通信系统模型
通信系统的模型及分类
基带的含义是指：频 谱从零频附近开始的 信号（如语音）；
3.数字通信系统模型
定义：信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。
分类：数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统
和模拟信号数字化传输通信系统。
3.数字通信系统模型
1.数字频带传输系统
同步 信源 编码 器 加密 器 调制 器 信 道 解调 器 解密 器 译码 器 信宿
《现代通信技术》课程
通信系统的 模型及分类
目 录
01
通信系统的一般模型
02
03
模拟通信系统模型
数字通信系统模型
1.通信系统的一般模型
点对点通信
信源 发送设备 信道 接收设备 信宿
发送端
噪声源 通信系统一般模型
接收端
2.模拟通信系统模型
定义：信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。
信息源 调制器 信道 解调器 信宿
发送端 噪声源
接收端
模拟通信系统 一般模型
2.模拟通信系统模型
从理论上基带、基带信号、已调信号存在以下关系：
信源发出的原始电信 号是基带信号；
完成这种变换和反变换 的是调制器和解调器。 经过调制后的信号称为 已调信号；
01
02
03
04 已调信号有三个基本特征： 1）携带有信息，2）适合在信 道中传输，3）信号的频谱具有 带通形式且中心频率远离零频， 因而已调信号又称频带信号；
优点
便于与各种数字终端接口，利用现代计算技术对信息进
行处理、存储、变换； 便于加密处理，保密性强； 便于集成化，使通信设备微型化；
缺点
占据系统频带宽，频带利用率不高； 对同步要求高，系统设备比较复杂；
谢谢
通信系统模型的概念
通信系统模型的概念通信是人类社会发展中不可或缺的一部分。
随着科技的不断进步，通信系统的模型也在不断演变和完善。
本文将探讨通信系统模型的概念和发展，从物理层到应用层，深入了解其中的关键要素和挑战。
一、通信系统的基本概念通信系统是指将信息传递从一个地点转移到另一个地点的过程。
它通常由源端、信道和目的端组成。
源端即信息的产生者，信道指传输信息的媒介，而目的端则是信息的接收者。
通信系统的目标是确保信息能够准确、快速地传递，同时保护信息的机密性和完整性。
二、通信系统模型的层次结构为了更好地理解和管理通信系统，人们引入了分层模型的概念。
最经典的通信系统分层模型是OSI（开放系统互连）模型，它将通信系统划分为七个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
1. 物理层物理层是通信系统模型中最底层的层次，它负责将数字或模拟信号转换为能被传输媒介传递的物理形式。
物理层主要处理的是电压、电流、光强等物理特性。
2. 数据链路层数据链路层是负责将数据分成数据块，并在物理层提供的传输介质上传输的层次。
它使用帧作为数据传输的基本单位，并为数据提供可靠的传输，实现错误检测和纠正。
3. 网络层网络层负责将数据从源端传输到目的端，通过不同的节点进行路由选择。
它实现了将数据分割成更小的包并选择合适的路径进行传输。
4. 传输层传输层负责处理端到端的通信。
它提供了一种可靠的数据传输机制，保证数据的有序性和完整性。
最常见的传输协议是TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
5. 会话层会话层负责建立、管理和终止通信会话。
它提供了一种可靠的连接机制，确保通信的连续性和完整性。
6. 表示层表示层负责数据的格式化和解析。
它将数据从应用程序的格式转换为网络可识别的格式，并处理数据的加密和解密。
7. 应用层应用层是通信系统模型中最高层的层次，它负责为用户提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、远程登录等。
三、通信系统模型的挑战和发展趋势随着通信技术的飞速发展，通信系统模型面临了诸多挑战和需求。
通信系统的简化模型
通信系统的简化模型通信系统的简化模型一、引言通信系统是指用于传输信息的设备和网络。
它由多个组成部分构成，包括发送器、接收器、信道和协议等。
通信系统的设计和优化是一个复杂的过程，需要考虑诸多因素。
为了更好地理解通信系统的工作原理，我们可以采用简化模型来描述其基本结构和功能。
二、通信系统的基本结构通信系统可以分为两个主要部分：发送端和接收端。
发送端负责将信息转换为适合传输的形式，并通过信道将其传输到接收端。
接收端则负责将传输过来的信息还原为原始形式，并进行相应处理。
1. 发送端发送端由三个主要组成部分构成：源、编码器和调制器。
（1）源源是指产生信息的设备或人类活动。
例如，语音、图像、文字等都可以作为信息源。
在通信系统中，这些不同类型的信息需要经过不同的处理方式才能被传输。
（2）编码器编码器是将源产生的原始信息转换为适合传输的格式或编码方式。
常见的编码方式包括数字化、压缩和加密等。
（3）调制器调制器是将编码后的数字信号转换为适合传输的模拟信号。
调制器的主要功能是将数字信号转换为模拟信号，并通过信道传输到接收端。
2. 接收端接收端由三个主要组成部分构成：解调器、译码器和目的地。
（1）解调器解调器是将模拟信号转换为数字信号。
其主要功能是将接收到的模拟信号转换为数字信号，并传递给译码器进行进一步处理。
（2）译码器译码器是将数字信号转换为原始信息。
其主要功能是将接收到的数字信号还原为原始信息，并进行相应处理。
