第一章概论

第一章概论 1.1 现代通信技术及其发展 1.2 通信系统构成 1.3 通信系统的分类 1.4 通信系统的性能度量

本章教学基本要求 掌握： 1、通信基本概念：通信，信息，消息，信号。 2、数字通信系统的主要性能指标计算。 3、数字通信系统的组成。理解： 1、通信系统的分类。 2、通信系统的发展。

1.1 现代通信技术及其发展 1、通信概念通信：消息传递的全过程（信息的传输与交换）。消息：待于传输的语言、图片、文字、数据等。信息：消息中有意义的内容（未知而待知的内容）。信号：信息的物质载体。 2、现代通信技术用现代科学技术手段如电子、光技术实现信息传递的一门技术学科。 3、通信技术发展简史 19世纪可是发展电通信以来，通信技术的发展迅速，特别是在本世纪50年代以后，其发展可谓日新月异。

通信发展简史如下： 1938年，莫尔斯发明的有线电报； 1864年，马克斯韦尔提出电磁辐射方程； 1876年，贝尔发明了电话； 1896年，马可尼发明了无线电报； 1906年，发明了真空管； 1918年，调幅无线电广播开播； 1925年，开始采用三路明线载波电话、多路通信； 1936年，调频无线电广播开播； 1937年，发明脉冲编码调制原理； 1938年，电视广播开播了； 1940-1945年，二次打战刺激了雷达和微波通信系统的发展； 1948年，发明晶体管，shannon提出了信息论，通信统计理论开始建立； 1950年，时分多路通信应用于电话；

1956年，敷设了越洋电缆； 1957年，发射第一颗人造卫星； 1958年，发射第一颗通信卫星； 1960年，发明激光； 1961年，发明集成电路； 1962年，发射第一颗同步通信卫星，脉冲编码调制进入实用阶段； 1960-1970年，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输的理论和技术得到了迅速的发展力畜县高速数字电子计算机； 1970-1980年，大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理器等迅速发展； 1980年以后，超大规模集成电路、长波长光纤通信系统广泛应用；综合业务数字网崛起。虽然在各国通信网中，模拟通信依然存在，但无疑数字通信是目前和今后通信技术的发展方向。

1.2 通信系统构成 1.2.1 通信系统的基本构成信源发送设备信道接收设备信宿信源：将消息转变成各种电信号的装置。发送设备：将原始电信号转变成适应信道传输的信号。信道：是传输信号的通道，一般指传输，如电缆、光缆、无线。接收设备：从接收信号中恢复出相应的原始信号。信宿：从复原的原始电信号转换为消息。噪声：除消息以外的所有干扰信号。噪声

信源模拟调制信道解调信宿噪声 1.2.2 模拟与数字通信系统模拟通信系统方框图。信号可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号特征：幅度连续，时间可连续也可以不连续。数字信号特征：幅度离散，一般时间也离散。如按信号特征进行分类，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统：利用模拟信号传递消息的通信系统。其基本特点是强调发送的信号波形在收端无失真地恢复。数字通信系统：利用数字信号传递消息的通信系统。

模拟通信的主要特点: 1）抗干扰能力差。 2）不易于保密通信。 3）设备不易于大规模集成。 4）不适应飞速发展的计算机通信的要求。 5）简单、易于实现。图 1-3 数字通信系统框图(p4）信源（信宿）：提供待传递的语声、图象或数据信号；信源编码：数模转换，如：PCM、ADPAM、DM、 SBC等；信道编码：对数字信号进行处理以适应信道的传输特性，如：线性分组码、卷积码、循环码等；加密器：为提高数字通信的保密性，可通过加密器对数字信号进行逻辑运算加密处理；复用：PDH、SDH 理论；

调制：基带调制(如AMI、HDB3、CMI等线路编码)、 频带调制；再生中继器：如光通信中的光再生中继器、微波通信中的中继站、卫星通信中卫星上的转发器等。信道：电缆、光缆、无线短波、微波、卫星等。 1.2.3 数字通信系统特点 1、抗噪声性能好，无噪声积累。 2、数字通信系统可以通过信道编码方式更有效地改善信道质量。 3、数字信号便于运用计算机技术、数字信号处理技术进行各种处理、存储和交换。 4、数字信号也便于各种不同种类信号（如语音、数据、图像等）的综合，如：综合业务数据网、多媒体通信网的实现。缺点：（相对于模拟通信系统的不足）（1）占据频带宽，频带利用率低。（2）对同步要求高。

