通信的基本概念

通信：所謂通信就是信息的傳遞。

消息：通常指有具體的內(nèi)容的文字、符號、數(shù)據(jù)、語音、圖片、圖像等。消息是信息的具體表現(xiàn)形式，是各種特定的信息。

信息：是消息的統(tǒng)稱，是消息的抽象和概括。

通信的基本目的：把信息大量地、快速地、準(zhǔn)確地、廣泛地、方便地、經(jīng)濟(jì)地、安全地（即：多、快、好、廣、便、省、安）從信源通過傳輸介質(zhì)傳送到信宿。

通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)：用于進(jìn)行通信的設(shè)備硬件、軟件和傳輸介質(zhì)的集合叫做通信系統(tǒng)。

模擬通信系統(tǒng)：指的是信源、信宿和信道處理的都是模擬信號的通信系統(tǒng)。

數(shù)字通信系統(tǒng)：指信源、信宿處理的是模擬信號，而信道為數(shù)字信道的通信系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：是隨計算機(jī)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新的通信概念，它是指信源、信宿處理的是數(shù)字信號，而信道既可以為數(shù)字信道也可以是模擬信道的通信，主要指計算機(jī)之間的通信系統(tǒng)。

基帶通信系統(tǒng)：所謂基帶通信指的是以基帶信號（指沒有經(jīng)過任何調(diào)制處理的信號）作為傳輸信號的通信系統(tǒng)。

調(diào)制通信系統(tǒng)：調(diào)制通信系統(tǒng)是傳輸已調(diào)信號的通信系統(tǒng)。

無線通信系統(tǒng)：利用無線電波、紅外線、超聲波、激光進(jìn)行通信的系統(tǒng)統(tǒng)稱為無線通信系統(tǒng)。

有線通信系統(tǒng)：用導(dǎo)線（包括電纜、光纜和波導(dǎo)等）作為介質(zhì)的通信系統(tǒng)就是有線通信系統(tǒng)。

數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

①抗干擾能力強(qiáng)。

②便于進(jìn)行信號加工與處理。

③傳輸中出現(xiàn)的差錯（誤碼）可以設(shè)法控制，提高了傳輸質(zhì)量。

④數(shù)字信息易于加密且保密性強(qiáng)。

⑤能夠傳輸話音、電視、數(shù)據(jù)等多種信息，增加了通信系統(tǒng)的靈活性和通用性。

通信方式的類別

按通信對象數(shù)量分

按信號傳輸方向

與時間分

按通信終端連接

方式分

按數(shù)字信號傳輸

順序分

按同步方式分

點(diǎn)到點(diǎn)通信

點(diǎn)到多點(diǎn)通信

多點(diǎn)到多點(diǎn)通信

單工通信

半雙工通信

雙工通信

兩點(diǎn)間直通方式

兩點(diǎn)間交換方式

串行通信

并行通信

同步通信

異步通信

信息的度量與香農(nóng)公式

信息是可以量化的，也就是說信息是可以度量的。

信息量的大小與事件出現(xiàn)的概率成反比關(guān)系：

多路復(fù)用的基本概念

多路復(fù)用：所謂多路復(fù)用就是在同一個物理信道（如一個無線電頻段、一個無線電頻率、一對線纜、一條光纖等）中利用特殊技術(shù)傳輸多路信號，即在一條物理信道內(nèi)產(chǎn)生多個邏輯信道，每個邏輯信道傳送一路信號。目前常用的

復(fù)用技術(shù)主要有：頻分復(fù)用技術(shù)、時分復(fù)用技術(shù)、空分復(fù)用技術(shù)、碼分復(fù)用技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)。

通信系統(tǒng)的性能評價

我們用通信的有效性和可靠性這對矛盾作為評價通信系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)。有效性反映信息傳輸?shù)乃俾蕟栴}，而可靠性則代表信息傳輸?shù)馁|(zhì)量（準(zhǔn)確程度）問題。