（3）目的地目的地是指最终接收到信息的设备或人类活动。
例如，显示屏、扬声器、打印机等都可以作为信息的目的地。
三、通信系统中的信道通信系统中，信息需要通过一定类型的信道进行传输。
根据不同类型的传输媒介，可以将通信系统中使用的信道分为有线和无线两种类型。
1. 有线信道有线信道指通过电缆或光缆等物理媒介进行传输。
常见的有线通讯方式包括电话、电报、以太网等。
2. 无线信道无线通讯方式则使用了无线电波作为传输媒介。
简述通信系统的一般模型__概述及解释说明
简述通信系统的一般模型概述及解释说明1. 引言1.1 概述通信系统是现代社会中不可或缺的一部分，它在人们之间传递信息、交流思想起到了至关重要的作用。
随着科技的发展，各种通信系统得以建立和完善，从最初的传统有线电话到如今的移动通信网络，都为人们提供了全球范围内快速、可靠、安全的信息传输与沟通手段。
本文将简要介绍通信系统的一般模型，并对其组件、功能和工作原理进行解释说明。
同时，本文还将深入探讨通信系统中的关键要点，以便读者更好地理解和运用相关知识。
1.2 文章结构本文主要分为六个部分：引言、通信系统的一般模型、通信系统的要点一、通信系统的要点二、通信系统的要点三和结论。
在引言部分，我们将对整篇文章进行概述，并阐明文章目标与结构。
接下来，在通信系统的一般模型部分，我们将具体描述其定义、背景、组件和功能以及工作原理。
在接下来的三个部分中，我们将详细解释每个要点，并提供相关实例和说明。
最后，在结论部分，我们将对整篇文章进行总结并提出一些展望。
1.3 目的本文的主要目的是向读者介绍通信系统的一般模型，并解释其组成部分和工作原理。
通过详细说明每个关键要点，我们希望读者能够全面了解通信系统并理解其在现代社会中的重要性。
同时，通过阅读本文，读者还可以更好地应用和运用通信系统相关知识。
最终，我们期望本文能为读者提供一个全面、清晰且易于理解的概述，并为他们进一步学习和研究通信系统打下基础。
2. 通信系统的一般模型2.1 定义和背景：通信系统是指通过传送、交换和处理信息来完成信息传递的一组设备和技术的集合。
它可以实现人与人之间、人与机器之间以及机器与机器之间的信息传递。
通信系统在现代社会中扮演着非常重要的角色，广泛应用于电信、互联网、无线通信等领域。
2.2 组件和功能：通信系统由多个组件组成，每个组件都有特定的功能，协同工作以实现信息传递。
主要的组件包括发送端、接收端、传输介质和信号处理设备。
发送端将待传输的信息转化为适合在传输介质上进行传播的信号，并通过传输介质将信号发送给接收端。
数字通信系统的一般模型
数字通信系统的一般模型
数字通信系统是指将模拟信号转换成数字信号，并通过媒介传输到接收端，再将数字信号转换回模拟信号的一种通信系统。
数字通信系统的一般模型包含以下几个部分：
1. 发送端：数字信号的产生器、编码器、调制器和发射机等组成的系统，主要负责将模拟信号转换成数字信号并进行相关处理和调制，然后通过天线或其他传输媒介发送出去。
2. 传输媒介：数字信号在传输媒介上进行传输，如光纤、电缆、无线电波等。
4. 噪声：传输过程中会受到各种干扰和噪声的影响，可能导致数字信号的失真和误码。
5. 控制反馈环路：控制系统可以通过反馈传递控制信号来实现数字通信系统的自适应和自校准。
6. 用户界面：数字通信系统还可以提供用户界面和人机交互功能，以方便用户进行控制和监测。
(信源)+编码器→(调制器)+发射机→(通信媒介)+接收机←(解调器)+(解码器)+(数字信号处理器)+(数模转换器)+(载波频率反馈器)
其中，信源指数字通信系统输入的模拟信号；编码器是将信源信号进行数字化编码的模块；调制器将数字信号转化成模拟信号的模块，如将数字信号调制成模拟信号的频率、相位或幅度；发射机是通过天线或其他传输媒介将模拟信号发送出去的模块；噪声是在传输过程中可能会受到的各种噪声和干扰；通信媒介是数字信号在传输过程中的传输媒介，如光纤、电缆和无线电波等；接收机是接收从传输媒介中接收到的信号，将其转换成数字信号的模块，具有解调、解码、数字信号处理和数模转换等功能；控制反馈环路能够实现数字通信系统的控制和校准；用户界面则是方便用户进行控制和监测的接口。
数字通信系统中各组成部分之间的通信和交互过程是复杂的，但是通常采取层次化结构，如协议层次结构，使得整个数字通信系统更加简洁、高效、可靠。
通信系统的组成模型
• 信息源给出的是模拟语音信号时，信 源编码器将其转换成数字信号，以实 现模拟信号的数字化传输。
2） 信道编码与译码
为了减少差错，信道编码器对传输的信 息码元按一定的规则加入保护成分（监 督元），组成所谓“抗干扰编码”。接 收端的信道译码器按一定规则进行解码， 从解码过程中发现错误或纠正错误，从 而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠 通信。
连续信号及其抽样
f (t )
O (a ) f (nT ) PAM 信号
t
O (b )
t
离散信号及其连续载波调制
f (nT )
1 O
0 0
1
1 0 1 (a )
1
1 0
0 1
t
数字信 息 PSK 波形
0
0
1
1
1
0
0
1
(b )
模拟通信系统模型
• 信源发出的是基带信号，具有频率很低的频谱 分量， 一般不宜直接传输。把基带信号变换成
返回
1.2 通信系统的组成模型
通信系统的一般模型
通信的目的是传输消息。 实现消息传递所需的一切设备和传输媒 质的总和称为通信系统。 基于点与点之间的通信系统的一般模型 可用图 1 - 1 来描述。
通信系统的一般模型
