通信技术概论考试总复习.docx

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通信技术概论考试总复习

第1章绪 论

一、主要内容

1．消息与信息的关系

消息是信息的表现形式，而信息是消息中所包含的有意义的内容。

2．信号的时域和频域特性

信号的时域特性和频域特性分别从时间和频率两个角度对同一个信号的描述。

通过“傅里叶分析理论”实现时域与频域的相互转换。

3．信号的带宽

一个信号所包含的最高频率fh与最低频率fl之差，称为信号的带宽，它反映了信号所拥有的频率范围。

4．电平

通信中常用电平表示某点信号的强弱，它是一个相对的概念。

某点的功率电平定义为该点信号的功率与一个基准参考点的功率的比值。

5．信号的衰减与增益

衰减与增益通常用分贝（dB）的形式来表示，定义为：

其中，

为输入端信号功率；

为输出端信号功率。

【例】把10mW功率信号加到输入端并在输出端测得功率5mW，衰耗约为

。

6．信息及其度量

信息是消息中包含的有意义的内容。

它可以度量，用“信息量”来表示。

（1）信息量的定义

信息量

与消息出现的概率

有关，

。

消息出现的概率越大，信息量越小。

（2）信息量的单位

信息量的单位是由信息量计算公式中对数底数决定的。

当底数为2时信息量的单位为比特（bit）。

（3）信息量的计算

单一符号的信息量：

等概离散消息的信息量：

M进制的符号等概独立发送，则传送每一符号的信息量为：

。

7．通信系统可分为信源、发送设备、传输媒介（信道）、噪声源、接收设备和信宿。

信源的作用是把各种消息转换成原始电信号。

发送设备的任务是把信源发出的原始电信号变换成适合在传输媒介上传输的传输信号，即完成信源与传输媒介之间的匹配。

传输媒介用以传送信息。

噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的。

接收设备的作用是完成发送设备的反变换处理，以便恢复原始电信号。

信宿的作用是将原始电信号转换成相应的消息。

8．通信系统的质量指标

（1）主要指标

一个是有效性（指信息传输的速度），另一个是可靠性（指信息传输的质量）。

对于数字系统，有效性可用传输速率来度量，传输速率一般用码元传输速率（传码率）和信息传输速率（传信率）表征。

可靠性可用差错率来度量，一般用误码率和误信率表征。

（2）码元传输速率、信息传输速率、误码率、误信率

码元传输速率：

每秒钟传输码元的数目，单位是波特（Baud）。

信息传输速率：

每秒钟传输的信息量，单位是比特/秒（bit/s）。

M进制的码元速率

与信息速率

的关系：

或

误码率：

   误信率：

9．通信系统的分类及传输方式

（1）按传输媒介可以分为有线通信系统和无线通信系统两大类。

如微波中继通信系统、短波通信系统、卫星通信系统、移动通信系统都属于无线通信系统；而光纤通信系统属于有线通信系统。

（2）根据传输媒介（信道）中传输的信号不同，可分为：

模拟通信系统与数字通信系统

模拟通信系统：

信道中传输的是模拟信号。

数字通信系统：

信道中传输的是数字信号。

（区分是模拟通信系统还是数字通信系统的标准是信道中传输的是什么信号）。

根据基带信号的不同种类，数字通信可以分为两类：

数据通信和模拟信号数字化通信。

数字通信系统的特点（至少掌握三点）：

1）抗干扰能力强。

在中继通信中，数字信号通过再生，可以消除噪声积累；2）传输差错可以控制。

通过信道编码技术使误码率降低，提高传输质量；3）占用较宽频带：

同样一路电话信号，模拟系统需要4kHz带宽而数字系统需要64kHz；4）易于加密处理，且保密性强；5）技术较复杂

（3）按照消息传递的方向与时间的关系，通信可以分为单工；半双工；全双工。

单工通信是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道。

半双工通信是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发。

全双工通信是指通信双方可以同时进行收发消息的工作方式。

（4）按收、发双方保持步调的方法，通信分为异步传输和同步传输。

异步传输：

收发双方的时钟各自独立并允许有一定的误差。

同步传输：

要求双方时钟严格一致。

为求收发时钟严格一致，发送方的编码中隐含着供接收方提取的同步时钟频率。

异步传输和同步传输的区别：

1）异步传输的单位是字符而同步传输的单位是帧；2）异步传输对时钟要求较低，技术简单，但需要很多起始位和终止位，所以效率低，主要适用于低速数据传输。

