展-通信原理-第二章-通信系統(tǒng)概述

第2章通信系統(tǒng)概述展召敏先了解幾個(gè)概念信源：信息的源頭信宿：信息傳達(dá)的目的地信道：信源與信宿通信的媒介，空氣、電纜、光纜、水等通信：信源向信宿傳遞信息的過(guò)程信息：有價(jià)值的消息人之間的對(duì)話(huà)和現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的異同相同之處說(shuō)話(huà)方：相當(dāng)于發(fā)射機(jī)（或信源）聽(tīng)話(huà)方：相當(dāng)于接收機(jī)（或信宿）溝通語(yǔ)言：相當(dāng)于信源編碼空氣：是物理媒介2023/2/43人之間的對(duì)話(huà)和現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的異同區(qū)別傳遞的信號(hào)是聲波而非電磁波無(wú)需調(diào)制不需要進(jìn)行信道編碼2023/2/44注：因?yàn)橐话愣寄苈?tīng)清對(duì)方的說(shuō)話(huà)，即使“解碼”出現(xiàn)問(wèn)題（沒(méi)聽(tīng)清對(duì)方說(shuō)話(huà)），人腦比接收機(jī)聰明很多，無(wú)需進(jìn)行CRC校驗(yàn)，就知道信息接收不完全，難以理解，大腦就丟棄這個(gè)信息包，要求重發(fā)（讓對(duì)方再說(shuō)一遍）。2.1中國(guó)古代的通信想一想：古代通信都有哪些方式？烽火臺(tái)旗語(yǔ)驛站飛鴿傳書(shū)…2023/2/45對(duì)話(huà)交流存在的問(wèn)題通信基本靠吼存在的主要問(wèn)題是什么？人的發(fā)聲系統(tǒng)能發(fā)出的聲波能量有限，通信距離受限。2023/2/46古人的解決方案“孫子曰：凡制眾如制寡，分?jǐn)?shù)是也；斗眾如斗寡，形名是也?！薄秾O子兵法》分?jǐn)?shù)：對(duì)部隊(duì)進(jìn)行整編，即編號(hào)。形名：指旗語(yǔ)，用旗語(yǔ)指揮部隊(duì)變陣和進(jìn)行戰(zhàn)斗。鼓點(diǎn)和旌旗放大了聲音的音量和視覺(jué)標(biāo)的的大小，延展了通信距離。2023/2/47烽火臺(tái)古代大的戰(zhàn)役都發(fā)生在很小的區(qū)域——受指揮系統(tǒng)限制像長(zhǎng)安和雁門(mén)這種超長(zhǎng)距離的信息傳輸，應(yīng)該采用哪種方式呢？烽火臺(tái)信號(hào)衰減了怎么辦？中繼為什么網(wǎng)線(xiàn)一般不超過(guò)100m？2023/2/48烽火臺(tái)通信中存在哪些問(wèn)題？成本高昂路徑固定且單一能夠傳遞的信息量有限2023/2/49中國(guó)古代最主流的遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)

