通信原理知识导图

通信系统作为一个实际系统，是为了满足社会与个人的需求而产生的，目的就是传送消息。下图介绍了通信原理这本书的内容，有序论、模拟调制系统、数字基带调制与传输、数字频带调制、信道复用、编码技术。

通信原理

• 第一章 序论
  • 通信的定义
    • 通信( Communication)是指不在同一地点的双方或多方之间进行迅速有效的信息传递
    • 电信( Telecommunication)是利用电磁波或光波来传递各种消息的通信方法
  • 通信的方式
    • 按照信息传输方向，分为：单工通信、半双工通信、全双工通信；
    • 按照传输信息的路数，分为：串行通信、并行通信；
    • 按照控制方向，分为：同步通信、异步通信；
    • 按照交互方式，分为：点对点通信、点到多点通信、多点到多点的通信；
    • 按照传递方式，分为：两点间直通传输、分支传输、交换传输；
  • 通信发展史
    • 1800年，伏打（Votta）发明电源以来，开始尝试用电来通信；
    • 1837年，莫尔斯（Morse）发明有线电报，用传号和空号的长短进行电报符号的编码；
    • 1876年，贝尔（A.G.Bell）抵用电磁感应原理发明了电话机；
    • 1864年，麦克斯韦（Maxwell）预言了电磁波辐射的存在，1887年，赫兹（Hertz）通过实验加以证明；
    • 20世纪初，幅度调制（AM）出现；1936年，频率调制（FM）技术出现；20世纪30年代世界上模拟通信的鼎盛时期；
    • 1928年，奈奎斯特（Nyquist）定理被提出到1937年瑞维斯（A.H.Reeves）发明PCM（脉冲编码调制）通信，贝尔实验室才于1950年试制出第一台实用PCM设备。
  • 通信系统的构成
    • 信源、变换器、信道、反变换器、信宿和噪声源六个部分；
  • 通信系统的主要指标
    • 有效性
      • 在数字通信系统中，一般用信息传输速率来衡量有效性；
    • 传输速率
      • 传输速率有码元速率和信息速率之分；
        • 码元速率
          • 又称传码率，是指系统的每秒传送给码元个数，单位：B；
        • 信息速率
          • 又称比特率，指系统的每秒传送的信息量，单位：b/s；
      • 两者之间的关系
        • R(BN)=R(b)/log(2)N （B）
          • 例：四进制码元速率为1200B，则信息速率为2400b/s；
• 第二章 模拟调制系统
  • 调制的分类
    • 根据调制信号分类
      • 数字信号
      • 模拟信号
    • 根据载波分类
      • 以正弦信号做载波的调制称连续载波调制；
      • 以脉冲序列作载波的调制就是脉冲载波调制（载波信号是时间间隔均匀的矩形脉冲）
    • 根据调制器的功能分类
      • 幅度调制
        • 调幅（AM）
        • 脉冲振幅调制（PAM）
        • 振幅键控调制（ASK）
      • 频率调制
        • 调频（Fm）
        • 脉冲频率调制（PFM）
        • 频率键控（FSK）
      • 相位调制
        • 调相（PM）
        • 脉冲位置调制PPM）
        • 相位键控（PSK）
    • 根据调制前后信号的频谱结构关系分类
      • 线性调制
        • 抑制载波的双边带调制（DSB）
        • 单边带调制（SSB）
        • 常规双边带调制（AM）这种调制简称调幅（Amplitude Modulation）
        • 残留边带调制（VSB）
      • 非线性调制
        • 频率调制（FM）这种调制简称调频（Frequency Modulation）
          • 窄带频率调制（NBFM）
          • 宽带调频（WBFM）
        • 相位调制（PM）这种调制简称调相（Phase Modulation）
          • 窄带调相（NBPM）
          • 宽带调相（WBPM）
• 第三章 数字基带调制与传输
  • 数字基带信号的码型及其功率谱
    • 一般而言，未经调制的数字信息代码所对应的电脉冲信号都是从低频甚至直流开始的，一般叫做数字基带信号；
    • 数字信息的电脉冲表示过程也就码型变换；
    • 根据各种基带信号中每个码元可以选取的幅度取值，可分为二元码、三元码、多元码；
  • 二元码
  • 差分码
    • 在差分码中，1、0分别用响铃码元电平是否发生跳变来表示；
    • 若用相邻电平发生跳变来表示码元1，则称为传号差分码，记作NRZ（M）码；
    • 若用相邻电平发生跳变来表示码元0，就叫做空号差分码，记作NRZ（S）码；
