通信原理第1章绪论

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1、1.1通信系统的组成1.2通信系统分类与通信方式1.3信息及其度量1.4通信系统的主要性能指标第一章绪论1.1通信系统的组成从古到今，人类的社会活动总离不开消息的传递和交换，古代的消息树、烽火台和驿马传令，以及现代社会的文字、书信、电报、电话、广播、电视、遥控、遥测等，这些都是消息传递的方式或信息交流的手段。人们可以用语言、文字、数据或图像等不同的形式来表达信息。但是这些语言、文字、数据或图像本身不是信息而是消息，信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息，否则，就失去了通

2、信的意义。基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。实现通信的方式很多，目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、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。当今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般均是指“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。本书中的通信均指电通信。1.1.1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。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。基于点与点之间的通信系

3、统的模型如下图1-1所示：图1-1通信系统的一般模型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，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。发送设备的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。信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中

4、，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。根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。这一点将在第3章中讨论。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。噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从信道引入的，因此，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。接收设备的基本功能是完

5、成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。它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。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。上图反映了通信系统的共性，因此称之为通信系统的一般模型。根据研究的对象以及所关注的问题不同，图中的各小方框的内容和作用有所不同，相应有不同形式的更具体的通信模型。今后的讨论就是围绕着通信系统的模型而展开的。1.1.2通信模型信源发出的消息可分为两大类：一类称为连续消息；另一类称为离散消息。连续消息

6、是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、活动图片等；离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据等。消息的传递是通过它的物质载体——电信号来实现的，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可把信号分为两类，即模拟信号和数字信号。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（电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号）。模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某

7、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，如图1-2(b)所示的抽样信号。图2-1模拟信号波形（a）连续信号（b）抽样信号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，如图1-3(b)所示的2PSK信号。图1-3数字信号波形(a)二进制波形(b)2PSK波形因此，按照信道中传输的信号的性质可以分为模拟通信系统、数字通信系统和模拟信号的数字传输系

8、统。1.模拟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。由于这种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