現(xiàn)代通信原理(概述)

1、一 概述現(xiàn)代通信原理Modern Communication Principles1課程描述 通信是一個廣義的概念，涉及包括雷達(dá)、導(dǎo)航、遙控遙測等軍用尖端技術(shù)和包括數(shù)字電話、廣播電視、綜合信息網(wǎng)、多媒體寬帶網(wǎng)等現(xiàn)代民用技術(shù)，通信在過去分為模擬通信和數(shù)字通信兩個方面來研究。目前，隨著數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，數(shù)字通信方式在許多領(lǐng)域已逐步取帶模擬通信方式，成為通信的主流，也成為我們今天研究的重點(diǎn)。2通信系統(tǒng)的核心是信號設(shè)計(jì)。本課程以通信技術(shù)的發(fā)展、演變?yōu)榫€索，從模擬到數(shù)字，由淺入深，力求把握通信信號設(shè)計(jì)的發(fā)展脈絡(luò)和指導(dǎo)思想，用工程數(shù)學(xué)提供的方法準(zhǔn)確表達(dá)和推導(dǎo)了通信信號和通信系統(tǒng)。3通信的

2、回顧與熱點(diǎn)4一、通信的回顧通信發(fā)展經(jīng)歷了五個階段，其標(biāo)志性事件分別是1、語言的產(chǎn)生，使人類有了比較完整的表達(dá)和交流形式。2、文字的產(chǎn)生，增大了交流的距離和流傳的范圍。3、印刷術(shù)的發(fā)明，使文明得以保存，世代相傳，信息得以擴(kuò)張。4、電報(bào)、電話、無線電等技術(shù)的發(fā)展，形成了通信理論和技術(shù)，形成了現(xiàn)代的通信產(chǎn)業(yè)。5、計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、有線及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使信息交流達(dá)到了一個新的高度。5 利用電磁波通信的歷史可大致劃分三個階段：1838年電報(bào)開始的通信初級階段；1948年香農(nóng)提出信息論開始的近代通信階段；80年代以后光纖通信應(yīng)用、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)崛起的現(xiàn)代通信階段。6通信發(fā)展簡史(1)1838年

3、, 摩爾斯發(fā)明有線電報(bào),開始了電通信階段1864年, 麥克斯韋創(chuàng)立了電磁輻射理論,并被當(dāng)時的赫茲證明, 促使了后來無線通信的出現(xiàn)1876年, 貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話1879年, 第一個專用人工電話交換系統(tǒng)投入運(yùn)行1980年, 第一個付費(fèi)電話系統(tǒng)運(yùn)營1896年 ,馬可尼發(fā)明無線電報(bào)1907年, 電子管問世, 通信進(jìn)入電子信息時代1915年, 橫貫大陸電話開通; 實(shí)現(xiàn)越洋語音連接1918年, 調(diào)幅無線電廣播、超外差式接收機(jī)問世7通信發(fā)展簡史(2)1925年, 開通三路明線載波電話, 開始多路通信1936年, 調(diào)頻無線電廣播開播1937年, 雷沃斯發(fā)明脈沖編碼調(diào)制, 奠定了數(shù)字通信基礎(chǔ)193

4、8年, 電視廣播開播20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間, 雷達(dá)與微波通信得到發(fā)展1946年, 第一臺數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世1947年, 晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室問世, 為通信器件的進(jìn)步創(chuàng)造了條件8通信發(fā)展簡史(3)1948年, 香農(nóng)提出了信息論, 建立了通信統(tǒng)計(jì)理論1951年, 直撥長途電話開通1956年, 敷設(shè)越洋通信電纜1958年, 發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星1962年, 發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星, 開通國際衛(wèi)星電話; 脈沖編碼調(diào)制進(jìn)入實(shí)用階段20世紀(jì)60年代, 彩色電視問世; 阿波羅宇宙飛船登月; 數(shù)字傳輸理論與技術(shù)得到迅速發(fā)展；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)9通信發(fā)展簡史(4)20世紀(jì)70年代, 商用衛(wèi)星通信、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、

5、光纖通信系統(tǒng)投入使用；一些公司制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)20世紀(jì)80年代,開通數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的公用業(yè)務(wù); 個人計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)出現(xiàn); 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國際標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)制定20世紀(jì)90年代, 蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無線通信技術(shù)不斷涌現(xiàn); 光纖通信得到迅速普遍的應(yīng)用; 國際計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)得到極大發(fā)展10二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它11二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它1982年 國際海事通信組織開通由四顆地球同步衛(wèi)星 組成的INMARSAT系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球移動通信。1998年 中、低軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)得

