• 通信原理学习笔记1:模拟与数字通信系统、通信系统性能指标


    通信系统的演变

    1. 有线模拟模拟通信系统:最早的有线电话,话音直接由话筒到电流信号再到听筒

    有线电话,线路架设不便,引入无线信道,传输空间电磁波

    1. 无线模拟通信系统:无线电话通信系统,加入了调制器/解调器和收发天线

    模拟系统,底层由模拟电路实现,传输模拟信号,抗干扰能力很差,且传输中继会放大噪声

    1. 无线数字通信系统:进一步加入模数转换器,调制器变为数字调制器

    最终,我们用数字电路处理数字信号,有许多优点

    数字电路的优点:

    • 大量晶体管而非模拟元件组成电路,集成度高;
    • 电路可靠性高,小幅度的电流电压波动不影响电路,基本不受外部环境影响,电路处理的结果可重复、可复>现;
    • 电路功耗低
    • 设计过程自动化,无需手工运算

    数字通信系统的优点:

    • 通过中继器可以再生出“干净”的信号,抗干扰能力强
    • 各种消息都可变成统一的数字信号,通用性强
    • 可应用信源/信道编码等,提高有效性和可靠性
    • 便于加密、复用传输、存储
    • 缺点:显然数字信号承载信息的能力不如模拟信号,故占用带宽更大

    通信系统的模型

    一般通信系统的模型为:

    信源
    发射机
    信道
    接收机
    信宿
    • 对于无线模拟通信系统,信源的模拟信号经过模拟调制(主要就是一个“上变频”的过程)后发射

    • 对于无线数字通信系统,信源模拟信号先模数转换(即PCM的采样+量化+编码),并对数字信号进行数字调制(数字序列转化为模拟波形,即比特映射+脉冲成形+上变频),最后发射

    数字通信系统的模型

    信源编码
    信道编码
    交织
    脉冲成形
    调制
    发射天线

    接收机对应的处理流程为:

    接收天线
    解调
    采样判决
    解交织
    信道译码
    信源译码
    • 信源编码:用于去冗余,只传输必要的信息
    • 信道编码:增加冗余,减少噪声和干扰导致的误码(但是在连续误码时,很可能无法纠错)
    • 交织:按照一定规律打乱数据,从而将信道的连续误码变为解交织后的零星的误码(以便信道编码的纠错)
    • 脉冲成形:数字序列转换为实际电路中的脉冲波形,如矩形脉冲
    • 调制控制信号传输时占用的频段范围。即按照一定处理(如ASK/PSK/QAM),将基带信号承载到高频载波信号上,从而满足信道的要求,另外调制还能让我们实现频分复用

    什么是信道的要求呢?
    对于无线通信,电磁波频率高,波长小,才能用较短的天线来发射信号;
    对于有线通信,我们必须将二进制数据调制在电话线允许的3400Hz以内,才能用电话线传输数字信号,但传数据时不能打电话;
    如果要数话同传,就要控制话音信号占用频段和数字信号占用频段不冲突,于是有出现了ADSL(4kHz以下传话音,25kHz~1.1MHz传输上下行数据)

    • 天线:将电信号转换为电磁波,发射到空间中传播

    电磁波的频率与波长成反比 λ = υ f \lambda=\frac{\upsilon}{f} λ=fυ
    频率越高,波长小(接近分子原子尺寸),穿透力越强,但能量易丢失,即电磁波振幅衰减越快,从而无线基站的覆盖性越差;
    频率越低,波长大,穿透力弱,但是绕射能力强,能量不易丢失,从而覆盖性好,可用于远距离通信

    通信系统性能指标

    衡量通信系统的优劣,从有效性和可靠性两方面考虑

    • 有效性:信息传输效率,传输相同信息,所用时间短、占用频谱带宽小,则有效性好
    • 可靠性:信息传输质量,传输时信息失真程度小,则可靠性高

    具体到模拟通信系统

    • 有效性:占用带宽越小,有效性越好(AM有效性比FM好)
    • 可靠性:信噪比越高,可靠性越好(FM可靠性比AM好)

    具体到数字通信系统

    • 有效性:频谱利用率
    • 可靠性:误比特率
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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/Insomnia_X/article/details/125706884