




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
移動(dòng)通信技術(shù)
Mobilecommunicationtechnology目錄1.3平均信息量(熵)的概念
1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)本章小結(jié)1.1通信的基本知識(shí)1.1通信的基本知識(shí)
通信(communication)就是信息的傳遞。其中信息(information)是消息(message)中所包含的有效內(nèi)容,或者說是消息中不確定的部分。消息有多種表現(xiàn)形式,比如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片等都是消息。信息傳遞必須要有合適的物理載體,比如古代的烽火傳警、擊鼓作戰(zhàn)、鳴金收兵等,就是利用光或聲音這些載體來傳遞戰(zhàn)爭(zhēng)信息的實(shí)例,我們把傳遞信息的物理載體稱之為信號(hào)(signal)??梢?,信息、消息和信號(hào)之間有著密切聯(lián)系,信息以消息的形式表現(xiàn)出來,并通過信號(hào)來傳遞,即消息是外殼,信息是消息的內(nèi)核,信號(hào)是信息的載體。1.1通信的基本知識(shí)關(guān)于信息和數(shù)據(jù)(data)的區(qū)別,一般認(rèn)為,數(shù)據(jù)是反映客觀事物的性質(zhì)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和特征的符號(hào),數(shù)據(jù)可以是具體的數(shù)字,也可以是文字或圖形等形式。信息則是數(shù)據(jù)加工的結(jié)果,是有用的數(shù)據(jù)。
1837年摩爾斯發(fā)明的有線電報(bào)和1876年貝爾發(fā)明的電話,使通信步入了利用“電”這個(gè)載體來傳遞信息的新時(shí)代,在電通信系統(tǒng)中,信息的傳遞以電信號(hào)的形式(電壓或電流)來實(shí)現(xiàn),由于電通信具有迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受時(shí)間、地點(diǎn)、距離的限制,因此得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。當(dāng)今在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信”這一術(shù)語,一般都是指“電通信”(即電信)。本書中討論的通信均指電通信。1.1通信的基本知識(shí)1.1.1通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)(CommunicationSystem)是指為完成通信任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的總體?,F(xiàn)在我們來看看無線廣播通信系統(tǒng)是怎樣工作的。首先播音員的語音信號(hào)通過麥克風(fēng)傳至發(fā)送設(shè)備,并將其調(diào)制到所發(fā)送的模式和頻率,然后通過天線發(fā)送出去;接收機(jī)接收到的信號(hào)是非常微弱的中頻或高頻信號(hào),將其解調(diào)成音頻信號(hào),通過放大由揚(yáng)聲器播放出來。一個(gè)普通的廣播過程如圖1-1所示。圖1-2示是一個(gè)調(diào)頻(FM)收音機(jī)的工作原理框圖,從天線接收的信號(hào)經(jīng)過混頻、中放、檢波,解調(diào)為音頻信號(hào),經(jīng)功放放大,由揚(yáng)聲器輸出。它是無線廣播通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)例,其中AGC為自動(dòng)增益控制電路。1.1通信的基本知識(shí)1.1.1通信系統(tǒng)的組成圖1-1無線廣播通信系統(tǒng)圖1-2調(diào)頻(FM)收音機(jī)的工作原理框圖1.1通信的基本知識(shí)我們知道信號(hào)不一定只是語音信號(hào),也可以是符號(hào)、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片、活動(dòng)圖像等,這些原始信息統(tǒng)統(tǒng)用一個(gè)名稱來命名:信源。這些信號(hào)通常具有較低的頻譜分量,我們稱這種信號(hào)為基帶信號(hào)。無線廣播通信系統(tǒng)中的調(diào)制是將基帶信號(hào)附加到合適的載波信號(hào)上,以便在信道上進(jìn)行傳輸。針對(duì)不同的系統(tǒng)有不同的處理方式,比如上面介紹的無線廣播通信系統(tǒng)中的調(diào)制,是由發(fā)送設(shè)備完成此功能的。由于信號(hào)存在著許多不同的類型以及不同的傳輸方法,因此產(chǎn)生了種類繁多的通信系統(tǒng)。為了分析消息傳輸?shù)膶?shí)質(zhì),可以把各類通信系統(tǒng)的共性及基本組成概括為一個(gè)一般模型。不管何種通信系統(tǒng),信息總是由發(fā)送端通過信道傳遞到接收端的,因此,通信系統(tǒng)的一般模型都如圖1-3所示。1.1通信的基本知識(shí)圖1-3通信系統(tǒng)的一般模型1.1通信的基本知識(shí)信源的作用是產(chǎn)生(形成)消息。消息可以是多種多樣的,可以是語音、圖像、數(shù)據(jù)、文字、符號(hào)等等。