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通信原理_第六部分通信原理主讲：梁婧通信原理_第六部分项目一通信概述项目二信道项目三模拟调制系统项目四模拟信号的数字传输项目五数字基带传输系统项目六同步原理项目七数字信号的调制传输项目八差错控制编码返回主目录通信原理_第六部分任务1.了解通信系统的组成任务2.了解通信系统的分类及通信方式任务3.了解通信系统的性能指标返回主目录项目一了解通信基础知识通信原理_第六部分一、常用通信术语1、通信：通信，指克服距离上的障碍，交换和传递消息(或者是进行信息的时空转移）。通信分为非电通信和电通信两大类。非电通信如古代的烽火台、消息树、书信等。电通信如现在的电报、电话、电视、遥控、遥测等。通信原理_第六部分实现通信的方式很多，目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息，即“电通信”。电通信具有迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，因而近百年来得到了迅速的发展和广泛的应用。在自然科学领域涉及“通信”时，一般指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。通信原理课程中的通信均指电通信。通信原理_第六部分2、消息有待于传输的文字、符号、数据、语音、活动图片等。消息有多种形式，可分为两大类：连续消息、离散消息。连续消息：消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、活动图片等。离散消息：指消息的状态是可数的或离散的，如文字、符号、数据等。3、电信号与消息一一对应的电量。它是消息的物质载体，即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。按信号参量的取值方式不同把信号分为两类：模拟信号、数字信号。通信原理_第六部分凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号，均称为模拟信号，如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续；凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号，均称为数字信号，如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。通信原理_第六部分4、通信系统实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。通信原理_第六部分什么是通信系统?实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。一般把通信系统分为哪两类?按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。什么是模拟信号?凡是取值是连续且直接与消息相对应的信号什么是数字信号?凡是能取有限个值，并不直接与消息相对应的信号通信原理_第六部分任务1、了解通信系统的组成一.通信系统的一般模型通信是从一地向另一地传递和交换信息。基于点与点之间的通信系统的模型可用图1-1来描述。图1-1通信系统的一般模型通信原理_第六部分(1)信源:是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。（2）信宿：是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。通信原理_第六部分(3)发送设备:其基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。（4）接收设备：它的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。接收设备的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。通信原理_第六部分（5）信道：是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。（6）噪声源：不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。噪声来源多样，可分为内部噪声和外部噪声，外部噪声往往是从信道引入的，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。通信原理_第六部分二、模拟通信和数字通信按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。在通信过程中，可以先将模拟信号变换成数字信号，经数字通信方式传输到接收端，再将数字信号反变换成模拟信号。数字通信与模拟通信相比，更加适应对通信技术越来越高的要求。也可以把数字信号变换成模拟信号在模拟通信系统传输。通信原理_第六部分三、模拟通信系统与数字通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为300~3400Hz，图像信号为0~6MHz。由于基带信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。经过调制以后的信号称为已调信号。通信原理_第六部分已调信号有三个基本特征：一、携带有信息二、适合在信道中传输三、信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号（或称为带通信号）。消息从发送端到接收端的传递过程中，有两种变换连续消息与基带信号的变换基带信号与频带信号之间的变换。除此之外，实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用。其他过程对信号不会发生质的变化，只是对信号进行了放大或改善了信号特性，因而被认为是理想的。通信原理_第六部分图1-2模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源模拟通信系统模型如图1-2所示。图中的调制器和解调器就代表图1-1中的发送设备和接收设备。通信原理_第六部分数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1-3所示。信息源信源编码信道译码信道编码信道数字调制加密数字解调解密信源译码受信者噪声源图1–3数字通信系统模型数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。通信原理_第六部分4.数字通信的主要特点无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。数字通信的发展速度明显超过模拟通信，成为当代通信技术的主流。数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求。通信原理_第六部分数字通信的优点：（1）抗干扰能力强，可消除噪声积累。（2）差错可控，传输性能好。可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。（4）易于集成化，从而使通信设备微型化。（5）易于加密处理，且保密强度高。通信原理_第六部分数字通信的缺点：（1）频带利用率不高——数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的。以电话为例，一路模拟电话通常只占据4kHz带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据20～60kHz的带宽，因此数字通信的频带利用率不高。（2）对同步要求高，系统设备比较复杂。随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的发展和应用，数字通信将逐步取代模拟通信而占主导地位。通信原理_第六部分电力通信信号流程图RS2322M口RJ45光接口64K话路音频配线架PCM设备数字配线架DDF光端机光纤配线架ODF对端站光缆尾纤双绞线2M线音频线2M线2M线通过音频配线架实现音频信号的连接PCM将音频信号汇接成2M信号或将2M信号解复用成音频信号光端机将2M信号或以太网信号汇接成光信号或将光信号解复用成2M信号或以太网信号远动、继电保护等设备分别提供64K、2M、以太网（RJ45）或光接口通过光配架实现光信号的连接。四、电力系统通信设备连接通过数字配线架实现2M信号的连接通信原理_第六部分一、通信系统分类1按消息的物理特征分类电话通信系统、分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。电话业务在电信领域中一直占主导地位，它属于人与人之间的通信。由于电话通信最为发达，因而其他通信常常借助于公共的电话通信系统进行。任务2.通信系统分类及通信方式通信原理_第六部分2．按调制方式分类根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市话。频带（带通）传输是将各种信号调制后传输。通信原理_第六部分表1-1常见的调制方式通信原理_第六部分调制方式用途脉冲调制数字调制相位键控PSK、DPSK、QPSK等数据传输、数字微波、空间通信其他高效数字调制QAM、MSK等数字微波、空间通信脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、遥测脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式脉位调制PPM遥测、光纤传输脉冲数字调制脉码调制PCM市话、卫星、空间通信增量调制DM军用、民用电话差分脉码调制DPCM电视电话、图像编码其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC中低速数字电话续表（2）ADPCM---自适应差分脉码调制；APC---自适应预测编码；LPC---线性预测编码通信原理_第六部分3．按传输媒质分类按传输媒质分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。4．按信号特征分类按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。通信原理_第六部分5．按信号复用方式分类传输多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用和码分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信和移动通信系统中。通信原理_第六部分二、通信方式（1）对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道，如图1-4(a)所示。发端信道收端发端信道收端发端收端(a)(b)发端信道收端发端收端信道(c)图1-4(a)单工通信方式示意图广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。通信原理_第六部分半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式，如图1-4(b)所示。发端信道收端发端信道收端发端收端(a)(b)发端信道收端发端收端信道(c)图1-4(b)半双工通信方式示意图例如，使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信都是半双工通信方式。通信原理_第六部分全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道，如图1-4(c)所示。发端信道收端发端信道收端发端收端(a)(b)发端信道收端发端收端信道(c)图1-4(c)双工通信方式示意图普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式，计算机之间的高速数据通信也是这种方式。通信原理_第六部分(2)按数字信号排列顺序分在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为串