同步传输对双方时钟要求较高，技术实现较为复杂，但具有较高的传输效率，常用于高速数据传输。

10．多路复用技术

所谓“复用”，指将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的信号。

多路复用可以提高线路利用率。

多路复用技术可以分为频分复用系统（FrequencyDivisionMultiplexing，FDM，不用的信号占用不同的频率段进行传输）；时分复用系统（TimeDivisionMultiplexing，TDM，不用的信号占用不同的时间段进行传输）；码分复用系统（CodeDivisionMultiplexing，CDM，不用的信号占用不同的地址码进行传输）。

11．调制与解调

调制（modulation）就是用基带信号去控制高频载波的某个参数，使其随着基带信号的变化而变化。

调制两点目的：

（1）把基带信号调制成适合在信道中传输的信号；

（2）实现信道的多路复用，提高线路利用率。

原基带信号称为调制信号，高频信号称为载波信号，经过调制后的信号称为已调信号。

第4章光纤通信系统

一、主要内容

1．光的本质：

光波是一种频率较高的电磁波，紫外线、可见光、红外线都属于光波。

光通信：

凡是利用光波作为载波的通信方式，均称为光通信。

光纤通信：

采用光导纤维（光纤）作为传输媒介的光通信。

光纤通信的特点（至少掌握三点）：

（1）频率高，频带宽，传输容量大；

（2）损耗小、中继距离长；（3）保密性能好，泄露小；（4）抗干扰能力强；（5）线径细，重量轻；（6）不怕高温，防爆、防火性能强；（7）成本低、寿命长。

2．光纤的结构和导光原理

光纤由纤芯、包层和涂敷层三部分组成，核心部分是纤芯和包层，称为裸光纤。

纤芯和包层的材料都是高纯度SiO2，并掺杂有微量的其他材料。

对纤芯的掺杂是为了提高光折射率，对包层的掺杂是降低光折射率。

纤芯的折射率比包层稍高。

光纤的导光原理：

利用光的全反射来传输光信号。

因此必须使得纤芯为光密媒质，而包层为光疏媒质，使进入光纤的光有可能全部限制在纤芯内部传输。

3．光纤的类型

（1）按折射率分布不同，光纤可以分为阶跃型光纤（Step-IndexOpticalFiber，SIF）和渐变型光纤（Graded-IndexOpticalFiber，GIF）。

在阶跃型光纤中，纤芯和包层的折射率各自沿半径方向保持一定，且在纤芯和包层交界处折射率呈阶跃型变化。

在渐变型光纤中，纤芯的折射率随半径增大而逐渐减小，包层的折射率保持均匀，并且在纤芯与包层的交界处，两者的折射率相等。

（2）按传输模式不同，光纤可以分为多模光纤和单模光纤。

多模光纤是指能传输多个模式的光纤，其折射率可以是阶跃型也可以是渐变型，单模光纤是指光纤中只传输一种模式的光纤，其折射率分布为阶跃型的。

（3）按使用波长分类：

短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤等

短波长光纤是指波长为850nm的光纤。

长波长光纤是指波长为1310nm的光纤。

超长波长光纤是指波长为1550nm的光纤。

（4）按ITU-T标准分类：

G.651、G.652、G.653、G.654、G.655。

G.652光纤是常规的单模光纤，零色散点在1310nm处，因此称为非色散位移单模光纤。

G.653光纤是第二代的单模光纤，它的零色散点使用特殊技术从1310nm处移至1550nm处，称为色散位移单模光纤又称为1550nm波长性能最佳单模光纤。

G.653光纤的缺点是不支持波分复用系统。

G.654光纤的设计重点是如何降低1550nm波长处的衰减，称为1550nm波长衰减最小单模光纤。

G.654光纤的零色散点仍然位于1310nm波长处，在1550nm波长处光纤的色散值仍然较高。

G.655光纤的零色散点不在1550nm，而是移至1585nm或1525nm波长附近，从而使1550nm波长处虽然具有一定的色散，但色散值较小。

因此G.655光纤又称为非零色散位移单模光纤。

G.655光纤同时克服了G.652光纤在1550nm波长色散大和G.653光纤不支持波分复用的缺点。

4．光纤的传输特性

损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性。

损耗限制系统的传输距离；色散限制系统的传输容量。

光纤的损耗是指光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，光功率逐渐减少的现象，分为吸收损耗和散射损耗。