信源可以是有次序的符號(hào)序列,也可以是連續(xù)變換的時(shí)間函數(shù),前者我們稱為數(shù)字信號(hào),后者稱為模擬信號(hào)。傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng),稱為模擬通信系統(tǒng)。相應(yīng)地,傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng),稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。發(fā)送設(shè)備的作用是將消息與信道匹配起來,即將消息轉(zhuǎn)換為適于信道傳輸?shù)碾娦盘?hào),以便在信道中傳輸。轉(zhuǎn)換方式是多種多樣的,在需要頻譜搬移的場(chǎng)合,調(diào)制是最常見的方式。有時(shí),發(fā)送設(shè)備可能還包括為達(dá)到某些特殊要求而進(jìn)行的各種處理,如多路復(fù)用、保密處理、糾錯(cuò)編碼處理等。信道的作用是為信號(hào)由發(fā)送設(shè)備傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備提供傳輸媒介或途徑,可以是有線的,也可以是無線的。在實(shí)際應(yīng)用中,信道可以是包括傳輸設(shè)備的廣義傳輸途徑。在信道中,既可以給信號(hào)提供傳輸途徑,也可以對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生干擾和噪聲,使信號(hào)產(chǎn)生畸變。1.1通信的基本知識(shí)接收設(shè)備的作用則是完成發(fā)送設(shè)備的逆變換,它把接收的信號(hào)恢復(fù)為原始的信號(hào),送到信宿:信宿是信息到達(dá)的目的地,信息通過接收的信號(hào)還原為原始的消息,或執(zhí)行某個(gè)動(dòng)作,或進(jìn)行顯示。信源和信宿位于通信系統(tǒng)的兩端,故又稱為終端設(shè)備。噪聲可以由消息的初始產(chǎn)生環(huán)境、構(gòu)成變換器的電子設(shè)備、傳輸信道以及各種接收設(shè)備等所有信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)中的一個(gè)或幾個(gè)產(chǎn)生,為分析方便起見,在模型中把噪聲集中由一個(gè)噪聲源表示,在信道中以疊加方式引入。圖1-4測(cè)量系統(tǒng)模型1.1通信的基本知識(shí)根據(jù)研究的對(duì)象或關(guān)心的問題的不同,還可以出現(xiàn)不同形式的具體通信系統(tǒng)模型,比如雷達(dá)、聲吶及地震法勘測(cè)等測(cè)量系統(tǒng),如圖1-4所示。這類系統(tǒng)主要由4個(gè)部分組成:信號(hào)源、待測(cè)物體(中介體)、信號(hào)檢測(cè)(比較)部分和接收終端(顯示)。此類系統(tǒng)中,信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)是已知的,一路作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),另一路為經(jīng)待測(cè)物體后變化的信號(hào),根據(jù)兩路信號(hào)的變化量來判斷待測(cè)物體的特征,即通過系統(tǒng)主要測(cè)量信號(hào)經(jīng)過中介體后的變化,來判斷中介體的特征。1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類方法有很多,一般從下面五個(gè)方面進(jìn)行分類。1.按通信業(yè)務(wù)分類根據(jù)通信業(yè)務(wù)不同,可分為電話通信、數(shù)據(jù)通信、圖像通信、多媒體通信等各種通信系統(tǒng)。這些通信系統(tǒng)可以是專用的,也可以是兼容的。在綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)中,各種類型的消息都在統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳送;如多媒體通信就是將電話、圖像、數(shù)據(jù)綜合在一起,形成一種相互關(guān)聯(lián)的復(fù)合信號(hào)進(jìn)行通信的新型業(yè)務(wù)1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類2.按是否調(diào)制分類根據(jù)是否采用調(diào)制,可分為基帶傳輸和頻帶傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。一般地,信息源發(fā)出的電信號(hào)頻率大都從低頻開始,這種信號(hào)稱為基帶信號(hào),如話音信號(hào)頻率為20~20000Hz,但主要能量集中在300~3400Hz;電視圖像信號(hào)的頻率在0~6MHz范圍內(nèi);數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率雖然與傳輸速率有關(guān),但還是屬于基帶信號(hào)。直接將基帶信號(hào)經(jīng)過放大器送到信道上傳輸稱為基帶傳輸?;鶐盘?hào)通過調(diào)制后,其頻譜搬移到比較高的頻率范圍,以適合傳輸信道的要求。經(jīng)過調(diào)制后頻譜變高的信號(hào)稱為頻帶信號(hào)。傳輸頻帶信號(hào)稱為頻帶傳輸。