第1章-物联网通信技术(曾宪武)LXX2014.7.ppt

第1章　通信的基本模型与概念 　　　　　1.1 通信系统模型　　通信的任务是完成消息的传递。 消息具有不同的形式， 如符号、 文字、 语音、 数据、 图像等， 为了将消息传递到目的地， 须经过若干个环节构成的“通信系统”来完成， 将这些环节抽象为一般的模型， 即形成了通信系统的模型。 　　完成某一通信任务的过程可以抽象为将一个消息从消息的源头传递到消息的目的地， 为了实现这一过程， 要经过发送设备、 传输媒质（信道）和接收设备环节， 如图1.1.1 所示。 图1.1.1 通信系统模型 　　在图1.1.1中， 发送端(信息源)的作用是把各种可能的消息转换成原始电信号。 为了使该信号适合在信道中传输， 需由发送设备对其进行某种处理或变化， 然后再传送到信道中进行传输。 信道是指信号传输的通道。 在接收端， 接收设备的作用与发送设备相反， 即从接收信号中尽可能地恢复出原始电信号， 而受信者（也称信宿）是将复原的原始信号转换成相应的消息。 噪声源是信道中的噪声及分布在通信系统其他各处的噪声的集中表示。 　　　1.2 模拟通信与数字通信系统模型　　通信中所传输的消息是多种多样的， 符号、 文字、 语音、 图形图像等都是消息多样的表现。 消息可分为两种类型， 第一类称为离散消息， 另一类称为连续消息。 离散消息是指消息的状态是可数的或离散的， 也称为数字消息， 例如数据、 符号等。 连续消息是指其状态是连续变化的， 也称为模拟消息， 如连续变化的语言、 图像等。 　　为了能传递消息， 各种消息需转换为电信号， 即消息与电信号之间必须有一一对应的关系。 通常， 消息被承载在电信号的某一参量上， 如果电信号的参量承载的是离散消息， 则该参量必须是离散值， 这种信号称为数字信号。 如果电信号的参量是连续值， 则这样的信号称为模拟信号。 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 可以相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 　　原始电信号由于它的成分中含有不适合信道传输的低频分量， 因此， 模拟通信往往需要将原始电信号变换成适合于信道传输的信号， 并在接收端进行反变换， 这种变换和反变换称为调制和解调。 经过调制后的信号称为已调信号， 它应具有两个基本特征， 一是携带消息， 二是适合信道的传输。 　　通常， 我们将发送端调制前和接收端解调后的信号称为基带信号， 因此， 原始信号又称为基带信号， 而已调信号则称为频带信号。 一般的模拟通信系统模型可由图1.2.1表示。 图1.2.1与图1.1.1的不同之处是将发送设备、 接收设备分别用调制器和解调器来代替。 图1.2.1 模拟通信系统模型 　　数字通信的基本特征是其传输离散或数字信号。 在模拟通信中通过调制与解调对基带信号进行变换和反变换， 要求变换（或反变换）应具有成比例的线性关系； 而在数字通信中， 则要求已变换的参量与基带信号之间呈一一对应的关系。 除上述外， 数字通信还应解决以下关键问题： 　　（1） 数字信号在传输时， 信道噪声或干扰所造成的差错需要通过差错控制编码等手段来解决。 为此， 在发送端需要增加一个编码器， 而接收端需要一个解码器。 　　（2） 当需要必威体育官网网址时， 可以有效对基带信号进行人为的加密， 此时， 需要在收发两端分别增加加密器和解密器。 　　（3） 由于数字信号的传输是按照节拍传送数字信号单元（即码元）的， 因此接收端必须按与发送端相同的节拍接收， 否则会出现“张冠李戴”的混乱结果。 　　（4） 为了表述消息的内容， 基带信号都是按消息内容编组的， 各组之间用某码组表示间隔和停顿。 　　鉴于上述四项要解决的关键问题， 数字通信系统的模型可表述为图1.2.2所示。 图1.2.2 数字通信系统模型 　　实际上， 在数字通信系统中， 各个环节并非一定要采用图1.2.2所示的形式， 而应依据具体的要求来设计。 如对于一个数字基带传输系统（见图1.2.3）， 就不采用频带调制和解调环节。 　　另外， 当数字通信系统要传输模拟消息时， 还可在发送端前、 接收端后分别增加模/数变换(A/D变换) 器和数/模变换(D/A变换)器。 图1.2.3 数字基带通信系统模型 　　　1.3 通信系统的分类及通信方式1.3.1 通信系统分类 　　通信系统有许多不同的分类方法， 这里我们从通信系统的模型出发对通信系统进行分类。 　（1） 按消息的物理特征分类。 　　依据消息的物理特征不同， 通信系统可以分为电报通信系统、 电话通信系统、 数据通信系统、 图像通信系统和多媒体通信系统等。 　　（2） 按调制方式分类。 　　根据是否采用调制环节， 可将通信系统分为基带传输通信系统和频带（调