6、以研究成功并陸續(xù) 開通，其中有 - 美國Motorala公司的銥星(Iridium)系統(tǒng) - 美國LORAL公司的全球星(Global Star)系統(tǒng) - 國際海事通信組織的ICO系統(tǒng)1999年 國際衛(wèi)星組織發(fā)射電視直播衛(wèi)星、應(yīng)用于高 速信息公路。12衛(wèi)星的種類參考材料同步地球軌道衛(wèi)星 (GEO - Geosynchronous Earth Orbiting satellites )位于近赤道的軌道上，高度35858公里最少三顆衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球通信 近地軌道衛(wèi)星（LEO - Low Earth Orbiting satellites） 中距地球軌道衛(wèi)星（MEO - Middle Earth Or

7、biting satellites ） 各種建議方案中衛(wèi)星數(shù)目從12顆到840顆，配置成小型低功率衛(wèi)星群，至少提供主要大陸地區(qū)的全方位覆蓋軌道平面不是近赤道的，衛(wèi)星群像電子圍繞原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)一樣繞地球運(yùn)行近地軌道衛(wèi)星高度6442415公里，中距地球軌道衛(wèi)星高度1006220949公里小系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少，運(yùn)行頻帶1GHz以下，支持低數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)13衛(wèi)星的種類（續(xù)）參考材料大系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較多，運(yùn)行頻帶1GHz以上，支持高數(shù)據(jù)速率業(yè)務(wù)相對于GEO靜止衛(wèi)星系統(tǒng)，LEO和MEO被稱為MSS(移動衛(wèi)星系統(tǒng))高距橢圓軌道衛(wèi)星 （HEO - Highly Elliptic Orbiting satellite

8、s） 該類衛(wèi)星的原型為俄羅斯的Molniya系列衛(wèi)星與赤道平面成65度夾角縱向運(yùn)行，使用于北歐與北極地區(qū)。北半球遠(yuǎn)地點(diǎn)高度39968公里，南半球近地點(diǎn)高度500 公里14不同軌道的衛(wèi)星三顆同步地球衛(wèi)星基本上可覆蓋全球參考材料15MEO不同軌道的衛(wèi)星軌跡示意參考材料16銥星近地軌道衛(wèi)星系統(tǒng)參考材料原計(jì)劃中星群由77顆衛(wèi)星組成，化學(xué)元素周期表中序號77的元素是Iridium (銥)。Iridium 由希臘語“彩虹”一詞轉(zhuǎn)譯而來。后來星群減為66顆，但序號66的化學(xué)元素Dysprosium (鏑)讀來拗口，而且不愿放棄“彩虹”，故仍稱銥星。方案為66+6(備用星)，1目前1顆運(yùn)行衛(wèi)星和1顆備用衛(wèi)星已

9、分別發(fā)射到6個軌道平面，高度約778公里。銥星話機(jī)使用甚小天線通過L波段接入銥星，上行鏈路頻率29.129.3GHz，下行鏈路23.1823.38GHz。星際鏈路在Ka波段運(yùn)行。上行頻率28.629.1，使用FDMA，速率2Mbps；下行頻率18.819.3，使用TDMA，速率達(dá)到或超過64Mbps 。環(huán)路時延最大8.22ms，最小2.6ms。語音通信話音質(zhì)量與模擬蜂窩移動電話差不多。17銥星系統(tǒng)的接入和星際通信參考材料18IEEE衛(wèi)星頻段參考材料19已運(yùn)營的LEO和MEO衛(wèi)星參考材料20二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它20世紀(jì)80年代

10、，基于FDMA的第一代模擬系統(tǒng)(G1) 北美AMPS、N-AMPS；英國TACS；日本JTAC；北歐NMT。20世紀(jì)90年代，基于TDMA和CDMA的第二代數(shù)字系統(tǒng) 北美D-AMPS(EIA/TIA IS-136)；歐洲GSM；日本JDC。(G2) 歐洲GSM/GPRS;基于CDMA的北美PCS(IS-95)。 (G2+)目前，基于WCDMA的數(shù)字第三代系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)(G3) 提供數(shù)據(jù)速率為2Mbps(靜態(tài)環(huán)境)的多媒體業(yè)務(wù)。 ITU-T正在制定IMT(國際移動通信)建議標(biāo)準(zhǔn)，IMT2000參考建議有： 歐洲根據(jù)GSM/GPRS演進(jìn)的UMTS(通用移動通信系統(tǒng))建議； 北美根據(jù)IS-95演進(jìn)的c