光纤的色散是指光信号在光纤中传输时，随着传输距离的增加，信号产生畸变和展宽的一种物理现象。

光纤的色散主要由模式色散，材料色散和波导色散组成。

三种色散中一般是模式色散最大。

模式色散是指在光纤中由于各模式的传播路径不同，使得到达终点的时间也不相同，从而引起的脉冲展宽。

阶跃型多模光纤的模式色散较严重，而渐变型多模光纤的模式色散很小

材料色散是指由于构成光纤的材料的折射率随传输光波的波长变化，导致模内不同波长信号的传输速度不同而引起的色散。

波导色散是指由于光纤的纤芯与包层折射率相差很小，光线在其交界面上产生全反射时，有可能一部分光进入包层之内传输。

这部分光在传输一定距离后，又有可能返回纤芯中。

由于包层折射率小于纤芯折射率，导致模内各信号传输速度不同而引起的色散。

三种色散的比较：

对于多模光纤，模式色散占主导地位。

对于理想单模光纤，无模式色散，只有材料色散和波导色散。

在1310nm处，材料色散和波导色散彼此抵消，出现无色散传输的零色散波长点。

5．光缆

光缆的结构：

缆芯、加强元件和护套（外保护层）构成。

光缆的种类：

层绞式光缆；单位式光缆；骨架式光缆；带状式光缆。

6．光纤通信系统的组成

光纤通信系统可归结为“电-光-电”的模型。

光纤通信系统是由电发射机、电接收机、光发射机、光接收机、光中继器以及光缆等。

电发射机主要完成电信号的处理，如调制，编码等。

电接收机的作用同电发送机的作用正好相反，如调制—解调、编码—解码、加密—解密等等。

光发射机是将发送电端机送来的电信号转换为光信号，并送进光缆中进行传输。

光接收机是将接收到的光信号还原为电信号。

光中继器是将传输一段距离后的光信号进行放大，以实现远距离传输。

目前常用的中继方式是光/电/光再生方式，直接进行光放大的掺铒光纤放大器也开始使用。

光缆作为传输媒介，主要任务是将来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变（失真）和衰减传输到光接收机。

7．光纤通信新技术

光波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）类似于电通信中的频分复用，是指把具有不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传输的技术。

光时分复用（OpticalTimeDivisionMultiplexing，OTDM）类似电信号的时分复用，光时分复用是把低速的光脉冲信号复合在一起，形成超高速光脉冲信号的一种技术。

