通信原理(第二版) 第1章

第1章 通信原理概述 图1.2.4 测量系统模型
第1章 通信原理概述
这类系统主要由4个部分组成： 信号源、待测物体(中介 体)、信号检测(比较)部分和接收终端(显示)。此类系统中， 信号源发出的信号是已知的，一路作为标准信号，另一 路为经待测物体后变化的信号，根据两路信号的变化量来判断 待测物体的特征，即通过系统主要测量信号经过中介体后的变 化，来判断中介体的特征。
无线广播通信系统中的调制是将基带信号附加到合适的载 波信号上，以便在信道上进行传输。针对不同的系统有不同的 处理方式，比如上面介绍的无线广播通信系统中的调制，是由
第1章 通信原理概述
由于消息存在着许多不同的类型以及不同的传输方法， 因此产生了种类繁多的通信系统。
为了分析消息传输的实质，可以把各类通信系统共性及基 本组成概括为一个一般模型。不管何种通信系统，信息总是由 发送端通过信道传递到接收端的。因此，通信系统的一般模型 如图1.2.3
第1章 通信原理概述
有些信号没有确定的数学表示式，当给定一个时间值时， 信号的值并不确定，通常只知道它取某一数值的概率，这种信 号称为随机信号或不规则信号。严格地说，所有的信号都是随 机信号。因为对于接收者来说并不能确定地预知信号在某一瞬 间应取何值。研究随机信号时应该用统计的观点和方法。图 1.3.2(ｂ)所示为随机信号的波形举例，我们无法确定在某一
接收设备的作用则是完成发送设备的逆变换，它把接收的
第1章 通信原理概述
信宿是信息到达的目的地，信息通过接收的信号还原为原
噪声可以由消息的初始产生环境、构成变换器的电子设备、传 输信道以及各种接收设备等所有信号传输环节中的一个或几个 产生，为分析方便起见，在模型中把噪声集中由一个噪声源表
根据研究的对象或关心的问题的不同，还可以出现不同形 式的具体通信系统模型，比如雷达、声纳及地震法勘测等测量 系统，如图1.2.4

相关函数描述了两个函数在时间间隔τ的两点上取值的相关性， 它与卷积过程有一定的相似性。相关函数的积分运算与卷积运算的 主要区别如下：
(1) 卷积运算是无序的，即x1(t)*x2(t)= x2(t)* x1(t) ； 而 相关函数的积分运算是有序的，即R12(τ)≠R21(τ)。
(2) 对于同一个时间位移值，相关函数的积分运算与卷积运算 中位移函数的移动方向是相反的。
设xT(t)为x(t)在一个周期内的截断信号，
x(t)
xT (t)
0
T 2t T 2
其他
(2-15)
第2章 信号、信道及噪声
那么
XT () F[xT (t)]
xT
(t
)e
jt
dt
从而推出
X
()
2π T
XT
()
n
(
n0 )
0 XT (n0 ) ( n0 ) n
比较式(2-14)与式(2-16)可得
Vn
1 T
X T (n0 )
（2-16） （2-17）
第2章 信号、信道及噪声 2.1.4 信号的能量谱密度和功率谱密度
1. 能量信号的能量谱密度函数(帕塞瓦尔定理) 能量信号x(t)是指在时域内有始有终， 能量有限的非周期 信号。 对能量信号x(t)，可用其频谱密度函数X(ω)及信号的能量 谱密度函数G(ω)来描述。 设能量信号x(t)频谱密度函数为X(ω)， 信号的能量为
1. 互相关函数
设x1(t)和x2(t)为两个周期功率信号， 则它们之间的互相 关程度用互相关函数R12(τ)表示，且被定义为
R12
(
)def
1 T0
T0
2 T0
x1(t)x2 (t

在接收端：检测该波形的代价又如何？
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电子系统——通过电信号来实现信息的传递 术语：“通信”与“电信”。
（communication） （telecommunication）
摩尔斯电报系统——最古老的电信系统，传送文字消息。诞生于 1837年，以不同长度的声音表示字符——电码信号。
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噪声源:
发信者
发送器
信道 噪声源
接收器
收信者
要强调的是在通信中， 信息是接收方所未知的，消息越感出乎意料，信息量
就越大。 通信系统中还存在噪声，噪声也是无法预知的，噪声
限制了通信的能力。
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信号波形(信息承载波形)设计取决于如下几个因素：
• 信号波形的带宽。 • 信号波形的功率和能量。信号波形的抗干扰能力如何？ • 在发送端：产生该波形的代价如何？
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第1章 绪论
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本章讲授通信的基本概念、术语和入门知识。使学 生对通信的研究方向、应用环境、基本模型及系统有一 个初步的了解。
主要学习内容有： 掌握：基本术语、模拟与数字消息、信息概念及其 度量、信道模型与噪声问题。 理解：数字与模拟通信系统特点、框图及基本指标、 无线电波传播，山农公式与信道容量。 了解：典型通信系统、常见消息、常用信道、频带
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1.1 通信的基本概念 1.2 历史回顾 1.3 信源与常见的消息 1.4 信道 1.5 频带与电波传播 1.6 数字与模拟通信系统 1.7 通信网络
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1.1 通信的基本概念

为了理解频率复用的概念，考虑一个共有S个可用的双向信道的蜂窝系统。如果每个小区都分 配 k 个信道（k < S），S 个信道在 N 个小区中分为各不相同的、各自独立的信道组，而且每个信道 组有相同的信道数目，那么可用信道的总数可表示为
(3.1)
共同使用全部可用频率的 N 个小区称为一个簇。如果簇在系统中复制了 M 次，则双向信道的 总数 C 可以作为容量的一个度量：
解： 已知：总带宽 = 33 MHz 信道带宽 = 25 kHz × 2 单向信道 = 50 kHz/ 双向信道 总的可用信道 = 33 000/50 = 660 个信道
(a) N = 4 每个小区的信道数目 = 660/4 ≈ 165 个信道
(b) N = 7 每个小区的信道数目 = 660/7 ≈ 95 个信道
3.2 频率复用
蜂窝无线系统依赖于整个覆盖区域内信道的智能分配和复用[Oet83]。每个蜂窝基站都分配一 组无线信道，这组信道用于称为“小区”的一个小地理范围内，该信道组所包含的信道不能在其相 邻小区中使用。基站天线的设计要做到能覆盖某一特定小区。通过将覆盖范围限制在小区边界以内， 相同的信道组就可用于覆盖不同的小区。要求这些同信道组的小区两两之间的距离足够远，从而使 其相互间的干扰水平在可接受的范围内。为整个系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程称 为频率复用或频率规划[Mac79]。
为了充分利用无线频谱，必须要有一个能实现既增加用户容量又以减小干扰为目标的频率复用 方案。为了达到这些目标，已经发展了各种不同的信道分配策略。信道分配策略可以分为两类：固 定的和动态的。选择哪一种信道分配策略将会影响系统的性能，特别是在移动用户从一个小区切换 到另一个小区时的呼叫处理方面（[Tek91], [LiC93], [Sun94], [Rap93b]）。