11、dma2000建議； 北美根據(jù)IS-136演進(jìn)的UWCC-136建議(TDMA)。21蜂窩系統(tǒng)頻帶劃分Cellular Bands22第一代 單頻模擬蜂窩系統(tǒng) 僅用于語音通信 覆蓋區(qū)僅有宏小區(qū) 商業(yè)用戶Continued.移動通信的演進(jìn)代的演進(jìn)參考材料第二代 雙頻雙模式數(shù)字系統(tǒng) 語音/低速數(shù)據(jù)通信 宏小區(qū) Macro Cells 微小區(qū) Micro Cells 皮可小區(qū) Pico Cells 與固定電話網(wǎng)互補(bǔ) 商業(yè)用戶和消費(fèi)者第三代 多頻多模式數(shù)字系統(tǒng) 多媒體通信多業(yè)務(wù) 同固定電話結(jié)合在一 起，與IP網(wǎng)、VPN等 網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ) 個人通信23移動通信的演進(jìn)蜂窩系統(tǒng)中的通信覆蓋小區(qū)參考材料24移動通信

12、的演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)參考材料NMT-450NMT-900AMPSN-AMPSTACS JTACD-AMPS(IS-136)GSMJDCGSM/GPRSCDMA(IS-95)UTRA(UMTS)UWCC-136cdma20001G3G (IMT-2000)2G+2GContinued.25移動通信的演進(jìn)IMT-2000參考材料UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access （通用移動通信系統(tǒng)微波無線電接入）由 ETSI（歐洲通信系統(tǒng)協(xié)會）提交 采用WCDMA（寬帶碼分多址接入）cdma2000 （碼分多址接入2000）根據(jù) IS-95標(biāo)準(zhǔn)（CDMA）演化而來由 美國 TIA

13、（電信業(yè)協(xié)會）提交采用WCDMAUWCC-136 根據(jù) IS-136 標(biāo)準(zhǔn)（D-AMPS）演化而來由美國UWCC（通用無線通信合作組織）提交采用TDMAUMTS - Universal Mobile Telecommunications SystemWCDMA - Wideband Code Division Multiple AccessUWCC - Universal Wireless Communications Consortium26移動通信的演進(jìn)從GSM到UMTS的演變參考材料1990 - 本土GSM數(shù)據(jù)速率9.6Kbps1998 - HSCSD數(shù)據(jù)速率57.6Kbps1999 -

14、 GPRS數(shù)據(jù)速率115Kbps2000 - GSM 384數(shù)據(jù)速率384Kbps2002 - UMTS數(shù)據(jù)速率2MbpsHSCSD - High-Speed Circuit-Switching Data 高速電路交換數(shù)據(jù)GPRS - General Packet Radio Service 通用分組無線業(yè)務(wù)27移動通信的演進(jìn)專用術(shù)語參考材料GSM - Global System for Mobile Communications 全球移動通信系統(tǒng)AMPS - Advanced Mobile Phone System 高級移動電話系統(tǒng)N-AMPS - Narrowband AMPS 窄帶高級移

15、動電話系統(tǒng)D-AMPS - Digital AMPS 數(shù)字高級移動電話系統(tǒng)TACS - Total Access Communication System 全向通信系統(tǒng)JTAC - Japan Total Access Communications 日本全向通信系統(tǒng)NMT - North-Europe Mobile Telephony 北歐移動電話JDC/PDC - Japan/Personal Digital Cellular 日本(個人)數(shù)字蜂窩系統(tǒng)PCS - Pesonal Communication System 個人通信系統(tǒng)IMT - International Mobile Tel

16、ecommunications 國際移動通信28二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 多媒體通信傳媒信息量大 適應(yīng)現(xiàn)代社會許多應(yīng)用需求，諸如 - 可視電話 - 電視會議 - 虛擬現(xiàn)實(shí) - 視頻點(diǎn)播 - 語音郵件 - 多媒體檢索 - 遠(yuǎn)程教學(xué)29二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 基于銅纜的接入技術(shù)。例如，能傳輸2Mbps以上的數(shù)據(jù)“高比特率數(shù)字用戶線”，可把圖像等視頻信號引入用戶家庭 。 基于光纜的接入技術(shù)。光纜頻帶寬、容量大、干擾小。 光纖同軸混合接入技術(shù)。利用有線電視系統(tǒng)的方法，可

