第1章绪论 11引言 通信与通信系统的基本概念 通信:传输与交换消息的过程。 电通信:用电信号携带所要传递的消息,然后经过各种电信道进行传输与交换,以达 到通信的目的 通信系统:为完成通信任务所需的一切技术设备和传输媒质所构成的总体 本课程讨论信息的传输、交换及通信网的基本原理,但侧重点是信息传输原理 12通信系统的组成 通信系统的组成和各部分的作用 通信系统的一般模型如图1-1所示 送设 接收设备 受信者 (发送端) (接收端) 噪声源 图1-1通信系统的一般模型 1.信源 即原始电信号的来源,它的作用是把原始消息信号转换为相应的电信号。这样的电信 号通常称为消息信号或基带信号。一般基带信号的频率都比较低,而且最高频率与最低频 率之间的比值很大,可以远大于1。 2.发送设备 基带传输时,发送设备只要有放大器、滤波器等即可。但通常基带信号需要经过调制 以后,将频谱搬移到较高的频率范围后再传输,这种经过调制后,频谱变高的信号称为频 带信号,对于频带信号的传输称为频带传输。当采用频带传输时,发送设备主要包括调制 器、振荡器、放大器、滤波器等 3.信道和噪声源 在发送设备和接收设备之间用于传输信号的媒质称为信道,目前常用的信道有架空明
1－1 第 1 章 绪 论 1.1 引 言 ⚫ 通信与通信系统的基本概念 通信：传输与交换消息的过程。 电通信：用电信号携带所要传递的消息，然后经过各种电信道进行传输与交换，以达 到通信的目的。 通信系统：为完成通信任务所需的一切技术设备和传输媒质所构成的总体。 本课程讨论信息的传输、交换及通信网的基本原理，但侧重点是信息传输原理。 1.2 通信系统的组成 一、通信系统的组成和各部分的作用 通信系统的一般模型如图 1－1 所示。 信 源 发送设备 信 道 接收设备 受信者 噪声源 图 1－1 通信系统的一般模型 （发送端） （接收端） 1．信源 即原始电信号的来源，它的作用是把原始消息信号转换为相应的电信号。这样的电信 号通常称为消息信号或基带信号。一般基带信号的频率都比较低，而且最高频率与最低频 率之间的比值很大，可以远大于 1。 2．发送设备 基带传输时，发送设备只要有放大器、滤波器等即可。但通常基带信号需要经过调制 以后，将频谱搬移到较高的频率范围后再传输，这种经过调制后，频谱变高的信号称为频 带信号，对于频带信号的传输称为频带传输。当采用频带传输时，发送设备主要包括调制 器、振荡器、放大器、滤波器等。 3．信道和噪声源 在发送设备和接收设备之间用于传输信号的媒质称为信道，目前常用的信道有架空明
线、电缆等有线信道和中长波、短波、微波等无线信道 信号在处理和传输过程中都会受到各种噪声的干扰,从而使信号产生失真。噪声主要 来自信道,但也分散在通信系统的其它部分,为方便起见,在通信系统的一般模型中把噪 声集中画在一起,以噪声源表示。 4.接收设备 接收设备的功能与发送设备相反,其作用是从受噪声影响的有噪信号中区分信号和噪 声,对其进行必要的处理和变换,以恢复相应的基带信号。 5.受信者 其作用是将恢复出来的基带信号转换成相应的消息 提问1:何为基带信号?话音和图像基带信号的频率范围大致为多少? 答:原始消息转换为相应的电信号,通常称为消息信号或基带信号。话音信号:100Hz~ 5KHz,但主要集中在200Hz~3KHz:电视图像信号:0~6MHz 提问2:为何基带信号往往要经过调制以后进行传输? 答:基带信号往往要经过调制以后进行传输,主要原因如下: (1)为了使信号容易通过天线辐射出去 (2)便于进行频率分配(如多个电台) (3)便于进行多路复用(FDM); (4)通过调制减小噪声和干扰的影响(增加带宽,如FM) (5)可以克服某些设备限制(如把宽带信号变为窄带信号,便于放大和滤波)。 提问3:无线电广播中的信息源、信道及受信者的具体内容是什么? 答:无线电广播中的信息源是声电转换器(如麦克风);信道是无线信道(中长波 短波、微波等):受信者是电声转换器(如扬声器)。 、通信系统模型 基本概念 离散消息和连续消息:消息的状态是可数的或离散型的,称为离散消息(数字消息) 消息的状态是连续变化的,则称为连续消息
