营第二代移动通信的运营商有中国移动和中国联通，中国第二代移动通信采用的标准为GSM。

作为第二代向第三代的过渡产物，中国移动推出了GPRS标准，中国联通推出了CDMA标准。

国际电信联盟（ITU）提出IMT-2000作为第三代移动通信（3G）的发展目标。

ITU早在1985年即提出了第三代移动通信系统的概念，当时称之为未来公众陆地移动通信系统（FPLMTS），后来在1996年更名为国际移动通信系统，即IMT-2000（INTERNATIONALMOBILETELECOMMUNICATION），其中2000的含义为“工作在2000MHZ频段、即在2000年左右投入商用，初期最高传输速率为2000Kb/s”。

IMT-2000对无线传输技术（RTT）提出了如下要求:

●高速传输以支持多媒体业务。

室内环境至少2Mbps；

室内外步行环境至少384Kbps；

室外车辆运动中至少144Kbps；

卫星移动环境至少9.6Kbps；

●传输速率能按需分配。

●上、下行链路能适应不对称需求。

IMT-2000对无线传输技术（RTT）评估准则：

频谱效率、覆盖效率、低成本、高性能、易于过渡、知识产权（IPR）最少。

2009年，中国移动通信集团公司被批准增加基于TD-SCDMA技术制式的第三代移动通信（3G）业务经营许可，中国电信集团公司被批准增加基于CDMA2000技术制式的3G业务经营许可，中国联合网络通信集团公司被批准增加基于WCDMA技术制式的3G业务经营许可。

（3）计算机互联网（Internet）

Internet即我们所说的“因特网”，是计算机网络及通信领域中的一个热门技术。

Internet是由无数个信息节点构成的一个覆盖全球的网，它连接着一个个不断产生新信息的节点，创造着大量的信息资源以服务于社会。

Internet可以看成是把各种各样的计算机与通信网动态的连接在一起，产生、传播、应用信息。

●网络走向宽带化

●协议不断改进

●应用走与电信业务结合发展道路。

（4）三网融合的网络发展动向

电信技术发展经历了漫长的模拟网年代（1876-1972），将向高速发展的数字（1973-1980）和业务综合年代（1981-1996），即ISDN和B-ISDN时代发展。

2、通信的发展趋势

在未来几年里，通信发展的总趋势是数字化、综合化、智能化、宽带化、个人化和标准化。

（1）数字化

在通讯网上全面使用数字技术，包括数字传输、数字交换和数字终端等，形成数字往。

（2）综合化

即将来自各种信息源的业务综合在一个数字通信网中，为用户提供综合性服务。

（3）智能化

在通信网中引进更多的智能部件，形成智能网，从而提高网络和业务的应变能力，它可以对网络资源进行动态分配，随时提供满足各类用户需要的业务。

（4）宽带化

即高速化，指的是以每秒几百兆比特以上的高速传输和交换各种形式的信息。

宽带化是为适应人们对视觉信息和高速数据信息的需求而出现的，只有通过宽带化构成的高速信道，才能传送质量达到演播水平的话音信号、高清晰度电视与高速数据等宽带信号。

（5）个人化

个人化也叫个人通信，它把“服务到家”的通信方式变为“服务到人”，使任何人在任何时间和任何地方的任何人进行通信。

（6）标准化

指随着通信网的演变不断制定或修订统一网络标准以及有关国际标准的过程。

三、通信系统的分类

1、按电信业务分

电报、电话、数据传输、传真、可视电话等。

从广义上讲，广播、电视、雷达、导航、遥控遥侧、计算机通信等都应属于电通信的范畴。

2、按通信技术分

移动通信、数据通信、卫星通信、光纤通信、为播中继通信。

3、按传输媒介分

有线通信、无线通信。

1.3通信系统的性能指标

一、衡量通信系统的一般性能指标

有效性和可靠性，其次还应考虑通信系统的安全性和保密性等指标。

1.有效性:

是指要求系统高效率地传输信息，即在给定的信道内“多”、“快”的传送信息。

2.可靠性:

是指要求系统可靠性地传输消息，即指在给定的信道内接收到的信息要“准”要“好”。

二、衡量模拟通信系统的性能指标

1．有效性：

用所传信号的有效传输带宽来表征。

信道复用的程度越高，信号传输的有效性就越好。

信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。

同样的信号用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一样的。

2．可靠性：

用整个通信系统的输出信噪比来衡量。

信噪比是信号的平均功率S与噪声的平均功率N之比。

信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小。

显然，信噪比越高，通信质量就越好，如电话通常要求信噪比为20-40dB，电视则要求40dB以上。

输出信噪比一方面与信道内噪声的大小和信号的功率有关，同时又和调制方式有很大关系。

三、衡量数字通信系统的性能指标

1．有效性：

用传输速率来表征。

传输速率有两种，一种是码元传输速率，另一种是信息传输速率。

（1）传码率：

码元传输速率又称码元速率，简称传码率，用RBN表示，它是指系统每秒钟传送码元的数目，单位是波特，常用符号“B”表示。

（2）传信率：

信息传输速率又称为信息速率，简称传信率。

每秒钟所传送的二进制码元数，用Rb表示，单位是比特/秒，常用符号“bit/s”表示。

（3）传码率和传信率的关系

都是用来衡量数字通信系统有效性指标的，但是二者既有联系又有区别，在二进制的情况下，传码率与传信率在数值上相等，只是单位不同。

但是对于多进制时情况是不一样的，传码率RBN和传信率Rb可以互相换算。

设N进制的码元速率为RBN，则

{例}已知某信号的传信率为4800bit/s，采用四进制传输时，其传码率为

2．可靠性：

用差错率来衡量。

差错率越小，可靠性越高，差错率也有两种表示方法，一为误码率，另一个为误信率。

（1）误码率：

是指接收到的错误码元数和总的传输码元个数之比，记为

（2）误信率：

也叫误比特率，是指接收到的错误比特数与总的传输比特数之比，记为

1.4信息及其度量

通信的目的在于传递信息。

每一消息信号必定包含有接收者所需要知道的消息，消息以具体信号形式表现出来，即信号（在这里是指电信号）是消息的载荷者。

因为消息不能远距离传送，因此需要将消息变换为适合在信道中传输的电信号（电压或者电流）。

只有小溪中不确定的内容才构成信息。

如同运输货物的多少可用“货运量”来统一衡量一样，传输信息的多少可以用“信息量”来衡量。

消息中所含“信息量”的多少，与该消息发生的概率密切相关。

一个消息愈不可预测，或者说出现的不确定性愈大，它所含的信息量就愈大，而概率描述的正是这种不确定性。

在信息论中，把消息x所含的信息量I用其出现的概率P（x）表示，即定义为

信息量的单位由对数底的取值决定。

若对数以2为底，信息量的单位被称为比特（bit）；若以e为底，称为“奈特”（nit）；若以10为底，则称为“哈特莱”（hartley）。

通常采用“比特”作为信息量的实用单位。

[例]设英文字母C出现的概率为0.023,试求C的信息量。

解：