现代通信原理期末大作业.docx

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现代通信原理期末大作业

班级：

数技1班

学号：

153128

姓名：

目录

一.模拟调制系统·····················3

模拟调制系统的抗噪声性能·······3

调频立体声广播系统·············7

二.数字基带调制与传输···············8

有线电视广播系统···············8

三.数字频带调制·····················9

ASK系统与FSK系统·············9

QPSK系统与数字电视系统········10

四.信道复用························12

多址通信方式··················12

CDMA蜂窝移动通信系统·········14

五.同步原理························18

群同步························18

所涉及的最新技术前沿及应用

云计算··························20

无线充电技术····················20

泄漏同轴电缆····················20

超光网··························21

一.模拟调制系统

模拟调制系统的抗噪声性能

1.利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或者位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的，称为模拟通信。

模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点。

相干解调器

（1）保密性差模拟通信，尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。

只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。

（2）抗干扰能力弱电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。

线路越长，噪声的积累也就越多

（3）所有线性调制信号都可以用下式同样统一的表达事

2.干扰模拟信号的因素形成干扰的因素有三个：

指产生干扰的原件、设备或信号。

传播途径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。

敏感器件，指容易被干扰的对象。

3.抗干扰分析抗干扰设计的基本原则是：

抑制干扰源，切断干扰途径，提高敏感原件的抗干扰性能。

1）抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的电压，这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。

这一目的主要是通过在干扰源两端并联电容来实现的。

减小干扰源的电流主要是通过在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现的

2）按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。

传导干扰是指通过传播到敏感器件的干扰。

高频干扰噪声和有用信号6 的频带不通，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播有事业可加隔离光耦来解决。

电源噪声的危害最带，要特别注意处理。

所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。

一般的解决方法是增肌干扰源于敏感器件的距离，用底线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。

3）提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取以及从不正常状态尽快恢复的方法。

4.噪声的处理方法

1）系统的正确连接。

在通信系统中，一般连接的设备很多。

不同设备有不同的接口形式，使用的接插件各不相同。

有平衡和不平衡的输入输出形式，为有效的屏蔽外界的电磁辐射干扰，必须统一使用屏蔽电缆并采用正确的连接方式。

建议采取的方法是，无论采用平衡或不平衡的传输，都采用双芯屏蔽电缆，并且屏蔽层只在平衡输出或输入的一端接地。

当两端都是不平衡的连接时，最好使用转换器。

2）良好的接地处理。

为使屏蔽层的电缆能够屏蔽外界的杂散电磁干扰，屏蔽层必须要有正确的连接和良好的接地。

实践中，所有的设备悬浮，是在没有专门的地线条件下最常采用的一种措施。

但这是一种不稳定的随机噪声，所以整个系统要良好接地，首先应设有专门的地线。

不能采用电源的零线作为系统设备的地线。

在室外场所，可以考虑埋设临时性地线。

一般的系统都是很多台身背通过电缆连接起来的系统，很容易有由其屏蔽系统组成链式接地方式。

当某台设备上产生电磁辐射或静电感应噪声时，会由于传输线的屏蔽层和铁质设备外壳组成的接地系统使得整个系统产生感应电压。

进而使系统产生一定的噪声电平，此类干扰链路较长的系统尤为明显。

所以系统要尽量避免使用链式接地方式，而应使用星型接地方式。

接屏蔽层处各设备的电线通过专门的导线一个接地点连接，如果信号传输线两端的屏蔽层都接地，必然形成接地回路。

当该回路收到其他设备的电磁干扰时，在电缆屏蔽层必然会出现感应电流，以致产生严重的干扰噪声，形成回路噪声干扰。

保证系统不出现地环路结构，要求设备间只能有一条接地导线互连，在要求不严谨的场合，可以让步平衡设备悬浮。

 3）系统的隔离。

在一些大型的系统中，往往由很多系统互连，有事还要向远端传输信号，这些远距离的链接，由于不同子系统都有独立的接地系统，每个子7 系统一旦地线相连，必然形成接地噪声。

另一方面，由于传输距离较长，传输线屏蔽层的接地电阻会增大，甚至用了非屏蔽传输线等等，就容易引入大量的外界电磁场辐射干扰噪声。

如果每个系统单独工作，噪声可通过合理的连接和接地控制在允许的电平内，但当多个子系统互连后，即使用了单端屏蔽接地或长线分段接地处理，也没有办法解决长距离传输造成的辐射干扰噪声。