——驛站以驛站為基礎(chǔ)的“郵局”系統(tǒng)。即騎馬瘋狂地趕路送信，遇著驛站就換馬以保持行進(jìn)的速度。怎么保證通信安全？對(duì)信息進(jìn)行加密，即“陰符”將信息分為幾份，通過(guò)不同人采用不同路徑送出，到目的地匯合2023/2/410陰符2023/2/411存在的問(wèn)題陰符只能傳遞8種消息，且很不詳細(xì)陰書(shū)2023/2/412將一封書(shū)信分為3份，由3個(gè)人通過(guò)不同路徑傳遞，3人互相不知內(nèi)情，最后傳到一個(gè)將領(lǐng)手里，即陰書(shū)。類(lèi)似GSM中的跳頻加密，GSM跳頻技術(shù)1秒跳217次，即把1秒的內(nèi)容分成217份，通過(guò)不同頻率發(fā)出。飛鴿傳書(shū)主要問(wèn)題單向傳輸2023/2/4132.2通信系統(tǒng)的架構(gòu)電話(huà)之父——貝爾模擬通信系統(tǒng)架構(gòu)數(shù)字通信系統(tǒng)架構(gòu)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)2023/2/414基石1844年，莫爾斯（美）發(fā)明了電報(bào)：用電磁波傳遞信號(hào)。1854年，鮑薩爾（法）設(shè)想出電話(huà)原理：將兩塊薄金屬片用電線(xiàn)相連，一方發(fā)出聲音，金屬片振動(dòng)，變成電傳給對(duì)方。問(wèn)題如何構(gòu)造送話(huà)器和受話(huà)器，怎樣把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并進(jìn)行傳送？2023/2/415貝爾面臨的挑戰(zhàn)怎樣把聲波轉(zhuǎn)化成電信號(hào)？設(shè)想：利用電磁開(kāi)關(guān)形成一開(kāi)一閉的脈沖信號(hào)原因：機(jī)械開(kāi)關(guān)難以達(dá)到3400Hz的頻率2023/2/416亞歷山大·格雷厄姆·貝爾×電話(huà)的誕生一次試驗(yàn)中，貝爾將金屬片連接在電磁開(kāi)關(guān)上，聲音變成了電流。原理：金屬片因聲音而振動(dòng)，在于其相連的電磁開(kāi)關(guān)線(xiàn)圈中感生了電流。2023/2/417愛(ài)迪生發(fā)明了炭精式送話(huà)器模擬通信系統(tǒng)架構(gòu)具有連續(xù)隨時(shí)間變化的波形信號(hào)稱(chēng)為模擬信號(hào)。語(yǔ)音信號(hào)影像信號(hào)貝爾挑戰(zhàn)——如何把它轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)。輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換器2023/2/418模擬通信系統(tǒng)功能框圖2023/2/419低頻信號(hào)不利于傳輸，因此要將其調(diào)制到高頻信號(hào)上去。上圖未考慮信道乃至發(fā)射機(jī)接收機(jī)本身所產(chǎn)生的噪聲。數(shù)字通信系統(tǒng)架構(gòu)模擬信源的輸出還可以轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，消息可以通過(guò)數(shù)字調(diào)制后發(fā)送，并在接收端解調(diào)成數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行譯碼，還原成模擬信號(hào)。即增加“模擬——數(shù)字”轉(zhuǎn)換模塊例：數(shù)字機(jī)頂盒數(shù)字電視終端不支持?jǐn)?shù)字信號(hào)，故通過(guò)機(jī)頂盒完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。2023/2/420數(shù)字通信系統(tǒng)雛形數(shù)字編碼器的作用：盡量使信息簡(jiǎn)潔，減少冗余，稱(chēng)之為“信源編碼”。接收端可以根據(jù)編碼所包含的一些內(nèi)容，對(duì)信息完整性做出判斷，盡量恢復(fù)原來(lái)的信息，稱(chēng)之為“信道編碼”。2023/2/421數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)“通信的世界，過(guò)去是屬于模擬的，現(xiàn)在和將來(lái)是屬于數(shù)字的，但未來(lái)的未來(lái)必定還將是屬于模擬的?！澳M信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的步驟：采樣、量化、編碼。采樣：奈奎斯特定理證明了，當(dāng)采樣頻率大于兩倍帶限信號(hào)帶寬時(shí)，信號(hào)可以完全由其采樣樣本恢復(fù)。但采樣無(wú)可避免的存在失真2023/2/422量化：數(shù)字通信系統(tǒng)無(wú)法處理無(wú)限多個(gè)電平值，必須將其按區(qū)間劃分，變成有限多個(gè)值。量化環(huán)節(jié)，同樣存在失真。編碼2023/2/423模擬系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)光學(xué)攝影機(jī)是典型的模擬通信系統(tǒng)，原理是通過(guò)凸透鏡將光信號(hào)在膠片上成像。膠片能夠更加細(xì)膩的體現(xiàn)場(chǎng)景細(xì)節(jié)和氛圍，對(duì)色彩、光線(xiàn)變化、影調(diào)等各方面都比數(shù)碼能包容的程度更高。缺點(diǎn)：價(jià)格十分高昂2023/2/424數(shù)字通信相對(duì)模擬通信的優(yōu)勢(shì)對(duì)噪聲的處理：信道噪聲或者干擾噪聲造成的差錯(cuò)，原則上都可以通過(guò)差錯(cuò)編碼來(lái)控制。便于加密：成本比較低2023/2/425作業(yè)2列舉古代幾種常見(jiàn)的通信方式及優(yōu)缺點(diǎn)。畫(huà)出模擬通信系統(tǒng)的框圖畫(huà)出數(shù)字通信系統(tǒng)的框圖2023/2/4262.3信號(hào)的基礎(chǔ)知識(shí)信號(hào)：通信系統(tǒng)承載的信息流就是信號(hào)。電磁信號(hào)：是時(shí)間的函數(shù)，也是頻率的函數(shù)。2023/2/427信號(hào)的時(shí)域概念從時(shí)域的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看：如果一段時(shí)間信號(hào)的強(qiáng)度變化時(shí)平滑的，沒(méi)有中斷或不連續(xù)，則為模擬信號(hào)。如果信號(hào)在某一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度保持某個(gè)常量值，然后在下一時(shí)段有變化成另一個(gè)常數(shù)值，則為數(shù)字信號(hào)。2023/2/428周期信號(hào)最簡(jiǎn)單的信號(hào)為周期信號(hào)：2023/2/429正弦波幅度：A頻率：f相位：θ2023/2/4302023/2/431信號(hào)的頻域概念通常一個(gè)電磁信號(hào)會(huì)由多種頻率組成如：如果我們給予每一個(gè)諧波分量一個(gè)合適的系數(shù)，然后把這些諧波分量疊加起來(lái)，那么疊加的圖形會(huì)越來(lái)越接近于一個(gè)方波。2.4傅里葉級(jí)數(shù)和傅里葉分析無(wú)論是電磁波還是聲波，都不會(huì)是一個(gè)簡(jiǎn)單的正弦函數(shù)。對(duì)于如下所示，較復(fù)雜的信號(hào)應(yīng)該如何分析？2023/2/432信號(hào)分析從基礎(chǔ)的開(kāi)始，分析“周期信號(hào)”以抖繩子為例:歐拉發(fā)現(xiàn)，所有的振蕩模式都是x的正弦函數(shù)，并成諧波關(guān)系。結(jié)論：如果某一時(shí)刻振動(dòng)弦的形狀是其諧波的組合，那么在其后任何時(shí)刻，振動(dòng)弦的形狀也都是這些振蕩諧波的組合。2023/2/433對(duì)周期信號(hào)的分析源于1748年歐拉對(duì)振動(dòng)弦進(jìn)行的研究工作。2023/2/434歐拉簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：繩子上滾動(dòng)的信號(hào)，總可以表示為右圖所示的一堆正弦波的疊加，只是每個(gè)正弦波所占的比重不同，即加權(quán)系數(shù)不同。傅里葉級(jí)數(shù)的由來(lái)傅里葉猜想：任何周期信號(hào)都可以用成諧波關(guān)系的正弦函數(shù)級(jí)數(shù)來(lái)表示。非周期信號(hào)可以表示為不全成諧波關(guān)系的正弦信號(hào)的加權(quán)積分。狄里赫利：給出完整的證明2023/2/435周期信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)——傅里葉級(jí)數(shù)滿(mǎn)足狄里赫利條件下，周期信號(hào)可以用成諧波關(guān)系的正弦函數(shù)表示。周期復(fù)指數(shù)信號(hào)：是周期性的，基波頻率為ω0，基波周期為T(mén)=2π/ω0