光孤子是一种特殊的、短至皮秒（1ps=10-12s）的超短光脉冲。

光孤子能够长距离不变形地在光纤中传输。

光交换是指不经过任何光/电转换，把输入端光信号直接交换到不同输出端的一种技术。

第5章 数字微波通信系统

一、主要内容

1．无线电波的分类

极低频（极长波）3Hz～30Hz

超低频（超长波）30Hz～300Hz

特低频（特长波）300Hz～3000Hz

甚低频（甚长波）3KHz～30KHz

低频（长波）30KHz～300KHz

中频（中波）300KHz～3000KHz

高频（短波）3MHz～30MHz  

甚高频（米波或超短波）30MHz～300MHz

微波300MHz～300GHz

2．微波通信的概念

微波通信是指利用微波作为载波的通信技术。

微波是指频率在300MHz~300GHz无线电波。

根据波长或频率的不同，微波可以分为分米波（UHF）、厘米波和毫米波。

微波通信的分类：

微波中继通信、卫星通信、移动通信、散射通信。

3．微波中继通信

微波中继通信：

借助于地面架设的微波中继站进行远距离通信的一种通信方式，又称为微波接力通信。

微波中继通信只是微波通信的一种。

为什么地面微波通信需要使用中继？

（1）传播有损耗

（2）微波的直线传播和地面的曲面表面。

微波中继通信的特点（至少掌握三点）：

（1）频带宽，容量大；

（2）受外界干扰影响小；（3）天线增益高，方向性强；（4）通信灵活性大；（5）投资少，见效快

4．微波的视距传播特性

（1）自由空间传播损耗

自由空间传播损耗的计算公式

其中，

的单位为km；

的单位为GHz，或者

其中，

的单位为km；

的单位为MHz。

（2）等效地球半径

对于不同高度的大气，随着压力、温度和湿度不同，大气的折射率也不同。

因此实际电磁波传播时会不断地发生折射现象，使得传播轨迹不是直线而是曲线。

如果按照电磁波的曲线传播轨迹来进行有关分析和计算，将带来极大不便，因此人为引入等效地球半径的概念。

引入等效地球半径的概念后，大气折射的最后效果可以看成电磁波在一个等效半径为

的地球上空沿着直线传播，

为等效地球半径系数。

5．微波中继通信系统

（1）系统组成

微波站可分为终端站、中继站、分路站和枢纽站四种。

终端站是处于微波线路两端的微波站，是系统的终端。

中继站是线路的中间转接站，只对微波信号进行放大和转发，不能上、下话路（插入或分出信号）。

分路站除了具有中继站的功能外，还可以实现上、下话路。

当要实现两个方向以上的分出或插入微波信号时需要枢纽站。

（2）微波波道及其频率配置

微波波道：

一套对通的微波收发信机构成的一条微波通信通道。

常见的有两种频率配置：

单波道频率配置，多波道频率配置。

多波道频率配置的两种配置方案：

交错制和分割制。

第6章卫星通信

一、主要内容

1．概念

卫星通信是指利用人造卫星作为中继站，以实现两个或多个地球站之间通信的一种无线通信方式。

卫星通信使用微波频段，频率分配：

C波段（6/4GHz）；Ku波段（14/12GHz）；Ka波段（30/20GHz）。

卫星通信的特点（至少掌握三点）：

（1）覆盖区域大，通信距离远；

（2）频带宽，通信容量大；（3）便于多址连接；（4）通信质量好，可靠性高；（5）通信机动灵活；（6）电路使用费用与通信距离无关

2．卫星的分类

（1）按卫星的结构分类

可分为无源卫星和有源卫星两类.

无源卫星：

没有任何电子设备，通过其金属表面对无线电波进行反射来完成中继任务。

有源卫星：

一般采用太阳能电池和化学能电池作为能源,这种卫星装有收、发信机等电子设备.

（2）按卫星的运行轨道分类

赤道轨道卫星：

其轨道平面与赤道平面重合。

极轨道卫星：

其轨道平面与赤道平面垂直，这种卫星穿过地球南、北两极上空。

倾斜轨道卫星：

其轨道平面相对于赤道平面是倾斜的。

（3）按卫星离地面最大高度分类

低轨卫星（LowEarthOrbitSatellite，简称LEO）：

h<5000km，运行周期为2~4小时。

中轨卫星（MiddleEarthOrbitSatellite，简称MEO）：

5000km

高轨卫星（GeostationaryEarthOrbitSatellite，简称GEO）：

h=35780km，运行周期24小时，又称为静止轨道。

（4）按卫星与地球上任一点的相对位置分类

非同步卫星：

运行周期不等于（通常小于）地球自转周期，其轨道倾角、轨道高度、轨道形状（圆形或椭圆形）可因需要而不同。

从地球上看，这种卫星以一定的速度在运动，称为移动卫星或运动卫星。

同步卫星：

又称静止卫星，是指在赤道上空约35786km高的圆形轨道上与地球自转同向运行的卫星。

同步卫星的优点：

1）距地面高达，覆盖范围广，只需三颗卫星适当配置，就可建立除两极地区以外的全球性通信；2）相对于地球是静止的，因此地面站天线易于保持对准卫星，不需要复杂的跟踪系统；信号频率稳定，不会因卫星相对于地球运动而产生多普勒频移。