这时最好的措施就是采用隔离的办法。

在多个系统间装变压器使之互相隔离。

4）电源净化。

为了隔离公共网形成的干扰噪声，最好或一般采用隔离净化电源。

净化电源的接地端一定要保证有可靠、良好的接地。

否则隔离效果不好。

要和一些干扰强大的大功率电器隔离，单独供电，或在输入端加装滤波器将干扰噪声滤除。

还要注意传输线不得和电线平行布线，要将其交叉布线，这样也可以减低交流噪声干扰。

调频立体声广播系统

克罗斯比系统

克罗斯比系统是把信号先对一个超音频的副载波调频，在调制的过程中信号的频谱移入超音领的范围，这样有利于S信号与M信号的分离。

所以克罗斯系统是一种频分复用系统。

M信号以通常的方式对主载波调频．而S信号则首先对一个超音频的副载波进行调频，这一调制结果也可作为主载波之调制信号的一个成分。

2.调频接收机的鉴频器实现第一次鉴频后，其输出信号包含M信号与副载波的调制结果由滤波器分离出音频的M信号。

经第二次鉴频．从则载波中解调出S信号，再由矩阵电路进行和、差运算，由M、S信号恢复为L、R信号，把L、R信号输入两个相同的音频放大器，便可实现立体声重放。

二．数字基带调制与传输

有线电视广播系统

用射频电缆，光缆，多路微波或其组合来传输，分配和交换声音，图像及数据信号的电视系统。

 系统可以采用单向传输或双向传输方式。

 为充分利用频率资源电视信号的传输频道宜按邻频传输方式配置。

在邻频传输系统中传输PAL-D制电视广播信号的射频特性除图像与伴音载波的电平差伴音载频与图像载频的间距应付和本标准规定要求外其他各项指标均应满足GB3174-1995第4条规定的要求。

在有线电视系统中传送PAL-D制电视广播附加双声道数字声按GY/T129-1997标准执行。

 干线系统可采用光缆多路微波及射频电缆等传输媒介或其任意组合的链路有线电视网中光链路系统按GY/T131-1997标准执行多路微波分配系统按GY/T132-1998标准执行

三．数字频带调制

ASK系统与FSK系统

ASK是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。

其信号表达式为：

，S （t）为单极性数字基带信号

幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。

载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关断，此时传输信道上无载波传送。

那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。

调幅技术实现起来简单，但抗干扰性能较差。

FSK（Frequency-shiftkeying）-频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。

它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。

QPSK系统与数字电视系统

QPSK与二进制PSK一样，传输信号包含的信息都存在于相位中。

的别的载波相位取四个等间隔值之一，如л/4,3л/4,5л/4,和7л/4。

相应的，可将发射信号定义为

其中，i＝1，2，2，4；E为发射信号的每个符号的能量，T为符号持续时间，载波频率f等于nc/T，nc为固定整数。

每一个可能的相位值对应于一个特定的二位组。

例如，可用前述的一组相位值来表示格雷码的一组二位组：

10，00，01，11.

如果a为典型的QPSK发射机框图。

输入的二进制数据序列首先被不归零NRZ）电平编码转换器转换为极性形式，即负号1和0分别用bE和－bE表示。

接着，该二进制波形被分接器分成两个分别由输入序列的奇数位偶数位组成的彼此独立的二进制波形，这制波形分别用a1（t），和a2（t）表示。

容易注意到，在任何一信号时间间隔内a1（t），和a2（t）的度恰好分别等于Si1和Si2，即由发送的二位组决定

数字电视系统

数字电视广播系统原理以中国第一家数字电视广播平台----宁有线数字电宁有线视广播平台为例：

宁有线数字电视广播平台系统由如下部分组成，即数字卫星接收机、编码器、复用器、数字数据广播器、QAM调制器、准视频点播服务器、条件接收和用户管理系统、节目管理系统、电话回传系统、因特网连接、有线传输网络、用户机顶盒和PC接收卡等

用户机顶盒和PC接收卡

用户机顶盒（STB）是数字有线电视信号的终端接收装置，它将电缆传来的调制在高频上的信号经过同步解调，还原为基带信号，再经过发送端编码的反过程，还原成未压缩前的多个频道的数据信号送入电视机供用户观看

计算机用户通过PC接收卡来接收电视台前端数据广播系统发出的数据流，将其存储在计算机本地硬盘里，运行相应的应用程序，获得各类高级数据服务

电话回传系统

许多STB有一个调制解调器通过电话网络形成的返回频道信息，计算机用户也是通过调制解调器和电话网络形成的返回信息。

采用电话回传系统不需对现有的CATV网进行改造就能实现部分双向交互式功能

因特网连接

电视台数字数据广播系统通过专线或其它方式同因特网连接，获得大量因特网信息资源，经过分类整理再通过数字电视广播系统传输给用户，实现电视机用户对因特网信息的浏览功能。

