通信工程基礎(chǔ)理論培訓(xùn)（無線專業(yè)）設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)部戴維2012.08通信工程基礎(chǔ)理論培訓(xùn)1基礎(chǔ)理論

2

通信原理

3

無線通信原理1基礎(chǔ)理論2通信原理3無線通信

1

基礎(chǔ)理論1、時(shí)域和頻域2、基帶和頻帶3、調(diào)制和解調(diào)4、電磁場理論1基礎(chǔ)理論1、時(shí)域和頻域1、時(shí)域和頻域①時(shí)域和頻域的概念時(shí)域和頻域是用來描述信號的兩個(gè)維度：時(shí)域描述信號波形與時(shí)間軸之間的關(guān)系；頻域描述信號波形與頻率軸之間的關(guān)系；時(shí)域和頻域都是對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象的表達(dá)：時(shí)域的物理意義:信號隨時(shí)間t的連續(xù)變化而來；頻域的物理意義:信號由無限個(gè)正弦波的線性組合而來；數(shù)學(xué)上對于信號在其他維度還有相應(yīng)的描述，但目前具備物理意義的只有時(shí)域和頻域；第一章基礎(chǔ)理論1、時(shí)域和頻域①時(shí)域和頻域的概念時(shí)域和頻域是用來描述信號的兩②時(shí)域和頻域波形第一章基礎(chǔ)理論②時(shí)域和頻域波形第一章第一章基礎(chǔ)理論③周期信號的頻譜以周期為T的矩形波信號為例：第一章③周期信號的頻譜以周期為T的矩形波信號為例：④非周期信號的頻譜非周期信號時(shí)域和頻域之間通過著名的傅里葉變換和逆變換進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化：第一章基礎(chǔ)理論利用下面的歐拉公式可以直觀地看出正弦波信號對時(shí)域信號的線性組合形式④非周期信號的頻譜非周期信號時(shí)域和頻域之間通過著名的傅里葉變⑤正弦信號對時(shí)域信號的合成第一章基礎(chǔ)理論直流分量疊加一個(gè)cos(x)余弦分量：y=0.5+0.637*cos(x)再疊加一個(gè)cos(3x)余弦分量：y=0.5+0.637*cos(x)-0.212*cos(3*x)再疊加一個(gè)cos(5x)余弦分量：y=0.5+0.637*cos(x)-0.212*cos(3*x)+0.127*cos(5*x);由此可知，通過高頻分量的不斷疊加，直流分量+余弦信號的線性組合無限逼近周期矩形信號

⑤正弦信號對時(shí)域信號的合成第一章直流分量疊加一個(gè)cos(x)第一章基礎(chǔ)理論⑥關(guān)于時(shí)域和頻域的總結(jié)1、時(shí)域和頻域是人們對信號在不同角度上的描述，時(shí)域是自然認(rèn)知的過程，頻域是數(shù)學(xué)抽象的過程，但二者都具有確定的物理意義；2、時(shí)域和頻域通過傅里葉正反變換相互轉(zhuǎn)化；3、傅里葉變換本質(zhì)上是利用無限多離散的（周期信號）或連續(xù)的（非周期信號）正弦函數(shù)的線性組合來逼近時(shí)域信號；第一章⑥關(guān)于時(shí)域和頻域的總結(jié)1、時(shí)域和頻域是人們對信號在不同2、基帶和頻帶①基帶和頻帶的概念基帶和頻帶都是用來描述信號頻譜特征的，即他們的適用范圍都在頻域內(nèi)；

基帶：狹義上，指的是未經(jīng)過調(diào)制的信號的頻譜；其特點(diǎn)是頻率較低，信號中心頻率從零頻開始，具有低通形式；

頻帶：和基帶相對，指調(diào)制后的信號頻譜；其特點(diǎn)是中心頻率較高，具有帶通形式；第一章基礎(chǔ)理論2、基帶和頻帶①基帶和頻帶的概念基帶和頻帶都是用②基帶和頻帶示意圖第一章基礎(chǔ)理論②基帶和頻帶示意圖第一章③信號的帶寬第一章基礎(chǔ)理論信號的帶寬和我們通常意義所說的“帶寬”不是同一個(gè)概念；日常所說的帶寬一般以bit/s來形容

，它表示一段信道物理層的數(shù)據(jù)傳輸速率；

信號的帶寬以Hz（赫茲）為單位，它表示該信號在頻域上所占的頻譜寬度；

更精確地，我們約定信號頻譜在正頻率部分所占寬度為該信號的帶寬；因此如上一頁所示，基帶信號帶寬為B，頻帶信號帶寬為2B

③信號的帶寬第一章信號的帶寬和我們通常意義所說的④基帶和頻帶在通信系統(tǒng)中的位置第一章基礎(chǔ)理論1、原始信息編碼后形成基帶信號；2、基帶信號通過調(diào)制操作轉(zhuǎn)化為頻帶信號；3、頻帶信號在信道中傳輸；4、接收端通過解調(diào)操作把頻帶信號轉(zhuǎn)化為基帶信號；5、基帶信號解碼后還原為原始信息；以上即為一個(gè)最常見的數(shù)字通信系統(tǒng)的基本過程，其中基帶信號和頻帶信號通過調(diào)制和解調(diào)操作相互轉(zhuǎn)化

④基帶和頻帶在通信系統(tǒng)中的位置第一章1、原始信息編碼后形成基3、調(diào)制和解調(diào)①調(diào)制和解調(diào)的概念調(diào)制：發(fā)送端將基帶信號的變化加載到一周期變化的高頻載波（一般為正弦波）上的過程；解調(diào)：接收端從已調(diào)制的高頻載波上還原基帶信號的過程；調(diào)制和解調(diào)相對，互為反變換；第一章基礎(chǔ)理論3、調(diào)制和解調(diào)①調(diào)制和解調(diào)的概念調(diào)制：發(fā)送端將基帶信號的變化②調(diào)制的目的自然界的信息，無論模擬還是數(shù)字，其頻譜特征都表現(xiàn)為基帶信號的形式，即頻譜分布在零頻附近的低通信號。

這樣頻譜特征的信號不利于發(fā)射和在信道中長距離傳輸。

通過調(diào)制的手段，把以零頻為中心的基帶信號頻譜搬移到以載波頻率為中心的高頻帶通頻段上，以利于信號的發(fā)射和傳播第一章基礎(chǔ)理論②調(diào)制的目的自然界的信息，無論模擬還是數(shù)字，其頻③調(diào)制的基本類型由調(diào)制的基本定義，理論上載波的各種特征都可以承載基帶信號的變化；

我們考察一個(gè)一般性的余弦載波Acos（ωt+?）

可以承載信息的特征有幅度A、頻率ω、初始相位?

