通信概论串讲笔记
第一章：通信基础
（一）课程内容
第一节：通信的基本概念 通信就是信息的传递和交换；
消息是信息的物理表现形式，如语音、文字、图片和数据等； 信息是消息的内涵；
信号是能够反映或表示信息的传输载体。 第二节：通信系统的组成 1， 通信系统一般模型；
信源―――发送设备――――信道――――接收设备―――信宿 | 噪声源 通信系统基本模型 各部分功能：
信源是消息的发源地，其作用是通过传感器把消息转换为原始电信号
发送设备的功能是将信源和信道匹配起来，其目的是将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。 信源可以分为模拟信源和数字信源。
信道是指传输信号的通道，可分为有线和无线两大类。
噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。
接收设备的功能是放大和反变换，其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 信宿是传送消息的目的地。其功能与信源相反，即将复原的原始电信号还原成相信的消息，
2， 模拟通信系统模型；
模拟信源―――调制器――――信道――――解调器―――信宿 | 噪声源 模拟通信系统典型模型
两种转换：(1)消息------原始电信号(系带信号)，通过信源和信宿完成。
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(2)基带信号---已调信号(带通信号)，通过调制器和解调器完成。 3， 数字通信系统模型；
信源―信源编码―加密―信道编码―数字调制―信道―数字解调―信道译码―解密―信源译码―信宿 | 噪声源 4， 数字通信的优缺点。 优点：
1、 抗干扰能力强，且噪声不积累； 2、 传输差错可控。
3、 便于与各种数字终端接口。 4、 易于集成化。
5、 易于加密处理，且保密强度高。 缺点：
1、 比模拟通信占用更宽的信道带宽。
2、 数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。 第三节：通信系统的分类 1、按照通信业务分：
电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统、综合业务数字通信网。 2、按照调制方式分：
基带系统和调制（带通）系统。 3、按照信号特征分：
模拟通信系统、数字通信系统。 4、按照传输媒介分：
有线通信系统和无线通信系统。 5、按照工作波段分类
长波通信：30－300KHZ 中波通信：300K-3MHZ 短波通信：3-30MHZ 微波通信：300M-300GHZ
光通信：43T-3000THZ λ=c/f 第四节：通信方式
------指通信双方之间的工作方式。
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1， 单工、半双工和全双工通信；
单工通信----指消息只能单方向传输的工作方式；如：广播，遥测，遥控等；
半双工通信---指通信双方都可以收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式；如普通对讲机； 全双工通信---指通信双方可以同时进行收、发消息的工作方式；如：电话，手机通信。 2， 并行传输和串行传输。
按照数据代码传输的时序，可以分为并行传输和串行传输。
并行传输：将代表信息的数据代码序列以成组的方式在两条或者两条以上的并行信道上同时传输； 串行传输：将数据代码序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。 第五节：信号和频谱
信号是能够反映或表示信息的传输载体。 1.5.1、 信号分类；
1、 确知信号和随机信号
确知信号----指可以预先知道变化规律的信号；
随机信号----也称为不确知信号，其在实际发生前具有一定的不确定性。 2、 周期信号和非周期信号
周期信号---是定义在时间区上，每隔一段时间间隔按相同规律重复变化的信号。 非周期信号----是不具有重复性的信号。 3、模拟信号和数字信号
模拟信号-----信号参量的取值是连续的（不可数，无穷多）。 数字信号----信号的参量指可能取有限个、可数个值。 4、基带信号和带通信号
基带指信号----从零频开始到几兆赫兹，不适合通过无线信道传输； 带通信号-------指通过调制以后的信号，又称已调信号。 无论模拟信号还是数字信号，都有基带信号和带通信号之分。
因此，相应有数字（或模拟）基带传输系统和数字（或模拟）带通传输系统。 1.5.2、信号举例；
正弦信号（也称正弦波） 是一种最基本的周期信号，3个参量描述：振幅，周期或频率，相位。 T=1/f T：周期 f：频率 正弦波的公式：s(t)＝Asin（ωt＋θ）
A为信号的最大振幅，ω为信号的角频率，单位为rad/s，θ为信号的初始相位。 角度频率和频率的关系为ω＝2πf 1.5.3、时域和频域；