四．信道复用

多址通信方式

定义：

地点分散的多个用户共同使用一个公共信道实现各用户间通信的方式。

主要方式有：

频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）频分多址（FDMA）：

各站发出的信号在指定频带内互不重叠地排列，共同使用一个射频信道。

这种方式在卫星通信和地面通信中使用得最多。

它的优点是设备比较简单，技术比较成熟。

采用预分配方式的频分多址通信最适用于对信道需要量变化不大的大容量通信干线。

当采用按需分配信道时，根据需要,每个站可使用不同的载频,占用不同的频带。

频分方式的缺点是不同载频的多个信号同时在一个信道中传输时，由于信道非线性（如卫星转发器的非线性）产生的互调干扰，会导致信道的功率和频带利用率降低。

时分多址（TDMA）：

信道按时隙顺序分配给不同的用户。

各站信号都使用相同的载频，而在每瞬时只有一个站的信号在信道中传输。

时分多址方式的优点是可以充分利用信道的功率和频带。

其缺点是要求各站信号在时间上保持严格的同步，因而各站需要有复杂的同步设备。

随着数字集成电路技术的发展，时分多址将在多址技术中占据越来越重要的地位。

码分多址（CDMA）：

主要包括时频编码和扩频多址两种形式。

①时频编码：

各个用户发出的每个信息码元都由一组射频脉冲传输。

这些射频脉冲之间的时间间隔和载频有约定的规律。

各站根据其约定不同，可以实现多址通信。

这种系统可容纳同时工作的用户数由射频脉冲的时隙数、载频数和约定方式等因素决定。

由于信道分配采用随机占用方式，所以它主要用于移动无线通信网。

②扩频多址：

各站使用扩展频谱信号互相通信。

它们同时占用同一频段。

收信端根据信号采用的特定扩频方式（如地址码）来识别需要接收的信号。

而对收到的其他信号有很强的抑制能力，所以尽管各信号同时被接收机接收，但解调器能排除无用信号的干扰，解调出需要的信号

CDMA蜂窝移动通信系统

CDMA是一种多址技术，用相互正交的编码来区分不同的用户、基站、信道，它是在扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术所谓码分多址（CDMA），是指在发送端使用一组正交（或准正交）的伪随机码序列（地址码）来实现多个信号同时入网接续的要求，在接收端利用伪随机码的相关性进行相关解扩，分离出各自的有用信号，达到同时实现多对用户相互通信的通信技术。

图5-1所示为码分多址收/发系统方框图。

其中，d1～dN分别是N个用户的信息数据，其对应的地址码分别为W1～WN。

为了简要地说明码分多址通信系统的工作原理及过程，我们假定系统有2个用户（N=2），设用户信息数据分别为d1和d2，地址码为W1（1，1）和W2（1，－1），在发送端先将多路用户信息数据分别与各自对应的地址码相乘（由一组正交码进行某种编码变换，使变换后的各路信号成为某种正交信号组），得到信号S1和S2，然后经调制进行混合传输。

当系统处于同步状态和忽略噪声的影响时，在接收机中解调输出端得到复合信号R，R=S1+S2，接收端在本地产生的地址码与该用户的地址码相同，并且用此地址码与解调输出的波形R相乘，再送积分电路，然后经过采样判决电路，就可分离出d1和d2，得到相应的信息数据，其工作原理波形图如图5-2所示。

（1） S1与S2的码元速率与W1、W2相同，所以码分复用信号的频谱远大于原发送数字信号（d1和d2）的频谱。

系统的用户数越多，地址码组越长，频谱增加就越大。

（2）复合信号中的各路信号在频谱和时间上都是重叠的。

　　（3）接收端的W1和W2与R不能正确同步就不可能正确分离d1和d2。

　　（4）要实现码分多址多路复用，就必须有足够多的正交码。

　　以上通过一个简单的例子，简要地叙述了码分多址通信系统的工作原理。

实际上码分多址通信系统并不是这样简单的，要实现它还涉及多方面的技术，主要有：

（1）要达到多路多用户的目的就要有足够多的地址码，而这些地址码又要有良好的自相关性和互相关性，这是“码分多址”的基础。

（2）在码分多址通信系统中的各接收端，必须产生本地地址码（简称本地码），该本地码不但码型结构与对端发来的地址码一致，而且相位也要完全同步。

用本地码对收到的全部信号进行相关检测，从中选出所需要的信号，这是码分多址最重要的环节。

（3）系统内所有用户使用同一载波，各个用户可以同时发送或接收信号，因此系统内的相互干扰非常严重，这样接收端接收到的信号的信噪比将远小于1，信号将淹没在噪声中，在这样的情况下取出有用信息是传统的调制解调方式无能为力的。