對于模擬通信系統(tǒng)，有效性常用系統(tǒng)的傳輸頻帶寬度來衡量，而可靠性則用接收端最終輸出的信噪比來評價。

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，用信息傳輸速率（比特率）來衡量系統(tǒng)的有效性，而可靠性用差錯率衡量。差錯率包括兩個內(nèi)容：誤碼率和誤信率。

特率與比特率的關(guān)系：

誤碼率：

誤信率：

1.1 選擇題

1. 微波是指[ ]。

A、頻帶為300MHz～300GHz B、波長為1m～1cm

C、頻帶為1～10GHz D、頻帶為30MHz

2. 一個二進(jìn)制數(shù)字信號碼元時間長度為0.1μs，在傳輸過程中平均2.5秒產(chǎn)生一個錯碼，則其平均誤碼率近似為[ ] 。

A、 5×10-6 B、2×10-8

C、2×10-7 D、4×10-8

3. 消息中所含信息量的多少與[ ]有關(guān)。

A、消息的重要程度 B、消息發(fā)生的概率

C、消息的種類 D、消息的內(nèi)容

4. （0，1）二進(jìn)制信源在[ ]條件下，信源的熵（即平均信息量）最大。

A、P（1）=1 B、P（1）=0.5

C、P（1）=0 D、P（1）=0.75

5. 連續(xù)信道的信道容量定義為，當(dāng)所允許的信號功率增加時，信道容量[ ] 。

A、減少 B、不變

C、增加 D、為∞

1.2 填空題

1. 按傳輸信道，可將通信分為（1）和（2）兩種

2. 衡量一個通信系統(tǒng)好壞的主要指標(biāo)是（1）和（2）。

3. （1）通信不能消除噪聲積累。

4. 基帶信號經(jīng)放大后直接傳輸，這種方式稱為（1），基帶信號通過調(diào)制后傳輸，這種方式稱為（2）。

5. 通信是指（1）。

1.3運(yùn)用與發(fā)揮題

1. 數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn)主要有哪些？

2. 數(shù)字通信系統(tǒng)中編碼分為哪兩類？并簡述其各自的作用。

3. 無線電波的主要傳播的方式有哪些？

4. 某離散信源由0，1，2，3四種符號組成，其概率場為

求消息源的熵。

5. 二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)，各碼等概出現(xiàn)，傳輸0.5小時后，收到18個誤碼，求

6、彩電圖像由5×105個像素組成，每個像素有64種彩色度，16個亮度等級，如果所有彩色度和亮度等級的組合機(jī)會均等，且統(tǒng)計獨(dú)立。計算每秒鐘傳送100個畫面所需要的信道容量。如果信道信噪比為30 dB，要傳送彩色圖像信道的帶寬為多少？

解：每個像素所包含的信息量：

每幅圖像所包含的信息量：5×105×10=5×106

信息速率：5×106×100 = 5×108

信噪比S/N = 1000(30dB)，由香農(nóng)公式得：

調(diào)制的定義：讓載波的某個參數(shù)（或幾個）隨調(diào)制信號（原始信號）的變化而變化的過程或方式稱為調(diào)制。而載波就是一種用來搭載原始信號（信息）的信號，它本身不含有任何有用信息。

1．AM的調(diào)制、解調(diào)及其特點(diǎn)；

2．DSB的調(diào)制、解調(diào)及其特點(diǎn)；

3．SSB的調(diào)制、解調(diào)及其特點(diǎn)；

4．FDM的基本原理；

PCM調(diào)制：模擬信號經(jīng)過抽樣、量化、編碼三個處理步驟變成數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換方式稱為脈沖編碼調(diào)制PCM（Pulse-code Modulation）

抽樣：所謂抽樣就是不斷地以固定的時間間隔采集模擬信號當(dāng)時的瞬時值，即將時間連續(xù)的模擬信號在時間上進(jìn)行離散化處理。通常，用窄脈沖與原始信號相乘，完成對原始信號的抽樣。