1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類2.按是否調(diào)制分類根據(jù)是否采用調(diào)制,可分為基帶傳輸和頻帶傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。一般地,信息源發(fā)出的電信號(hào)頻率大都從低頻開始,這種信號(hào)稱為基帶信號(hào),如話音信號(hào)頻率為20~20000Hz,但主要能量集中在300~3400Hz;電視圖像信號(hào)的頻率在0~6MHz范圍內(nèi);數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率雖然與傳輸速率有關(guān),但還是屬于基帶信號(hào)。直接將基帶信號(hào)經(jīng)過放大器送到信道上傳輸稱為基帶傳輸?;鶐盘?hào)通過調(diào)制后,其頻譜搬移到比較高的頻率范圍,以適合傳輸信道的要求。經(jīng)過調(diào)制后頻譜變高的信號(hào)稱為頻帶信號(hào)。傳輸頻帶信號(hào)稱為頻帶傳輸。1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類3.按信號(hào)的特征分類根據(jù)信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào),可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。當(dāng)信號(hào)的某一參量隨相應(yīng)信息的變化而變化,其參量的取值為無限多個(gè)數(shù)值的稱為模擬信號(hào)。如話音信號(hào)的電壓或電流大小隨聲音的強(qiáng)弱而連續(xù)變化;調(diào)幅波或調(diào)頻波信號(hào)其幅度或頻率隨話音或音樂作相應(yīng)連續(xù)的變化等,這些都是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào),如圖1-5所示;而對(duì)于脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào),盡管在時(shí)間上是不連續(xù)的(離散的)但其脈沖的幅度、寬度隨調(diào)制信號(hào)變化取連續(xù)值,因此仍屬于模擬信號(hào),如圖1-6所示。。1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類3.按信號(hào)的特征分類根據(jù)信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào),可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。當(dāng)信號(hào)的某一參量隨相應(yīng)信息的變化而變化,其參量的取值為無限多個(gè)數(shù)值的稱為模擬信號(hào)。如話音信號(hào)的電壓或電流大小隨聲音的強(qiáng)弱而連續(xù)變化;調(diào)幅波或調(diào)頻波信號(hào)其幅度或頻率隨話音或音樂作相應(yīng)連續(xù)的變化等,這些都是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào),如圖1-5所示;而對(duì)于脈幅調(diào)制(PAM)、脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào),盡管在時(shí)間上是不連續(xù)的(離散的)但其脈沖的幅度、寬度隨調(diào)制信號(hào)變化取連續(xù)值,因此仍屬于模擬信號(hào),如圖1-6所示。。1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類圖1-5時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)圖1-6時(shí)間離散的模擬信號(hào)1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類當(dāng)信號(hào)的某一參量隨相應(yīng)信息的變化而變化,其參量的取值為有限的,參量與信息之間的變化關(guān)系為非直觀的數(shù)字形式稱為數(shù)字信號(hào)。如脈沖編碼調(diào)制(PCM)信號(hào)是用有限個(gè)數(shù)值來表示信息的變化,一般的數(shù)字信號(hào)不僅在幅度上的取值是離散的,而且在時(shí)間上也是離散的,但數(shù)字信號(hào)并非在時(shí)間上都是離散的,普通移頻電報(bào)在時(shí)間上就是連續(xù)的,但反映信息的瞬時(shí)頻率僅有f1與f2,所以仍屬于數(shù)字信號(hào),如圖1-7所示。圖1-7數(shù)字信號(hào)(a)一般的數(shù)字信號(hào);(b)移頻電報(bào)數(shù)字信號(hào)1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類圖1-8為模擬通信系統(tǒng)模型。由于信源發(fā)出的原始電信號(hào)通常具有頻率很低的頻譜分量,一般不宜直接傳輸,因此需要調(diào)制器將其變換成適合信道傳輸要求的已調(diào)信號(hào)送到信道中傳輸。接收端經(jīng)解調(diào)器把已調(diào)信號(hào)還原為原始信號(hào)。