由此得到三種基本調(diào)制類型：

幅度調(diào)制AM

頻率調(diào)制FM相位（角度）調(diào)制PM他們對應(yīng)的數(shù)字調(diào)制方式為ASK、FSK、PSK

目前所有的高階調(diào)制、混合調(diào)制都以上述三種基本調(diào)制為基礎(chǔ)；第一章基礎(chǔ)理論③調(diào)制的基本類型由調(diào)制的基本定義，理論上載波的各④三種基本數(shù)字調(diào)制波形由于目前通信系統(tǒng)都是數(shù)字通信系統(tǒng)，所以我們重點(diǎn)考察三種數(shù)字調(diào)制波形

第一章基礎(chǔ)理論④三種基本數(shù)字調(diào)制波形由于目前通信系統(tǒng)都是數(shù)字通⑤正交調(diào)制和解調(diào)-概念第一章基礎(chǔ)理論發(fā)送端調(diào)制過程為：正交調(diào)制也稱為IQ調(diào)制，目前主流無線通信系統(tǒng)均以正交調(diào)制作為其調(diào)制手段；它將2路輸入信號映射為復(fù)數(shù)平面上的一個(gè)復(fù)數(shù)，即輸入信號X=a+jb；2路載波信號cosw0t和sinw0t在復(fù)平面上映射為一個(gè)復(fù)數(shù)載波⑤正交調(diào)制和解調(diào)-概念第一章發(fā)送端調(diào)制過程為：正⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)1）-系統(tǒng)框圖第一章基礎(chǔ)理論由上面的推導(dǎo)可以得到正交調(diào)制和解調(diào)的系統(tǒng)框圖調(diào)制過程：基帶信號—復(fù)平面映射—正交載波調(diào)制—兩路合并—發(fā)送解調(diào)過程：接收—正交載波相干解調(diào)—分別濾波—復(fù)平面逆映射—基帶信號⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)1）-系統(tǒng)框圖第一章由上面的推導(dǎo)可以得到⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)2）-映射第一章基礎(chǔ)理論用正交調(diào)制生成QPSK信號輸入映射IQ——IQ映射相位如下：QPSK信號星座圖如下：第一步：復(fù)平面映射⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)2）-映射第一章用正交調(diào)制生成QPSK信⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)3）-調(diào)制第一章基礎(chǔ)理論第二步：正交載波調(diào)制第三步：兩路合并為保證輸出功率歸一化，調(diào)整輸入IQ信號的幅值即可⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)3）-調(diào)制第一章第二步：正交載波調(diào)制⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)4）-時(shí)域波形第一章基礎(chǔ)理論正交調(diào)制QPSK信號各點(diǎn)波形如下基帶輸入:I路映射:Q路映射:調(diào)制合并輸出:⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)4）-時(shí)域波形第一章正交調(diào)制QPSK信號⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)5）-頻域波形第一章基礎(chǔ)理論正交調(diào)制信號的頻譜⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)5）-頻域波形第一章正交調(diào)制信號的頻譜⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)6）-特點(diǎn)和優(yōu)勢第一章基礎(chǔ)理論正交調(diào)制相對于一般調(diào)制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、占用相同頻帶資源的兩路載波同時(shí)調(diào)制基帶信號，提高頻帶利用率；2、一路串行基帶信號通過映射轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕凡⑿行盘?，延長了基帶符號時(shí)間，降低了基帶碼間串?dāng)_（ISI）的發(fā)生概率；3、兩路正交載波恰好對應(yīng)星座圖的實(shí)部和虛部，特別適合MPSK、MQAM等高階混合調(diào)制信號的生成；⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)6）-特點(diǎn)和優(yōu)勢第一章正交調(diào)制相對于一般4、電磁場理論①電磁場理論核心思想由著名的麥克斯韋方程可以導(dǎo)出以下結(jié)論：1、變化的電場產(chǎn)生磁場；2、變化的磁場產(chǎn)生電場；3、電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)方向始終垂直；4、電磁波能量的傳播方向與電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)方向也始終垂直；第一章基礎(chǔ)理論4、電磁場理論①電磁場理論核心思想由著名的麥克斯韋方程可以導(dǎo)②電磁波的極化我們稱電磁波中電場強(qiáng)度的瞬時(shí)值所形成的軌跡為電磁波的極化方式，共有橢圓極化、圓極化和線極化三種。

我們把電場強(qiáng)度方向始終垂直于地面的線極化電磁波稱為垂直極化方式（如上圖所示）；把電場強(qiáng)度方向始終平行于地面的線極化電磁波稱為平行極化方式；

實(shí)際應(yīng)用中，我們利用兩個(gè)獨(dú)立的天線振子，分別發(fā)送和接收不同極化方向（線極化）的電磁波，稱之為雙極化天線；

目前廣泛采用的是±45°雙極化天線；

第一章基礎(chǔ)理論②電磁波的極化我們稱電磁波中電場強(qiáng)度的瞬時(shí)值所形③電磁波的傳播損耗電磁波在傳播過程中的空間損耗是一個(gè)非常重要的概念，它是無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃中的關(guān)鍵因素。

對于理想球面電磁波有

其中Pr為接收功率；Pt為發(fā)射功率；Gt、Gr為發(fā)射、接收天線增益；d為空間距離；λ為電磁波波長

則定義空間損耗Pl=Pt/Pr

其對數(shù)形式為Pl=10lgPt/Pr=32.45+20lgD（km）+20lgF（MHz）

第一章基礎(chǔ)理論③電磁波的傳播損耗電磁波在傳播過程中的空間損耗是第一章基礎(chǔ)理論第一章結(jié)束第一章第一章結(jié)束

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通信原理1）通信的概念2）通信的內(nèi)涵3）通信系統(tǒng)框圖4）A/D轉(zhuǎn)換5）信道編碼6）擴(kuò)頻、加擾7）基帶濾波8）調(diào)制9）其他關(guān)鍵技術(shù)

2通信原理1）通信的概念第二章通信原理1）通信的概念

定義：

通信作為一個(gè)系統(tǒng)，其根本目的在于消息的傳遞。即把消息從發(fā)送處傳遞到接收處，并保證消息可以在接收處被正確理解的過程。

舉例：

消息類型分類：語音通信、數(shù)據(jù)通信消息特征分類：模擬通信、數(shù)字通信傳遞方式分類：有線通信、無線通信第二章1）通信的概念定義：舉例：第二章通信原理2）通信的內(nèi)涵

通信系統(tǒng)的內(nèi)涵極廣，深刻理解通信原理除了作為一般工程科學(xué)所必備的高等數(shù)學(xué)、概率論、線性代數(shù)、物理學(xué)等基礎(chǔ)知識外，還有以下一些較重要的專業(yè)學(xué)科理論基礎(chǔ)。電子電路理論：包括模擬和數(shù)字電路，主要解決通信系統(tǒng)中各種信號處理電路的物理層實(shí)現(xiàn)。信號分析與處理：包括信號分析、信號與系統(tǒng)和信號處理（主要是數(shù)字信號處理），主要解決各種信號處理方法的理論分析和邏輯實(shí)現(xiàn)。其他專業(yè)學(xué)科：包括無線通信原理、傳輸原理、交換原理、通信網(wǎng)等，主要解決各專業(yè)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。第二章2）通信的內(nèi)涵通信系統(tǒng)的內(nèi)涵極廣，深刻第二章通信原理2）通信的內(nèi)涵

（續(xù)）鑒于以上內(nèi)容的紛繁復(fù)雜，本章節(jié)不對上述各理論進(jìn)行深入展開，而只對通信原理中最基本的關(guān)鍵性理論進(jìn)行闡述，中間涉及到的各專業(yè)知識盡量簡化以利于理解，力求做到深入淺出，讓新入門的同事從系統(tǒng)的角度快速建立正確概念。第二章2）通信的內(nèi)涵（續(xù)）鑒于以上內(nèi)容的紛繁第二章通信原理3）通信系統(tǒng)框圖最基本的通信系統(tǒng)框圖可以根據(jù)定義很容易得出：消息經(jīng)過信道從發(fā)送方傳遞到接收方發(fā)送接收信道消息消息現(xiàn)實(shí)中，原始消息需要經(jīng)過一系列處理后才能發(fā)送：處理處理信道消息消息發(fā)送接收對于所謂“處理”我們可以做進(jìn)一步細(xì)化：信道消息A/D轉(zhuǎn)換消息信道編碼擴(kuò)頻加擾調(diào)制基帶濾波D/A轉(zhuǎn)換信道解碼解擴(kuò)頻解擾解調(diào)采樣恢復(fù)bitsymbolchipBaud第二章3）通信系統(tǒng)框圖最基本的通信系統(tǒng)框圖可以第二章通信原理3）通信系統(tǒng)框圖（續(xù)）以上可以清楚看到，發(fā)送端和接收端的處理過程都是一一對應(yīng)的。接下來我們主要針對框圖中的紅色部分逐一進(jìn)行重點(diǎn)介紹。第二章3）通信系統(tǒng)框圖（續(xù)）以上可以清楚看到，作用

