1 通信及通信系統

通信（Communication）是實現信息和消息傳輸的過程

通信系統（Communication System）的組成：

實現通信的所有硬件和軟件設備、傳輸媒介以及各種通信協議等

消息（Message）、信息（Information）、信號（Signal）的區別：

消息通常指人的感官能夠感受到的語音、圖形、文字符號、圖形圖像、數據等

用戶從通信系統中接收消息，從中提取出對自己有用的東西，稱為信息

在電子、光通信系統中實際傳輸的都是電、光信號

1.1 通信系統的基本組成模型

信源：

消息->基帶信號（Baseband Signal）

發送設備：

基帶信號->射頻信號、已調信號（Modulated Signal）

信道：

噪聲、傳輸特性

接收設備：

解調、過濾噪聲、波形整形、幅度功率放大

1.2 通信系統的分類

通信業務：

電話通信系統、廣播電視系統、多媒體通信系統、數據通信系統、……

傳輸媒介：

有線通信系統、無線通信系統

信號類型：

模擬通信系統、數字通信系統、模擬信號的數字化傳輸系統

調制解調：

基帶傳輸系統、頻帶傳輸系統（調幅傳輸系統、調頻傳輸系統、… ）

1.3 模擬通信和數字通信系統

數字消息和連續消息

文字符號和數據等消息的狀態個數（符號和數據的個數）是有限的，取值是離散的，稱為數字消息

語音、圖像消息的狀態取值連續變化，稱為連續消息

數字信號和模擬信號

為了實現消息的傳輸和交換，需要將消息轉換為電信號，將消息的各種狀態轉換為信號某個參量（幅度、頻率或者相位等）的取值。 因此，與消息的狀態取值相對應，電信號的指定參量在各時刻的取值也就可能是連續的或者離散的，分別稱為模擬信號和數字信號

2 調制和解調

模擬調幅信號（AM信號）

數字調幅信號（ASK信號）

2.1 調制解調的基本概念

所謂調制（Modulation），是在發送端將需要傳送的原始基帶信號變換為適合于信道傳輸的信號

一般是將基帶信號用于控制高頻載波的某個參數，例如幅度、頻率、相位等，使其隨基帶信號的幅度變化規律而變化

解調（Demodulation）是與調制完全相反的過程，通過解調，接收端從接收到的已調信號中恢復出原始基帶信號，再送到接收者

擴展：

調制器（Modulator）、解調器（Demodulator）

m(t)：基帶信號、調制信號、Modulating Sig.

sm(t)：已調信號、Modulated Sig.

c(t)：調制載波、Carrier

解調器中的載波c(t)又稱為解調載波，根據實際解調器的原理，不一定需要

2.2 調制解調的分類

調制器分類：

解調器分類：

相干解調適用于所有的線性調制，并且不具有門限效應，但是需要專門電路自動提取出相干解調載波，因此解調器和接收機都比較復雜

包絡檢波非相干解調電路結構簡單，易于實現，接收機成本低，在早期的中波調幅廣播中大量應用

2.3 調制解調的作用

實現有效傳輸

通過調制，使信號特性與信道特性相匹配，便于通過信道實現無失真傳輸，便于通過天線實現有效輻射

實現信道復用

通過同一信道同時傳送多路信號，提高信道利用率

增強抗噪聲性能

通過選擇合適的調制方式以及設置合適的調制參數可以減少噪聲對傳輸質量的影響

3 通信系統的質量指標

從信息傳輸的角度考慮，通信系統最主要的性能指標是有效性和可靠性。 其中有效性指的是傳輸信息所需占用的信道資源（例如帶寬或者時間），可靠性指的是接收信息的準確程度

擴展：

有效性和可靠性的相互矛盾：

提高有效性通常會造成可靠性的下降。 在實際系統中，只能根據需要及技術發展水平盡可能做到適當的統一例如，在滿足可靠性要求的前提下，盡可能提高傳輸速度； 或者在滿足有效性的前提下，采用各種技術盡可能保證傳輸的準確度

3.1 模擬通信系統的質量指標

有效性——信號的帶寬

待傳輸的信號帶寬越小，傳輸時需要占用系統和信道的帶寬就越小。 因此，當信道帶寬給定后，能夠傳輸的信號路數越多，有效性也就越好。

對同樣的消息信號，采用不同的調制傳輸方式，得到的已調信號帶寬也不一樣

例如，語音信號的調幅傳輸，需要占用8kHz帶寬，而單邊帶調制傳輸，只需要4kHz帶寬，因此采用單邊帶傳輸的有效性優于調幅傳輸。

可靠性——輸出信噪比

所謂信噪比（SNR，Signal-Noise Rate)，指的是信號與噪聲的功率之比。

實際數據、分貝值

在接收端的輸出信號中，有用信號和噪聲的功率之比，稱為接收機的輸出信噪比

對用戶來說，輸出信噪比越大，傳輸質量和可靠性就越好

不同的調制傳輸方式，在同樣的信道條件下，輸出信噪比是不同的。 例如，調頻傳輸系統的可靠性要優于調幅傳輸系統

3.2 數字通信系統的質量指標

有效性——傳輸速率

傳碼率（碼元速率）Rs、傳信率（信息速率）Rb

碼元（符號，symbol）、信息（bit）

兩種速率之間的關系：

采用多進制傳輸，可以在相同的碼元速率下，獲得更高的信息速率；

反之，為達到相同的信息速率，采用多進制傳輸，可以降低傳輸的碼元速率。

有效性——頻帶利用率

頻帶利用率反映了信號帶寬與傳輸速率的關系，更全面地描述了數字通信系統的有效性。

頻帶利用率取決于進制數與傳輸波形。 為獲得足夠高的頻帶利用率，必須采用特殊的電脈沖傳輸波形。

帶寬只與碼元速率和信號波形有關，與信號的幅度和進制無關，因此兩種頻帶利用率之間的關系為

采用多進制傳輸，可以提高信息頻帶利用率

可靠性——差錯率

在接收到的總的碼元和信息量中，錯誤的碼元和錯誤的信息量有多少。 誤碼率Ps、誤信率Pb

誤碼率或者誤信率越小，則接收到的錯誤碼元和錯誤信息量越少，傳輸的可靠性越高。

對0、1等概的二進制傳輸，Ps = Pb； 對多進制傳輸，關系較復雜，不一定是log2M 倍的關系。

不同的傳輸方式，具有不同的差錯率。

不同系統對差錯率的要求也不同。 例如，數字電話通信系統要求不超過10-3，而計算機數據傳輸系統要求不超過10-9。

4 總結

系統原理組成、信號傳輸過程、傳輸性能