17、以額外提供視頻點(diǎn)播，交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及電話業(yè)務(wù)。 無線接入技術(shù)。具有建設(shè)速度快，方便靈活、造價低廉等特點(diǎn)。30各種無線通信系統(tǒng)參考材料交換式/中繼移動無線電（SMR/TMR）無線尋呼網(wǎng)（BP）無繩電話與無線辦公電信系統(tǒng)（WOTS）蜂窩無線電與蜂窩數(shù)據(jù)通信數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS）無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)：分組無線電無線局域網(wǎng)（WLAN）無線本地環(huán)路（WLL）本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)（LMDS）多信道多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)（MMDS）注冊許可的微波系統(tǒng)個人通信業(yè)務(wù)（PCS）31二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 1995年美國和歐洲分別開始研究全

18、光網(wǎng)。全光網(wǎng)在服務(wù)質(zhì)量、帶寬需求、業(yè)務(wù)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性和可擴(kuò)展性等方面，都是當(dāng)今現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能比擬的。 在傳輸系統(tǒng)（包括交換機(jī)）中，全程不需要光/電和電/光的轉(zhuǎn)換，完全靠光波沿光纖傳輸。 用戶端機(jī)之間不少電信號的處理功能也由光技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如出網(wǎng)/進(jìn)網(wǎng)，儲存、交換等。32二、當(dāng)今通信的熱點(diǎn)1、衛(wèi)星通信2、移動通信3、多媒體通信4、用戶數(shù)據(jù)接入5、全光網(wǎng)6、其它 ATM(異步傳送模式)、IP Phone(網(wǎng)絡(luò)電話)、光纖ADM分插點(diǎn)復(fù)用等等。33通信模型34一、通信模型通信的基本目的是由信源向信宿傳送消息。 通信的最基本要求是迅速和可靠。35二、通信模型組成部分及功能(1)信源。顧名思義，指

19、信息產(chǎn)生的源頭，可以是人或設(shè)備。其發(fā)出的信息也可以是多種多樣的，如語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等。這些信息可以是離散的，也可以是連續(xù)的。36二、通信模型組成部分及功能(2) 發(fā)送器。種類及其功能多樣化，如編碼、調(diào)制、放大、濾波、發(fā)射等。發(fā)送器含有與傳輸線路匹配的接口，其基本作用是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)哪撤N信號。模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)兩者的發(fā)送器功能有很大差異。37二、通信模型組成部分及功能(3) 信道。即信息傳輸通道，也是傳遞物質(zhì)信號的媒介。信道可以是明線、電纜、波導(dǎo)、光纖、無線電波等。38二、通信模型組成部分及功能(4) 噪聲源。是整個系統(tǒng)噪聲與干擾的總折合，用以表征信息在信道中傳輸時遭受的

20、干擾情況。在任何通信系統(tǒng)中，干擾的性質(zhì)與強(qiáng)弱都是影響系統(tǒng)性能的重要因素。39二、通信模型組成部分及功能(5) 接收器。其作用主要是接收信道中的信號，并轉(zhuǎn)換成發(fā)送前相同表示形式的信息傳遞給信宿，與發(fā)送器功能正好相反。對接收器的要求是盡可能地從受干擾的信號中精確地提取和還原來自信源的信息。40二、通信模型組成部分及功能(6)信宿。信息傳輸?shù)哪康牡?，即接收消息的人或機(jī)器。41三、通信模型工作原理(1) 信源產(chǎn)生的發(fā)送信息可表示為隨時間變化的輸入信號g(t)，它通常不適于直接在信道上傳輸。 g(t)需由發(fā)送設(shè)備進(jìn)行某種變換，變?yōu)樾盘杝(t)，既載有信源的信息，同時又便于在信道上傳輸。42三、通信模型工

21、作原理(2) 通過信道后的信號為r(t)，接收設(shè)備對其進(jìn)行相對于發(fā)送的逆變換。 由于信號在傳輸中受到了噪聲n(t)的干擾，逆變換后的信號g(t) 僅是信號g(t)的近似值或估計(jì)值。43三、通信模型工作原理(3) 噪聲的干擾實(shí)際存在于整個通信系統(tǒng)中，為便于分析，并考慮到信道上的干擾最為嚴(yán)重，故通信模型把噪聲干擾集中在信道上表示為n(t)。44四、DTE與DCE數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，發(fā)送端信源和接收端的信宿稱為DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備,Data Terminal Equipment)，如計(jì)算機(jī)之類的終端設(shè)備。 發(fā)送和接收設(shè)備稱為DCE (數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備, Data Circuit Terminating