調(diào)制器與解調(diào)器代表了發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。圖1-8模擬通信系統(tǒng)模型1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1-9所示。當(dāng)信息源發(fā)送出來的電信號(hào)是模擬信號(hào)時(shí);需要經(jīng)過信源編碼變換成數(shù)字基帶信號(hào);加密器可以很方便地對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行加密處理;復(fù)用是將多路信號(hào)按一定規(guī)律復(fù)合成一路信號(hào),以提高傳輸信道的效率;信道編碼通常包括糾錯(cuò)編碼和線路編碼:由于信道噪聲的干擾而使傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)產(chǎn)生差錯(cuò),必須在接收端能自動(dòng)檢出錯(cuò)碼并糾正錯(cuò)碼,即糾錯(cuò)編碼,線路編碼的目的是為了信源編碼后的數(shù)字信號(hào)更適合在信道上傳輸;調(diào)制器是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。接收端的解調(diào)、信道解碼、解復(fù)用、解密器、信源碼等功能,與發(fā)送端的調(diào)制、信道編碼、解復(fù)用、加密碼、信源編碼等功能是一一對(duì)應(yīng)的反應(yīng)換。圖1-9數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.1通信的基本知識(shí)1.1.2通信系統(tǒng)的分類需要說明的是,圖1-9是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般組成。實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖中的所有環(huán)節(jié),例如數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中,是不需要調(diào)制器和解調(diào)器的;另外,有些環(huán)節(jié)如同步,由于分散在各處,圖1-9中沒有畫出。數(shù)字通信發(fā)展非常迅速,主要原因是它與模擬通信相比有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。(1)抗干擾能力強(qiáng)信號(hào)在傳輸過程中必然會(huì)受到各種噪聲的干擾。在模擬通信中,為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,需要及時(shí)地把已經(jīng)受到衰減的信號(hào)進(jìn)行放大(增音)。但在信號(hào)放大的同時(shí),串?dāng)_進(jìn)來的噪聲也被放大,如圖1-10(a)所示。由于模擬信號(hào)是用信號(hào)幅度載荷信息的,而噪聲又是直接干擾信號(hào)幅度,因此,難以把信號(hào)與干擾噪聲分開。隨著傳輸距離增加,噪聲累加越來越大,信噪比越來越小。所以模擬通信的通信距離越遠(yuǎn),通信質(zhì)量越差。1.1通信的基本知識(shí)在數(shù)字通信中,信息不是包含在脈沖的波形上,而是包含在脈沖的有無之中。為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸,可以通過再生的方法對(duì)已經(jīng)失真的信號(hào)波形進(jìn)行判決,從而消除噪聲積累,如圖1-10(b)所示。由于無噪聲積累,所以數(shù)字通信抗干擾能力強(qiáng),易于實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離傳輸。這是數(shù)字通信的重要優(yōu)點(diǎn)之一。圖1-10數(shù)字通信和模擬通信抗干擾性能比較1.1通信的基本知識(shí)(2)靈活性強(qiáng),能適應(yīng)各種業(yè)務(wù)要求在數(shù)字通信中,各種消息(電報(bào)、電話、圖像和數(shù)據(jù)等)都可以變換成統(tǒng)一的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。數(shù)字信號(hào)的傳輸可以與數(shù)字信號(hào)的時(shí)分交換結(jié)合起來,組成統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)。綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)對(duì)來自不同信源的信號(hào)自動(dòng)地交換、綜合、傳輸、處理、存儲(chǔ)和分離,這給實(shí)際應(yīng)用帶來極大的便利。(3)便于差錯(cuò)控制在數(shù)字通信中,可以很方便地通過信道編碼技術(shù)進(jìn)行檢錯(cuò)與糾錯(cuò),降低誤碼率,提高傳輸質(zhì)量。(4)便于加密處理信息傳輸?shù)陌踩院捅C苄远硷@得越來越重要,數(shù)字通信的加密處理比模擬通信容易得多。加密經(jīng)過一些簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn),如圖1-11所示。1.1通信的基本知識(shí)x1為原數(shù)字信號(hào),設(shè)為01001101101010…,y為密碼,設(shè)為0110000101100的周期性信號(hào)。