量化：量化就是把一個連續(xù)值的無限個數(shù)的集合映射為一個離散值的有限個數(shù)的集合。即將抽樣信號在幅值上進(jìn)行離散化處理。

量化值：確定的量化后的取值叫量化值（或量化電平）。

量化級：量化值的個數(shù)稱為量化級。

量化間隔：相鄰兩個量化值之差就是量化間隔（或量化臺階）。

量化誤差：量化值與抽樣值之差。（或量化噪聲）

量化的方法：分級取中間值。通常用“四舍五入”的方法。

均勻量化：量化間隔相等的量化。主要缺點(diǎn)是無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變，因此當(dāng)信號較小時，信號的量化信噪比也很小，難以滿足通信系統(tǒng)的要求。

非均勻量化：量化間隔不相等的量化；小信號量化間隔小，反之量化間隔大。其優(yōu)點(diǎn)是改善了小信號的量化信噪比，使在輸入信號有較大的動態(tài)范圍內(nèi)滿足通信系統(tǒng)的要求。

數(shù)字壓擴(kuò)折線近似：對于u律曲線，采用13段折線近似

編碼：所謂編碼就是用一些符號取代另一些符號的過程。比如把量化后的信號電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼組的過程，也就是用二進(jìn)制符號取代十進(jìn)制符號的過程稱為編碼，其逆過程稱為解碼。

1．設(shè)某模擬信號的頻譜范圍是1KHz—5KHz，則合理的抽樣頻率是 [ ]

A.2KHz B.5KHz C.8KHz D.≥10KHz

2．A律`13折線第8段的量化信噪比改善量為 [ ]

A.-18dB B.-12dB C.12dB D.-16dB

3．A律壓縮特性的A=87、6，當(dāng)輸入信號為-28dB時，其量化信噪比比均勻量化時的改善量Q為 [ ]

A.20dB B.15dB C.13dB D.21dB

3.2填空題

1．A/D轉(zhuǎn)換包括（1）（2）（3）；D/A轉(zhuǎn)換包括（4）（5）

2．折疊二進(jìn)制碼的優(yōu)點(diǎn)：（1）（2）。

3．傳輸速率為2.048Mb/s的數(shù)字信號，實際應(yīng)用時要求最小的通路帶寬是（1）。

4．抽樣的定義為（1）

5．量化的定義為（1）

3.3運(yùn)用與發(fā)揮題

1．簡述十三折線的由來.

答：把信號歸一化后,用X軸和Y軸表示,在正半軸,X軸是每次以二分之一取段的方法劃分為八段,Y軸均勻劃分為八段,對應(yīng)的各段均作一直線,正負(fù)半軸得十六條線段,正負(fù)半軸的前兩段的斜率相等變?yōu)橐粭l直線,所以共十三條折線。

2．試求60路載波超群信號（312KHz~552KHz）的上限、下限抽樣頻率及防衛(wèi)帶相同時的抽樣頻率。

3．對24路帶寬均為300Hz~3400Hz的模擬信號進(jìn)行PCM時分復(fù)用傳輸.抽樣速率為8000Hz,

抽樣后進(jìn)行128級量化,并編為折疊二進(jìn)制碼,復(fù)用時每路前加1bit的信令碼，每幀后加

1bit的同步碼，試求傳輸此時分復(fù)用PCM信號的碼元速率。

逐次比較型PCM編碼原理

（1）編碼思想：A律13折線近似法（非均勻量化編碼A=87.6）

目前國際上普遍采用8位非線性編碼。例如：PCM30/32路終端機(jī)中最大輸入信號幅度對應(yīng)4096個量化單位(最小的量化間隔稱為一個量化單位)，在4096單位的輸入幅度范圍內(nèi)，被分成8段× 16等份× 2極性=256個量化級，因此須用8位碼表示每一個量化級。