22、Equipment)。DCE有時也稱作數(shù)據(jù)通信設(shè)備(Data Communication Equipment)。DTEDTEDCEDCE45五、通信模型的說明 該通信模型示意圖是原理性的，表面上描述的是一個一對一的單向通信系統(tǒng)，但它卻是適于各種通信系統(tǒng)的一個抽象模型，概括地反映了各種通信系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中的共性。 實(shí)際應(yīng)用中通信系統(tǒng)往往是雙向的，而且可能是多個信源與多個信宿間的通信。如DCE到DCE，一般不是簡單的點(diǎn)對點(diǎn)的關(guān)系，而是涉及比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含交換技術(shù)、路由選擇等內(nèi)容；圖中的同步也只是一種時間上協(xié)調(diào)的會意性描述。DCEDCE46通信種類的劃分47通信的種類可有多種劃分的形式，如從通

23、信內(nèi)容上、傳輸信號的性質(zhì)上、信道上等進(jìn)行劃分。從通信內(nèi)容上可有： 語音通信(電話) 圖象通信 多媒體通信從傳輸信號形式有： 模擬信號通信 數(shù)字信號通信從信道劃分大致可有： 還有其它一些分類方法，如窄帶通信和寬帶通信之分。語言、低速數(shù)據(jù)屬窄帶通信，而圖像、多媒體、高速數(shù)據(jù)屬寬帶通信。48一、按傳輸信號形式分類依據(jù)用來傳遞消息的電信號有模擬信號與數(shù)字信號之分通信系統(tǒng)可分為模擬通信與數(shù)字通信兩大類目前的多數(shù)電話與電視通信系統(tǒng)是模擬通信系統(tǒng)典型的應(yīng)用實(shí)例計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中主機(jī)把資料輸出到打印機(jī)是數(shù)字通信系統(tǒng)的一個實(shí)例數(shù)據(jù)通信是指信源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流，無論是通過模擬傳輸信道還是數(shù)字傳輸信道，按一定通信協(xié)議，傳送到

24、信宿的過程。49模擬通信模擬通信是指在通信系統(tǒng)中所傳輸?shù)氖悄M信號模擬通信系統(tǒng)的示意簡框圖圖中，信源傳出的是模擬信號，其狀態(tài)變化為連續(xù)圖形。信源調(diào)制器解調(diào)器信道信宿噪聲50模擬通信發(fā)送器被被簡化為調(diào)制器，接收器被簡化為解調(diào)器。事實(shí)上還應(yīng)包括放大、濾波、變頻等處理過程，圖中將這些功能都合并到信道中去，以強(qiáng)調(diào)調(diào)制解調(diào)功能在模擬通信中的重要作用。信源調(diào)制器解調(diào)器信道信宿噪聲51模擬通信模擬通信系統(tǒng)按其調(diào)制方式的不同可分為： 連續(xù)調(diào)制系統(tǒng)振幅調(diào)制（AM）系統(tǒng)頻率調(diào)制（FM）系統(tǒng)相位調(diào)制（PM）系統(tǒng)脈沖調(diào)制系統(tǒng)脈沖幅度調(diào)制（PAM）系統(tǒng)脈沖相位調(diào)制（PPM）系統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制（PWM）系統(tǒng)52模擬通信傳輸

25、模擬信號的信道稱為模擬信道為提高信道利用率，擴(kuò)大信道容量，常采用多路復(fù)用的方法，即在同一線路中同時傳輸多路信號，將一條線路邏輯上劃分出多個信道在連續(xù)調(diào)制系統(tǒng)中常采用頻分多路復(fù)用（FDM）在脈沖調(diào)制系統(tǒng)中則采用時分多路復(fù)用（TDM）53數(shù)字通信數(shù)字通信是指在通信系統(tǒng)內(nèi)所傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制或多進(jìn)制數(shù)字信號的一種方式其主要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)調(diào)制以前要經(jīng)過兩次編碼。在接收端解調(diào)后也要進(jìn)行相應(yīng)的兩次譯碼數(shù)字通信具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、靈活性高和設(shè)備簡單經(jīng)濟(jì)、便于集成等優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信可與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完全融合，通信的數(shù)字化很快會成為通信的主導(dǎo)54數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖中信源發(fā)出的是模擬信號信源編碼器的作用就是使