模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，利用數(shù)字通信系統(tǒng)的信號處理方法進(jìn)行通信，在接收端恢復(fù)模擬信號；第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換定義

把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為A/D轉(zhuǎn)換。過程模擬信號——抽樣——量化——信源編碼作用第二章4）A/D轉(zhuǎn)換定義過程第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化1）采樣-定義

采樣是將時(shí)間上、幅值上都連續(xù)的模擬信號，在采樣脈沖的作用下，轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、但幅值上仍連續(xù)的模擬信號；采樣-方法

利用時(shí)間上間隔相等的采樣脈沖和需采樣信號相乘，獲得需采樣信號在脈沖時(shí)刻的離散幅值；采樣-采樣定理

如果一個(gè)連續(xù)信號f（t）的頻譜中最高頻率不超過fh，當(dāng)抽樣脈沖頻率fs≥2fh時(shí)，抽樣后的信號就包含原信號的全部信息；第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化1）采樣-定義采第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化2）信號抽樣過程圖示第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化2）信號抽樣過程圖示第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化3）量化-定義

把經(jīng)抽樣得到的信號瞬時(shí)值的幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用其一一進(jìn)行表示；量化-目的

把連續(xù)信號離散化，為下一步離散信號的數(shù)字化做準(zhǔn)備。量化-分類

根據(jù)量化間隔特征可分為均勻量化和非均勻量化兩種量化方式；第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化3）量化-定義量第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（信源編碼）信源編碼-定義

把經(jīng)過采樣、量化后的離散電平值數(shù)字化，盡量減少冗余，壓縮信息速率；舉例

陸地公用電話:PCM64kbps

GSM:FR12.2kbps、HR6.5kbps

TD-SCDMA:AMR4.75-12.2kbps8速率

CDMA:QCELP8kbps、13kbps信源編碼-目的

壓縮單用戶信息速率，相對提升系統(tǒng)容量；第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（信源編碼）信源編碼-定義舉第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（總結(jié)）A/D轉(zhuǎn)換圖示

第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（總結(jié)）A/D轉(zhuǎn)換圖示第二章通信原理5）信道編碼定義顧名思義，信道編碼就是為了抵抗信道的各種失真和干擾，對信源編碼后的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行二次變換的過程?；舅枷胧咕哂须S機(jī)信號特征的原始信息比特在經(jīng)過信道編碼后符號之間具有一定的相關(guān)性。當(dāng)符號因信道特性不佳而發(fā)生誤碼后，利用這種相關(guān)性可以對錯(cuò)誤進(jìn)行檢測甚至糾正。實(shí)現(xiàn)方法在編碼器輸入的原始比特中增加相關(guān)冗余比特后輸出，即通過犧牲傳輸帶寬的代價(jià)換取傳輸可靠性。第二章5）信道編碼定義基本思想實(shí)現(xiàn)方法第二章通信原理舉例

卷積碼：每一段監(jiān)督碼元除了和對應(yīng)碼組的信息碼元相關(guān)，而且和之前所有碼組的信息碼元都相關(guān)

Turbo碼：對卷積碼輸出進(jìn)行反饋后做二次編碼，進(jìn)一步增加碼元相關(guān)性應(yīng)用

卷積碼：IS95CDMA2000-1XTD-SCDMA

Turbo碼：CDMA2000-EVDOTD-HSDPA5）信道編碼（續(xù)1）第二章舉例應(yīng)用第二章通信原理5）信道編碼（續(xù)2）形象類比

發(fā)送：床前明月光不編碼

接收：床X明X光(第2、4碼元發(fā)生誤碼）信道編碼：床床前前明明月月光光接收：床X前X明明月月光光(第2、4碼元發(fā)生誤碼）第二章5）信道編碼（續(xù)2）形象類比不第二章通信原理5）信道編碼（續(xù)3）

交織：交織作為一種抵抗信道快衰落的重要手段，從廣義上來說也屬于信道編碼的范疇。

交織定義：將輸入序列的順序按一定規(guī)則交錯(cuò)分插后輸出。

交織作用：對于短時(shí)間連續(xù)誤碼的信道具有很好的抵抗作用第二章5）信道編碼（續(xù)3）第二章通信原理5）信道編碼（續(xù)4）交織類比

發(fā)送：床前明月光信道編碼：床床前前明明月月光光接收：XXX前明明月月光光(第1、2、3碼元連續(xù)發(fā)生誤碼）明月光月光床前床明前（1-6,2-8,3-10,4-7,5-9）交織無交織接收：XX

X月光床前床明前(第1、2、3碼元連續(xù)發(fā)生誤碼）接收：床床前前明X月X光X（1-6,2-8,3-10,4-7,5-9）解交織第二章5）信道編碼（續(xù)4）交織類比發(fā)送：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾擴(kuò)頻定義：利用高速率擴(kuò)頻碼片流與低速信息符號流相乘，把一個(gè)符號擴(kuò)展為多個(gè)碼片，從而將窄帶信息符號頻譜擴(kuò)展為寬帶碼片頻譜。本質(zhì)：擴(kuò)頻本質(zhì)上屬于信道編碼范疇。在噪聲功率一定的前提下，擴(kuò)頻用基帶帶寬的增加換取信噪比容忍上限的提高（香農(nóng)公式）。并且利用擴(kuò)頻碼的正交性達(dá)到碼分復(fù)用的效果。正交概念：兩個(gè)速率相同的雙極化碼流，相互乘積為0，自身乘積不為0，則稱他們正交；第二章6）擴(kuò)頻、加擾擴(kuò)頻定義：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)1）擴(kuò)頻、解擴(kuò)過程：發(fā)送端：處于同一時(shí)間、同一頻率通信的信道，基帶符號流和相互正交的一組高速擴(kuò)頻碼流相乘，符號速率被擴(kuò)展為碼片速率；符號頻譜被擴(kuò)展為碼片頻譜；接收端：所有碼片的疊加信號在接收端分別與各擴(kuò)頻碼相乘，干擾噪聲因?yàn)閿U(kuò)頻碼間的不相關(guān)性而為0，再濾除高頻部分后即獲得原基帶符號流；

碼分多址系統(tǒng)的干擾噪聲主要來自其他碼道同一時(shí)間、同一頻段疊加上的信號；

在擴(kuò)頻碼組間完全正交的理想狀態(tài)下，這種干擾將不存在；第二章6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)1）擴(kuò)頻、解擴(kuò)過程：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)2）擴(kuò)頻原理圖解：第二章6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)2）擴(kuò)頻原理圖解：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)3）擾碼：

概念：擾碼是一組高速正交碼流，用來與已擴(kuò)頻的碼道的疊加信號做相乘運(yùn)算；

作用：擾碼主要用于前向小區(qū)和反向用戶的劃分；

特點(diǎn)：擾碼的碼片速率和擴(kuò)頻碼一致，所以擾碼不擴(kuò)展已擴(kuò)頻碼片的頻譜；擴(kuò)頻碼和擾碼的區(qū)別：擴(kuò)頻碼主要用來區(qū)分不同信道，所以也叫信道化碼；擾碼主要用于區(qū)分不同小區(qū)和不同用戶；第二章6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)3）擾碼：第二章通信原理7）基帶濾波定義