。與它成諧波關(guān)系，即周期是ω0

的k倍，即諧波信號(hào)的集合：2023/2/436周期信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)——傅里葉級(jí)數(shù)傅里葉級(jí)數(shù)：=0.就是歐拉所說(shuō)的加權(quán)系數(shù)，0.

ω0t是諧波信號(hào)。一般而言k=±N的分量稱(chēng)為第N次諧波分量。2023/2/437例2023/2/438周期信號(hào)分解成基波信號(hào)+諧波信號(hào)ak怎么來(lái)的？2023/2/439非周期信號(hào)的數(shù)學(xué)闡述——傅里葉分析思想：把非周期信號(hào)看作周期無(wú)限長(zhǎng)的周期信號(hào)。周期無(wú)窮大，即頻率分量之間變得無(wú)限小，將傅里葉級(jí)數(shù)的求和變成積分。傅里葉分析：2023/2/440傅里葉分析帶給我們的思考以往我們通過(guò)時(shí)域的角度來(lái)看待信號(hào)，把信號(hào)理解為時(shí)間上電平高高低低的連續(xù)變化，維度是時(shí)間和電平值；頻域的角度來(lái)看信號(hào)，把信號(hào)理解為不同頻率的復(fù)指數(shù)信號(hào)的疊加，即基波分量和諧波分量的疊加，不同頻率權(quán)重系數(shù)不同，兩個(gè)維度是頻率和權(quán)重系數(shù)。2023/2/441觀(guān)眾關(guān)注他這秒干了什么，下一秒又做了哪些精彩動(dòng)作。2023/2/442分析員：統(tǒng)計(jì)他每秒多了多少個(gè)動(dòng)作。2023/2/443模擬信號(hào)如何轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)采樣