1－2 线、电缆等有线信道和中长波、短波、微波等无线信道。 信号在处理和传输过程中都会受到各种噪声的干扰，从而使信号产生失真。噪声主要 来自信道，但也分散在通信系统的其它部分，为方便起见，在通信系统的一般模型中把噪 声集中画在一起，以噪声源表示。 4．接收设备 接收设备的功能与发送设备相反，其作用是从受噪声影响的有噪信号中区分信号和噪 声，对其进行必要的处理和变换，以恢复相应的基带信号。 5．受信者 其作用是将恢复出来的基带信号转换成相应的消息。 提问 1：何为基带信号？话音和图像基带信号的频率范围大致为多少？ 答：原始消息转换为相应的电信号，通常称为消息信号或基带信号。话音信号：100Hz～ 5KHz，但主要集中在 200Hz～3KHz；电视图像信号：0~6MHz。 提问 2：为何基带信号往往要经过调制以后进行传输？ 答：基带信号往往要经过调制以后进行传输，主要原因如下： （1） 为了使信号容易通过天线辐射出去； （2） 便于进行频率分配（如多个电台）； （3） 便于进行多路复用（FDM）； （4） 通过调制减小噪声和干扰的影响（增加带宽，如 FM）； （5） 可以克服某些设备限制（如把宽带信号变为窄带信号，便于放大和滤波）。 提问 3：无线电广播中的信息源、信道及受信者的具体内容是什么？ 答：无线电广播中的信息源是声电转换器（如麦克风）；信道是无线信道（中长波、 短波、微波等）；受信者是电声转换器（如扬声器）。 二、通信系统模型 1．基本概念 离散消息和连续消息：消息的状态是可数的或离散型的，称为离散消息（数字消息）； 消息的状态是连续变化的，则称为连续消息
数字信号和模拟信号:若携带消息的电信号参量是离散的,则为数字信号:若携带消 息的电信号参量是连续的,则为模拟信号。 模拟通信系统:在信道中传输模拟信号的系统。 数字通信系统:在信道中传输数字信号的系统 这种划分方式是根据信道传输信号的差异为标准的,而不是根据信源输出的信号来划 分的 2.模拟通信系统模型:(P3) 模拟信息源 周制器 信道 解调器 受信者 (发送端) (接收端) 噪声源 图1-2模拟通信系统模型 模拟信息源/受信者:模拟信息源将发送端的连续消息变换成原始电信号(模拟基 带信号):受信者将接收端得到的原始电信号反变换为原连续消息 调制(解调)器:调制器将原始电信号变换成适合信道传输的频带信号:解调器 将接收到的频带信号反变换成原始电信号 实际上,在上述模型中,系统里还可能包含滤波、放大、变频、辐射、天线等部分 但本课程着重硏究调制和解调,其余过程被认为是足够理想的(即对信号传输不产生失真, 不引入噪声) 3.数字通信系统模型:(P4)
1－3 数字信号和模拟信号：若携带消息的电信号参量是离散的，则为数字信号；若携带消 息的电信号参量是连续的，则为模拟信号。 模拟通信系统：在信道中传输模拟信号的系统。 数字通信系统：在信道中传输数字信号的系统。 这种划分方式是根据信道传输信号的差异为标准的，而不是根据信源输出的信号来划 分的。 2．模拟通信系统模型：（P3） 模拟信息源 调制器 信 道 解调器 受信者 噪声源 图 1－2 模拟通信系统模型 （发送端） （接收端） ⚫ 模拟信息源/受信者：模拟信息源将发送端的连续消息变换成原始电信号（模拟基 带信号）；受信者将接收端得到的原始电信号反变换为原连续消息。 ⚫ 调制（解调）器：调制器将原始电信号变换成适合信道传输的频带信号；解调器 将接收到的频带信号反变换成原始电信号。 实际上，在上述模型中，系统里还可能包含滤波、放大、变频、辐射、天线等部分， 但本课程着重研究调制和解调，其余过程被认为是足够理想的（即对信号传输不产生失真， 不引入噪声）。 3．数字通信系统模型：（P4）
信息源 密 (发送端) (接收端) 噪声源 (a)数字调制通信系统模型 基带信号 接收 首 形成器 滤波器 (发送端) (接收端) 噪声源 (b)数字基带通信系统模型 图1-3数字通信系统模型 信息源:将发送端的离散消息变换成原始电信号(数字基带信号)。 信源编(译)码:为降低信号多余度进行的编(译)码。 信道编(译)码:信道编码又称为抗干扰编码(或纠错编码)。它是在数字基带 信号中人为地按照一定的规律加入多余码元,以便在接收端译码器中发现或纠正 码元在传输中的错误。是为降低误码率进行的编译码。 加(解)密器:在发送端加密器对基带信号人为地进行“扰乱”,以达到加密的 目的:而在接收端,根据通过解密器将扰乱的信号进行恢复 调制(解调)器:数字调制器将数字基带信号变换成适合信道传输的频带信号 数字解调器将接收到的频带信号还原成数字基带信号 ●基带信号形成器(数字基带调制器):把数字基带信号变换成适合于基带信道传 输的基带信号 接收滤波器:用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰。 上述系统模型中没有画出同步环节,因它的位置往往是不固定的。在数字通信中有码 元同步(位同步)、群同步(帧同步、句同步或码组同步)、载波同步三种 模拟信号的数字传输系统模