將二者送人由模2加組成的加密電路,則輸出的信號(hào)z=x1⊕y=0010110011001……。顯然,z和x1,不同。到了接收端,將z和y再送人由模2加組成的解密電路,輸出的信號(hào)x2=z⊕y=0100110110101…,即還原為原數(shù)字信號(hào)。只要雙方約定密碼,且密碼周期足夠長(zhǎng),則第三者就很難破譯,而且密碼還可以隨時(shí)變換。圖1-11加密1.1通信的基本知識(shí)以上介紹的只是簡(jiǎn)單的加密原理,實(shí)際的加密方案要復(fù)雜得多,但由此可看出,數(shù)字通信容易加密。(5)設(shè)備便于集成化、小型化數(shù)字通信通常采用時(shí)分多路復(fù)用,不需要昂貴的、體積較大的濾波器。由于設(shè)備中大部分電路都是數(shù)字電路,可以用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn),這樣設(shè)備體積小,功耗也較低。但是,它也有不足之處,如占用頻帶寬,這是數(shù)字通信的最大缺點(diǎn)。一路模擬電話約占4kHz帶寬,而一路數(shù)字電話大約需64kHz帶寬。隨著編碼技術(shù)的不斷發(fā)展,一路數(shù)字電話的帶寬可降到32kHz、16kHz,甚至更低。隨著光纖等寬帶傳輸信道的廣泛采用,數(shù)字通信和光纖傳媒的優(yōu)點(diǎn)得到了最好的結(jié)合,數(shù)字通信得到了廣泛的應(yīng)用。1.1通信的基本知識(shí)4.按信號(hào)的復(fù)用方式分類傳送多路信號(hào)一般有三種復(fù)用方式:頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍;時(shí)分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間;碼分復(fù)用是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信息。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用。時(shí)分復(fù)用是數(shù)字通信系統(tǒng)中采用的一種最基本的復(fù)用方式。碼分復(fù)用多用于空間通信的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)中。當(dāng)然,為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的有效性,一個(gè)通信系統(tǒng)中可以采用多種復(fù)用技術(shù)。例如在移動(dòng)通信系統(tǒng)中,同時(shí)采用頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用技術(shù)。1.1通信的基本知識(shí)5.按傳輸媒介分類按傳輸媒介,通信系統(tǒng)可分為有線和無線通信系統(tǒng)兩大類。所謂有線通信是用導(dǎo)線(如架空明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜、光導(dǎo)纖維等)作為傳輸媒質(zhì)完成通信。如市內(nèi)電話、有線電視、海底電纜通信等。所謂無線通信是依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞消息的目的。如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。1.1通信的基本知識(shí)1.1.3通信方式通信方式是指通信雙方之間的工作方式或信號(hào)傳輸方式。對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信,按信號(hào)傳送的方向與時(shí)間關(guān)系,通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。單工通信,是指信號(hào)只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?,如圖1-12(a)所示。例如遙測(cè)、遙控,就是單工通信方式。半雙工通信,是指通信雙方都能收發(fā)信息,但不能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)的工作方式,如圖1-12(b)所示。例如,使用同一載頻工作的無線電對(duì)講機(jī),就是按這種通信方式工作的。全雙工通信,是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)信息的工作方式,如圖1-12(c)所示。例如,普通電話就是一種最常見的全雙工通信方式。1.1通信的基本知識(shí)圖1-12通信方式示意圖1.1通信的基本知識(shí)在數(shù)字通信中,按照數(shù)字信號(hào)碼元排列方法不同,有串行傳輸與并行傳輸之分。所謂串行傳輸,是將數(shù)字信號(hào)碼元序列按時(shí)問順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸,如圖1-13(a)所示。如果將數(shù)字信號(hào)碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號(hào)碼元序列同時(shí)在信道中傳輸,則稱為并行傳輸,如圖1-13(b)所示。