2022年通信系统模型综述 .pdf

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1、通信系统模型综述一、通信系统一般模型通信的目的是传输信息，进行信息的时空转移。通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。实现通信的方式和手段很多，如手势、语言、旌旗、烽火台和击鼓传令，以及现代社会的电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等，这些都是消息传递的方式和信息交流的手段。伴随着人类的文明、不和科学技术的发展，电信技术也是以一日千里的速度飞速发展，如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般指“电通信” 。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中， 消息的传递是通过电信号来实现的，首先要把消息转换成电信号，经过发送设备，将信号送入

2、信道，在接收端利用接收设备对接收信号做相应的处理后，送给信宿再转换为原来的消息，这一过程可用下图的通信系统一般模型来概括。上图各部分的功能简述如下：图 1 1. 信息源信息源（简称信源）的作用是把各种消息转换成原始电信号。根据消息的种类不同，信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源输出连续的模拟信号，如话筒（声音音频符号） 、摄像机（ 视频信号）；数字信源则输出离散的数字信号，如电传机（键盘字符数字信号）、计算机等各种数字终端。并且，模拟信源送出的信号经数字化处理后也可送出数字信号。2. 发送设备发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号，即使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗信道干扰的能

3、力，并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。因此，发送设备涵盖的内容很多，可能包含变换、放大、滤波、编码、调制等过程。对于信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 多路传输系统，发送设备还包括多路复用器。3. 信道信道是一种物理煤质，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。在无线信道中，信道可以是自由空间；在有线信道中，可以是明线、电缆和光纤。有线信道和无线信道均有多种物理煤质。信道既

4、给信号以通路，也会对信号产生各种干扰和噪声。信道的固有特性及引入的干扰和噪声直接关系到通信的质量。上图中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统及其他各处的噪声的集中表示。噪声通常是随机的，形式多样的，它的出现干扰了正常信号的传输。4. 接收设备接收设备的功能是将信号放大和反变换（如译码、解调等），其目的是从收到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。对于多路复用信号，接收设备中还包括解除多路复用，实现正确分路的功能。此外，它还要尽可能减小在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。5. 受信者受信者（简称信宿）是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。上图概括的描

5、述了一个通信系统的组成，哦那个新系统的共性。根据我们研究的对象以及所关注的问题不同，因而相应有不同形式的、更具体的通信模型。通常按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。二、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，其模型如图2 所示，其中包含两种重要变换，第一种变换是，在发送端把连续消息变换成原始电信号，在接收端进行相反的变换， 这种变换由信源和信宿完成，这里所说的原始电信号通常称为基带信号。有些信道可以直接传输基带信号，而以自由空间作为信道的无线电传输却无法直接传输这些信号，因此，模拟通信系统中常常需要进行第二种变换：把基

6、带信号变换成适合在信道传输的信号，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。除了上述两种变换，实际通信系统中可能还有滤波、放大、无线辐射等过程，上述两种变换其主要作用，而其他过程不会使信号发生质的变化，只是对信号进行放大和名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 改善信号特性等。图 2 三、数字通信系统模型目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速

7、度已明显超过了模拟通信，成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，数字通信具有以下一些优点：1. 抗干扰能力强（数字信号可多次再生，自动检错、纠错信道），可消除噪声积累。2. 差错可控， 传输性能好。 可采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。3. 便于与各种数字终端接口， 用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。4. 便于集成化，从而使通信设备微型化。5. 便于加密处理，且保密强度高。6. 占用信道频带宽下面简要介绍数字通信系统模型图 3 1. 信源编码与译码信源编码有两个基本功能： 一是提高信息传输的有效性， 而是完成模 / 数(A/D) 转换,信源编码是信源

8、译码的逆过程. 2.信道编码与译码模拟信息源调制器信道解调器受信者噪声源信息源信源编码加密信道编码数字调制数字解调信道译码解码信源译码受信者信道噪声源名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力. 接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。3. 加密与解密在需要事先保密通信的场合, 为了保证所传信息的拿权, 人为地将被传输的数字序列扰乱,

9、即加上密码 , 这种处理过程叫加密. 在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字学列进行解密 , 恢复原来的信息 . 4. 数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处, 形成适合在信道中那个传输的带通信号 . 在接收端可以利用相干解调或非相干解调还原数字基带信号. 数字调制的主要目的是将二进制信息序列映射成信号波形，是对编码信号进行处理，使其变成适合传输的过程。即把基带信号转变为一个相对基带信号而言频率非常高的带通信号，易于发送。数字调制一般是指调制信号是离散的，而载波是连续的调制方式。主要的数字调制方式有： 1.ASK，又称幅移键控法。这种调制方式是根据信号的不同调节正

10、弦波波幅度。 2.PSK，相移键控法，载波相位受数字基带信号控制。如基带信号为 1 时相位为 ，基带信号为 0 时相位为 0。3.FSK，频移键控法，即用数字信号去调节载波频率。4.QAM ，正交幅度调制法， 根据数字信号的不同， 载波相位和幅度都发生变化。5. 同步同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致, 是保证数字通信系统有序/ 准确/可靠工作的前提条件 . 6. 信道信道是通信传输信号的通道， 是通信系统的重要组成部分。 其基本特点是发送信号随机地受到各种可能机理的恶化。在通信系统的设计中， 人们往往根据信道的数学模型来设计信道编码，以获得更好的通信性能。常用的信道数学模型有：加性噪

11、声信道，线性滤波信道，线性时变滤波信道。(1)加性噪声信道：加性噪声信道是最简单的一种信道数学模型，噪声对信号的影响是加性的。如图4所示，输入信号为s(t) ，噪声为 n(t) ，输出为r(t) = s(t)+ n(t) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - +s(t)n(t)r(t)信道图 4 加性噪声数学模型若加上衰减函数 ，则 r(t) = s(t)+ n(t)。(2)线性滤波信道：实际信道中，带宽均有所限制，所

12、以为了确保信号不超出带宽一般会加上线性滤波器。这样的信道便称为线性滤波信道，图5 所示。输入信号为 s(t) ，噪声为 n(t) ，输出为 r(t) ：+s(t)n(t)r(t)信道线性滤波器c（ t ）图 5r(t) = s(t)*c(t) + n(t) = + n(t) (3)线性时变滤波信道：很多物理信道如电离层无线电信道等，其信道特点是时变的， 于是线性滤波器也加上时变特性，则时变信道脉冲响应为c( ;t) ， 表示可变的过去时间。+s(t)n(t)r(t)信道线性滤波器c（； t ）图 6r(t) = s(t)* c( ;t) + n(t) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

13、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - = + n(t) 此种模型很好地反映了物理信道中的多路径信号传播，如手机蜂窝信道。 这是其中的一种特殊例子，若时变脉冲响应为：= 其中表现出时变信道的可能衰减，代表时间延时， L 则表示传播路径的数目。将这一特例带到线性时变滤波信道中则可得输出信号为：r(t) = + n(t) 以上三个信道模型描述了我们在实际中利用的物理信道的大多数重要特点，便于我们对实际通信系统进行设计与分析。图 3 是数字通信系统的一般化模型, 实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节。此外，模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输，当然，数字信号也可以通过传统的电话往来传输，但需要使用调制解调器。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -