现代通信技术课件第1章

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1、第1章 通信基础知识1.1 通信的基本概念1.2 模拟信号数字化1.3 信号的基带传输1.4 模拟调制与解调1.5 数字调制与解调1.6 复用技术1.1 通信的基本概念人们在相隔较远的地方，如何进行信息交换呢？人类是通过嘴巴、耳朵、眼睛等与对方进行信息交换的 。通信的基本任务：是解决两地之间消息的传递和交换。例如，将地点A的信息传输到地点B，或者将地点A和地点B的信息双向传输。AB实现通信的方式: 古代人们曾利用信物、烽火、金鼓、旗语等作为通信工具传递信息 。 现代人们利用电话、传真、电视、国际互联网等进行信息传递和交换。现代的通信是电通信方式： 利用电信号携带所要传递的信息，然后经过各种信道

2、进行传输，达到通信的目的。由于电通信几乎能在任意的通信距离上实现迅速而又准确的传递，因而获得了飞速的发展和广泛的应用。1.1.1 信号 信息要用某种物理方式表达出来，通常可以用声音、图像、文字、符号等来表达。信号的 定义：是信息的载体，是信息的表现形式。一般讲的信号是指电信号，它的表达形式可以是电压、电流或电场等信号的描述：可以有两种方法，即时域法和频域法。 时域法：信号的电量（电压或电流等）随时间变化的情况，可以用观察波形的方法进行。例如，声音信号与时间t的关系可用一维函数f (t)来描述，如图1.1（a）所示。 频域法：信号的电量在频域中的分布情况，可用频谱分析仪观察信号的频谱，语音信号的

3、频率范围大约为2020000Hz，如图1.1（b）所示。 图1.1 语音信号的波形与频谱图 在语音中频谱越高能量就越小，所以电话中只传送听清对方说话声的3003400Hz 部分。电信号的分类 以频率划分，可分为基带信号和频带信号。 以信号参数的状态划分，可以分为模拟信号和数字信号。1.基带信号与频带信号 基带信号是指含有低频成份甚至直流成份的信号，通常原始信号都是基带信号。例如:话音信号是一种典型的基带信号，它是由人的声音经过话筒转换而成的。 频带信号的中心频率较高，而带宽相对中心频率很窄，因此适合于在信道中传输。例如:调频广播电台的FMMHz就是一个频带信号，它是将话音信号调制到MHz的中心

4、频率上，然后进行发射。如果接收机的频率与电台的频率相同，就能够接收到所发射的信号。2.模拟信号与数字信号 模拟信号是指电信号参量的取值随时间连续变化的信号。因此，模拟信号也叫连续信号。如图1.2所示。 常见的模拟信号有语音信号、图像信号以及来自各种传感器的检测信号等。 数字信号与模拟信号相反，是指电信号参量的取值是离散的且只有有限个状态的信号。因此，数字信号也叫离散信号。如图1.3（a）所示是二进制数字信号，它只有两种取值，分别用0和1表示。如图1.3（b）所示就是四进制数字信号，分别用0、1、2、3表示四种取值。 常见的数字信号有电报、传真、计算机数据等信号。图1.3 数字信号举例 1.1.

5、2 信道 信道是信号的传输媒质，它可分为有线信道和无线信道两类。 有线信道包括明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。 无线信道是由无形的空间构成，利用电波进行通信。1.有线信道 有线信道主要有双绞线、同轴电缆和光纤，它们的构造、特征及主要用途如表1.1所示。线路种类构造特征主要用途双绞线 便宜、构造简单，传输频带宽，有漏话现象，容易混入杂音电话用户线低速LAN同轴电缆 价格稍高，传输频带宽，漏话感应少，分支、接头容易CATV分配电缆高速LAN光纤 低损耗，频带宽，重量轻，直径小，无感应，无漏话国际间主干线国内城市间主干线高速LAN表1.1 有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途 双绞线构造简单且价