（2）碼位安排：M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8

第1位表示量化值極性（極性碼），2～4位（段落碼）表示8種可能的狀態(tài)來分別表示8個段落的起點(diǎn)電平；5～8位（段內(nèi)碼/電平碼）表示每一段的16種狀態(tài)，即每一段落的16個均勻劃分的量化級。

量化級

序號

電平范圍

(△)

量化值

范圍

段落碼

M2 M3 M4

起始電

平(△)

量化間隔

△k (△)

歸一

化值

段內(nèi)碼對應(yīng)權(quán)值(△)

M5 M6 M7 M8

8

1024~2048

?~1

1 1 1

1024

64

1/32

512 256 128 64

7

512~1024

? ~1/2

1 1 0

512

32

1/64

256 128 64 32

6

256~512

1/8~1/4

1 0 1

256

16

1/128

128 64 32 16

5

128~256

1/16~1/8

1 0 0

128

8

1/256

64 32 16 8

4

64~128

1/32~1/16

0 1 1

64

4

1/512

32 16 8 4

3

32~64

1/64~1/32

0 1 0

32

2

1/1024

16 8 4 2

2

16~32

1/128~1/64

0 0 1

16

1

1/2048

8 4 2 1

1

0~16

0~1/128

0 0 0

0

1

1/2048

8 4 2 1

1．PCM復(fù)用的概念；

2．?dāng)?shù)字復(fù)接的概念及其與PCM復(fù)用的異同點(diǎn)；

3．?dāng)?shù)字復(fù)接的基本原理；

4．PCM幀結(jié)構(gòu)和SDH的基本概念。

基帶信號：頻帶分布在低頻段（通常包含直流）且未經(jīng)過調(diào)制的信號通常被稱為基帶信號。

基帶信號的特點(diǎn)：信號頻帶通常從直流和低頻開始并且未經(jīng)載波調(diào)制。

基帶傳輸：直接傳輸基帶信號的方式。

碼型：數(shù)字基帶信號可以以不同形式的電脈沖出現(xiàn)，電脈沖的存在形式稱為碼型。

碼型編碼：通常把數(shù)字信號的電脈沖表示過程稱為碼型編碼或碼型變換，由碼型還原為原來數(shù)字信號的過程稱為碼型譯碼。

線路傳輸碼型：在有線信道中傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號又稱為線路傳輸碼型。

碼型設(shè)計原則：

（l）對于傳輸頻帶低端受限的信道，線路傳輸碼型的頻譜中應(yīng)不含有直流分量。

（2）信號的抗噪聲能力要強(qiáng)。產(chǎn)生誤碼時，在譯碼中產(chǎn)生誤碼擴(kuò)散的影響越小越好。

（3）便于從信號中提取位定時信息。

（4）盡量減少基帶信號頻譜中的高頻分量，以節(jié)省傳輸頻帶并減小串?dāng)_。

（5）對于采用分組形式傳輸?shù)幕鶐ㄐ牛ú捎梅纸M形式的碼型，比如5B6B、4B3T碼等），收信端除了要提取位定時信息，還要恢復(fù)出分組同步信息，以便正確劃分碼組。

（6）碼型應(yīng)與信源的統(tǒng)計特性無關(guān)。

（7）編譯碼的設(shè)備應(yīng)盡量簡單，易于實現(xiàn)。

二元碼：只有兩個取值的脈沖序列就是二元碼。最簡單的二元碼基帶信號波形為矩形波，幅度取值只有兩種電平，分別對應(yīng)于二進(jìn)制碼的1和0。

（1）單極性不歸零碼：用高電平和低電平（常為零電平）兩種取值分別表示二進(jìn)制碼1和0，在整個碼元期間電平保持不變，此種碼通常記作NRZ（不歸零）碼。

（2）雙極性不歸零碼：用正電平和負(fù)電平分別表示1和0，在整個碼元期間電平保持不變。

（3）單極性歸零碼：此碼常記作RZ（歸零）碼。與單極性不歸零碼不同，RZ碼發(fā)送1時高電平在整個碼元期間T內(nèi)只持續(xù)一段時間，在其余時間則返回到零電平，發(fā)送0時用零電平表示。T稱為占空比，通常使用半占空碼。