圖1-13串行和并行方式(a)串行傳輸;(b)并行傳輸1.1通信的基本知識(shí)一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信大都采用串行傳輸方式,因?yàn)檫@種方式只需占用一條通路。并行傳輸在近距離數(shù)字通信中被采用,它需要占用兩條或兩條以上的通路。此外,按同步方式的不同,可分為同步通信和異步通信;按通信設(shè)備與傳輸線路之間的連接類型。可分為點(diǎn)到點(diǎn)之間通信(專線)、點(diǎn)到多點(diǎn)之間通信(網(wǎng)通信),由于通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是店與店之間的通信,所以書本重點(diǎn)討論店與店之間的通信。1.1通信的基本知識(shí)1.1.4信息及其度量通信的根本目的在于傳輸消息中所包含的信息。信息是指消息中所包含的有效內(nèi)容,或者說是收信者預(yù)先不知而待知的內(nèi)容。不同形式的消息,可以包含相同的信息。例如,用話音和文字發(fā)送的天氣預(yù)報(bào),所含信息內(nèi)容相同。傳輸信息的多少可直觀地使用“信息量”來衡量。消息是多種多樣的。因此度量消息中所含信息量的方法,必須能夠用來度量任何消息,而與消息的種類無關(guān)。同時(shí),這種度量方法也應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。在一切有意義的通信中,對(duì)于接收者而言,某些消息所含的信息量比另外一些消息更多。例如,“某客機(jī)墜毀”這條消息比“今天天下雨”這條消息包含有更多的信息。這是因?yàn)?,前一條消息所表達(dá)的事件極不可能發(fā)生,它使人感到驚訝和意外;而后一條消息所表達(dá)的事件很有可能發(fā)生,不足為奇。這表明,對(duì)接收者來說,信息量的多少與接收者收到消息時(shí)感到的驚訝程度有關(guān),消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生,越不可預(yù)測(cè),就會(huì)越使人感到驚訝和意外,信息量就越大。1.1通信的基本知識(shí)1.1.4信息及其度量概率論告訴我們,事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述。因此,消息中包含的信息量多少與消息所表達(dá)事件的出現(xiàn)概率密切相關(guān)。事件出現(xiàn)的概率越小,則消息中包含的信息量就越大,反之則越小。根據(jù)以上認(rèn)知,消息中所含的信息量I與消息發(fā)生概率P(x)的關(guān)系應(yīng)當(dāng)反映如下規(guī)律。(1)消息x中所含的信息量I是該消息出現(xiàn)的概率P(x)的函數(shù),即(2)消息出現(xiàn)的概率P(x)越小,I越大;反之I越小。且當(dāng)P(x)=1時(shí),I=0;時(shí),P(x)=0時(shí),I=∞。1.1通信的基本知識(shí)1.1.4信息及其度量(3)若干個(gè)相互獨(dú)立事件構(gòu)成的消息(x1,x2,),所含信息量等于各獨(dú)立事件x1,x2,信息量之和,也就是說,信息量具有相加性,即可以看出,若I與之間的關(guān)系式為則可滿足上述三項(xiàng)要求。所以我們定義公式(1-1)為消息x所含的消息量。信息量I的單位取決于公式(1-1)中對(duì)數(shù)的底的取值。a=2單位為比特(bit),可簡(jiǎn)寫為ba=e單位為奈特(nat),可簡(jiǎn)寫為na=10單位為哈特萊(Hartley)通常廣泛使用單位比特,即1.1通信的基本知識(shí)1.1.4信息及其度量【例1-1】設(shè)一個(gè)二進(jìn)制離散信源,以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”,計(jì)算信源輸出的每個(gè)符號(hào)的信息量。解:二進(jìn)制等概率時(shí)根據(jù)式(1-1),有即二進(jìn)制等概率時(shí),每個(gè)符號(hào)所含信息量相等,為lb。在工程應(yīng)用中,習(xí)慣把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱為1b。1.1通信的基本知識(shí)1.1.4信息及其度量同理,對(duì)于離散信源,若N個(gè)符號(hào)等概率出現(xiàn),且每一個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)是相互獨(dú)立的,即信源是無記憶的,則每個(gè)符號(hào)所含的信息量相等,為(1-3)式中,P為每一個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率;N為信源中包含的符號(hào)數(shù)目。若N是2的整冪次,比如,則式(1-5)可改寫為式中,K是二進(jìn)制符號(hào)數(shù)目,也就是說,傳送每一個(gè)進(jìn)制符號(hào)的信息量就等于用二進(jìn)制符號(hào)表示該N進(jìn)制符號(hào)所需的符號(hào)數(shù)目。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)衡量一個(gè)通信系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本因素是有效性和可靠性。有效性是指?jìng)鬏斠欢啃畔r(shí)所占用的信道資源(頻帶寬度和時(shí)間間隔),或者說是傳輸“速度”的問題;可靠性是指信道傳輸信息的準(zhǔn)確程度,或者說是傳輸“質(zhì)量”的問題。