6、格便宜，但传输损耗大，且随着频率升高双绞线间产生漏话现象。另外，不能对电磁波产生屏蔽，容易混入外部杂音。双绞线主要使用于100kHz以下或数字信号10Mbit/s以下的信息传输，被广泛应用于电话端局和用户之间的连线，或低速局域网计算机之间连线。 一般高频率信号的传输和长距离的传输都使用同轴电缆。同轴电缆的频带要比双绞线宽得多，它的外部金属能屏蔽中心导体的电磁波，因而不容易混入杂音。由于这些特点，它被广泛用于数百兆赫兹的模拟信号传输，也可用于1Gbit/s的数字传输。因为电视的频段在91.25 MHz900MHz范围，所以有线电视（CATV）的分配电缆都采用同轴电缆。 光纤与双绞线、同轴电缆相比

7、较，具有无可比拟的低损耗、传输频带宽、无电磁感应、不漏话且质轻、径细等极优良的性能。国际间、国内城市间长距离大容量的传输线路使用的同轴电缆很快被光纤替代了。伴随着制造光纤技术的日益提高，成本不断下降，甚至原来以双绞线、同轴电缆为主要传输线路的高层大楼、办公室等内部通信也开始使用光纤了。 2无线信道 无线信道是利用电波传输信号。电波是一种在空间传播的物质，是全世界共同拥有的资源和财产。电波是指频率在3GHz以下的电磁波，电磁波包括电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和 射线等，它们都是以光速3108m/s传播的，人们根据电波的波长对它进行命名，如图1.4所示。图1.4 电波的名称 电波是从天线发

8、射出来的，不同的频率其天线的形状、尺寸也各不相同，并且电波传播方式也多种多样。 电波的主要传播方式：地表面波、直射波和电离层反射波。 表1.2列出了电波的工作频段、传播方式及主要用途。名称频带范围波长范围主要传播方式主要用途长波30 kHz300kHz1km10km地表面波远距离通信，导航中波300 kHz3 000kHz0.1km1km地表面波调幅广播，船舶、飞机通信短波3 MHz30MHz10m100m地表面波电离层反射波调幅广播，调幅和单边带通信超短波30 MHz300MHz1 m10m直射波对流层散射调频广播，广播电视，雷达与导航，移动通信微波300MHz以上1m以下直射波广播电视，卫

9、星通信，移动通信，微波接力通信等表1.2 无线信道的工作频率、传播方式和主要用途 如图1.5所示是电波的各种传播路径。地球的表面是一个球面，绕地球表面进行传播的电波称地表面波，中波以下频段的电波主要以地表面波形式传播。电波发送端与接收端在视距范围内直接传播的方式称为直射波，超短波以上波段的电波主要以直射波为主。受地表面曲率的影响，直射波的传播范围一般不超过50km。电离层反射波是指电波经过电离层反射到地面的电波，短波频段电波的电离层反射波最为明显。 图1.5 电波的传播路径 1.1.3 信息的传输方式 信息的传输方式可以有以下几种分类：按照通过传输线路信息的形式不同可以将传输方式分为模拟传输和

10、数字传输；按照传输方法可分为串行传输和并行传输；按照信号的流向可分为单工、半双工和全双工三种通信方式。1模拟传输和数字传输 根据信道中传送的是模拟信号还是数字信号，将通信传输方式分成模拟传输方式和数字传输方式。应当指出，模拟传输方式和数字传输方式是以信道传输信号的差异为标准的，而不是根据原始输出的信号来划分。若将原始输出的模拟信号经过模/数变换，成为数字信号，就可以用数字传输方式传送，在接收端再进行相反的数/模变换，即可还原出原始的模拟信号。 2串行传输和并行传输 将多位二进制码的各位码在时间轴上排列成一行，在一条传输线路上一位一位地传输的方式称为串行传输方式。用数量等于二进制码的位数的多条传

11、输线路同时传送多位码的传输方式称为并行传输方式。如图1.6所示是两种传输方式的示意图。 串行传输的通信成本低但速度慢，而并行传输的传输速度快但成本高。因此，在通信线路长即远距离传输时使用串行传输方式，而在短距离的计算机之间或计算机与外部设备（如打印机、显示器等）之间使用并行传输方式。图1.6 数据的串行传输和并行传输 3单工、半双工和全双工通信（1）单工通信 单工通信是指信息的流动方向始终固定为一个方向的通信方式。虽然能够逆向传输应答监视信号，但不能在反方向传输信息，如图1.7（a）所示。 例如，电视机、收音机只能接收信号，而不能反方向传送信号，它是一种类似于单行道的通信方式。（2）半双工通信