1、 第第1章章 通信的基础知识通信的基础知识目 录ONTENTS目录02 1.1 通信的基本概念04通信：指的是信息的传输与交换。通信系统:用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合。1.1 通信的基本概念05信源发送设备传输介质接收设备信宿干扰通信系统的一般模型 通信的分类1.2 1.2 通信的分类071.2.1 按信号特征分类 根据信道传输信号种类的不同，通信系统可分为两大类：模拟通信系统和数字通信系统。模拟系统是指信道中传输模拟信号的系统，模拟信号是指连续变化的信号，如传统的电话、广播和电视信号就是模拟信号。数字系统是指信道中传输数字信号的系统称为，数字信号是指离散变化的信号,如数字电话
2、、互联网通信信号即为数字信号。u(t)(a)(b)u(t)tt1.2 通信的分类08模拟信号与数字信号波形1.2.2 按传输介质分类按传输介质的不同，通信系统又可分为无线通信系统与有线通信系统。1.2.3 按调制方式分类按调制与否，可分为基带通信系统和调制通信系统。所谓基带通信，是指传输的信号是没有经过任何调制处理的信号，即基带信号，而调制通信传输的是已经调制的信号。1.2.4 按通信业务分类按传送信息的物理特征分为电话通信系统、电报通信系统、广播通信系统、电视通信系统、数据通信系统等。1.2.5 按工作波段分类按使用波长可分为长波通信系统、中波通信系统、短波通信系统、微波通信系统和光通信系统
3、等。1.2 通信的分类09 通信的基本方式1.3 1.3通信的基本方式11通信方式指通信双方(或多方)之间的工作形式和信号传输方式，它是通信各方在通信实施之前必须首先确定的问题。1.3.1 按通信对象数量的不同 通信方式可分为点到点通信(即通信是在两个对象之间进行)、点到多点通信(一个对象和多个对象之间的通信)和多点到多点通信三种(多个对象和多个对象之间的通信)。、1.3.3 按通信终端之间的连接方式 通信方式可划分为两点间直通方式和交换方式。直通方式是通信双方直接用专线连接；而交换式的通信双方必须经过一个称为交换机的设备才能连接起来，如电话系统。1.3.4 在数据通信中按数字信号传输的顺序，
4、通信方式又有串行通信与并行通信之分。l串行通信是指将表示一定信息的数字信号序列按信号变化的时间顺序一位接一位地从信源经过信道传输到信宿。其特点是只需一条信道，通信线路简单、成本低廉，一般用于较长距离的通信，比如工控领域利用计算机串口进行的数据采集和系统控制。缺点是传输速度较慢，为解决收、发双方的码组或字符同步问题，需要采取同步措施。l并行通信是指将表示一定信息的数字信号序列按码元数分成n路（通常n为一个字长，比如8路、16路、32路等），同时在n路并行信道中传输，信源一次可以将n位数据（一个字节）传送到信宿。并行通信的特点是需多条信道、通信线路复杂、成本较高、但传输速率快且不需要外加同步措施就
5、可实现通信双方的码组或字符同步，多用于短距离通信，比如计算机与打印机之间的通信。1.3.5 按同步方式的不同，又分为同步通信和异步通信。1.3通信的基本方式14 通信系统的调制技术1.4 1.4通信系统的调制技术16 通信的目的是为了把信息向远处传递,在传播人声的过程中，可以先用话筒把人声变成电信号，再通过扩音机放大后用喇叭（扬声器）播放出去。由于喇叭的功率大，因此声音可以传得比较远，但如果还想将声音再传得更远一些，比如几十千米、几百千米，那该怎么办？大家自然会想到用电缆或无线电进行传输，但会出现两个问题，一是铺设一条几十千米甚至上百千米的电缆只传一路声音信号，其传输成本之高、线路利用率之低人
6、们是无法接受的；二是利用无线电通信，但需满足一个基本条件，即欲发射信号的波长（两个相邻波峰或波谷之间的距离）必须能与发射天线的几何尺寸可比拟，该信号才能通过天线有效地发射出去（通常认为天线尺寸应大于波长的十分之一）。而音频信号的频率范围是20Hz20kHz，最小的波长为式中，为波长（m）；c为电磁波传播速度（光速）（m/s）；f为音频（Hz）。可见，要将音频信号直接用天线发射出去，天线几何尺寸即便按波长的百分之一取也要150米高（不包括天线底座或塔座）。因此，要想把音频信号通过可接受的天线尺寸发射出去，就需要想办法提高欲发射信号的频率（频率越高波长越短）。第一个问题的解决方法是在一个物理信道中
7、对多路信号进行频分复用（FDM）；第二个问题的解决方法是把欲发射的低频信号“搬”到高频载波上去（或者说把低频信号“变”成高频信号）。两个方法有一个共同点就是要对信号进行调制处理。1.4通信系统的调制技术17 调制是指让载波的某个或几个参数随调制信号（原始信号）的变化而变化的过程或方式。而载波通常是一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身不含有任何有用信息。根据调制信号的类型不同可以将调制分为模拟调制和数字调制方式。其中，常见的模拟调制有AM、FM和PM，常见的数字调制方式有ASK、FSK、PSK以及QAM等。1.4通信系统的调制技术18 模拟通信系统、数字通信系统1.5 1.5模拟通信系
8、统、数字通信系统20l1.5.1 模拟通信系统与数字通信系统的基本概念 根据通信技术的现状，在传统分类方式的基础上，结合信源和信宿所处理的信号种类对通信系统可重新进行分类，把通信系统分为三种：模拟通信系统、数字通信系统和数据通信系统。这里需要明确模拟通信、数字通信和数据通信的概念：l模拟通信一般指的是信源发出的、信宿接收的和信道传输的都是模拟信号的通信过程或方式。因此，模拟通信系统可以说是以模拟信道传输模拟信号的系统。l数字通信是指信源发出和信宿接收的是模拟信号，而信道传输的是数字信号通信过程或方式。因此，数字通信系统可以说是以数字信号的形式传输模拟信号的系统。l数据通信是随计算机和计算机网络