基帶濾波器一般位于調(diào)制之前，用于壓縮基帶符號（碼片）的頻譜帶寬，以減小調(diào)制后頻帶信號所占帶寬；同時(shí)濾除帶外頻譜，降低碼間串?dāng)_；意義

基帶濾波器是信號基帶處理部分的最后一步，因?yàn)閿?shù)字信號“非0即1”的離散性，對于數(shù)字基帶信號的傳輸不需要完整體現(xiàn)整個(gè)基帶信號的頻譜，因而可以通過壓縮基帶頻譜的方法節(jié)省有限的頻率資源，相比較模擬傳輸系統(tǒng)也是變相地提升了頻譜利用率。第二章7）基帶濾波定義意義第二章通信原理8）調(diào)制定義

將基帶信號的符號變化加載到載波的某項(xiàng)特征上，使載波信號帶有信息量。意義

把帶有信息量的基帶信號的頻譜搬移到載波頻率所在位置附近，以利于信號的發(fā)送及傳輸。舉例

模擬調(diào)制：AMFM

數(shù)字調(diào)制：ASKFSKPSKMPSKMQAM第二章8）調(diào)制定義意義舉例第二章通信原理8）調(diào)制(續(xù)1）應(yīng)用

以移動(dòng)通信系統(tǒng)空口為例，目前主要采用各類數(shù)字調(diào)制方式有：

GSM：GMSK8PSK（EDGE）

IS95：QPSK

CDMA\TD\WCDMA：QPSK8PSK16QAM

TD-LTE：OFDM載波

用來承載基帶信號變化的一段正弦波，載波本身不包含信息量；第二章8）調(diào)制(續(xù)1）應(yīng)用載波第二章通信原理8）調(diào)制(續(xù)2）調(diào)制前后時(shí)域、頻域波形對比1、時(shí)域2、頻域

調(diào)制前調(diào)制后第二章8）調(diào)制(續(xù)2）調(diào)制前后時(shí)域、頻域波形對比2、頻域第二章通信原理9）其他關(guān)鍵技術(shù)多址技術(shù)定義：使多用戶共享信道，“同時(shí)”通話，互不干擾的技術(shù)。常用的多址方式：時(shí)分TDMA頻分FDMA碼分CDMA空分SDMA舉例：TDMA——GSMTD-SCDMACDMA2000-EVDOFDMA——目前所有主流系統(tǒng)CDMA——IS95TD-SCDMACDMA2000WCDMASDMA——TD-SCDMA第二章9）其他關(guān)鍵技術(shù)多址技術(shù)第二章通信原理9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)1）雙工定義：通信雙方在上行和下行方向上同時(shí)進(jìn)行通信的方式。常用的雙工方式：時(shí)分雙工TDD、頻分雙工FDD舉例：TD-SCDMA雙工方式為TDD其他主流移動(dòng)通信制式多為FDD第二章9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)1）雙工第二章通信原理均衡定義：通信雙方為補(bǔ)償整個(gè)通信過程中累積的各種時(shí)域或頻域上的失真，從而引入可調(diào)濾波器對系統(tǒng)總傳輸函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。均衡方式：時(shí)域均衡——主要解決時(shí)域碼間串?dāng)_問題頻域均衡——主要解決頻域幅度和相位失真問題舉例：GSM幀中的訓(xùn)練序列TD-SCDMA幀中的Midamble碼9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)2）第二章均衡9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)2）第二章通信原理分集定義：通過對兩條或以上獨(dú)立的多徑傳播信號接收后進(jìn)行合并，提高接收信噪比的技術(shù)；主要分集方式：1、空間分集：使用多副空間上有一定間隔的天線進(jìn)行分集接收；2、極化分集：使用正交的兩種極化方向的天線振子進(jìn)行分集接收；目前普遍采用±45°雙極化天線；3、時(shí)間分集：使用不同時(shí)隙發(fā)送同一信號，以平衡信道的時(shí)變特性；4、頻率分集：采用不同頻點(diǎn)發(fā)射信息，以對抗信道的頻率選擇性衰落；目前主要在跳頻技術(shù)上獲得應(yīng)用；9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)3）第二章分集9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)3）第二章通信原理第二章結(jié)束第二章第二章結(jié)束

3

無線通信原理1）說明2）概念3）無線通信技術(shù)發(fā)展過程4）無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5）小區(qū)制6）頻率復(fù)用7）電磁波的自由空間傳播8）大尺度衰落和小尺度衰落9）話務(wù)量

3無線通信原理1）說明第三章無線通信1）說明本章主要作為上一章通信原理在無線專業(yè)中的應(yīng)用，同時(shí)為下一章無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃鋪墊必要的理論基礎(chǔ)。2）概念

無線通信狹義的定義：利用空氣作為信息傳播媒介進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，?cè)重點(diǎn)在于空中接口的鏈路技術(shù)。

無線通信廣義的定義：除了狹義定義包含的所有內(nèi)涵，還包括了空口之后的所有有線設(shè)備組成的整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。第三章1）說明第三章無線通信3）無線通信技術(shù)發(fā)展過程第三章3）無線通信技術(shù)發(fā)展過程第三章無線通信4）無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第三章4）無線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第三章無線通信5）小區(qū)制考慮基站發(fā)射功率、用戶容量、頻率資源等多方面因素，我們將所要覆蓋的區(qū)域劃分為若干半徑較小的小區(qū)，每小區(qū)設(shè)立一個(gè)基站為本小區(qū)覆蓋范圍內(nèi)的用戶服務(wù)。第三章5）小區(qū)制考慮基站發(fā)射功率、用戶容量、頻率資源第三章無線通信6）頻率復(fù)用

定義：小區(qū)制中不同小區(qū)之間重復(fù)使用相同頻率的方式稱為頻率復(fù)用

意義：控制同頻干擾于可接受的范圍的前提下，提高頻譜利用率

使用范圍：頻率復(fù)用一般用于FDMA系統(tǒng)，對于CDMA系統(tǒng)由于擴(kuò)頻碼的正交性，可以同頻組網(wǎng)第三章6）頻率復(fù)用定義：第三章無線通信6）頻率復(fù)用（續(xù)）第三章6）頻率復(fù)用（續(xù)）第三章無線通信7）電磁波的自由空間傳播

概念：自由空間電波傳播是研究無線電磁波最簡單、也是最基本的傳播方式；目前各種復(fù)雜的傳播模型都是在自由空間傳播模型基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)修正而已；接收功率和傳播損耗：電波從點(diǎn)源發(fā)出后在自由空間傳播，能量將擴(kuò)散到一個(gè)球面上.如用定向天線，電波將向某一方向匯聚，在此方向上獲得增益，那么到達(dá)接收點(diǎn)的信號接收功率表達(dá)式為：

其中Pt為發(fā)射功率、Gt為發(fā)射天線增益、Gr為接收天線增益；另外Lp為自由空間傳播損耗，其表達(dá)式為：

其中d為傳播距離、f為工作頻率、c為光速；

對Lp表達(dá)式兩邊取對數(shù)可得其對數(shù)表達(dá)式，也就是我們工程計(jì)算中常用的自由空間傳播損耗公式：Lp=32.45+20lgd+20lgf

