1 通信及通信系統(tǒng)

通信（Communication）是實(shí)現(xiàn)信息和消息傳輸?shù)倪^程

通信系統(tǒng)（Communication System）的組成：

實(shí)現(xiàn)通信的所有硬件和軟件設(shè)備、傳輸媒介以及各種通信協(xié)議等

消息（Message）、信息（Information）、信號(hào)（Signal）的區(qū)別：

消息通常指人的感官能夠感受到的語音、圖形、文字符號(hào)、圖形圖像、數(shù)據(jù)等

用戶從通信系統(tǒng)中接收消息，從中提取出對(duì)自己有用的東西，稱為信息

在電子、光通信系統(tǒng)中實(shí)際傳輸?shù)亩际请姟⒐庑盘?hào)

1.1 通信系統(tǒng)的基本組成模型

信源：

消息->基帶信號(hào)（Baseband Signal）

發(fā)送設(shè)備：

基帶信號(hào)->射頻信號(hào)、已調(diào)信號(hào)（Modulated Signal）

信道：

噪聲、傳輸特性

接收設(shè)備：

解調(diào)、過濾噪聲、波形整形、幅度功率放大

1.2 通信系統(tǒng)的分類

通信業(yè)務(wù)：

電話通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)、多媒體通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、……

傳輸媒介：

有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)

信號(hào)類型：

模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)、模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸系統(tǒng)

調(diào)制解調(diào)：

基帶傳輸系統(tǒng)、頻帶傳輸系統(tǒng)（調(diào)幅傳輸系統(tǒng)、調(diào)頻傳輸系統(tǒng)、… ）

1.3 模擬通信和數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字消息和連續(xù)消息

文字符號(hào)和數(shù)據(jù)等消息的狀態(tài)個(gè)數(shù)（符號(hào)和數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)）是有限的，取值是離散的，稱為數(shù)字消息

語音、圖像消息的狀態(tài)取值連續(xù)變化，稱為連續(xù)消息

數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)

為了實(shí)現(xiàn)消息的傳輸和交換，需要將消息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將消息的各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換為信號(hào)某個(gè)參量（幅度、頻率或者相位等）的取值。 因此，與消息的狀態(tài)取值相對(duì)應(yīng)，電信號(hào)的指定參量在各時(shí)刻的取值也就可能是連續(xù)的或者離散的，分別稱為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

2 調(diào)制和解調(diào)

模擬調(diào)幅信號(hào)（AM信號(hào)）

數(shù)字調(diào)幅信號(hào)（ASK信號(hào)）

2.1 調(diào)制解調(diào)的基本概念

所謂調(diào)制（Modulation），是在發(fā)送端將需要傳送的原始基帶信號(hào)變換為適合于信道傳輸?shù)男盘?hào)

一般是將基帶信號(hào)用于控制高頻載波的某個(gè)參數(shù)，例如幅度、頻率、相位等，使其隨基帶信號(hào)的幅度變化規(guī)律而變化

解調(diào)（Demodulation）是與調(diào)制完全相反的過程，通過解調(diào)，接收端從接收到的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出原始基帶信號(hào)，再送到接收者

擴(kuò)展：

調(diào)制器（Modulator）、解調(diào)器（Demodulator）

m(t)：基帶信號(hào)、調(diào)制信號(hào)、Modulating Sig.

sm(t)：已調(diào)信號(hào)、Modulated Sig.

c(t)：調(diào)制載波、Carrier

解調(diào)器中的載波c(t)又稱為解調(diào)載波，根據(jù)實(shí)際解調(diào)器的原理，不一定需要

2.2 調(diào)制解調(diào)的分類

調(diào)制器分類：

解調(diào)器分類：

相干解調(diào)適用于所有的線性調(diào)制，并且不具有門限效應(yīng)，但是需要專門電路自動(dòng)提取出相干解調(diào)載波，因此解調(diào)器和接收機(jī)都比較復(fù)雜

包絡(luò)檢波非相干解調(diào)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，接收機(jī)成本低，在早期的中波調(diào)幅廣播中大量應(yīng)用

2.3 調(diào)制解調(diào)的作用

實(shí)現(xiàn)有效傳輸

通過調(diào)制，使信號(hào)特性與信道特性相匹配，便于通過信道實(shí)現(xiàn)無失真?zhèn)鬏敚阌谕ㄟ^天線實(shí)現(xiàn)有效輻射