    • 由于差分码中的电平仅具有相对意义，因而又称为相对码；
  • 传号交替反转码（AMI）码
    • 二进制码元0用0电平表示，二进制1则交替用+1和-1的半占空归零码表示；
  • HDB3码
    • HDB3的全程是三阶高密度双极性码；
  • 脉冲编码调制（PCM）
    • 是由法国工程师Alec Reeres 在1937年提出的，这是一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式；
    • PCM的过程
      • 抽样
        • 定义
          • 是把在时间山给连续模拟信号转换成时间上离散而幅度上连续的抽样信号
      • 量化
        • 定义
          • 是把幅度上连续的抽样信号转变成幅度上离散的量化信号；
        • 量化间隔相等时的量化就成为均匀量化，否则就是非均匀量化；
      • 编码
        • 定义
          • 是把时间和幅度都已离散的量化信号用二进制码组表示；
        • 二进制码组的选取
          • 自然二进制码组
          • 折叠二进制码组
          • 格雷二进制码组
    • A压缩率13折线PCM编码
      • 定义
        • 正负方向共16个段落，每个段落内又均匀地划分出16个量化级，虽然每个段内的16个量化间隔时均匀的，但因每一段落长度不等，故不同段落间的量化间隔则是非均匀的。
        • 总的量化级数为 16x16 =256 =2^8个，所以去编码位数 n =8;
      • PCM码的排序
        • M1
          • 第一位M1为极性码，1代表正极，0代表负极；
        • M2 M3 M4
          • 第2至4位 M2 M3 M4 为段落码，该三位表示8个段落的其实电平值
        • M5 M6 M7 M8
          • 第五至8位码 M5 M6 M7 M8 为段内码，表示信号后绝对值在段内16个量化级中的哪一个量化级上。
  • 差分脉冲编码调制（DPCM）
• 第四章 数字频带调制
  • 定义
    • 和模拟信号一样，数字调制也有调幅、调频、调相三种基本方式，以及由此派生出其他形式
    • 由于数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的数字信息，也称数字调制信号为键控信号。
    • 根据数字信息与相位之间的关系，相位键控有绝对键控和相对键控两种
    • 在相同码元速率下，多进制调制比二进制调制信息速率更高；
    • 在相同信息速率下，多进制调制码元较宽；
  • 调制形式
    • 幅度键控（ASK）
    • 频移键控（FSK）
      • 相位连续的移频键控（CPFSK）
      • 最小移频键控（MSK）
      • 高斯最小移频键控（GMSK）
    • 相移键控（PSK）
      • 二进制/绝对相移键控（2PSK/BPSK）
      • 相对相移键控（DPSK）
        • 二进制相对相移键控（2DPSK）
        • 四相相对移相键控（QDPSK）
      • 四相绝对移相键控（QPSK）
    • 多进制调制（MFKSK）
      • 也称为多电平振幅调制
• 第五章 信道复用
  • 定义
    • 信道是通信系统必不可少的组成部分，是信号传输的媒介，一般分为
      • 有线传输媒介
        • 双绞线用于局域网时，它与集线器之间的距离最大传输距离时100m
        • 屏蔽型双绞线（STP）
        • 非屏蔽型双绞线（UTP）
        • 电缆
        • 光缆
        • 光纤
          • 多模光纤
          • 单模光纤
      • 无线传输媒介
        • 无线（电）视剧中继
        • 卫星中继信道
          • 轨道在赤道平面上空的卫星，当它离地面为35680km时，绕地球一周时间等于地球自转24小时，故称为同步通信卫星。0.24s
    • 复用是在基带将若个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复用信号的方法
    • 多址是在射频将若个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复用信号的方法
  • 复用
    • 频分复用（FDM）
      • 频分多址（FDMA）
    • 时分复用（TDM）
      • 时分多址（TDMA）
    • 码分多址（CDMA）
    • 空分多址（SDMA）
• 第六章 编码技术
  • 符号独立化：解除各符号间的相关性
  • 概率均匀化：使各符号出现概率相等