其中d的單位為km；f的單位為MHz;Lp的單位為dB;第三章7）電磁波的自由空間傳播概念：第三章無線通信8）大尺度衰落和小尺度衰落1.大尺度衰落

定義：接收端在大范圍內(nèi)的移動(dòng)造成的接收信號平均能量或路徑損耗的增減，其值變化相對較慢，也叫慢衰落或陰影衰落原因：信號傳播過程中能量的擴(kuò)散及收、發(fā)端之間地表輪廓（高山、森林、建筑等）對信號遮擋所造成特點(diǎn)：電平衰落值和收發(fā)端之間距離成正比，短距離內(nèi)變化緩慢第三章8）大尺度衰落和小尺度衰落1.大尺度衰落第三章無線通信8）大尺度衰落和小尺度衰落（2）2.小尺度衰落

定義：接收端在小范圍內(nèi)的移動(dòng)造成的接收信號平均能量或路徑損耗的增減，其值變化相對較快，也叫快衰落原因：信號的多徑傳播和信道的時(shí)變特性特點(diǎn)：電平衰落值和收、發(fā)端距離不成比例，無視距傳播時(shí)滿足瑞利分布，有視距傳播時(shí)滿足萊斯分布。短距離內(nèi)電平變化極大第三章8）大尺度衰落和小尺度衰落（2）2.小尺度衰落第三章無線通信8）大尺度衰落和小尺度衰落（3）3.相互關(guān)系大尺度衰落可以近似看做小尺度衰落在概率分布上的中值；小尺度衰落作為隨機(jī)過程，在某個(gè)確定空間點(diǎn)、時(shí)間段上的測量值無實(shí)際用途，而只具有統(tǒng)計(jì)意義。第三章8）大尺度衰落和小尺度衰落（3）3.相互關(guān)系第三章無線通信9）話務(wù)量

定義：話務(wù)量反映了電話負(fù)荷的大小，與呼叫頻率和呼叫保持時(shí)間有關(guān)

公式：

A=C×t其中C為每小時(shí)呼叫次數(shù)，單位是個(gè)；t為每次呼叫保持時(shí)間，單位是小時(shí)；A是話務(wù)量，單位是愛爾蘭（Erl)

中繼理論：利用用戶行為的統(tǒng)計(jì)特性，允許相對大量用戶共享有限信道的理論第三章9）話務(wù)量定義：公式：中繼理論第三章無線通信9）話務(wù)量（2）

呼損率：損失話務(wù)量占總流入話務(wù)量的比例

其中B為呼損率；A0為完成話務(wù)量；A為總話務(wù)量

呼損率公式：呼損率公式也叫愛爾蘭B公式，它表示的是呼損率B、可用信道數(shù)n和總流入話務(wù)量A之間的關(guān)系第三章9）話務(wù)量（2）呼損率：呼損率公式：第三章無線通信9）話務(wù)量（3）

愛爾蘭B表：根據(jù)呼損率公式計(jì)算得出表中綠色一列表示呼損率為2%時(shí)信道數(shù)N和話務(wù)量A的關(guān)系第三章9）話務(wù)量（3）愛爾蘭B表：表中綠色一列表示呼第二章無線通信第三章結(jié)束第二章第三章結(jié)束演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！通信工程基礎(chǔ)理論培訓(xùn)（無線專業(yè)）設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)部戴維2012.08通信工程基礎(chǔ)理論培訓(xùn)1基礎(chǔ)理論

2

通信原理

3

無線通信原理1基礎(chǔ)理論2通信原理3無線通信

1

基礎(chǔ)理論1、時(shí)域和頻域2、基帶和頻帶3、調(diào)制和解調(diào)4、電磁場理論1基礎(chǔ)理論1、時(shí)域和頻域1、時(shí)域和頻域①時(shí)域和頻域的概念時(shí)域和頻域是用來描述信號的兩個(gè)維度：時(shí)域描述信號波形與時(shí)間軸之間的關(guān)系；頻域描述信號波形與頻率軸之間的關(guān)系；時(shí)域和頻域都是對信號進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象的表達(dá)：時(shí)域的物理意義:信號隨時(shí)間t的連續(xù)變化而來；頻域的物理意義:信號由無限個(gè)正弦波的線性組合而來；數(shù)學(xué)上對于信號在其他維度還有相應(yīng)的描述，但目前具備物理意義的只有時(shí)域和頻域；第一章基礎(chǔ)理論1、時(shí)域和頻域①時(shí)域和頻域的概念時(shí)域和頻域是用來描述信號的兩②時(shí)域和頻域波形第一章基礎(chǔ)理論②時(shí)域和頻域波形第一章第一章基礎(chǔ)理論③周期信號的頻譜以周期為T的矩形波信號為例：第一章③周期信號的頻譜以周期為T的矩形波信號為例：④非周期信號的頻譜非周期信號時(shí)域和頻域之間通過著名的傅里葉變換和逆變換進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化：第一章基礎(chǔ)理論利用下面的歐拉公式可以直觀地看出正弦波信號對時(shí)域信號的線性組合形式④非周期信號的頻譜非周期信號時(shí)域和頻域之間通過著名的傅里葉變⑤正弦信號對時(shí)域信號的合成第一章基礎(chǔ)理論直流分量疊加一個(gè)cos(x)余弦分量：y=0.5+0.637*cos(x)再疊加一個(gè)cos(3x)余弦分量：y=0.5+0.637*cos(x)-0.212*cos(3*x)再疊加一個(gè)cos(5x)余弦分量：y=0.5+0.637*cos(x)-0.212*cos(3*x)+0.127*cos(5*x);由此可知，通過高頻分量的不斷疊加，直流分量+余弦信號的線性組合無限逼近周期矩形信號

⑤正弦信號對時(shí)域信號的合成第一章直流分量疊加一個(gè)cos(x)第一章基礎(chǔ)理論⑥關(guān)于時(shí)域和頻域的總結(jié)1、時(shí)域和頻域是人們對信號在不同角度上的描述，時(shí)域是自然認(rèn)知的過程，頻域是數(shù)學(xué)抽象的過程，但二者都具有確定的物理意義；2、時(shí)域和頻域通過傅里葉正反變換相互轉(zhuǎn)化；3、傅里葉變換本質(zhì)上是利用無限多離散的（周期信號）或連續(xù)的（非周期信號）正弦函數(shù)的線性組合來逼近時(shí)域信號；第一章⑥關(guān)于時(shí)域和頻域的總結(jié)1、時(shí)域和頻域是人們對信號在不同2、基帶和頻帶①基帶和頻帶的概念基帶和頻帶都是用來描述信號頻譜特征的，即他們的適用范圍都在頻域內(nèi)；

基帶：狹義上，指的是未經(jīng)過調(diào)制的信號的頻譜；其特點(diǎn)是頻率較低，信號中心頻率從零頻開始，具有低通形式；

頻帶：和基帶相對，指調(diào)制后的信號頻譜；其特點(diǎn)是中心頻率較高，具有帶通形式；第一章基礎(chǔ)理論2、基帶和頻帶①基帶和頻帶的概念基帶和頻帶都是用②基帶和頻帶示意圖第一章基礎(chǔ)理論②基帶和頻帶示意圖第一章③信號的帶寬第一章基礎(chǔ)理論信號的帶寬和我們通常意義所說的“帶寬”不是同一個(gè)概念；日常所說的帶寬一般以bit/s來形容