實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用

通過同一信道同時(shí)傳送多路信號(hào)，提高信道利用率

增強(qiáng)抗噪聲性能

通過選擇合適的調(diào)制方式以及設(shè)置合適的調(diào)制參數(shù)可以減少噪聲對(duì)傳輸質(zhì)量的影響

3 通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

從信息傳輸?shù)慕嵌瓤紤]，通信系統(tǒng)最主要的性能指標(biāo)是有效性和可靠性。 其中有效性指的是傳輸信息所需占用的信道資源（例如帶寬或者時(shí)間），可靠性指的是接收信息的準(zhǔn)確程度

擴(kuò)展：

有效性和可靠性的相互矛盾：

提高有效性通常會(huì)造成可靠性的下降。 在實(shí)際系統(tǒng)中，只能根據(jù)需要及技術(shù)發(fā)展水平盡可能做到適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)一例如，在滿足可靠性要求的前提下，盡可能提高傳輸速度； 或者在滿足有效性的前提下，采用各種技術(shù)盡可能保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確度

3.1 模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

有效性——信號(hào)的帶寬

待傳輸?shù)男盘?hào)帶寬越小，傳輸時(shí)需要占用系統(tǒng)和信道的帶寬就越小。 因此，當(dāng)信道帶寬給定后，能夠傳輸?shù)男盘?hào)路數(shù)越多，有效性也就越好。

對(duì)同樣的消息信號(hào)，采用不同的調(diào)制傳輸方式，得到的已調(diào)信號(hào)帶寬也不一樣

例如，語音信號(hào)的調(diào)幅傳輸，需要占用8kHz帶寬，而單邊帶調(diào)制傳輸，只需要4kHz帶寬，因此采用單邊帶傳輸?shù)挠行詢?yōu)于調(diào)幅傳輸。

可靠性——輸出信噪比

所謂信噪比（SNR，Signal-Noise Rate)，指的是信號(hào)與噪聲的功率之比。

實(shí)際數(shù)據(jù)、分貝值

在接收端的輸出信號(hào)中，有用信號(hào)和噪聲的功率之比，稱為接收機(jī)的輸出信噪比

對(duì)用戶來說，輸出信噪比越大，傳輸質(zhì)量和可靠性就越好

不同的調(diào)制傳輸方式，在同樣的信道條件下，輸出信噪比是不同的。 例如，調(diào)頻傳輸系統(tǒng)的可靠性要優(yōu)于調(diào)幅傳輸系統(tǒng)

3.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)

有效性——傳輸速率

傳碼率（碼元速率）Rs、傳信率（信息速率）Rb

碼元（符號(hào)，symbol）、信息（bit）

兩種速率之間的關(guān)系：

采用多進(jìn)制傳輸，可以在相同的碼元速率下，獲得更高的信息速率；

反之，為達(dá)到相同的信息速率，采用多進(jìn)制傳輸，可以降低傳輸?shù)拇a元速率。

有效性——頻帶利用率

頻帶利用率反映了信號(hào)帶寬與傳輸速率的關(guān)系，更全面地描述了數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性。

頻帶利用率取決于進(jìn)制數(shù)與傳輸波形。 為獲得足夠高的頻帶利用率，必須采用特殊的電脈沖傳輸波形。

帶寬只與碼元速率和信號(hào)波形有關(guān)，與信號(hào)的幅度和進(jìn)制無關(guān)，因此兩種頻帶利用率之間的關(guān)系為

采用多進(jìn)制傳輸，可以提高信息頻帶利用率

可靠性——差錯(cuò)率

在接收到的總的碼元和信息量中，錯(cuò)誤的碼元和錯(cuò)誤的信息量有多少。 誤碼率Ps、誤信率Pb

誤碼率或者誤信率越小，則接收到的錯(cuò)誤碼元和錯(cuò)誤信息量越少，傳輸?shù)目煽啃栽礁摺?/p>

對(duì)0、1等概的二進(jìn)制傳輸，Ps = Pb； 對(duì)多進(jìn)制傳輸，關(guān)系較復(fù)雜，不一定是log2M 倍的關(guān)系。

不同的傳輸方式，具有不同的差錯(cuò)率。

不同系統(tǒng)對(duì)差錯(cuò)率的要求也不同。 例如，數(shù)字電話通信系統(tǒng)要求不超過10-3，而計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)要求不超過10-9。

4 總結(jié)

系統(tǒng)原理組成、信號(hào)傳輸過程、傳輸性能