现代通信技术学习要点.docx
《现代通信技术学习要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信技术学习要点.docx（17页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
现代通信技术学习要点
《现代通信技术》
课程自学要点（20831、20832）
课程学习应达到目标：
1）通信的基本概念
2）了解掌握常用的通信技术：
模拟通信技术（频分、波段、变频调制），数字通信处理技术（信源编码、数字传输中复分接、信道编码、基带处理、调制解调等）。
3）了解通信系统、通信网的构成。
补充内容（不作要求）：
认识移动通信，卫星、光纤、无线接入（如ADSL）等系统。
第一章概述
本章主要内容
*绪论通信发展现状
*通信信号
*通信系统、通信网
1.1绪论
1.1.1认识通信
在人类的生产和社会生活中离不开信息的交流与传递。
传递信息的过程就是通信。
那么通信的目的就是把信息从一地传向另一地。
通信技术的发展就是研究如何经济有效的把更多的信息通过电信号准确、迅速的传送到目的地。
1.1.2通信的发展与现状
1.1.3通信系统与通信网
1）模拟通信系统
广播电视还是模拟体制。
2）数字通信系统
抗干扰能力强。
容易实现高质量的远距离通信。
便于实现综合业务数字网（ISDN）。
便于加密。
易于集成化、智能化。
3）综合业务数字网（ISDN）。
1.2信号
现代通信信号：
电信号，光信号。
光电信号特性：
光电转换。
电信号特性：
时间特性和频率特性。
常用的信号归类方法：
1.2.1连续信号与离散信号
*连续信号
连续信号又称为模拟信号。
例如：
正弦信号、视频、音频、（温度、湿度）传感信号
*离散信号
例如：
对模拟信号抽样的信号。
*数字信号
量化。
1.2.2确定信号与随机信号
确定信号可以用时间t函数来确切描述的信号。
即在每一个确定的时间都有确定的值。
信号在发送时都是确定的：
通信调制信号，雷达探测信号。
但收到的信号则是不确定的信号，即随机信号。
这是由于传输信道的不确定性造成的。
信道传输中，存在衰落、干扰、反射、噪声叠加、器件非线性。
通信的接收就变成从随机信号中恢复出发送的确定信号。
1.2.3周期信号与非周期信号
所谓周期信号就是随时间延续不断重复某一变化规律的信号
用表达式，满足
f（t）=f（t+mT）m=…-1012…
T就是变化最小周期。
例如，正弦信号就是常用周期信号。
特点：
重复。
便于观察分析。
*在测试、调试中常用。
*在数字同步系统中。
数据同步，找同步信号（周期），建立同步。
1.3信道及信道容量
1.3.1数字信道（定性理解）
1.3.2香农公式
C=Blog（1+P/N）
B信道带宽：
单位是Hz
（P信号功率，N是白噪声功率）P/N是功率信噪比：
单位是dB
C信道容量：
单位是bit
*信道带宽增大可提高信道容量
*当容量不变，带宽增大可降低信噪比，反之要增大信噪比。
例如，扩频广播、扩频（CDMA）就采用这个原理。
1.4通信系统的主要指标参数
一个系统会有一系列参数、指标来定义其性能、使用（适用）范围，也是应该掌握的术语。
*带宽（B）:
信号占用频带宽度，相应电路、滤波器、天线与其适应。
*可用时间：
持续正常工作时间。
平均无故障工作时间。
可靠性。
*功率范围：
功放。
根据需要，客观（移动设备、卫星转发器）、外部限制（对其他干扰）。
*传输速率：
码元传输速率（RB）：
单位时间传送码元数。
波特Baud/s。
多进制符号。
信息传输速率Rb：
单位时间传送信息比特数。
比特bit/s。
两者之间就是多进制关系：
Rb=RBlog2M
例：
某一数字信号的码元传输速率为1200波特，若分别采用2FSK（即二进制）、8PSK（即八进制）传输时，其信息传输速率各为多少？
*功率利用率：
保证传输质量（误码率）条件下，系统所需要的最低归一化信噪比。
*频带利用率：
bit/s.Hz
*误码率：
一定时间内，错误码元数与总的传输码元数之比Pe=ne/n
例：
设在125µs内传输256个二进制码元，计算信息传输速率为多少；若该信息在5s内有6个码元产生错误，其误码率为多少？
第一章作业：
1、2、5、6、7、8、9、10
第二章模拟通信
模拟传输方式，调制及解调方式（AM、FM），传输信道特性。
完全的模拟传输方式目前有广播、电视。
但与数字传输系统的射频调制，频分复用（FDM），信道特性有共通之处。
2.1模拟信号的传输
发射机工作过程
接收机工作过程
2.1.1调制解调机理
基带信号不能直接远程传输
