通信原理概述

通信原理研究内容概述。

通信原理学习笔记

电子通信的起源

现代通信起源于Morse电报机,它是第一个实用的电子通信设备,它用于传 输文字 。

电的特性: 传输距离大,速率快。

电报——传输文字

电话——传输语音

通信系统的基本结构:

  • 发信者(信源)——发出需要传输的信息
  • 接收者(信宿)——信息传输的终点
  • 信道——连接两端间,某种能够传递电信号的物理媒质
  • 发送器——把信息“制成”合适的电信号送往信道的装置
  • 接收器——从信道接收电信号,“提取”出原信息的装置。

基于传输方向的特点:

  • 双工系统
  • 单工系统
  • 半双工系统

两种通信方式:

  1. 数安通信
  2. 模拟通信

传输什么——消息

基本术语:

  1. 消息或信息 使用通信系统来传输的东西
  2. 信源 产生消息或信息的单元

消息的特性:

  1. 随机
  2. 接收方是未知的

消息与信息的区分:

  • 消息是信源产生的具体内容,如一段语音、数据和图像等。
  • 信息是消息内在的真正新的、有意义的东西,这种东西是基本的,因而不 能够再压缩。

消息的类别:

  1. 数字的 时间上是一个一个可分割的,取值是有限的几种

    数字消息是一队符号序列,它有如下一些基本的指标:

    1. N元 N种符号值
    2. 符号速率 每秒Rs个符号,(sym/s=波特Baud) 折合每秒 Rb = K x Rs (bps) K= log2(N)

      如某数码语音,N = 256元(8bits),自动生成8000baud, 折合 64kbps。)

  2. 模拟的 时间上是连续的,取值无限。
    • 基本特性 其内在成分的丰富程度与变化的快慢信息越多,消息的内在成分就越丰富。
    • 基本指标 频谱的宽度(带宽)

数字通信系统两个基本问题:

  1. 能力 是否能传输这个量
  2. 质量 多少比例的错

数字通信系统基本指标:

  1. 传输效率——N元+Rs,或者Rb
  2. 传输质量——错符号的比例,Pe或错Bit的比例,Pb。

消息的通路——信道

信道——连接发信者与收信者、供传输信号经过的通道,能够传输电、电磁波 或光信号的某种物理媒质。

消息信号经发送器变换为相应的传输信号,进入媒质中传输。

信道一般分为:

  1. 有线信道 传输电的普通导线、双绞线、同轴电缆、波导。 传输激光的光导纤维。
  2. 无线信道 传输电磁波的空间(大气、真空)、水体。

信道的两个基本问题:

  1. 信道衰减 导线的电阻与长度成正比,使 信号不断衰减 无线电波扩散本身减弱,且被阻挡物吸收。
  2. 加性噪声 ”沿途“的电阻、固态器件等引入固有的随机噪声 最基本的热噪声。

信道其他的问题:

  • 外来干扰 无线通讯是开放的,其他电磁波进入接收机就构成干扰,其他靠近的有线 信号可通过电磁耦合“窜入”信道。
  • 信号畸变 因信道特性不理想,信号通过后会变形。

无影无形的电波

电磁波的频带(某个频率范围)

  • 低频 长波
  • 中频 中波
  • 高频 短波

电波传播特性主要由其频率值的大小决定。

空中传播时主要有三种模式:

  • 地波 电波沿地表面弯曲传播方式 1-2MHz以下的电波主要按这种模式传播。 大致可以传输几十公里,在海洋上可以传播更远。 主要用于调幅(AM)广播、海事广播。
  • 天波 电波经天空中电离层反射而折回地面的传播方式。 3-30MHz的电波,主要用于长距离通信。
  • 视距 像光波那样作直线传播。 高于30MHz,直到光波,向上传播时会穿透电离层而不被反射回来。 地面传播时,如遇到遮挡,信号会被阻断而显著衰减

电磁波管理:

  1. 频分复用/频分多址(FDM/FDMA) 多个信号通过错开频率位置共享频带的方法

频分技术的例子:

  • 频分复用 有线通信中多个话音“错开频率”共用一条电线传输。
  • 频分多址 多个无线用户“使用各自的频率”同时接入通信系统
  • 频分双工 每个用户“采用不同频率”接收与发送,两个方向同时传输。

两大“武林门派”

基带信号——频谱位于零频率附近

基带传输——保持基带形式,直接传送消息信号

频带信号——频谱位于高频率附近

频带传输——把基带信号转换成频带信号传输

消息几乎都是基带信号,无线信号都是频带信号。

频带传输的核心任务:

  • 调制 把基带信号变换为适当的频带信号的过程
  • 解调 调制的逆过程

模拟通信系统

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数字通信系统

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  • 格式化 “规范化”的数字符号序列,必要时,包括模数变换
  • 信源编码 实现压缩编码
  • 加密 提供保密性
  • 信道编码 故意加入特殊数据位(如奇偶校验位等),以便接收端发现与纠正错误
  • 复用 多种消息信号合并在一起
  • 多址接入 多个用户进入与共用系统
  • 频谱扩展 展宽信号频谱可增加抗干扰与保密性,也可以多址接入。