26、其經(jīng)過模擬/數(shù)字(A/D)變換后，成為數(shù)字序列，以適合在數(shù)字系統(tǒng)中傳輸。信道編碼是對信源的二次編碼，其主要目的在于提高數(shù)字傳輸系統(tǒng)的可靠性55數(shù)字通信接收端的信道譯碼、信源譯碼功能與發(fā)送端的編碼作用相反。調(diào)制和解調(diào)功能與模擬通信系統(tǒng)中的作用一致，只是這里采用的是數(shù)字調(diào)制和解調(diào)。雖然圖中未畫出同步系統(tǒng)，但在數(shù)字通信系統(tǒng)中，同步概念十分重要數(shù)字通信系統(tǒng)的組成相對于模擬通信系統(tǒng)要復(fù)雜得多。56數(shù)字通信傳輸數(shù)字信號的信道稱為數(shù)字信道數(shù)字信道最常用的多路復(fù)用技術(shù)是時分多路復(fù)用（TDM）57二. 按調(diào)制方式分類 (1)基帶傳輸-直接傳輸基帶信號。 (2)調(diào)制傳輸-將基帶信號調(diào)制到載波后傳輸。 將消息變換為

27、便于傳送的形式 例1:天線長度工作波長/4 (=c/f)，如果用低頻傳輸，天線尺寸太大。 例2：放大器的相對帶寬決定了低頻傳輸?shù)挠行挷蛔恪?可實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用 可改善通信系統(tǒng)的性能：抗低頻干擾。 58 調(diào)制方式 用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)副AM廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅DSB立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB廣播電視、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻率鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK、DPSK、QPSK數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其它高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK數(shù)字微波、空間通信

28、脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM（PWM）中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、空間通信增量調(diào)制DM、CVSD、DVSD軍用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其它方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話59三.按通信方式不同 單工通信: 通信雙方單向傳遞信息。 雙工通信: 通信雙方同時雙向傳遞信息。 半雙工通信:通信雙方雙向傳遞信息但不同時。60四. 按傳送信號的復(fù)用方式分類 頻分復(fù)用: 不同信號占用不同的頻率范圍。 時分復(fù)用: 不同信號占用不同的時間區(qū)間。 碼分復(fù)用: 用正交的脈沖序列攜帶不同信號。61五. 按傳

29、輸媒介類型有線通信：雙絞線、雙平行線、同軸電纜、微帶、波導(dǎo)、多芯銅線、光纜等。無線通信：衛(wèi)星通信、移動通信、微波通信、雷達(dá)、聲納、遙控遙測、無線定位、無線接入等。62頻率范圍波長符號媒介用途3Hz-30 KHz108-104m甚低頻VLF有線線對、長波音頻、電話30KHz-300 KHz104-103m低頻LF有線線對、長波導(dǎo)航信標(biāo)300 KHz -3MHz103-102m中頻MF同軸電纜、中波調(diào)幅中波廣播3 MHz -30 MHz102-10m高頻HF同軸電纜、短波調(diào)幅短波廣播30MHz-300MHz10-1m甚高頻VHF同軸電纜、米波電視、調(diào)頻廣播、空中管制、機(jī)場導(dǎo)航300 MHz -3G

30、Hz100-10cm特高頻UHF同軸電纜、微帶、波導(dǎo)、分米波電視、移動通信、微波接力、警戒雷達(dá)3 GHz -30 GHz10-1cm超高頻SHF波導(dǎo)、厘米波通信衛(wèi)星、制導(dǎo)雷達(dá)、炮瞄雷達(dá)30GHz-300 GHz10-1mm極高頻EHF波導(dǎo)、毫米波近距離高精度雷達(dá)、射電天文105-107 GHz3*10(-4)-3*10(-6)cm光波段光纖、激光空間傳播光通信63通信系統(tǒng)的性能度量一. 通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 有效性:信道一定時,系統(tǒng)能夠傳輸信息內(nèi)容的多少。 可靠性:系統(tǒng)接收端恢復(fù)信息的準(zhǔn)確程度。64二. 對于模擬通信系統(tǒng) 有效性-在給定信道帶寬內(nèi),能容納多少的通信路數(shù); 也可用傳單路信號的有效帶

31、寬來衡量。 可靠性-通信系統(tǒng)接收端的輸出信號噪聲功率比(SNR,Signal Noise Ratio)65三. 數(shù)字通信系統(tǒng) 有效性用信號的傳輸速率來衡量； 碼元傳輸速率(RB)：單位時間能夠傳送的碼元數(shù)。（波特率) 每個碼元傳輸所占用的時間TB為碼長,則 RB=1/TB (波特,Baud)。 若碼元為二進(jìn)制- RB2,若為M進(jìn)制RBM， RB2=RBMlog2M 信息傳輸速率(Rb): 單位時間能夠傳送的信息量(bits/s)。(比特率) Rb=RBMlog2M 比特/秒 RBM=Rb/log2M 波特66 可靠性傳輸產(chǎn)生的錯誤概率； 誤碼率PB=接收的錯誤碼元數(shù)/發(fā)出的總碼元數(shù)； 誤比特率