（4）雙極性歸零碼：用正極性的歸零碼和負(fù)極性的歸零碼分別表示1和0。這種碼兼有雙極性和歸零的特點(diǎn)。雖然它的幅度取值存在三種電平，但是它用脈沖的正負(fù)極性表示兩種信息，因此通常仍歸入二元碼。

（5）差分碼：在差分碼中，1和0分別用電平的跳變或不變來表示。在電報通信中，常把1稱為傳號，把0稱為空號。用電平跳變表示1，稱為傳號差分碼，若用電平跳變表示0，則稱為空號差分碼。傳號差分碼和空號差分碼分別記作NRZ（M）和NRZ（S）。由于差分碼中電平只具有相對意義，所以又稱為相對碼。

（6）數(shù)字雙相碼：又稱分相碼或曼徹斯特碼。它用一個周期的方波表示1，用方波的反相波形表示0，并且都是雙極性非歸零脈沖。這樣就等效于用2位二進(jìn)制碼表示信息中的1位碼。

（7）密勒碼：在這種碼中，l用碼元間隔中心出現(xiàn)躍變表示，即用10或01表示。0有兩種情況：單0時在碼元間隔內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，而且在與相鄰碼元的邊界處也無躍變；出現(xiàn)連0時 ，在兩個0的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即00與11交替。這樣，當(dāng)兩個1之間有一個0時，則在第一個1的碼元中心與第二個1的碼元中心之間無電平跳變，此時密勒碼中出現(xiàn)最大脈沖寬度，即兩個碼元周期。由此可知，該碼不會出現(xiàn)多于4個連碼的情況，這個性質(zhì)可用于檢錯。

（8）傳號反轉(zhuǎn)碼：傳號反轉(zhuǎn)碼記作CMI碼，與數(shù)字雙相碼類似，它也是一種雙極性二電平不歸零碼。在CMI碼中，1交替地用00和11兩位碼表示，而0則固定地用01表示。

三元碼：三元碼指的是用信號幅度的三種取值表示二進(jìn)制碼，三種幅度的取值為：＋A，0，-A?；蛴涀魇?，0，－l。這種方法并不是表示由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換到三進(jìn)制，信息的參量取值仍然為兩個，所以三元碼又稱為準(zhǔn)三元碼或偽三元碼。

（1）傳號交替反轉(zhuǎn)碼：傳號交替反轉(zhuǎn)碼常記作AMI碼。在AMI碼中，二進(jìn)制碼0用0電平表示，二進(jìn)制碼1交替地用+l和-1的半占空歸零碼表示。

（2）n階高密度雙極性碼：n階高密度雙極性碼記作HDBn碼。。

（3）BNZS碼：。

頻帶利用率：為了說明傳輸系統(tǒng)的帶寬與碼元傳輸速率的關(guān)系，定義頻帶利用率

為 單位為Bd/Hz，即單位頻帶的碼元傳輸速率。

6.3 擾碼和解擾

擾碼和解擾：所謂擾碼，就是在發(fā)信端不用增加多余的碼元而攪亂信號，使其統(tǒng)計特性近似于白噪聲，這樣就可以給數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計和性能估計帶來很大的方便。通常用m序列對信源序列進(jìn)行“加亂＂處理（有時也稱為擾碼）以使信源序列隨機(jī)化。解擾就是在接收端把“加亂”了的序列用同樣的m序列“解亂”，即進(jìn)行解擾，恢復(fù)原有的信源序列。

