01通信原理第一讲
- 1. 《通信原理》 第一讲 第1章 绪论 随着数字通信技术和计算机技术的快速发展以及通信网与计算机网络的相 互融合，信息科学技术已成为 21 世纪国际社会和世界经济发展的新的强大推动 力。信息作为一种资源，只有通过广泛地传播与交流，才能产生利用价值、促进 社会成员之间的合作、推动社会生产力的发展、创造出巨大的经济效益。 本章将简要介绍通信系统的基本概念、组成和分类、信息的度量以及评价通 信系统性能的指标。 §1.1 通信系统组成 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、电视等，这些都是消息 传递的方式或信息交流的手段。这些语言、文字、数据或图像本身不是信息而被 称为消息，而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。 “通信”也就是“信息 传输”或“消息传输” 。 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，因而得到了迅速的发展和广泛 的应用。如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般是指“电通信” 。 一、 通信系统的一般模型 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。 图 1-1 通信系统的一般模型
- 2. 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。 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。在无线信道中的，信道可以是大气（自由空 间），在有线信道中，可以是明线、电缆、光纤。有线和无线信道均有多种物理 媒质。 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，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成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等 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。 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。 图 1-1 概括地描述了一个通信系统的组成，它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，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。 二、 模拟通信和数字通信模型 图 1-1 中，信源发出的消息可分为两大类：连续消息是指消息的状态连续变 化或不可数的，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，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，称为模拟信号。如电话机送 出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时也称连续信号，这
- 3. 个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某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。 (a) 连续信号 (b) 抽样信号 图 1-2 模拟信号波形 凡信号参量只能取有限个值，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。 (a) 二进制波形 (b) 2PSK 波形 图 1-3 数字信号波形
- 4. 因此，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为 模拟通信系统和数字通信系统。 a) 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 300~3400Hz，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在信道中传输的信号，并 在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换的通常是调制器和解调器。经过调 制以后的信号称为已调信号。已调信号有三个基本特征：一是携带有信息，二是 适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已 调信号又称频带信号。 消息从发送端到接收端的传递过程中，可能还有滤波、放大、天线辐射、控 制等过程，但对信号不会发生质的变化，只是对信号进行了放大和改善信号特性 等，因而被认为是理想的，不予讨论。 模拟通信系统模型可由图 1-1 略加演变而成，如图 1-4 所示。 图 1-4 模拟通信系统模型