必须将低频的基带信号调到高频。
功放：
达到适宜的传输距离，要求的传输质量。
根据需要，广播范围，地点。
*调制器作用：
*调到较高频率，易于辐射传播
*信道复用
*适应信道传输，改善传输质量，避免干扰
*选频放大器：
可以是一体。
放大器+下变频器。
*调制机理：
用基带信号对一个单频载波（正弦信号）的幅度、相位、频率进行调制（控制幅度、相位、频率）。
根据控制参量不同，有AM、PM、FM。
实际当中由于是模拟调制，PM等同于FM改变载波频率。
这和数字系统是不同的。
例：
幅度调制图
2.1.2噪声和干扰
*加性噪声
*乘性噪声
恒参信道？
例：
微波信道。
变参信道？
例：
短波信道
2.2幅度调制
幅度调制目前仍使用在广播、电视中。
简单讲，就是用调制信号控制载波（正弦信号）的幅度，使载波振幅随调制信号线性变化，已调信号包络与调制信号一致。
2.2.1双边带调制
调制过程
该调幅过程是一种频谱搬移过程。
调制信号的频谱由低频被搬移到载频附近，成为上、下边带。
频带宽度B=2f
调幅信号的功率：
P=P1+P2+P3
P1、P2功率相等，是信号功率。
P3是载波功率。
P3一般较大，从信息传输上无用，是浪费功率，对广播接收有好处。
所以实际无线电台其调制系统不用该方式，希望将载频抑制掉。
2.抑制载波双边带调幅
抑制载波双边带调幅（DSB）：
在常规双边带调幅中，载波分量浪费功率。
因载波不含信息，可以将其抑制掉，只发射上、下边带。
这样就得到抑制载波双边带调幅。
2.2.2单边带调制
1．单边带调制
单边带调制（SSB）：
信号经频谱搬移的双边带信号含上、下两个边带，两个边带的谱是相同的，两个相同的信息。
实际只传一个就够了。
可进一步节省功率、带宽（对无线电台重要）。
按此思路实现，就是单边带调制（SSB）。
单边带电台因此而得名，从40年代到80年代。
采用滤波器实现。
2．残留边带调制
残留边带调制（VSB）：
实际上要产生理想的单边带信号是比较困难的，尤其是当调制信号具有较低的频率分量时，两个边带连接在一起了，要滤出一个单独的边带，这种滤波器难于实现，成本较高。
采用折中的办法，就出现了残留边带调制（VSB）。
取一个边带，另一个边带残留一小部分，电视图像信号就是采用残留边带调制（VSB）。
2.2.3解调
所谓解调就是调制的逆过程，就是在收端恢复发送的调制信号。
对广播调幅信号（AM）:
（即收音机）利用载频采用包络检波，简单方便，经济。
。
对抑制载波DSB和SSB:
缺少载频，不能用包络检波，采用同步检波。
*包络检波工作原理
谐振（选频）、放大
*同步检波工作原理
载波恢复：
同频同相
2．3角度调制
*调频波调制过程描述
调制指数m
*频谱和频谱带宽
B=2（m+1）f
例:
调频广播台
2.3.3调频方法
1．直接
2．间接
2.3.4解调方法
脉冲鉴频
2.4无线电发射机
*一般功能指标：
1）输出功率：
大小和距离，全向、定向有关
W、mW
2）频带：
工作频率范围30MHz
3）频率间隔
4）频率准确度：
频率稳定度：
5）领道干扰
6）寄生辐射：
谐波
7）幅频特性：
调制、滤波平坦避免非线性
音频300-3400
例1：
单边带电路框图
ALC电路作用：
例2：
调频发射机（144.68MHz调频台框图）
*IDC回路作用：
*倍频：
3在前2在后。
倍频均匀。
2.5无线电接收机
*一般功能指标：
1）灵敏度：
表示接受微弱信号的能力。
我们把接收机正常工作时，接收天线上必须的感应电动势叫做接收机的灵敏度。
2）选择性：
抑制干扰而选择有用信号的能力叫做接收机的选择性。
例：
超外差式接收机工作过程
超外差式接收机在解调时要先将接收到的载频信号变为固定的中频信号。
接收AM广播信号一般采用超外差式接收机。
中频干扰与镜像干扰
例：
调频接收机工作过程
鉴频器
调频接收机静噪电路：
调频接收机增设静噪电路，以消除无信号输入或信号较弱时扬声器输出噪声。
2.6频分多路复用
频分复用方式
第二章作业：
1、6、7、8
第三章数字通信
3.1信源编码
信源编码把输入模拟信号处理编码为数字信号。
编码数据尽可能压缩，低码率高信息量。
两大类：
波形编码PCM\ADPCM\△M
参量编码LD-CELP/QCELP
3.1.1脉冲编码调制
1.取样（抽样、采样）
*取样定理：
也叫奈奎斯特取样定理。
2.量化
均匀量化
*量化电平：
*量化误差：
*量化范围：
*均匀量化的噪声功率：
*均匀量化的信噪比：
信噪比是噪声与信号功率之比，取对数，单位dB，取功率一般可取全功率，不管双极性还是单极性，只是参考点、计算方法不同，不用按教材分别考虑，不影响结论。
即信噪比：