32、Pb=接收的錯誤比特?cái)?shù)/發(fā)出的總比特?cái)?shù)；67 為了獲得通信中所需的有效性和可靠性，產(chǎn)生了信息處理技術(shù)。 信息處理技術(shù)是現(xiàn)代信息工程的核心技術(shù)。信息處理的目的是為了提高系統(tǒng)對某一方面的要求、優(yōu)化系統(tǒng)某一方面的性能指標(biāo)。 信息處理的主要手段是編、譯碼。比如： 1、為了提高系統(tǒng)的有效性，可以通過信源編碼來完成。 2、為了提高系統(tǒng)的安全性，可以通過加密來完成。 3、為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以通過信道編碼來完成。68各類通信及所用頻段69一、通信類別與頻段選擇現(xiàn)代通信實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)是不同頻率的電磁波的傳輸。根據(jù)電磁波在不同媒介中的傳輸，通信可分為有線通信與無線通信兩大類。無論哪類通信，其工作頻段皆有很大不同

33、。 因而，對工作頻段進(jìn)行合理選擇，以實(shí)現(xiàn)不同的通信目的，并保證其可靠性與有效性的要求，顯得十分重要。70二、有線通信有線通信是指利用各種導(dǎo)線作為信道來傳輸信號的一種通信方式，一般用于有線通信的傳輸媒介有架空明線、電纜和光纜等。有線通信的特點(diǎn)是，除了需要傳輸媒介外，還需每隔一段距離設(shè)置增音器或中繼器等放大裝置以便增補(bǔ)信號沿導(dǎo)線傳輸時所產(chǎn)生的衰耗，同時，在接收端要增加校正設(shè)備以減少鄰路頻率串音干擾及噪聲。71三、無線通信無線通信是依靠自由空間來傳輸電磁波的通信方式。要使電磁波在自由空間中傳遞得更遠(yuǎn)，需要采用頻率很高的振蕩波來傳送。因此在發(fā)送端需要有一個能產(chǎn)生很高頻率振蕩波的高頻發(fā)射機(jī)，并通過天線把

34、振蕩波發(fā)送出去。在接收端也需要設(shè)置接收機(jī)并利用天線來接收信號。發(fā)射機(jī)、接收機(jī)與發(fā)/收天線構(gòu)成了無線信道。無線信道有長波、中波、短波和微波之分。衛(wèi)星通信是一種特殊的微波中繼系統(tǒng)，其中繼站就設(shè)在衛(wèi)星上，衛(wèi)星通信具有廣播能力，能供多個地面站接收同一組數(shù)據(jù)信息。72四、通信頻率的分段(1)考慮因素對于有線通信，要考慮通信線路的傳輸特性、最低和最高的截止頻率、頻率衰耗特性及相移特性、線路參數(shù)的穩(wěn)定性。對于無線通信，則需注重各種不同波長電磁波的傳輸特點(diǎn)以及天線尺寸使用的合理性。73四、通信頻率的分段(5)74四、通信頻率的分段(6)頻率f與波長之間的變換公式其中v 代表電磁波在自由空間中的傳播速度，其值接

35、近于光速3.0 x108m/s。75通信標(biāo)準(zhǔn)及制定機(jī)構(gòu)76通信涉及到雙方或多方，其中包括點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與端、端與端的信息交互，沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)顯然是不行的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)也有利于系統(tǒng)的異構(gòu)組成，也給用戶提供了選擇使用的靈活性標(biāo)準(zhǔn)化的程度是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的重要質(zhì)量指標(biāo)之一標(biāo)準(zhǔn)的制定，除了技術(shù)的因素之外，還有經(jīng)濟(jì)，乃至政治的因素標(biāo)準(zhǔn)的制定有利于技術(shù)的發(fā)展，但有時各方喋喋不休的爭執(zhí)對新技術(shù)的推廣應(yīng)用反而產(chǎn)生牽制作用通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)77國際標(biāo)準(zhǔn)化組織International Standards Organization通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ISO世界上從事國際標(biāo)準(zhǔn)化的最大的綜合性非官方機(jī)構(gòu)，由各參與