量化

編碼2023/2/444聲音是如何變成比特流的？想一想：中學(xué)的時(shí)候是如何畫(huà)的函數(shù)曲線(xiàn)的？描點(diǎn)，如：連線(xiàn)“模數(shù)轉(zhuǎn)換”過(guò)程與之類(lèi)似：從時(shí)間軸上等間隔地抽取N個(gè)時(shí)間點(diǎn)，然后取N個(gè)值，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“采樣”。2023/2/445奈奎斯特采樣定理究竟取多少個(gè)點(diǎn)，原有的連續(xù)時(shí)間信號(hào)所含的信息才不會(huì)丟失，才能完整的保留下來(lái)，然后被還原？無(wú)窮多個(gè)？奈奎斯特證明了，如果一個(gè)信號(hào)是帶限的（即它的傅里葉變換在某一限頻帶寬以外均為零），如果采樣樣本大于信號(hào)帶寬的兩倍，則可以無(wú)失真的還原信號(hào)。該結(jié)論即奈奎斯特采樣定理。2023/2/446×電影畫(huà)面是連續(xù)的嗎？2023/2/447如何讓人覺(jué)得電影畫(huà)面是連續(xù)的？電影每秒播放24幀，即采樣頻率是24即可，人眼通過(guò)“視覺(jué)停留”，相當(dāng)于通過(guò)樣本信號(hào)的“內(nèi)插”來(lái)還原信號(hào)，所謂“內(nèi)插”類(lèi)似于數(shù)學(xué)中把描的點(diǎn)用線(xiàn)連起來(lái)，形成一個(gè)函數(shù)圖形?！皟?nèi)插”或“視覺(jué)停留”用信號(hào)與系統(tǒng)的話(huà)來(lái)說(shuō)就是“零階保持”。2023/2/448欠采樣24幀的采樣頻率是否足夠用？一般情況下沒(méi)有問(wèn)題特例：如馬車(chē)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)的飛快，一秒轉(zhuǎn)動(dòng)不只12圈，則24幀的采樣頻率就不夠用了，甚至可以看到輪子朝反向轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，這種情況稱(chēng)之為“欠采樣”。2023/2/449欠采樣攝像機(jī)每秒拍攝24幀，馬車(chē)每秒轉(zhuǎn)動(dòng)18圈。算一算，兩次采樣之間輪子轉(zhuǎn)動(dòng)了多少圈？?jī)纱尾蓸又g，順時(shí)針轉(zhuǎn)270°，人眼覺(jué)得逆時(shí)針轉(zhuǎn)了90°，造成輪子反著轉(zhuǎn)的錯(cuò)覺(jué)，術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為“混疊”。2023/2/450奈奎斯特采樣定理的應(yīng)用人發(fā)出的聲音一般為85~1100Hz，1~4kHz是人耳非常敏感的頻率范圍。想一想，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，手機(jī)采樣頻率應(yīng)該是多少，基本可滿(mǎn)足其通話(huà)需求？GSM規(guī)范規(guī)定GSM手機(jī)采樣頻率是8kHz。2023/2/451量化采樣的意義：是“離散時(shí)間信號(hào)”，而不是真正意義上的“數(shù)字信號(hào)”。2023/2/452如左圖所示：采樣值還是隨信號(hào)幅度連續(xù)變化的，即采樣值m（kT）可以取無(wú)窮多個(gè)可能值。怎樣能讓無(wú)窮多個(gè)電平值變成有限個(gè)？假設(shè)用一個(gè)N位二進(jìn)制位組來(lái)表示該數(shù)值的大小，以便對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，即N位二進(jìn)制數(shù)只能表示M=2N個(gè)電平值，故采樣值必須被M個(gè)離散電平，即量化電平。采樣的作用，把一個(gè)時(shí)間連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間離散的信號(hào)，量化是將取值連續(xù)的采樣信號(hào)變成取值離散的采樣。量化分為均勻量化和非均勻量化。2023/2/453均勻量化54把輸入信號(hào)的取值等距離分隔的量化稱(chēng)為均勻量化。量化間隔區(qū)間中值量化電平量化間隔輸入信號(hào)的最小值和最大值分別用a和b表示，量化電平數(shù)為M，則：量化的好處是方便進(jìn)行數(shù)字處理，代價(jià)是產(chǎn)生了失真，即量化噪聲。2023/2/455量化噪聲的度量2023/2/456量化噪聲由量化前的連續(xù)隨機(jī)變量與量化后的離散隨機(jī)變量的均方差來(lái)衡量。非均勻量化均勻量化存在的問(wèn)題，對(duì)小信號(hào)而言誤差比較大，信噪比非常低。2023/2/457例一個(gè)信號(hào)的變化范圍為[0,10]，量化電平數(shù)為10，取每個(gè)區(qū)間的中值為量化電平，即0.5,1.5,2.5，…，9.5。對(duì)于小信號(hào)0.9，信號(hào)功率和噪聲功率各是多少？解：在第1個(gè)區(qū)間里，量化電平為0.5，信號(hào)功率為