发送 设备 接收 设备
信源
信道 干扰源
信宿
返回
信源
• 定义——产生消息的来源。 • 作用——把各种消息转换成原始电信号。 • 距离——电话机、摄像机、电传机、计算 机等。 • 分类———模拟信源、数字信源
返回
发送设备
• —— 信源产生的消息信号变换成适合在 信道中传输的信号使信源和信道匹配。 发送设备的变换方式是多种多样的，在 需要频谱搬移的场合，调制是最常见的 变换方式。对数字通信系统，发送设备 常常又包括编码器与调制器。
通信系统概述
第一章通信系统概述1.1 通信系统模型一、通信的定义1.信息：对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容﹙包括语音、图象、文字等﹚人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。
古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。
2.信号：与消息一一对应的电量。
它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。
3．通信就是由一地向另一地传递消息。
二、电通信1．定义利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。
2．特点电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。
电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。
（1）模拟信号与数字信号：按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。
模拟信号：信号的取值是连续的。
数字信号：信号的取值是离散的。
（2）基带信号与频带信号：按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。
基带信号：发信源发出的信号。
频带信号：通过调制将基带信号变换为频带信号。
基带传输：在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和有线广播等)。
频带传输:通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。
（FM、AM、MODEM）三、通信系统的模型1.通信系统的一般模型(1)通信系统：通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。
(2)通信系统的基本模型●发信源：是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。
变换：将非电物理量转换为掂量。
信源可分为模拟信源和离散信源。
模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续的信号；离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。
●发送设备：作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信号。
它要完成调制、放大、滤波、发射等。
在数字通信系统中还要包括编码和加密。
通信系统基本原理和模型
通信系统基本原理和模型通信系统是现代社会中不可或缺的一部分，它承载着人们信息传递的重要任务。
在这篇文章中，我们将讨论通信系统的基本原理和模型，以帮助读者更好地了解这个领域。
一、通信系统的基本原理通信系统的基本原理涉及信号的产生、传输和接收。
在通信系统中，源头产生的信息通过信号转换成电磁波或其他载体进行传输，最终被接收方解码还原成可读取的信息。
1.1 信号产生信号是指源头产生的传递信息的载体。
在通信系统中，信号可以是模拟信号或数字信号。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号则是离散且有限的信号。
信号的产生可以通过各种方式实现，例如声音通过麦克风转换成电信号、文字通过键盘输入转换成二进制代码等。
1.2 信号传输信号传输是指将信号从发送方传递到接收方的过程。
在通信系统中，通常采用电磁波作为信号的传输媒介。
电磁波可以在空气、电线、光纤等介质中传播，其中光纤是目前应用较为广泛的传输介质之一。
信号在传输过程中可能会受到噪声、衰减和失真等因素的影响，因此需要采取一系列的调制、编码和纠错技术来保障传输的可靠性和稳定性。
1.3 信号接收信号接收是指将传输过程中的信号解码还原为原始信息的过程。
接收方根据发送方采用的调制、编码方式，对接收到的信号进行解调、解码操作。
解调是指将调制后的信号还原为原始信号，解码是指将编码后的信号还原为原始信息。
解调和解码过程通常需要使用相应的硬件设备和算法来实现。
二、通信系统的模型通信系统可以通过模型来描述其运行原理，并帮助我们更好地理解其中的各个环节。
通信系统的模型一般包括发送方、接收方、信道和噪声等基本组成部分。
2.1 发送方发送方是指信息的源头，负责产生并发送信号。
发送方在发送之前可能需要进行信号处理、调制和编码等操作，以适应信道的传输特性。
2.2 接收方接收方是指信息的目标对象，负责接收并解码信号，将其转换为可读取的信息。
接收方在接收到信号后，可能需要进行信号处理、解调和解码等操作，以还原信号的原始信息。