m序列：m序列是最長線性反饋移位寄存器序列的簡稱，它是最常用的一種偽隨機(jī)序列。m序列是由帶線性反饋的移位寄存器產(chǎn)生的，并且具有最長的周期。

擾碼器和解擾器：

眼圖：是一種利用實驗手段方便地估計系統(tǒng)性能的一種方法。具體做法是：將待測的基帶信號加到示波器的輸入端，同時把位定時信號作為掃描同步信號。這樣示波器對基帶信號的掃描周期嚴(yán)格與碼元周期同步，各碼元的波形就會重疊起來。對于二進(jìn)制數(shù)字信號，這個圖形與人眼相象，所以稱為“眼圖”。因為基帶波形的失真通常是由噪聲和碼間串?dāng)_造成的，所以眼圖的形狀能定性地反映系統(tǒng)的性能。

1．掌握ASK、FSK和PSK的基本概念與調(diào)制、解調(diào)方法；

2．掌握2DPSK的基本原理；

3．了解多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制MASK、MPSK、MFSK的基本原理。

1．掌握三種差錯控制方法的基本概念；

2．了解差錯控制編碼的分類；

3．理解檢錯和糾錯原理，掌握檢錯和糾錯的條件；

4．了解常用檢錯碼；

5．掌握線性分組碼的基本概念、生成方法以及譯碼原理；

6．了解循環(huán)碼的基本概念。

8.1選擇題

1．線性分組碼(n,k)中；許用碼組的個數(shù)是 [ ]

A. 2n

2．在一個碼組內(nèi)要想糾正t位誤碼，同時檢測出e位誤碼（e≥t）,要求最小碼距為[ ]

A、 B、

C、

D、

3．一碼長n=15的漢明碼其監(jiān)督碼位為是 [ ]

A.15 B. 5 C.4 D. 10

4．不需要反饋信道的差錯控制方式是 [ ]

A. 前向糾錯(FEC)、 B. 檢錯重發(fā)（ARQ）

C. 混合糾錯（HEC）。 D. 信息反饋（IF）

5．奇偶校驗碼實施偶校驗是其監(jiān)督方程應(yīng)為 [ ]

A、

B、

C、

D、

8.2填空題

1．設(shè)一碼組為(0000000)，(1100101)，(1010011)和(0101110)，該碼的最小碼距為_____，最多能發(fā)現(xiàn)_____個錯碼。

2．在一線性分組碼中，若要糾正2個錯誤，要求最小碼距dmin應(yīng)為_____。

3．在一線性分組碼中，若要檢出5個錯碼，要求最小碼距dmin應(yīng)為_____。

4．(7，4)漢明碼可糾_____位錯碼。

5．（5，4）奇偶監(jiān)督碼實行偶監(jiān)督，則信息元1011對應(yīng)的監(jiān)督位為 。

8.3運(yùn)用與發(fā)揮題

1．已知（7，4）線性碼的生成矩陣為G= 寫出監(jiān)督矩陣，若接收碼為1110101，計算校正子。

2．已知（7.4）循環(huán)碼生成多項式g(x)= +x+1

1. 2） 寫出該循環(huán)系統(tǒng)的全部碼系。

2.

1） 求其生成矩陣及監(jiān)督矩陣。

3．某循環(huán)碼是信息位k=3的碼，它的生成矩陣。G=

求： 1) 確定該碼的生成多項式g(x)

2) 尋求輸入信息碼為011時相應(yīng)的循環(huán)碼碼組

4．設(shè)(7，4)漢明碼的一致監(jiān)督方程為：

求：1)監(jiān)督矩陣和生成矩陣。2)已知信息碼組為1010，寫出發(fā)送碼字。3)若接收碼字為1100111，試確定是否有錯？若有錯，請改正。

5．已知(7，4)漢明碼的監(jiān)督矩陣為

求：1)生成矩陣G。

2)求消息碼0101的碼字。

3)若接收碼為1010111，試確定該碼字是否有錯，若有錯，請改之。