，它表示一段信道物理層的數(shù)據(jù)傳輸速率；

信號的帶寬以Hz（赫茲）為單位，它表示該信號在頻域上所占的頻譜寬度；

更精確地，我們約定信號頻譜在正頻率部分所占寬度為該信號的帶寬；因此如上一頁所示，基帶信號帶寬為B，頻帶信號帶寬為2B

③信號的帶寬第一章信號的帶寬和我們通常意義所說的④基帶和頻帶在通信系統(tǒng)中的位置第一章基礎(chǔ)理論1、原始信息編碼后形成基帶信號；2、基帶信號通過調(diào)制操作轉(zhuǎn)化為頻帶信號；3、頻帶信號在信道中傳輸；4、接收端通過解調(diào)操作把頻帶信號轉(zhuǎn)化為基帶信號；5、基帶信號解碼后還原為原始信息；以上即為一個(gè)最常見的數(shù)字通信系統(tǒng)的基本過程，其中基帶信號和頻帶信號通過調(diào)制和解調(diào)操作相互轉(zhuǎn)化

④基帶和頻帶在通信系統(tǒng)中的位置第一章1、原始信息編碼后形成基3、調(diào)制和解調(diào)①調(diào)制和解調(diào)的概念調(diào)制：發(fā)送端將基帶信號的變化加載到一周期變化的高頻載波（一般為正弦波）上的過程；解調(diào)：接收端從已調(diào)制的高頻載波上還原基帶信號的過程；調(diào)制和解調(diào)相對，互為反變換；第一章基礎(chǔ)理論3、調(diào)制和解調(diào)①調(diào)制和解調(diào)的概念調(diào)制：發(fā)送端將基帶信號的變化②調(diào)制的目的自然界的信息，無論模擬還是數(shù)字，其頻譜特征都表現(xiàn)為基帶信號的形式，即頻譜分布在零頻附近的低通信號。

這樣頻譜特征的信號不利于發(fā)射和在信道中長距離傳輸。

通過調(diào)制的手段，把以零頻為中心的基帶信號頻譜搬移到以載波頻率為中心的高頻帶通頻段上，以利于信號的發(fā)射和傳播第一章基礎(chǔ)理論②調(diào)制的目的自然界的信息，無論模擬還是數(shù)字，其頻③調(diào)制的基本類型由調(diào)制的基本定義，理論上載波的各種特征都可以承載基帶信號的變化；

我們考察一個(gè)一般性的余弦載波Acos（ωt+?）

可以承載信息的特征有幅度A、頻率ω、初始相位?

由此得到三種基本調(diào)制類型：

幅度調(diào)制AM

頻率調(diào)制FM相位（角度）調(diào)制PM他們對應(yīng)的數(shù)字調(diào)制方式為ASK、FSK、PSK

目前所有的高階調(diào)制、混合調(diào)制都以上述三種基本調(diào)制為基礎(chǔ)；第一章基礎(chǔ)理論③調(diào)制的基本類型由調(diào)制的基本定義，理論上載波的各④三種基本數(shù)字調(diào)制波形由于目前通信系統(tǒng)都是數(shù)字通信系統(tǒng)，所以我們重點(diǎn)考察三種數(shù)字調(diào)制波形

第一章基礎(chǔ)理論④三種基本數(shù)字調(diào)制波形由于目前通信系統(tǒng)都是數(shù)字通⑤正交調(diào)制和解調(diào)-概念第一章基礎(chǔ)理論發(fā)送端調(diào)制過程為：正交調(diào)制也稱為IQ調(diào)制，目前主流無線通信系統(tǒng)均以正交調(diào)制作為其調(diào)制手段；它將2路輸入信號映射為復(fù)數(shù)平面上的一個(gè)復(fù)數(shù)，即輸入信號X=a+jb；2路載波信號cosw0t和sinw0t在復(fù)平面上映射為一個(gè)復(fù)數(shù)載波⑤正交調(diào)制和解調(diào)-概念第一章發(fā)送端調(diào)制過程為：正⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)1）-系統(tǒng)框圖第一章基礎(chǔ)理論由上面的推導(dǎo)可以得到正交調(diào)制和解調(diào)的系統(tǒng)框圖調(diào)制過程：基帶信號—復(fù)平面映射—正交載波調(diào)制—兩路合并—發(fā)送解調(diào)過程：接收—正交載波相干解調(diào)—分別濾波—復(fù)平面逆映射—基帶信號⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)1）-系統(tǒng)框圖第一章由上面的推導(dǎo)可以得到⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)2）-映射第一章基礎(chǔ)理論用正交調(diào)制生成QPSK信號輸入映射IQ——IQ映射相位如下：QPSK信號星座圖如下：第一步：復(fù)平面映射⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)2）-映射第一章用正交調(diào)制生成QPSK信⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)3）-調(diào)制第一章基礎(chǔ)理論第二步：正交載波調(diào)制第三步：兩路合并為保證輸出功率歸一化，調(diào)整輸入IQ信號的幅值即可⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)3）-調(diào)制第一章第二步：正交載波調(diào)制⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)4）-時(shí)域波形第一章基礎(chǔ)理論正交調(diào)制QPSK信號各點(diǎn)波形如下基帶輸入:I路映射:Q路映射:調(diào)制合并輸出:⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)4）-時(shí)域波形第一章正交調(diào)制QPSK信號⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)5）-頻域波形第一章基礎(chǔ)理論正交調(diào)制信號的頻譜⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)5）-頻域波形第一章正交調(diào)制信號的頻譜⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)6）-特點(diǎn)和優(yōu)勢第一章基礎(chǔ)理論正交調(diào)制相對于一般調(diào)制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、占用相同頻帶資源的兩路載波同時(shí)調(diào)制基帶信號，提高頻帶利用率；2、一路串行基帶信號通過映射轉(zhuǎn)變?yōu)閮陕凡⑿行盘?，延長了基帶符號時(shí)間，降低了基帶碼間串?dāng)_（ISI）的發(fā)生概率；3、兩路正交載波恰好對應(yīng)星座圖的實(shí)部和虛部，特別適合MPSK、MQAM等高階混合調(diào)制信號的生成；⑤正交調(diào)制和解調(diào)（續(xù)6）-特點(diǎn)和優(yōu)勢第一章正交調(diào)制相對于一般4、電磁場理論①電磁場理論核心思想由著名的麥克斯韋方程可以導(dǎo)出以下結(jié)論：1、變化的電場產(chǎn)生磁場；2、變化的磁場產(chǎn)生電場；3、電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)方向始終垂直；4、電磁波能量的傳播方向與電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的瞬時(shí)方向也始終垂直；第一章基礎(chǔ)理論4、電磁場理論①電磁場理論核心思想由著名的麥克斯韋方程可以導(dǎo)②電磁波的極化我們稱電磁波中電場強(qiáng)度的瞬時(shí)值所形成的軌跡為電磁波的極化方式，共有橢圓極化、圓極化和線極化三種。

我們把電場強(qiáng)度方向始終垂直于地面的線極化電磁波稱為垂直極化方式（如上圖所示）；把電場強(qiáng)度方向始終平行于地面的線極化電磁波稱為平行極化方式；

實(shí)際應(yīng)用中，我們利用兩個(gè)獨(dú)立的天線振子，分別發(fā)送和接收不同極化方向（線極化）的電磁波，稱之為雙極化天線；

目前廣泛采用的是±45°雙極化天線；

第一章基礎(chǔ)理論②電磁波的極化我們稱電磁波中電場強(qiáng)度的瞬時(shí)值所形③電磁波的傳播損耗電磁波在傳播過程中的空間損耗是一個(gè)非常重要的概念，它是無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋規(guī)劃中的關(guān)鍵因素。