1－4 信 息 源 噪声源 (a) 数字调制通信系统模型 （发送端） （接收端） 信 源 编 码 信 道 编 码 加 密 器 数 字 调 制 信 道 解 调 器 解 密 器 信 道 译 码 信 源 译 码 码 受 信 者 信 息 源 噪声源 (b) 数字基带通信系统模型 （发送端） （接收端） 基带信号 形成器 信 道 接收 滤波器 受 信 者 图 1-3 数字通信系统模型 ⚫ 信息源：将发送端的离散消息变换成原始电信号（数字基带信号）。 ⚫ 信源编（译）码：为降低信号多余度进行的编（译）码。 ⚫ 信道编（译）码：信道编码又称为抗干扰编码（或纠错编码）。它是在数字基带 信号中人为地按照一定的规律加入多余码元，以便在接收端译码器中发现或纠正 码元在传输中的错误。是为降低误码率进行的编译码。 ⚫ 加（解）密器：在发送端加密器对基带信号人为地进行“扰乱”，以达到加密的 目的；而在接收端，根据通过解密器将扰乱的信号进行恢复。 ⚫ 调制（解调）器：数字调制器将数字基带信号变换成适合信道传输的频带信号； 数字解调器将接收到的频带信号还原成数字基带信号。 ⚫ 基带信号形成器（数字基带调制器）：把数字基带信号变换成适合于基带信道传 输的基带信号。 ⚫ 接收滤波器：用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰。 上述系统模型中没有画出同步环节，因它的位置往往是不固定的。在数字通信中有码 元同步（位同步）、群同步（帧同步、句同步或码组同步）、载波同步三种。 4．模拟信号的数字传输系统模型
模拟信息源 AD及 数字通信 DA及 信源编码 系统 信源译码 图1-4模拟信号的数字传输系统模型 先把模拟信号通过AD变换器转换为数字信号,然后按照数字信号的方法进行传输, 接收端再把数字信号通过DA变换器转换为模拟信号即可。 5.数字通信系统与模拟通信系统的比较 数字通信系统与模拟通信系统相比,其主要优点在于: (1)抗噪声性能好 (2)数字接力通信(中继)时可以消除噪声的积累 (3)可以采用信道编码降低误码率,提高通信质量: (4)便于加密 (5)便于处理、存储、交换 (6)便于和计算机等连接,综合传递各种消息,使通信系统功能増强。 其主要缺点是占用的频带比较宽。 提问1:话音信号为模拟信号,所以传输话音信号的系统一定是模拟通信系统,此说 法正确吗?为何? 答:不对。因为语音信号可以转换为数字信号,然后通过数字通信系统进行传输。 提问2:数字电话与模拟电话有什么区别? 答:区别在于数字电话是数字通信系统,语音信号在信道中已经转换为数字信号:而 模拟电话是模拟通信系统,语音信号在信道中仍然为模拟信号 13通信系统的分类及通信方式 、通信系统的分类 1.有线通信和无线通信—按电信号的传输媒质分 有线通信:用导线作为传输媒质的通信方式 无线通信:利用无线电波在空间的传播来传递消息的通信方式 2.模拟通信和数字通信—按电信号在信道中的存在方式分
1－5 模拟信息源 A/D 及 信源编码 数字通信 系统 D/A 及 信源译码 受信者 图 1－4 模拟信号的数字传输系统模型 先把模拟信号通过 A/D 变换器转换为数字信号，然后按照数字信号的方法进行传输， 接收端再把数字信号通过 D/A 变换器转换为模拟信号即可。 5．数字通信系统与模拟通信系统的比较 数字通信系统与模拟通信系统相比，其主要优点在于： （1） 抗噪声性能好； （2） 数字接力通信（中继）时可以消除噪声的积累； （3） 可以采用信道编码降低误码率，提高通信质量； （4） 便于加密； （5） 便于处理、存储、交换； （6） 便于和计算机等连接，综合传递各种消息，使通信系统功能增强。 其主要缺点是占用的频带比较宽。 提问 1：话音信号为模拟信号，所以传输话音信号的系统一定是模拟通信系统，此说 法正确吗？为何？ 答：不对。因为语音信号可以转换为数字信号，然后通过数字通信系统进行传输。 提问 2：数字电话与模拟电话有什么区别？ 答：区别在于数字电话是数字通信系统，语音信号在信道中已经转换为数字信号；而 模拟电话是模拟通信系统，语音信号在信道中仍然为模拟信号。 1.3 通信系统的分类及通信方式 一、通信系统的分类 1．有线通信和无线通信——按电信号的传输媒质分 有线通信：用导线作为传输媒质的通信方式。 无线通信：利用无线电波在空间的传播来传递消息的通信方式。 2．模拟通信和数字通信——按电信号在信道中的存在方式分