为了把各用户之间的相互干扰降到最低限度，并且使各个用户的信号占用相同的带宽，码分系统必须与扩频技术相结合（发送端先扩频再调制，接收端先解调再解扩），使在信道中传输的信号所占频带极大地展宽（一般达百倍以上），为接收端分离信号完成实际性的准备

从20世纪90年代中期开始，中国的GSM和CDMA语音用户数及业务量得到迅猛的增长。

伴随着因特网的快速发展和人们之间信息交流的加强，人们对移动通信的需求已不再局限于移动语音业务，而以“彩信”、“彩e”为代表的众多移动数据业务和移动多媒体业务已走进人们的生活，并表现出广阔的发展前景。

随着语音业务逐渐趋于饱和，移动通信运营商开始考虑如何将丰富多彩的IP数据业务引入蜂窝移动通信网中，以吸引更多的用户并提高单机用户业务量。

此时，就出现了CDMA2000-1X系统，它作为一种过渡产品能够在1.25MHz带宽上提供高达304kb/s的高速分组数据业务，可基本满足用户上网的要求，它是介于第二代（IS-95）和第三代之间的一种过渡产品

五．同步原理

群同步

同步是通信系统中一个非常重要的实际问题，是进行信息传输的前提和基础，同步性能的好坏直接影响通信系统的性能。

数字通信中，同步问题包括载波同步、位同步、群同步和网同步。

当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个发射端调制载波同频同相的相干载波。

这个载波的获取就称为载波提取或称为载波同步。

在数字通信系统中，接收端需要对接收到的信息码进行判决，所产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步。

数字通信中的消息数字流总是由若干码元组成“字”，若干“字”又组成“句”，接收时需要知道“字”、“句”的起止时刻。

在接收端产生与“字”、“句”起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程，称为“字”同步和“句”同步，统称群同步或帧同步。

为了保证通信网络中各用户之间可靠地进行数据交换，还必须实现网同步，使整个通信网内有一个统一的时间标准。

群同步系统建立同步时间应该短，且在群同步建立后应有较强的抗干扰能力。

通常用漏同步概率，假同步概率和群同步建立时间来衡量性能指标。

漏同步概率:

假同步概率:

式中，为码元错误概率为同步码组的码元数；为允许码组中的错误码元的最大数。

集中式插入群同步平均建立时间为

其中，为每群的码元数，为码元宽度。

群同步最常见的保护措施是将群同步的工作划分为捕捉和维持两种状态。

在捕捉态时，同步码组识别器的判决门限为电平较高，减小了假同步概率；在维持态时，降低识别器的判决门限电平，减小漏同步概率，提高系统的抗干扰能力

云计算

计算能力云计算（英语：

CloudComputing），是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备，主要是基于互联网的相关服务地增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。

云是网络、互联网的一种比喻说法。

过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。

狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务地交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。

这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。

它意[1]味着计算也可作为一种商品通过互联网进行流通。

无线充电技术

无线充电技术，利用磁铁立即为一个以上的设备充电并且完全不借助电线，这项技术允许设备在距离充电器最远可达几米远的地方进行无线充电，富士通的无线充电技术利用磁共振在充电器与设备之间的空气中传输电荷，线圈和电容器则在充电器与设备之间形成共振

泄漏同轴电缆

泄漏同轴电缆（LeakyCoaxialCable）又称漏泄同轴电缆，通常又简称为泄漏电缆或漏泄电缆，其结构与普通的同轴电缆基本一致，由内导体、绝缘介质和开有周期性槽孔的外导体三部分组成。

电磁波在漏缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波；外界的电磁场也可通过槽孔感应到漏缆内部并传送到接收端。

超光网

超光网是以CCMTS为核心支撑技术实现的“光纤接入，同轴转换”的有线网络传输方式，可以实现每户100Mbps双向宽带接入，同时无线覆盖信号辐射仅为手机的千分之一。

除了EPON+CCMTS的有线网络改造方案之外，超光网还包括WiFi信号、3G信号的室内无线覆盖方案以及数字频点倍增解决方案

参考文献：

陶亚雄第三版现代通信原理

XX百科

张辉，曹丽娜，现代通信原理与技术

王月清，宽带CDMA移动通信原理

王献飞，苏凯雄，数字电视的条件接收系统原理与应用。

西风，2005数字电视行业研究报告