1.3　通信系统的分类 1.3.1 通信系统分类根据信号的形式、特点及关心的问题不同，可以对系统进行分类 1、按信号的特征进行分类信号可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号特征：幅度连续，时间可连续也可以不连续。数字信号特征：幅度离散，一般时间也离散。模拟通信系统：利用模拟信号传递消息的通信系统。数字通信系统：利用数字信号传递消息的通信系统。 2、按消息的分类及业务种类划分电报通信系统电话通信系统数据通信系统图象通信系统 3、按传输媒介分类有线通信：如电缆通信、光纤通信。无线通信：如微波通信、卫星通信。

4、按信号的复用方式分类 频分复用FDM：用频谱搬移的方法是不同信号占据不同的频率范围；时分复用TDM：用抽样或脉冲调制方法使各路不同信号占用不同的时间区间；码分复用CDM：用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号。 5、按调制方式分类通信系统可以分为基带传输和频带（调制）传输。基带传输特点：信号在其原始的频带内进行传输。如语音信号不经过处理直接传输的模拟通信方式；再如传输速率为64Kbit/s的数字信号直接传输的通信方式。频带传输的特点：对各种信号调制后再传输的总称。如利用调频FM台传送的广播信号；利用卫星信道传输的图象信号；利用有线电视电缆传送的有线电视信号。方式可以分为单工通信、半双工通信和双工通信。

1．3．2 通信方式 通信方式：指通信系统工作时的特征。 1、点与点之间的通信，按消息传送的方向与时间的关系，通信分为：单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式。例如遥测、遥控。半双工通信：是指通信双方都能收发消息，但是不能同时进行收发的工作方式。例如使用同一载频的无线电对讲机。双工通信：是指通信双方可以同时进行收发消息的工作方式。例如普通电话。 2、串行通信：采用单一的信道，数字码元按顺序逐个传送，远程通信采用。并行通信：指多个数字信号码元同时在多个并行的信道中传送，只适用于近距离设备之间的通信，如：计算机与外设或仪器之间的通信。

3、按通信对象连接的情况 (图1-6 p8） 点--点通信：基本的构成通信大系统的基础。一点对多点通信：如广播、电视等系统。多点之间的交换方式通信：将通信对象连接成网。 1．3．3 通信使用的频段在有线通信中，毎一种传输媒介都有自己特定的频率特性，这主要取决于该媒介的材质、物理尺寸、生产工艺等。在无线通信中，信号是以电磁波的形式通过空间（大气或真空）传播的，不同的频段其传输特性也不尺相同。

表1-1 通信使用的频率 频率范围　　　符　号　　　　用　　　　途 3Hz～30KHz甚低频VLF音频、电话、数据终端、 30KHz～300KHz低频LF导航、信标、电力线通信 300Hz～3MHz中频MF调幅广播、移动陆地通信 3MHz～30MHz高频HF电视、调频广播 30MHz～300MHz甚高频VHF电视、调频广播、空中管 300MHz～3GHz特高频UHF电视、空间遥测、雷达导航 3GHz～30GHz超高频SHF 微波、卫星、空间，雷达 30GHz～300GHz极高频EHF雷达、微波、射电天文学 105 ～107 GHz紫外、可见光、红外播光纤通信

1.4 通信系统的性能度量 通信系统的性能指标有：有效性、可靠性、经济性、安全性和保密性、使用维护的方便程度、产品的适应性、使用寿命。本课程主要讨论有效性和可靠性指标。有效性：通信系统的通信效率；可靠性：传输消息的准确程度，即通信的质量。 1、模拟通信系统的性能指标有效性指标：用每路信号所需的传输带宽来衡量，带宽越窄，有效性越好；可靠性指标：用输出信噪比来衡量，信噪比越大，可靠性越好。 2、数字通信系统的性能指标 1)有效性指标：传输速率。有传码率和信息传输速率

传码率（码元传输速率）RB：单位时间内传输的码元传码率（码元传输速率）RB：单位时间内传输的码元数量，单位是波特（Baud）。信息传输速率（传信率）Rb：单位时间内传输的信息量，单位是bit/s，或bps(bit per second)。传信率与传码率之间的关系：对于M进制的码元，Rb= RBlogM。 2）可靠性指标：误码率Pe。误码率越小，可靠性越高。 3、有效性与可靠性之间的基本矛盾　　通常有效性和可靠性是互相制约的。对于同样传输媒介，提高有效性，将降低系统的可靠性；提高系统的可靠性，将会降低系统的有效性。因此对于不同的通信系统，在设计的时候需要具体问题具体分析，如在通信网中，语音信号的信噪比要求在20--40dB的范围内，而对于电视信号，要求信噪比在40dB以上。

第一章 概论