對于理想球面電磁波有

其中Pr為接收功率；Pt為發(fā)射功率；Gt、Gr為發(fā)射、接收天線增益；d為空間距離；λ為電磁波波長

則定義空間損耗Pl=Pt/Pr

其對數(shù)形式為Pl=10lgPt/Pr=32.45+20lgD（km）+20lgF（MHz）

第一章基礎(chǔ)理論③電磁波的傳播損耗電磁波在傳播過程中的空間損耗是第一章基礎(chǔ)理論第一章結(jié)束第一章第一章結(jié)束

2

通信原理1）通信的概念2）通信的內(nèi)涵3）通信系統(tǒng)框圖4）A/D轉(zhuǎn)換5）信道編碼6）擴(kuò)頻、加擾7）基帶濾波8）調(diào)制9）其他關(guān)鍵技術(shù)

2通信原理1）通信的概念第二章通信原理1）通信的概念

定義：

通信作為一個(gè)系統(tǒng)，其根本目的在于消息的傳遞。即把消息從發(fā)送處傳遞到接收處，并保證消息可以在接收處被正確理解的過程。

舉例：

消息類型分類：語音通信、數(shù)據(jù)通信消息特征分類：模擬通信、數(shù)字通信傳遞方式分類：有線通信、無線通信第二章1）通信的概念定義：舉例：第二章通信原理2）通信的內(nèi)涵

通信系統(tǒng)的內(nèi)涵極廣，深刻理解通信原理除了作為一般工程科學(xué)所必備的高等數(shù)學(xué)、概率論、線性代數(shù)、物理學(xué)等基礎(chǔ)知識外，還有以下一些較重要的專業(yè)學(xué)科理論基礎(chǔ)。電子電路理論：包括模擬和數(shù)字電路，主要解決通信系統(tǒng)中各種信號處理電路的物理層實(shí)現(xiàn)。信號分析與處理：包括信號分析、信號與系統(tǒng)和信號處理（主要是數(shù)字信號處理），主要解決各種信號處理方法的理論分析和邏輯實(shí)現(xiàn)。其他專業(yè)學(xué)科：包括無線通信原理、傳輸原理、交換原理、通信網(wǎng)等，主要解決各專業(yè)在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。第二章2）通信的內(nèi)涵通信系統(tǒng)的內(nèi)涵極廣，深刻第二章通信原理2）通信的內(nèi)涵

（續(xù)）鑒于以上內(nèi)容的紛繁復(fù)雜，本章節(jié)不對上述各理論進(jìn)行深入展開，而只對通信原理中最基本的關(guān)鍵性理論進(jìn)行闡述，中間涉及到的各專業(yè)知識盡量簡化以利于理解，力求做到深入淺出，讓新入門的同事從系統(tǒng)的角度快速建立正確概念。第二章2）通信的內(nèi)涵（續(xù)）鑒于以上內(nèi)容的紛繁第二章通信原理3）通信系統(tǒng)框圖最基本的通信系統(tǒng)框圖可以根據(jù)定義很容易得出：消息經(jīng)過信道從發(fā)送方傳遞到接收方發(fā)送接收信道消息消息現(xiàn)實(shí)中，原始消息需要經(jīng)過一系列處理后才能發(fā)送：處理處理信道消息消息發(fā)送接收對于所謂“處理”我們可以做進(jìn)一步細(xì)化：信道消息A/D轉(zhuǎn)換消息信道編碼擴(kuò)頻加擾調(diào)制基帶濾波D/A轉(zhuǎn)換信道解碼解擴(kuò)頻解擾解調(diào)采樣恢復(fù)bitsymbolchipBaud第二章3）通信系統(tǒng)框圖最基本的通信系統(tǒng)框圖可以第二章通信原理3）通信系統(tǒng)框圖（續(xù)）以上可以清楚看到，發(fā)送端和接收端的處理過程都是一一對應(yīng)的。接下來我們主要針對框圖中的紅色部分逐一進(jìn)行重點(diǎn)介紹。第二章3）通信系統(tǒng)框圖（續(xù)）以上可以清楚看到，作用

模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，利用數(shù)字通信系統(tǒng)的信號處理方法進(jìn)行通信，在接收端恢復(fù)模擬信號；第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換定義

把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為A/D轉(zhuǎn)換。過程模擬信號——抽樣——量化——信源編碼作用第二章4）A/D轉(zhuǎn)換定義過程第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化1）采樣-定義

采樣是將時(shí)間上、幅值上都連續(xù)的模擬信號，在采樣脈沖的作用下，轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散、但幅值上仍連續(xù)的模擬信號；采樣-方法

利用時(shí)間上間隔相等的采樣脈沖和需采樣信號相乘，獲得需采樣信號在脈沖時(shí)刻的離散幅值；采樣-采樣定理

如果一個(gè)連續(xù)信號f（t）的頻譜中最高頻率不超過fh，當(dāng)抽樣脈沖頻率fs≥2fh時(shí)，抽樣后的信號就包含原信號的全部信息；第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化1）采樣-定義采第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化2）信號抽樣過程圖示第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化2）信號抽樣過程圖示第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化3）量化-定義

把經(jīng)抽樣得到的信號瞬時(shí)值的幅度離散，即用一組規(guī)定的電平，把瞬時(shí)抽樣值用其一一進(jìn)行表示；量化-目的

把連續(xù)信號離散化，為下一步離散信號的數(shù)字化做準(zhǔn)備。量化-分類

根據(jù)量化間隔特征可分為均勻量化和非均勻量化兩種量化方式；第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（采樣、量化3）量化-定義量第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（信源編碼）信源編碼-定義

把經(jīng)過采樣、量化后的離散電平值數(shù)字化，盡量減少冗余，壓縮信息速率；舉例

陸地公用電話:PCM64kbps

GSM:FR12.2kbps、HR6.5kbps

TD-SCDMA:AMR4.75-12.2kbps8速率

CDMA:QCELP8kbps、13kbps信源編碼-目的

壓縮單用戶信息速率，相對提升系統(tǒng)容量；第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（信源編碼）信源編碼-定義舉第二章通信原理4）A/D轉(zhuǎn)換（總結(jié)）A/D轉(zhuǎn)換圖示

第二章4）A/D轉(zhuǎn)換（總結(jié)）A/D轉(zhuǎn)換圖示第二章通信原理5）信道編碼定義顧名思義，信道編碼就是為了抵抗信道的各種失真和干擾，對信源編碼后的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行二次變換的過程?；舅枷胧咕哂须S機(jī)信號特征的原始信息比特在經(jīng)過信道編碼后符號之間具有一定的相關(guān)性。當(dāng)符號因信道特性不佳而發(fā)生誤碼后，利用這種相關(guān)性可以對錯(cuò)誤進(jìn)行檢測甚至糾正。實(shí)現(xiàn)方法在編碼器輸入的原始比特中增加相關(guān)冗余比特后輸出，即通過犧牲傳輸帶寬的代價(jià)換取傳輸可靠性。第二章5）信道編碼定義基本思想實(shí)現(xiàn)方法第二章通信原理舉例

卷積碼：每一段監(jiān)督碼元除了和對應(yīng)碼組的信息碼元相關(guān)，而且和之前所有碼組的信息碼元都相關(guān)

Turbo碼：對卷積碼輸出進(jìn)行反饋后做二次編碼，進(jìn)一步增加碼元相關(guān)性應(yīng)用

卷積碼：IS95CDMA2000-1XTD-SCDMA

Turbo碼：CDMA2000-EVDOTD-HSDPA5）信道編碼（續(xù)1）第二章舉例應(yīng)用第二章通信原理5）信道編碼（續(xù)2）形象類比

發(fā)送：床前明月光不編碼

接收：床X明X光(第2、4碼元發(fā)生誤碼）信道編碼：床床前前明明月月光光接收：床X前X明明月月光光(第2、4碼元發(fā)生誤碼）第二章5）信道編碼（續(xù)2）形象類比不第二章通信原理5）信道編碼（續(xù)3）