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通信系统模型信源信号源函数Signal Sourcesranderr - Generate bit error patterns.randint - Generate matrix of uniformly distributed random integers.randsrc - Generate random matrix using prescribed alphabet.seqgen.pn - Generate pseudorandom noise sequences (See also: SEQGEN objects).wgn - Generate white Gaussian noise.以randsrc (1,10,[0 1;0.5 0.5])为例产生1*10的0、1矩阵，0、1出现的概率均为0.5；此外Matlab产生随机数：randrand(n)：生成0到1之间的n阶随机数方阵rand(m,n)：生成0到1之间的m×n的随机数矩阵randnrandn（）命令是产生白噪声的，白噪声应该是0均值，方差为1的一组数；同rand有randn(n)，randn(m,n)rand是0-1的均匀分布，randn是均值为0方差为1的正态分布randintrandint(m,n,[1 N])：生成m×n的在1到N之间的随机整数矩阵，其效果与randint(m,n,N+1)相同。
Matlab随机数生成函数：betarnd 贝塔分布的随机数生成器binornd 二项分布的随机数生成器chi2rnd 卡方分布的随机数生成器exprnd 指数分布的随机数生成器frnd f分布的随机数生成器gamrnd 伽玛分布的随机数生成器geornd 几何分布的随机数生成器hygernd 超几何分布的随机数生成器lognrnd 对数正态分布的随机数生成器nbinrnd 负二项分布的随机数生成器ncfrnd 非中心f分布的随机数生成器nctrnd 非中心t分布的随机数生成器ncx2rnd 非中心卡方分布的随机数生成器normrnd 正态（高斯）分布的随机数生成器poissrnd 泊松分布的随机数生成器raylrnd 瑞利分布的随机数生成器trnd 学生氏t分布的随机数生成器unidrnd 离散均匀分布的随机数生成器unifrnd 连续均匀分布的随机数生成器weibrnd 威布尔分布的随机数生成器Matlab取整：(1)fix(x) : 截尾取整.>> fix( [3.12 -3.12])ans =3 -3(2)floor(x):不超过x 的最大整数.(高斯取整) >> floor( [3.12 -3.12])ans =3 -4(3)ceil(x) : 大于x 的最小整数>> ceil( [3.12 -3.12])ans =4 -3(4) round (x) :四舍五入取整>> round(3.12 -3.12)ans =>> round([3.12 -3.12])ans =3 -3信源编译码信源编码函数（效果：提高有效性、降低可靠性，信道编码相反）Source Codingarithdeco - Decode binary code using arithmetic decoding.arithenco - Encode a sequence of symbols using arithmetic coding.compand - Source code mu-law or A-law compressor or expander.dpcmdeco - Decode using differential pulse code modulation.dpcmenco - Encode using differential pulse code modulation.dpcmopt - Optimize differential pulse code modulation parameters.Huffmandeco - Huffman decoder.huffmandict - Generate Huffman code dictionary for a source with known probability model.huffmanenco - Huffman encoder.lloyds - Optimize quantization parameters using the Lloyd algorithm.quantiz - Produce a quantization index and a quantized output value.以霍夫曼编码为例：letters = [1:6]; % Distinct symbols the data source can producep = [.5 .125 .125 .125 .0625 .0625]; % Probability distribution[dict,avglen] = huffmandict(letters,p); % Get Huffman code.sig = randsrc(1,20,[letters; p]) % Create data using p.comp = huffmanenco(sig,dict) % Encode the data.deco = huffmandeco(comp,dict) % Decode the encoded signal.equal = isequal(sig,deco) % Check whether the decoding is correct.