S/Nq=（Um2/2）/（⊿2/12）=3/2*2n
取对数S/Nq=6n+1.76
若输入信号不按满幅度
S/Nq=6n+1.76+20lgU/Um
6n+1.76量化满幅度可获得最大信噪比，不满幅度要减20lgU/Um，
分析1：
n增减1，信噪比增减6dB，
分析2：
信号小，信噪比低
分析3：
20lgU/Um表示动态范围，也就是在一定信噪比下的信号动态范围，
例：
音频动态范围40dB，要求信噪比26dB，n>11bit，
音频动态范围50dB，要求信噪比34dB，n>14bit
数字音频一般14-16bit
2）非均匀量化
针对语音，动态范围大，兼顾小信号，采用非均匀量化。
PCM压扩特性曲线。
A律、u律。
3）编码原理与解码
*码型选择：
自然码与折叠二进制码
*PCM编码方法
逐次反馈编码器
例：
2913专用编译码片
3.1.2预测编码（该部分内容可适当了解不作学习要求）
1．增量调制
2．DPCM
3．ADPCM
3.1.3图像编码（该部分内容可适当了解不作学习要求）
Huffman适用于图像、文本，基于概率统计，同一灰度。
静止、慢变动、运动。
没有一个统一的有效的算法。
*JPEG图片
*MPEG:
MPEG1,MPEG2,MPEG4
*H.261会议电视。
3.2时分多路复用
时分复用？
例：
30/32路PCM帧结构
3.3数字复接技术（见书第6章）
一般数字复接方法
1）按位复接
2）按字复接
3）按帧复接
单路-多路-群路
3.3.1PCM群路复接
同步复接
异步复接
3.3.2码速调整
码速调整方法
3.3.3复接中的相位抖动
作业：
2、3、5、6、8
第四章数字基带传输
4．1基带传输的特性
1．数字基带传输无码间干扰的条件
如信号传输速率f=2fc，fc为信道带宽，此时各码元的间隔为T=1/2fc，数字基带传输可以做到无码间干扰。
2．滚降特性的升余弦滚降滤波器
实际的通信系统不可能采用理想低通滤波器实现数字基带传输处理，而采用具有滚降特性的升余弦滚降滤波器。
3．眼图
观察基带信号的码间干扰情况，最直观的方法可以通过眼图来衡量。
在示波器上调节好同步，此时可以看到基带信号脉冲波形重叠在一起，出现类似人眼的图形。
根据眼图
张合程度可以定性判断码间干扰程度：
张的大，边沿清晰，干扰小。
轮廓模糊，张开小，则码间干扰大。
4．2基带传输常用码形
●单极性非归零码（NRZ码），TTL电平采用的码型叫单极性非归零码（NRZ码）。
●差分码
板间、芯片间高速连接
●AMI码和HDB3码。
设备间较远距离
4．3加扰与解扰
●M序列：
即伪随机码。
其作用及工作过程
●M序列本原多项式
例：
x4+x+1，该M序列的周期为15。
根据本原多项式画出该M序列构成的扰码器框图。
4．4差错控制编码
1．差错控制原理
在发端可以通过增加监督码元来增大码组的码距，实现码字的检错和纠错。
2．分组码
3．分组码检错和纠错能力
汉明距离，最小码距
最小码距与检错和纠错关系
例：
（7，4）汉明分组码，7是码组长度，4是信息码元数。
该码可以检测几个错，可以纠几个错。
4．奇偶校验码
例：
请将下面两组二进制码做成奇校验码
本章作业：
1、3、9、15、16
第五章数字信号的载波传输
同模拟调制传输类同，数字信号可以对载波的三个参量进行调制，形成ASK，FSK，PSK三种调制方式。
1．*幅度键控ASK的调制方法：
*ASK信号的解调方法
要点：
ASK信号是幅度调制，其解调可以采用包络检波法。
当然，也可以采用相干解调，相干解调是在本地产生一个与ASK信号同频同相的相干载波信号对ASK信号进行解调。
*ASK信号的频谱带宽
2．*频移键控FSK的调制方法：
*频移键控FSK信号的解调方法
要点：
FSK信号的解调采用非相干解调。
其中，零交点（过零点）解调法的出发点是提取FSK信号的过零点，形成脉冲序列，低通滤波得到低频基带分量。
*频移键控FSK信号的频谱带宽
3．*相移键控PSK信号的调制方法：
*相移键控PSK信号的解调方法
要点：
采用相干解调，相干解调是在本地产生一个与接收信号同频同相的相干载波信号对PSK信号进行解调。
*相移键控PSK信号的频谱带宽
本章作业：
1、2、3、5
光纤通信（不作要求）
*70年代-80年代-90年代后大规模应用
全球光缆，太平洋光缆，大陆光缆
1．光源（激光、激光武器、大气激光通信-光纤）
2．光纤材料：
石英玻璃（纤维）反射传输
3．光电转换：
LD半导体激光器
LED光电二极管
4．特点：
不受电磁干扰，不辐射
材质轻，容量大
5．多根光芯、波分复用
6．光端机、（解）复用器
7．光缆连接：
对接、溶接机
升级会员 