這兩個(gè)因素相互矛盾而又相互統(tǒng)一,并且還可以相互轉(zhuǎn)化。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.1模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的有效性用信號(hào)在傳輸中所占用的傳輸帶寬來表示,傳輸帶寬越窄,有效性越好,反之越差;可靠性用接收端最終輸出的信噪比來度量,輸出信噪比越高,可靠性越好,反之越差。信噪比是輸出端信號(hào)的平均功率與噪聲平均功率比值的簡(jiǎn)稱,用SNR(Signalt0NoiseRatio)或S/N表示,它的單位一般使用分貝(dB),其值為10倍對(duì)數(shù)信噪比,即。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.有效性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性通常用傳輸速率和頻帶利用率來表征。(1)傳輸速率。傳輸速率有兩種表示方法:碼元速率RB和信息速率Rb。①碼元傳輸速率RB。在數(shù)字通信中,常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來表示數(shù)字信號(hào),這樣的時(shí)間間隔內(nèi)的符號(hào)稱為碼元。對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔稱為碼元長(zhǎng)度(寬度)。碼元傳輸速率是指單位時(shí)間內(nèi)傳送碼元的數(shù)目,又稱為碼元速率、波特率或傳碼率。用符號(hào)RB來表示,單位為“波特”,常用符號(hào)“Baud”表示,簡(jiǎn)寫為“B”。需要注意的是,碼元速率僅表示每秒鐘傳輸?shù)拇a元數(shù),而沒有限定此時(shí)的碼元是何種進(jìn)制,碼元的進(jìn)制數(shù)取決于發(fā)送碼元的通信系統(tǒng)。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)②信息傳輸速率Rb。信息傳輸速率又稱為比特率或傳信率,是指每秒鐘傳送二進(jìn)制的位數(shù),單位為比特/秒,簡(jiǎn)記為b/s或bps。在二進(jìn)制通信系統(tǒng)中,每個(gè)碼元攜帶1比特的信息量,因此信息速率等于碼元速率,但兩者的單位不同。在多(M)進(jìn)制通信系統(tǒng)中,由于每個(gè)碼元攜帶比特的信息量,因此信息速率與碼元速率的關(guān)系式:
1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)③頻帶利用率。在比較不同的數(shù)字通信系統(tǒng)有效性時(shí),單看它們的信息速率(或碼元速率)是不夠的,還應(yīng)考慮傳輸信息所占用的頻帶寬度,即頻帶利用率。它定義為單位頻帶(1赫茲)內(nèi)的傳輸速率,即
1-61-71.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性常用誤碼率和誤比特率來衡量。誤碼率是指接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)的比值,即
1-8誤比特率是指接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)的比值,即1-91.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.可靠性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性通常用差錯(cuò)率來衡量,差錯(cuò)率較小,可靠性越高。差錯(cuò)率也有兩種表示方法:誤碼率和誤信率。(1)誤碼率(碼元差錯(cuò)率)誤碼率用Pe表示,是指收到的錯(cuò)誤碼元數(shù)與總的傳輸碼元數(shù)之比,即在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤的碼元概率,記為
1-101.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)(2)誤信率(信息差錯(cuò)率)誤信率又稱誤比特率,用Pb表示,是指收到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與總的傳輸比特?cái)?shù)之比,即在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤信息量的概率,記為顯然,在二進(jìn)制符號(hào)傳輸時(shí),有Pe=Pb,在M進(jìn)制時(shí),兩者關(guān)系較復(fù)雜,一般有Pb<Pe。1.3平均信息量(熵)的概念一般來說,信源各符號(hào)初選的概率是不相等的,此時(shí)各符號(hào)所含的信息量也不同。若各符號(hào)所含的信息量也不同。若各符號(hào)的出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立,則該信源每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值(即平均信息量)為由于平均信息量H(s)與熱力學(xué)中的熵形式相似,因此又稱為信息源的熵。信息源的熵有如下性質(zhì)。(1)其物理概念是信源中每個(gè)符號(hào)的平均信息量,單位為b/sym,sym指符號(hào)。