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主要内容:
一. 通信系统概述
1.通信系统的组成:基本概念、框图
(1)源信息格式(Format)
是信息采集后的源信息最初表示方式,如模拟电信号的限带波形,图像信号的扫描
象素集合或其红绿蓝三个基本分量的 PCM 编码。信源格式为信源编码作好了基本
格式的准备,其中还包括信源编码前去噪、限带等的预处理。
(2)信源编码
为了提高信息的有效性,在源信息中可能存在某种程度的冗余“信息”以及根据需要
的质量标准,可以去除其中次要信息,因此提高有效性的措施采用去相关及压缩编
码,即用更少的编码位数来表示符合一定接收质量的更多源符号。其基本理论是仙
农率失真理论,其基本技术如无失真预测编码和有损正交变换编码等。
(3)信道编码
经过信源编码的码字序列,均应认为是重要信息,因此如果在传输与接收判决中发
生错误或超出限定的符号误差概率,则会不满足接收者的质量要求。如果信源码字
之间互为正交或不相关,则有一定的抗干扰能力,或者基带码流的码符号选用某些
合适的码型,也有一定抗干扰性。最好的方法是根据信道环境的特性,将信源码字
中按一定规则适当加入冗余码元(监督元),构成差错控制码,可以根据不同的结
构和冗余位多少,提供 1 位或多位自动纠错或通过反馈重发纠错能力。对于信道带
宽无限制而传送信号功率受限(如卫星)的通信系统,在保持所需的误差率时,利
用差错控制编码能降低所需的信号功率或信噪比。
(4)信道复用
信道复用(Multiplexing)是通信系统中很为重要的组成部分。其基本功能是使多
种信息流共享同一信道,提高通信资源利用率。如目前无线正在使用整个频段跨越
10
5
~10
12
Hz 的频率资源,各个不同频段和频点用于各种类型的无线信号传输,必
须采用频分复用(FDM)。基于有线信道的基带传输,多采用时分复用
(TDM)。还有基于特殊媒体分离和空间分离的空分复用(SDM),现代无线扩
频通信的码分复用(CDM),以及水平和垂直激化的电磁波传输提供激化复用
(PDM)。近几年的发展已大量推广利用光密集波分复用(DWDM),可以使一
条光纤容纳几亿个数字电话的点对点间传输。
无线和移动通信采用的复用方式为“多址”(Multi-access),有频分多址
(FDMA),时分多址(TDMA)、空分多址(SDMA)和码分多址(CDMA)。
以及可用双极性频率重用的极分多址(PDMA)。
各种复用/多址,在基本原理上的共同点是复用信号集的各信号间或多址系统各用
户地址码之间是正交关系。空分复用/多址,即 SDM/SDMA 是从物理通道隔离保
证这种正交关系的。
(5)调制
调制是信号的一种变换过程,通常是将不便于信道直接传输的基带模拟信号或编码
符号序列,或其波形序列作为调制信号,去控制一个适于信道传输性能的“载波”,
使其某一、二个参量正比地受控于调制信号。
载波为正弦信号时的调制方式称为连续波调制。此时若调制信号为模拟信号,可提
供模拟(线性)调幅和模拟调角(又分调频与调相);若调制信号为数字代码,相
应的调制方式分为数字调幅、调频、调相,均称为数字信号的载波传输或频带传输,
仍为模拟传输方式。
基带数字信号作调制信号时,宜以脉冲序列作为载波,通称为脉冲编码调制(如:
PCM 数字电话)。
(6)扩频
扩频(Spread*Spectrum)是一种特殊的现代无线通信调制技术。就数字扩频系
统来说,可以把周期很长、码元(称为码片 Chip)持续时间 远小于信息码之间
隔 的伪噪声码(PN)序列作为“载波”,于是载荷信息的 PN 码带宽较信息码展宽
几十倍到上万倍。由扩频实现的码分复用或多址构成的无线移动通信系统,各用户
采用不同的互为正交的 PN 序列作为地址码,可使大量用户正交复用数兆赫以上的
扩频带宽,且具有极强的抗各类干扰的能力。本书第 7 章简单介绍扩频调制原理。
传统的通信系统原理教材一般不设此章节。
(7)同步
在数字信号传输和采用相干接收或最佳接收方式的模拟调制系统中,尚有一个非常
重要的控制单元,即同步系统。它可以使通信系统的收、发两端或整个通信网络,
以精度很高的时钟提供定时,以便系统、网络的数据流能与发信端同步地、有序而
准确地接收与恢复原信息。同步准确性对通信质量有很大影响。多媒体信息传输对
同步有更进一步的要求,应达到各信息媒体之间的同步显示。
从功能和实现环境的方法不同,同步可分为 4 种方式:
载波同步;码元或位同步;帧同步;网同步.
2.通信系统的质量指标:有效性、可靠性
对于模拟通信系统,有效性通过信道带宽衡量;而在数字通信系统中,信道带宽利
用率表示有效性指标。
对于模拟通信系统,可靠性通常以整个系统的输出信噪比来衡量。而对于数字通信
系统,可靠性以误码率的大小来衡量。
3.通信信道:分类、常用信道特征
信
道
狭义
信道
有线(有界)信道,如明线、电缆、光纤等
无线(无界)信道,如短波、微波等
广义
信道
调制信道
恒参信道
随参信道
编码信道
无记忆
有记忆
* 从分析信道的特征角度,又可将上表所提到各类不同层次的信道,大体分为三种特征:
线性与非线性信道特征;时不变与时变信道特征;带宽或功率受限信道特征。
常用的信道特征主要有 4 类:电话信道、光纤、移动无线信道、卫星信道。
二. 信号与噪声分析
1.随机变量:统计特性和数字特征
统计特征:概率累积函数或概率分布函数(cdf)可表示为:
且有:
随机变量 的概率密度(函数)pdf,
数字特征:
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