同步卫星的缺点：

1）两极地区为通信盲区；2）卫星离地球较远，传输损耗和传输时延较大；3）同步轨道只有一条，能容纳卫星的数量有限；4）同步卫星的发射和在轨测控技术比较复杂。

3．卫星通信系统的组成

一条卫星通信线路由五部分组成：

发端地球站；上行线路；卫星转发器；下行线路；收端地球站。

其中，上行线路和下行线路就是无线电波传播的路径。

4．同步通信卫星的组成及工作原理

一个同步通信卫星主要由天线系统、通信系统（转发器）、遥测指令系统、控制系统和电源系统五大部分组成。

（1）天线系统

天线包括两类：

通信系统用的通信天线，常采用定向天线；遥测指令系统用的遥测指令天线，一般是全向天线

（2）转发器

转发器通常分为透明转发器和处理转发器两大类。

透明转发器：

只是单纯地完成转发任务，不作其他处理。

处理转发器除了转发信号外，还具有信号处理功能。

（3）遥测指令系统

遥测指令系统分为遥测和遥控指令两部分。

（4）控制系统

包括位置控制和姿态控制两部分。

位置控制系统用来消除“摄动”的影响。

姿态控制是使卫星对地球或其它基准物保持正确的姿态，即卫星在轨道上的姿势。

（5）电源系统

平时主要使用太阳能电池，当卫星进入地球的阴影区（即星蚀）时，则使用化学能电池。

5．地球站的基本组成

由六个分系统组成：

天线系统、发射系统、接收系统、终端系统、监控系统、电源系统。

6．卫星移动通信系统

卫星移动通信系统由三部分组成：

（1）通信卫星，由一颗或多颗卫星组成；

（2）地面站；（3）移动终端。

按照卫星的运行轨道，卫星移动通信系统可以分为三类：

（1）低轨道卫星移动通信，代表系统有铱系统和全球星系统；

（2）中轨道卫星移动通信；（3）静止轨道卫星移动通信。

7．卫星导航定位系统

概念：

以人造卫星为导航台的无线电定位系统。

分类：

美国的全球定位系统（GPS）、欧盟的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统和中国的北斗卫星导航系统，使用范围最广的就是美国的GPS系统。

第7章移动通信系统

一、主要内容

1．概念

移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中进行的通信。

几个概念：

（1）邻道干扰：

相邻或邻近频道信号之间的相互干扰。

（2）同道干扰，也称同频干扰，是指相同频率信号之间的干扰。

（3）远近效应：

在CDMA系统中，许多移动台共用一个频率发送或接收信号，近地强信号干扰远地弱信号的现象称为远近效应。

解决远近效应的方法是功率控制。

移动通信的特点（至少掌握三点）：

（1）电波传播环境恶劣；

（2）噪声和干扰严重；（3）无线频谱资源非常紧缺；（4）环境条件差，对设备要求高。

2．移动通信系统的基本结构

移动通信系统可以分为三部分：

移动台；基站系统；网络系统。

基站系统由基站控制器（BaseStationController，BSC）和基站收发信机（BaseTransreceiverStation，BTS）两部分组成。

一个BSC可以控制一个BTS也可控制多个BTS。

每个小区必有一个BTS，但不是必有一个BSC，可以多个小区共用一个BSC。

移动交换中心简称为：

MobileSwitchingCenter，MSC。

它是移动通信系统的核心。

主要功能：

一是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理；二是提供与固定网的接口。

归属位置寄存器简称为：

HomeLocationRegister，HLR，每个移动用户都应在入网所在地的HLR中登记注册。

在HLR中主要存储两类信息：

一是有关用户的参数，如预定的业务、记账信息等；二是有关用户当前的位置信息。

访问位置寄存器简称为：

VisitorLocationRegister，VLR。

VLR用来存储进入其控制区域内外来移动用户的有关数据。

一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则临时存储的数据就会被删除。

因此，VLR可看作是一个动态用户的数据库。

3．移动通信网的网络结构

（1）大区制

一个城市只设一个基站，该基站覆盖整个通信服务区。

大区制的特点：

设备较简单，投资少，见效快，但频率利用率低，扩容困难。

（2）小区制：

蜂窝网

将整个通信服务区域（比如一个城市）划分为若干个子覆盖区，称为小区。

每个小区设置一个低功率基站，负责与本小区的移动用户通信。

小区制的优点：

用户终端小巧且电池使用时间长，辐射小，服务性能较好，频谱利用率较高，用户容量大等。

小区制的频率再用技术：

指一个频率可以在不同的小区内重复使用。