(2)熵是非負(fù)的。(3)當(dāng)信源符號(hào)等概率發(fā)生時(shí),熵具有最大值Hmax,即1-131.3平均信息量(熵)的概念1.3平均信息量(熵)的概念1.3平均信息量(熵)的概念1.3平均信息量(熵)的概念1.3平均信息量(熵)的概念1.3平均信息量(熵)的概念本章小結(jié)本章主要介紹通信系統(tǒng)的組成及模型、通信系統(tǒng)的分類及工作方式、通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)和通信的發(fā)展方向等內(nèi)容。信息量是信息的度量單位,信息量的大小與消息發(fā)生可能性的大小有關(guān),事件發(fā)生可能性越大,消息所攜帶的信息量越小。重點(diǎn)介紹了通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo):有效性和可靠性。對(duì)于模擬通信系統(tǒng),有效性通常用每路信號(hào)的有效傳輸帶寬來衡量;傳輸?shù)目煽啃詣t用通信系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng),其有效性通常用碼元傳輸速率或信息傳輸速率來衡量;傳輸?shù)目煽啃詣t用差錯(cuò)率來衡量。最后介紹了差錯(cuò)率的兩種形式:誤碼率和誤比特率。移動(dòng)通信技術(shù)
Mobilecommunicationtechnology目錄信道的定義01信道的分類02信道的數(shù)字模型0301信道的定義信道是指由有線或無線電線路提供的信號(hào)通路。信道作用是傳輸信號(hào),它提供一段頻帶讓信號(hào)通過,同時(shí)又給信號(hào)加以限制和損害。
信道分為狹義信道和廣義信道。信道:是指以傳輸媒介為基礎(chǔ)的信號(hào)通路。02信道的分類
狹義信道僅指信號(hào)的傳輸媒質(zhì),這種信道稱為狹義信道;廣義信道不僅是傳輸媒質(zhì),而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置,這種信道稱為廣義信道。
狹義信道按照傳輸媒質(zhì)的特性可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜及光纖等。廣義信道按照它包括的功能,可以分為調(diào)制信道、編碼信道等。02信道的分類圖1調(diào)制信道和編碼信道02信道的分類無線信道無線信道電磁波的頻率-受天線尺寸限制地球大氣層的結(jié)構(gòu)對(duì)流層:地面上0~10km平流層:約10~60km電離層:約60~400km地面對(duì)流層平流層電離層10km60km0km圖2大氣層的結(jié)構(gòu)圖02信道的分類頻率(GHz)(a)氧氣和水蒸氣(濃度7.5g/m3)的衰減頻率(GHz)(b)降雨的衰減衰減(dB/km)衰減(dB/km)水蒸氣氧氣降雨率圖3大氣衰減電離層對(duì)于傳播的影響反射散射大氣層對(duì)于傳播的影響散射吸收02信道的分類02信道的分類明線圖6
明線02信道的分類02信道的分類02信道的分類03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型移動(dòng)通信技術(shù)
Mobilecommunicationtechnology工業(yè)與信息化系侯曉靜
TheDepartmentofindustrya
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 出售學(xué)校學(xué)區(qū)房合同范本
- 一建培訓(xùn)合同范本
- 年度供貨合同范本
- 供銷總社采購(gòu)合同范例
- 勞動(dòng)工人合同范本
- 公司合作簽合同范本
- 中央新風(fēng)合同范本
- 加盟飯店合同范本
- 中介房租合同范本
- app項(xiàng)目轉(zhuǎn)讓合同范本
- 社會(huì)階層與教育選擇行為分析-深度研究
- 社會(huì)工作行政(第三版)課件匯 時(shí)立榮 第6-11章 項(xiàng)目管理- 社會(huì)工作行政的挑戰(zhàn)、變革與數(shù)字化發(fā)展
- 學(xué)校小賣部承包合同范文
- 2025年湘潭醫(yī)衛(wèi)職業(yè)技術(shù)學(xué)院高職單招職業(yè)適應(yīng)性測(cè)試近5年??及鎱⒖碱}庫(kù)含答案解析
- 2025年湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院高職單招職業(yè)技能測(cè)試近5年??及鎱⒖碱}庫(kù)含答案解析
- DB 63- T993-2011 三江源生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范
- 北京市東城區(qū)2025年公開招考539名社區(qū)工作者高頻重點(diǎn)提升(共500題)附帶答案詳解
- 2025福建福州地鐵集團(tuán)限公司運(yùn)營(yíng)分公司校園招聘高頻重點(diǎn)提升(共500題)附帶答案詳解
- 2025至2030年中國(guó)電子護(hù)眼臺(tái)燈數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)研究報(bào)告
- 兒童睡眠障礙治療
- 2025年浙江省溫州樂清市融媒體中心招聘4人歷年高頻重點(diǎn)提升(共500題)附帶答案詳解
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論