交織：交織作為一種抵抗信道快衰落的重要手段，從廣義上來說也屬于信道編碼的范疇。

交織定義：將輸入序列的順序按一定規(guī)則交錯(cuò)分插后輸出。

交織作用：對于短時(shí)間連續(xù)誤碼的信道具有很好的抵抗作用第二章5）信道編碼（續(xù)3）第二章通信原理5）信道編碼（續(xù)4）交織類比

發(fā)送：床前明月光信道編碼：床床前前明明月月光光接收：XXX前明明月月光光(第1、2、3碼元連續(xù)發(fā)生誤碼）明月光月光床前床明前（1-6,2-8,3-10,4-7,5-9）交織無交織接收：XX

X月光床前床明前(第1、2、3碼元連續(xù)發(fā)生誤碼）接收：床床前前明X月X光X（1-6,2-8,3-10,4-7,5-9）解交織第二章5）信道編碼（續(xù)4）交織類比發(fā)送：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾擴(kuò)頻定義：利用高速率擴(kuò)頻碼片流與低速信息符號流相乘，把一個(gè)符號擴(kuò)展為多個(gè)碼片，從而將窄帶信息符號頻譜擴(kuò)展為寬帶碼片頻譜。本質(zhì)：擴(kuò)頻本質(zhì)上屬于信道編碼范疇。在噪聲功率一定的前提下，擴(kuò)頻用基帶帶寬的增加換取信噪比容忍上限的提高（香農(nóng)公式）。并且利用擴(kuò)頻碼的正交性達(dá)到碼分復(fù)用的效果。正交概念：兩個(gè)速率相同的雙極化碼流，相互乘積為0，自身乘積不為0，則稱他們正交；第二章6）擴(kuò)頻、加擾擴(kuò)頻定義：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)1）擴(kuò)頻、解擴(kuò)過程：發(fā)送端：處于同一時(shí)間、同一頻率通信的信道，基帶符號流和相互正交的一組高速擴(kuò)頻碼流相乘，符號速率被擴(kuò)展為碼片速率；符號頻譜被擴(kuò)展為碼片頻譜；接收端：所有碼片的疊加信號在接收端分別與各擴(kuò)頻碼相乘，干擾噪聲因?yàn)閿U(kuò)頻碼間的不相關(guān)性而為0，再濾除高頻部分后即獲得原基帶符號流；

碼分多址系統(tǒng)的干擾噪聲主要來自其他碼道同一時(shí)間、同一頻段疊加上的信號；

在擴(kuò)頻碼組間完全正交的理想狀態(tài)下，這種干擾將不存在；第二章6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)1）擴(kuò)頻、解擴(kuò)過程：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)2）擴(kuò)頻原理圖解：第二章6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)2）擴(kuò)頻原理圖解：第二章通信原理6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)3）擾碼：

概念：擾碼是一組高速正交碼流，用來與已擴(kuò)頻的碼道的疊加信號做相乘運(yùn)算；

作用：擾碼主要用于前向小區(qū)和反向用戶的劃分；

特點(diǎn)：擾碼的碼片速率和擴(kuò)頻碼一致，所以擾碼不擴(kuò)展已擴(kuò)頻碼片的頻譜；擴(kuò)頻碼和擾碼的區(qū)別：擴(kuò)頻碼主要用來區(qū)分不同信道，所以也叫信道化碼；擾碼主要用于區(qū)分不同小區(qū)和不同用戶；第二章6）擴(kuò)頻、加擾（續(xù)3）擾碼：第二章通信原理7）基帶濾波定義

基帶濾波器一般位于調(diào)制之前，用于壓縮基帶符號（碼片）的頻譜帶寬，以減小調(diào)制后頻帶信號所占帶寬；同時(shí)濾除帶外頻譜，降低碼間串?dāng)_；意義

基帶濾波器是信號基帶處理部分的最后一步，因?yàn)閿?shù)字信號“非0即1”的離散性，對于數(shù)字基帶信號的傳輸不需要完整體現(xiàn)整個(gè)基帶信號的頻譜，因而可以通過壓縮基帶頻譜的方法節(jié)省有限的頻率資源，相比較模擬傳輸系統(tǒng)也是變相地提升了頻譜利用率。第二章7）基帶濾波定義意義第二章通信原理8）調(diào)制定義

將基帶信號的符號變化加載到載波的某項(xiàng)特征上，使載波信號帶有信息量。意義

把帶有信息量的基帶信號的頻譜搬移到載波頻率所在位置附近，以利于信號的發(fā)送及傳輸。舉例

模擬調(diào)制：AMFM

數(shù)字調(diào)制：ASKFSKPSKMPSKMQAM第二章8）調(diào)制定義意義舉例第二章通信原理8）調(diào)制(續(xù)1）應(yīng)用

以移動(dòng)通信系統(tǒng)空口為例，目前主要采用各類數(shù)字調(diào)制方式有：

GSM：GMSK8PSK（EDGE）

IS95：QPSK

CDMA\TD\WCDMA：QPSK8PSK16QAM

TD-LTE：OFDM載波

用來承載基帶信號變化的一段正弦波，載波本身不包含信息量；第二章8）調(diào)制(續(xù)1）應(yīng)用載波第二章通信原理8）調(diào)制(續(xù)2）調(diào)制前后時(shí)域、頻域波形對比1、時(shí)域2、頻域

調(diào)制前調(diào)制后第二章8）調(diào)制(續(xù)2）調(diào)制前后時(shí)域、頻域波形對比2、頻域第二章通信原理9）其他關(guān)鍵技術(shù)多址技術(shù)定義：使多用戶共享信道，“同時(shí)”通話，互不干擾的技術(shù)。常用的多址方式：時(shí)分TDMA頻分FDMA碼分CDMA空分SDMA舉例：TDMA——GSMTD-SCDMACDMA2000-EVDOFDMA——目前所有主流系統(tǒng)CDMA——IS95TD-SCDMACDMA2000WCDMASDMA——TD-SCDMA第二章9）其他關(guān)鍵技術(shù)多址技術(shù)第二章通信原理9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)1）雙工定義：通信雙方在上行和下行方向上同時(shí)進(jìn)行通信的方式。常用的雙工方式：時(shí)分雙工TDD、頻分雙工FDD舉例：TD-SCDMA雙工方式為TDD其他主流移動(dòng)通信制式多為FDD第二章9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)1）雙工第二章通信原理均衡定義：通信雙方為補(bǔ)償整個(gè)通信過程中累積的各種時(shí)域或頻域上的失真，從而引入可調(diào)濾波器對系統(tǒng)總傳輸函數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。均衡方式：時(shí)域均衡——主要解決時(shí)域碼間串?dāng)_問題頻域均衡——主要解決頻域幅度和相位失真問題舉例：GSM幀中的訓(xùn)練序列TD-SCDMA幀中的Midamble碼9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)2）第二章均衡9）其他關(guān)鍵技術(shù)（續(xù)2）第二章通信原理分集定義：通過對兩條或以上獨(dú)立的多徑傳播信號接收后進(jìn)行合并，提高接收信噪比的技術(shù)；主要分集方式：1、空間分集：使用多副空間上有一定間隔的天線進(jìn)行分集接收；2、極化分集：使用正交的兩種極化方向的天線振子進(jìn)行分集接收；目前普遍采用±45°雙極化天線；3、時(shí)間分集：使用不同時(shí)隙發(fā)送同一