数字通信课件第1章

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1、《数字通信》教案第1章通信信号和系统的特性与分析方法48第1章通信系统的特性及其分析方法§1.1数字通信系统1.1.1数字通信系统的组成信源信源编码加密器信道编码调制器信道解调器信道译码解密器信源译码信宿噪声源图1-1双绞线1、框图解释信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力加密与解密目的：保证所传信息的安全数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号2、数字通信的特点l优点：抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；便于处理、变换、存储；便于将来自不同信源的

2、信号综合到一起传输；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好；l缺点：需要较大的传输带宽；对同步要求高。1.1.2通信信道及其特征l信道分类：有线信道－电线光纤信道－光纤《数字通信》教案第1章通信信号和系统的特性与分析方法48无线信道－电磁波（含光波）水声信道－声波存储信道－磁材料l有线信道明线对称电缆。由许多对双绞线组成，分非屏蔽（UTP）和屏蔽（STP）两种。图1-2双绞线同轴电缆图1-3同轴电缆l光纤信道结构：纤芯、包层按折射率分类：阶跃型（早期的，只有纤芯、包层两种折射率）、梯度型（随

3、后的，纤芯折射率沿半径增大方向减小）按模式分类：多模光纤《数字通信》教案第1章通信信号和系统的特性与分析方法48（粗）（早期的，发光二极管作为光源，含有多种频率成分，有多条路径®存在色散®波形失真，限制了传输带宽），单模光纤（细）（后来的，激光作为光源，单一频率成分，一条路径®色散小®波形失真小，传输带宽宽）单模图1-4光纤结构示意图损耗与波长关系：损耗最小点：1.31与1.55mm图1-5光纤损耗于波长的关系《数字通信》教案第1章通信信号和系统的特性与分析方法48光纤信道传输衰耗的原因:（1）瑞利散射：当光在传

4、播过程中遇到不均匀或不连续点时，部分能量将向各方传向散射而不能达到终点。（2）材料吸收：材料中含有杂质离子。这些离子在光波作用下发生振动，从而会耗去部分能量（又分紫外吸收和红外吸收）。光纤信道时延失真的原因：色散（Dispersion）：光源发射的光载波总是有一定的频谱宽度，而纤维材料的折射率随f而变化，因而在光波中不同的f分量具有不同的传输速度，到达的时间也不一样，从而引起失真。l无线信道无线信道电磁波的频率－受天线尺寸和元器件制造工艺限制地球大气层的结构：对流层：地面上0～10km，平流层：约10～60km，

5、电离层：约60～400km图1-6地球大气层的结构电磁波的分类：地波，频率<2MHz，有绕射能力，距离：数百或数千千米天波，频率：2~30MHz，特点：被电离层反射，一次反射距离：<4000km，有寂静区图1-7地波传播《数字通信》教案第1章通信信号和系统的特性与分析方法48图1-8天波传播视线传播，频率>30MHz，距离：和天线高度有关，式中，D–收发天线间距离(km)。图1-9视线传播[例]若要求D=50km，则由上式增大视线传播距离的其他途径：中继通信、卫星通信（静止卫星、移动卫星）平流层通信：《数字通信》

6、教案第1章通信信号和系统的特性与分析方法48图1-10无线电中继大气层对于传播的影响：散射、吸收l水声信道l存储信道1.1.3通信信道的数学模型1、噪声信道中的干扰：有源干扰－噪声、无源干扰－传输特性不良（乘性干扰）信道中的噪声：信道中存在的不需要的电信号，又称加性干扰u按噪声来源分类人为噪声－例：开关火花、电台辐射，元器件的非线性自然噪声－例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声热噪声－来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动，频率范围：均匀分布在大约0～1012Hz。性质：高斯白噪声u按噪声性质分类脉冲噪声：是突

7、发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。u几个有关噪声的概念：带限白噪声：经过接收机带通滤波器过滤的热噪声窄带高斯噪声：由于滤波器（往往是解调输出滤波器）是一种线性电路，高斯过程通过线性电路后，仍为一高斯过程，故此窄

8、带噪声又称窄带高斯噪声。窄带高斯噪声功率：式中Pn(f)－双边噪声功率谱密度。《数字通信》教案第1章通信信号和系统的特性与分析方法48噪声等效带宽：式中，Pn(f0)－原噪声功率谱密度曲线的最大值。噪声等效带宽的物理概念：以此带宽作一矩形滤波特性，则通过此特性滤波器的噪声功率，等于通过实际滤波器的噪声功率。利用噪声等效带宽的概念，在后面讨论通信系统的性能时，可以认为窄带噪