《无线通信与网络》第二章 信号传输基础
第二章 信号传输基础
通信系统——用以完成信息传输过程的系统
2.1 信号
信号的时域描述
信号随时间而变化，因此是时间的函数，可以分为周期信号和非周期信号。
模拟信号：电信号的参量取值连续或无穷多，如话筒输出电压
模拟通信系统：信源利用模拟信号传递信息，如有线电话、1G蜂窝网络、早期电视系统等。
数字信号：电信号的参量仅可取有限个值，如计算机输出
数字通信系统：信源利用数字信号传递信息，如数字电视、因特网、2G/3G/4G/5G、WiFi等。
信号的频域描述
信号包含多种频率成分（通过特定波形的电磁波信号来传输信息），因此也是频率的函数。
一个特定波形可由多个不同频率、振幅、相位的正弦波合成，在构造、分析、处理信号时，需要知道某个波形由哪些频率成分合成的。
任何波形（信息）都可以通过多个频率的正弦信号合成
信号s(t)的基频：合成信号中的最小频率
信号s(t)的周期：基频的倒数
信号带宽 = 最高频率 – 最低频率
信号的传输
- 模拟传输 :传输模拟数据时，电话机将话音转换为相同频率-振幅模式的模拟信号。
- 传输数字数据时，调制解调器将二进制电压脉冲序列转化成模拟信号，该信号占有以载波频率为中心的频谱。 模拟传输在远距离时需要放大器
- 模拟通信系统
- 调制：用基带信号对载波信号的特定参数进行控制，从而将基带信号的频谱搬移到合适的频段，以适应信道的传输 数字传输
- 编码器将代表话音的模拟信号编码成脉冲信号
- 远距离传输时，使用中继器，克服衰减，不会放大噪声
数字通信系统的特点
- 抗干扰能力强，可实现高质量的远距离传输
- 易于采用纠错编码控制传输差错
- 能实现高保密传输
- 传输设备的集成化和微型化
- 占用信道带宽大，需要复杂的同步技术
2.2 通信系统中的性能指标
■有效性：传输定信息所占用的资源多少（传输速率、频带利用率）
■可靠性：通信传输质量（误码率、误比特率）
■安全性：保密性、抗窃听、抗截获
■适应性：使用的环境条件
■经济性：系统的成本
■标准性：系统接口、结构及协议符合国家、国际标准
■维修性：系统是否维修方便
■工艺性：通信系统各种工艺要求
码元
- 承载信息的基本信号单位
- 一个单位脉冲就是一个码元
- 一个码元能承载信息量多少由脉冲信号电平级数决定的
- 码元速率
数据传输率
频带利用率
误码率
误比特率
信号强度、增益、损耗
信号传输数据率与带宽的关系
- 基带信号的频率决定速率，频率由基频决定
- 带宽越宽，接收端越容易分辨，出错概率越小，就可以使用更高的基频，从而得到更大速率
带宽越宽越好吗？
- 传输系统会限制最大带宽
- 带宽越宽，给定功率的情况下，每个频率成分的能量越低
- 一个波形的绝大部分能量集中在最前面的几个频率成分
2.3 信道
信道基本概念（定义、分类、信道容量）
定义
信号的传输通路，允许一定带宽的信号通过，传输过程中会限制和损坏信号。
分类
按传输媒体：有限信道、无线信道
按信号类型：模拟信道、数字信道
按通信方式：单工、半双和双工
按传输特性：恒参信道、变参信道
带宽
- 频带宽度，单位赫兹（Hz）
- 通常也表示数字信道所能传送的最高数据率，bit/s
- 在无线通信中，在功率一定的情况下，带宽越大传输的数据速率越高，传输距离就近；
- 带宽越小传输的数据速率越低，传输距离就远
信道容量
在信道上进行无差错传输所能达到的最大传输速率（香农定理）
理想无噪声信道容量（奈奎斯特定理）
2.4 传输介质
有线介质与无线介质【特点】
双绞线 230kbps~12Gbps
光纤 高带宽（100Gbps） 抗干扰
无线电波微波 300MHz~3GHz 只能沿直线传播
卫星通信 3~30GHz
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