调制解调Digital Modulation/Demodulation（数字调制/解调函数）dpskmod - Differential phase shift keying modulation.dpskdemod - Differential phase shift keying demodulation.fskmod - Frequency shift keying modulation.fskdemod - Frequency shift keying demodulation.genqammod - General quadrature amplitude modulation.genqamdemod - General quadrature amplitude demodulation.modnorm - Scaling factor for normalizing modulation output.mskmod - Minimum shift keying modulation.mskdemod - Minimum shift keying demodulation.oqpskmod - Offset quadrature phase shift keying modulation.oqpskdemod - Offset quadrature phase shift keying demodulationpammod - Pulse amplitude modulation.pamdemod - Pulse amplitude demodulation.pskmod - Phase shift keying modulation.pskdemod - Phase shift keying demodulation.qammod - Quadrature amplitude modulation.qamdemod - Quadrature amplitude demodulation.以BPSK为例：x=[0 1 0 1 1 0 1 1];scatterplot(pskmod(x,2,0));%Bpsk调制并画星座图，初始相位为0pskdemod(pskmod(x,2,0),2);%解调s=(x*2-1);%BPSK调制c=(s>0); %BPSK解调以QPSK为例：function ModulateSignal=QPSKModulate(SignalData)data=SignalData;for jdata=1:size(data,1)m=1;for idata=1:size(data,2)/2 %QPSK modulationpacket(1:2)=[data(jdata,2*idata-1),data(jdata,2*idata)];if packet==[0,0]symbol(jdata,m)=i;elseif packet==[0,1]symbol(jdata,m)=1;elseif packet==[1,0]symbol(jdata,m)=-1;elseif packet==[1,1]symbol(jdata,m)=-i;endm=m+1;end;endModulateSignal=symbol;信道编译码卷积码及维特比译码（2,1,3）卷积码function[ConvolutionalCode,Trellis]=ConvolutionalEncoding(SourceCode) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%该函数实现(2,1,3)卷积编码%%%%其中SourceCode为要编码的原始序列%%%%ConvolutionalCode为编好的码字%%%%Trellis为网格表示% zjm% Version 1.00% 2010-11-25 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%第一个参数为约束长度。
第二个参数为输入说出关系Trellis=poly2trellis(3,[7 5]);%(2,1,3)卷积码的网格表示,g1=[1 1 1];g2=[1 0 1];ConvolutionalCode=convenc(SourceCode,Trellis);%卷积编码function DecodedCode=ConvolutionalDecoding(EncodedCode) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%该函数实现(2,1,3)卷积译码%%%%其中EncodedCode为要译码的序列%%%%DecodedCode为译好的码字% zjm% Version 1.00% 2010-11-25 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%Trellis=poly2trellis(3,[7 5]);%(2,1,3)卷积码网格表示DecodedCode=vitdec(EncodedCode,Trellis,3,'trunc','hard');%维特比译码，硬判决分组码：>> x=encode([1 0 1 1],7,4,'hamming');>> y=decode(x,7,4,'hamming');信道瑞利（莱斯）衰落信道复数信号：瑞利衰落信道（Rayleigh fading channel）是一种无线电信号传播环境的统计模型。