9、的发展而出现的一种新的通信方式，它是指信源、信宿处理的都是数字信号，而传输信道既可以是数字信道也可以是模拟信道的通信过程(方式)。通常，数据通信主要指计算机(或数字终端)之间的通信。1.5模拟通信系统、数字通信系统211.5.2 数据通信的主要性能指标1.带宽带宽有信道带宽和信号带宽之分，一个信道(广义信道)能够传送电磁波的有效频率范围就叫该信道的带宽。对信号而言，信号所占据的频率范围就是信号的带宽。2.信号传播速度信号传播速度是指信号在信道上每秒钟传送的距离，单位是ms。3.数据传输速率（比特率）数据传输速度是指每秒能够传输多少位数据，单位是比特秒（b/s）。4.最大传输速率每个信道传输数据
10、的速率有一个上限，我们把这个速率上限叫做信道的最大传输速率，也就是信道容量。5.码元传输速率（波特率）信号每秒钟变化的次数叫做波特率（Baud）。6.吞吐量吞吐量是信道在单位时间内成功传输的信息量。单位一般为bit/s。例如某信道10分钟内成功传输了8.4Mbit的数据，那么它的吞吐量就是8.4Mbit600s=14kb/s。注意，由于传输过程中出错或丢失数据造成重传的信息量，不计在成功传输的信息量之内。7.利用率利用率是吞吐量和最大数据传输速率之比。8.延迟延迟指从发送者发送第一位数据开始，到接收者成功地收到最后一位数据为止，所经历的时间。它又主要分为传输延迟、传播延迟两种，传输延迟与数据传
11、输速率和发送机接收机以及中继和交换设备的处理速度有关，传播延迟与传播距离有关。9.抖动（Jitter）延迟不是固定不变的，它的实时变化叫做抖动。抖动往往与机器处理能力、信道拥挤程度等有关。有的应用对延迟敏感，如电话；有的应用对抖动敏感，如实时图像传输。10.差错率（包括比特差错率、码元差错率、分组差错率）差错率是衡量通信信道可靠性的重要指标，在计算机通信中最常用的是比特差错率和分组差错率。比特差错率是二进制比特位在传输过程中被误传的概率，在样本足够多的情况下，错传的位数与传输总位数之比近似地等于比特差错率的理论值。码元差错率（提示：对应于波特率）指码元被误传的概率。1.5模拟通信系统、数字通信
12、系统22 xxxx XXxX例6-6：根据表6-6和表6-7，制作控制图。表6-6 R控制图计算表样本大小计量值小计平均数全距x1x2x3x4x5x R113.213.312.713.412.164.712.941.3213.512.813.012.812.464.512.901.1313.912.413.313.113.265.913.181.5413.013.012.112.113.363.512.701.2513.712.012.512.412.463.012.601.7613.912.112.713.413.065.113.021.8713.413.613.012.413.565.91
13、3.181.2814.412.412.212.412.563.912.782.2913.312.412.612.912.864.012.800.91013.312.813.013.013.165.213.040.51113.612.513.313.512.865.713.141.11213.413.312.013.013.164.812.961.41313.913.113.512.812.665.913.181.31414.212.712.912.912.565.213.041.71513.612.612.412.512.263.312.661.41614.013.212.413.013.06
14、5.613.121.61713.112.913.512.312.864.612.921.21814.613.713.412.212.566.413.282.41913.913.013.013.212.765.813.161.22013.312.712.612.812.463.812.760.92113.513.013.413.613.066.513.300.62212.813.313.113.012.865.013.000.52312.012.513.712.412.963.512.701.72413.012.113.512.712.964.212.841.42512.514.012.113.
15、313.064.912.981.9通过计算，所得控制图如图6-12和图6-13所示图6-13 R控制图例例6-7：根据表：根据表6-8，制作控制图。，制作控制图。样本样本大小大小计量值计量值小计小计x平均平均数数 全距全距Rx1x2x3x4x5113.213.513.014.412.566.613.31.9213.612.413.012.812.964.712.91.2312.513.113.712.413.865.513.11.4414.012.713.213.612.966.413.31.3512.913.812.512.114.565.813.22.4613.113.512.414.01
16、3.066.013.21.6712.212.814.413.012.564.913.02.2813.713.212.913.814.267.813.61.3913.213.513.813.013.366.813.40.81014.213.914.513.713.469.713.91.11113.813.013.513.913.667.813.60.91212.813.212.814.513.266.513.31.71311.813.512.413.013.364.012.81.71412.011.513.214.513.764.913.03.01513.512.713.012.911.863.912.81.7表6-8 R控制图计算表解：解：通过计算，所得控制图如图6-14和图6-15所示。图6-15 R控制图