36、國的國家標(biāo)準(zhǔn)化組織選派代表組成，成立于1947年ISO的標(biāo)準(zhǔn)制定過程要經(jīng)過四個階段，即工作草案、建議草案、國際標(biāo)準(zhǔn)草案和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO下設(shè)近200個TC（技術(shù)委員會），其中TC97負(fù)責(zé)IT技術(shù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定。TC97又下轄16個 SC（分委會）和一個直屬組78國際標(biāo)準(zhǔn)化組織International Standards Organization通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ISOSC6為數(shù)據(jù)通信分委會，制定了HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路規(guī)程）SC16致力于OSI/RM（開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型），后被改組為SC21負(fù)責(zé)解決“開放系統(tǒng)互聯(lián)的信息檢索、傳輸與管理”等問題TC97與國際電工委員會（IEC-Inter

37、national Electrotechnical Commissions）的TC83于1987年成立了一個新的JTC（聯(lián)合技術(shù)委員會）來替代TC97，該機(jī)構(gòu)名稱是ISO/IEC JTC1, 下屬各SC仍沿用TC97中的序號。79通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITU成立于1932年，后成為聯(lián)合國下屬機(jī)構(gòu)。其前身為始建于1865年的國際電報(bào)聯(lián)合會（UTI）ITU的宗旨維護(hù)與發(fā)展成員國之間的國際合作以改進(jìn)和共享各種電信技術(shù)幫助發(fā)展中國家大力發(fā)展電信事業(yè)；通過各種手段促進(jìn)電信技術(shù)設(shè)施和電信網(wǎng)的改進(jìn)與服務(wù)管理無線電頻帶的分配與注冊，避免各國電臺的相互干擾。國際電信聯(lián)盟International Teleco

38、mmunication Union80通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITUITU曾下轄總秘書處、國際頻率注冊委員會（IFRB）、國際無線電咨詢委員會（CCIR）、國際電報(bào)電話咨詢委員會（CCITT）和電信發(fā)展局（BDT）五個常設(shè)機(jī)構(gòu)CCITT是國際電報(bào)電話咨詢委員會的法文名稱Comit Consulatif International Telegraphigueet Telephonique的縮寫，它主要由聯(lián)合國各成員國的郵政、電報(bào)和電話管理機(jī)構(gòu)的代表組成，是一個開發(fā)全球電信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的國際組織該機(jī)構(gòu)已經(jīng)為國際通信使用的各種通信設(shè)備及規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)化提出了一系列建議國際電信聯(lián)盟International

39、Telecommunication Union81通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITUCCITT的建議標(biāo)準(zhǔn)系列F系列：有關(guān)電報(bào)、數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程信息通信業(yè)務(wù) （傳真、可視圖文等）的定義、操作和服 務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的建議；I系列：有關(guān)數(shù)字網(wǎng)的建議，包括ISDN的若干建議；T系列：有關(guān)終端設(shè)備的若干建議；V系列：有關(guān)在電話網(wǎng)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的若干建議；X系列：有關(guān)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的若干建議。國際電信聯(lián)盟International Telecommunication Union82通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ITU1993年3月起，ITU下屬的IFBR改稱無線通信部（RS），BDT改稱電信發(fā)展部（TDS）CCITT與CCIR

40、合并為電信標(biāo)準(zhǔn)化部（TSS），簡稱ITU-TITU-T由一個常設(shè)職能部門TSB（電信標(biāo)準(zhǔn)局）和許多SG（研究小組）構(gòu)成ITU-T目前正與ISO合作，共同制定數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)國際電信聯(lián)盟International Telecommunication Union83通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)IEEE國際標(biāo)準(zhǔn)化工作還有美國的一個重要組織IEEE的參與，它是全球最大的專業(yè)學(xué)術(shù)團(tuán)體，開發(fā)通信和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)也是該組織的主要工作其研究領(lǐng)域主要涉及ISO的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層。例如，IEEE的802委員會制定的系列標(biāo)準(zhǔn)已成為當(dāng)今主流的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)除開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)外，IEEE每年還召開各種會議，出版許多刊物，因此它在世界上具有很高的知名度電氣與電子工程師學(xué)會Institute of Electrical and Electronics Engineers84通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)EIA另一個與制定電氣標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的組織是美國的EIA該協(xié)會主要制定過許多電子傳輸標(biāo)準(zhǔn)，包括ISO的物理層標(biāo)準(zhǔn)它頒布的RS-232和ES-449已經(jīng)成為全球廣泛采用的DTE和DCE之間串行接口標(biāo)準(zhǔn)電子工業(yè)協(xié)會Electronic Industries Associations85美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會American National Standard Institute通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其制定機(jī)構(gòu)ANSI美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會雖然只是一個非官方非