深入浅出通信原理 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

深入浅出通信原理
第1章　通信原理概述
第2章　信号与频谱
第3章　信　道
第4章　信源编码
第5章　信道编码与交织
第6章　基带信号的发送和接收
第7章　频带信号的发送和接收
第8章　天线技术
第9章　复用和多址技术
第10章　通信系统性能评估
参考文献
第1章　通信原理概述
1.1　什么是通信
所谓的通信就是指信息的传递和交流，如图1-1所示。
图1-1　通信
一、广义的通信
广义的通信：无论采用什么方法、使用什么传输媒介，只要将信息从一地传送到另一地，均可称为通信。从这个意义讲，古代的飞鸽传书和利用烽火传递信息都属于通信。
古人将书信绑在鸽子腿上，通过鸽子将书信从一个地方传递到另外一个地方，这就是飞鸽传书，如图1-2所示。
古代边防前线发现敌情时，点燃烽火台上的烽火，利用浓烟将敌人入侵的消息传递到后方，这就是烽火通信，如图1-3所示。
图1-2　飞鸽传书
图1-3　烽火通信
二、狭义的通信
狭义的通信只包括电信和广播电视。
1．电信
电信是指利用“电”来传递信息的方法，如电报和电话通信。
电报通信中的发报机如图1-4所示。电话通信中的电话机如图1-5所示。
图1-4　发报机
图1-5　电话机
2．广播电视
广播：听众使用如图1-6所示的收音机来收听广播电台的声音节目。
电视：观众使用如图1-7所示的电视机来收看电视台的视频节目。
图1-6　收音机
图1-7　电视机
1.2　什么是通信系统
实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质被统称为通信系统。电话通信系统就是指实现声音传递的通信系统，如图1-8所示。
图1-8　电话通信系统
我们在日常生活中接触到的通信系统都比较复杂，但这些复杂的通信系统并不是一蹴而就的，它经历了由简单到复杂、由有线到无线、由模拟到数字的发展历程。
为了更好地理解通信原理，下面回顾一下通信系统的演变历史。
一、有线模拟通信系统
1875年，贝尔发现电流的强弱可以模拟声音大小的变化，由此想到了利用电流来传送声音，发明了电话。最简单的有线电话通信系统如图1-9所示，主要由话筒、听筒及二者之间的电话线组成。
图1-9　有线模拟电话通信系统
1．话筒
话筒又被称为麦克风、送话器，负责将声音的变化转换为电流的变化。
曾经在电话通信系统中广泛应用的碳粒式麦克风如图1-10所示。
图1-10　碳粒式麦克风
其工作原理如图1-11所示：当声波作用于震动膜片，碳粒被挤压变得紧密，电阻随之减小，电流增大；当声音变小时，碳粒变得疏松，电阻随之增大，电流减小。
图1-11　碳粒式麦克风工作原理
2．听筒
听筒又被称为扬声器、喇叭、受话器，负责将电流的变化转换为声音的变化。如图1-12所示的就是一种很常见的扬声器，被称为动圈式扬声器。
其工作原理如图1-13所示：扬声器里有一个线圈，镶嵌在环形磁体的空隙里，当有音频电流通过时，就产生一个随电流规律变化的磁场，在环形磁铁的共同作用下，线圈带动纸盆振动，发出声音。
图1-12　动圈式扬声器
图1-13　动圈式扬声器工作原理
二、无线模拟通信系统
有线电话通信需要架设很长的电话线路，部署起来很不方便。1887年赫兹通过试验证实了电磁波的存在。马可尼受赫兹的电磁波试验的启发，1894年开始进行无线电通信试验，并于1896年发明了无线电报，1899年首次完成了英国与法国之间国际性的无线电通话。
无线电话通信系统如图1-14所示，主要由话筒、调制器、发射天线、接收天线、解调器和听筒组成。
图1-14　无线电话通信系统
最初的通信系统是用模拟电路实现的，其中传输的信号都是模拟信号，因此被称为模拟通信系统。
模拟信号存在一个缺点，那就是抗干扰能力差，很容易在传输的过程中受到干扰影响而产生失真。假定从话筒输出一个音频信号，其波形如图1-15所示。
图1-15　话筒送出的音频信号波形
信号经过传输到达听筒，波形很容易发生失真，如图1-16所示。
图1-16　到达听筒的音频信号波形
三、有线数字通信系统
相对于模拟信号，数字信号有很多优点。
1．数字信号抗干扰能力强
数字信号的抗干扰能力很强。以最常见的二进制数字信号为例，其使用高电平和低电平两种电平分别代表二进制数字0和1。接收端只需关注采样时刻的电平值，能够区分出高电平和低电平就可以了，并不需要对接收信号的波形太关心，因此信号波形失真对数字信号的影响很小。
假定发送端发出一串二进制数字010101…，其波形如图1-17所示。
图1-17　发送端发出的二进制数字信号波形
经过传输到达接收端的信号很容易发生失真，波形如图1-18所示。
图1-18　到达接收端的二进制数字信号波形
只要传输线路比较短，信号衰减程度比较小，信号波形失真不是太严重，二进制数字010101…很容易在接收端被正确恢复出来。但如果传输线路很长，信号衰减程度很大，信号到达接收端时波形失真很严重，二进制数字很难被正确恢复出来。有没有什么解决办法呢？
只要在信号衰减到一定程度、波形失真还不是太严重时插入数字中继器，对数字信号进行放大，恢复理想脉冲波形，再转发出去即可，这就是数字信号的再生，如图1-19所示。
图1-19　数字信号的再生
由此可见，数字信号通过再生很容易实现远距离传输。
有人会说：模拟信号也可以采用类似的方法来实现远距离传输啊，只要在中途对模拟信号进行放大即可，如图1-20所示。
图1-20　模拟信号的远距离传输
表面上看似可行，实际上存在一个问题：对模拟信号进行放大的同时，叠加在上面的噪声也会被放大，而且累积的噪声会随着传输距离的增加而越来越多，信号质量会越来越差。而数字信号则不同，通过中继器放大时，可以恢复出理想脉冲波形，叠加在脉冲信号上的噪声不会被累积。
2．数字信号便于复用传输
数字信号还便于实现多路信号的复用传输。
以4路信号的并行传输为例，如图1-21所示，4路信号只要按时间错开、轮流占用传输线路，即可实现4路信号的复用传输。
图1-21　数字信号的4路复用传输
3．数字信号便于交换
数字信号很容易利用时隙交换实现用户间的数据交换。
假定甲 ............

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