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时域角度，描述的是信号随时间变化的特性； 频域角度，描述的是信号随频率变化的特性。
频域图有两种类型：振幅-频率图和相位-频率图。在计算信号的带宽时，用振幅－频率图。 1.5.4、频谱和带宽。
信号频谱是指它所包含的所有频率分量的集合，并且通过频域图表示。 换句话说频谱就是描述信号幅度（或相位）随频率变化的关系图
周期函数――傅利叶级数 非周期函数――傅利叶变换 随机信号――功率谱实现 信号带宽是指信号占有的频率范围。等于信号的最高频分量与最低频分量的频率差。 B=fH－fL B为带宽 fH信号的最高频率 fL为信号的最低频率
*模拟信号，其带宽应该小于它占用的的信道带宽，即信道带宽必须大于信号带宽
*数字信号，它占用的信道带宽可以小于信号带宽，即信道带宽可以小于信号带宽（采样原理） 对基带信号，fL接近0；对带通信号，fL一般远大于0。 第六节：信道和噪声 1， 信道定义和分类；
信道（channel）是以传输媒质为基础的信号通道，根据信道特征，分为狭义和广义信道。 狭义信道指各种传输媒质，如有线信道和无线信道。
广义信道是除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置，如馈线，放大器等。 2， 有线信道
分为： (1)明线 (2) 同轴电缆 (3) 对称电缆 (4) 双绞线 (5)光纤
光纤主要优点，传输频带宽，传输容量大，抗干扰性好，保密性强，耐腐蚀，成本低传输损耗低。 3， 无线信道
无线信道中，信号传输利用电磁波(无线电波)在空间的传播来实现。 电磁波传播方式：
(1)地（面）波传播------2MHZ以下，传播距离几十到几千米，如：调幅广播。 (2)天波传播----2－30MHZ 4000km 电离层反射方式传播
(3)视线传播------高于30MHZ 视线传播距离和收发天线的高度有关。 h=D/8r= D/50米
h是两天线之间保持视线的最低高度，D为收发天线间的距离，地球半径r=6370km。 微波中继：每50km一个中继站，通过接力方式实现远程通信。微波频率300MHz---300GHz。 卫星中继―――平流层通信
(4)散射传播：传播媒体不均匀，使电磁波的传播产生向许多方向折射的现象。 分为：电离层闪射、对流层闪射和流星余迹闪射。
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1.6.4 信道噪声
噪声：是一种不需要的、有害的电信号。它能使模拟信号失真，数字信号发生错码，限制信息的传输速率。 根据噪声的来源分类：
(1)人为噪声：由人类的活动产生，如电钻和电气开关瞬间造成的电火花； (2)自然噪声：自然界中存在的各种电磁波辐射，如闪电，大气噪声
(3)内部噪声：通信设备中的电子元器件传输线等产生的噪声。如热噪声、闪弹噪声等。 根据噪声的性质分类：
单频噪声---是一种频率单一或频谱很窄的连续波干扰。 脉冲噪声---是一种在时间上无规则的突发脉冲波形。
起伏噪声--是遍布在时域和频域内的随机噪声。如热噪声、闪弹噪声、宇宙噪声。 起伏噪声是影响通信系统性能的主要因素。
1.6.5 信道容量：是指信道能够无差错传输的最大平均信息速率。 1、信道分类：
调制信道：一种连续的信道 编码信道：一种离散的信道
2、香农公式：对于带宽有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道的信道容量(C bit/s)为
C＝Blog2(1+S/N) B为信道带宽（HZ） S为信号功率（W） N为噪声功率（W） 注意*噪声功率 N (W)
如果噪声功率谱密度为n0(W/Hz）
则噪声功率N=B* n0 （单位对应换算W＝Hz * W/Hz） 则有香农公式的另一种形式：C＝Blog2(1+S/ n0B) 3、重要结论
由香农公式得出的重要结论
(1)信道容量C受“三要素”，即B、S、n0的限制。 (2)提高信噪比（S/N），可以增大信道容量。
(3)若噪声功率趋于零（或噪声功率密度趋于零），则信道容量趋于无穷大。 (4)增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道无限制增大。
(5)信道容量C一定时，信道带宽B和信号噪声功率比S/N之间可以互换。
第七节：多路复用技术
常用的复用技术主要有：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用等。 1、频分复用（FDM）---按照频率来划分信道的复用方式。
信道带宽被分割成多个相互不重叠的频段（子信道），每路信号占据一个子信道，各路之间必须留有未被使用的频带（保护频带）进行分隔，以防止重叠。
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