（0.9）2=0.81，量化噪聲功率為N0=(0.9-0.5)2=0.16，信號(hào)量化噪聲功率比為：2023/2/458算一算對(duì)于大信號(hào)9.9，信號(hào)與量化噪聲功率比為多少？解：在第10個(gè)區(qū)間里，量化電平為9.5，信號(hào)功率為

（9.9）2=98.01，量化噪聲功率為N0=(9.9-9.5)2=0.16，信號(hào)量化噪聲功率比為：2023/2/459均勻量化的缺點(diǎn)小信號(hào)0.9，信噪比約為7dB大信號(hào)9.9，信噪比約為27dB相差100倍！可見(jiàn)，均勻量化對(duì)于小信號(hào)而言，信噪比太低，遠(yuǎn)低于大信號(hào)的信噪比，對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)而言，一般是小信號(hào)居多，故而導(dǎo)致了非均勻量化的誕生。2023/2/460非均勻量化非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法，即將采樣值經(jīng)過(guò)壓縮后再進(jìn)行均勻量化。所謂壓縮，即通過(guò)一個(gè)非線(xiàn)性變換電路將輸入變量x變化成另一個(gè)變量y，即y=f(x)。通常使用壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮，即y=ln(x),目前，美國(guó)采用的是μ律壓縮，我國(guó)和歐洲采用的是A律壓縮。2023/2/461A律壓縮A律壓縮即壓縮器具有如下特性的壓縮律：

式中，x為歸一化壓縮器輸入電壓；y為歸一化壓縮器輸出電壓；A為壓擴(kuò)參數(shù)，表示壓縮程度，實(shí)際使用中，一般A=87.6。2023/2/462

函數(shù)規(guī)律極其復(fù)雜13折線(xiàn)2023/2/463實(shí)際應(yīng)用中通常采用近似于A律函數(shù)規(guī)律的13折線(xiàn)（A=87.6）的壓擴(kuò)特性。通過(guò)y軸的均勻量化，實(shí)現(xiàn)x軸的非均勻量化。所述為發(fā)射端的壓縮，接收端對(duì)信號(hào)的擴(kuò)張與之相反。編碼經(jīng)過(guò)奈奎斯特采樣和非均勻量化后，就得到我們想要的比特流了嗎？不是。還需對(duì)量化電平值進(jìn)行編碼，使其變成比特流。廣義上講，語(yǔ)言就是對(duì)人類(lèi)的事物和情感進(jìn)行編碼。類(lèi)似的，對(duì)同一個(gè)量化電平，也有很多種編碼方式，如PCM、△M、DPCM，它們用各自不同的方式來(lái)闡述同一個(gè)量化電平。2023/2/464編碼效率通信系統(tǒng)資源寶貴，希望對(duì)一個(gè)量化電平的闡述能夠盡量節(jié)約一點(diǎn)，占用少一點(diǎn)的電平。2023/2/465哪個(gè)編碼效率高？脈沖編碼調(diào)制(PulseCodeModulation,PCM）真正的通信系統(tǒng)中應(yīng)用的PCM編碼是采用A律13折線(xiàn)法，用8bit位來(lái)表征。有多少種電平？28=256例：用4bit表征16個(gè)量化電平，最高位設(shè)置為極性碼，電平值為正取“1”，反之取“0”。2023/2/466PCM量化與編碼67你能寫(xiě)出0~11T對(duì)應(yīng)的編碼嗎？練習(xí)2023/2/468對(duì)應(yīng)圖2.27，把表2.1中的量化電平和二進(jìn)制編碼補(bǔ)充完整。差分編碼調(diào)制

DPCM(DifferentialPulseCodeModulation)在PCM體系中，每一個(gè)采樣都是獨(dú)立量化的，即前一個(gè)采樣值的量化與后一個(gè)采樣值的量化沒(méi)有什么關(guān)系。問(wèn)題：像語(yǔ)音這種非突變信號(hào)，若前一個(gè)采樣值很小，后一個(gè)采樣值也很小的概率就很大。用PCM編碼，浪費(fèi)較大。解決方案：對(duì)差值而非絕對(duì)值進(jìn)行編碼。2023/2/469DM（也稱(chēng)ΔM或增量脈碼調(diào)制方式）DM是DPCM的一種。增量調(diào)制中，量化器采用幅度為±Δ的1比特量化器。2023/2/4702023/2/471有啥規(guī)律？信源編碼剛剛講到的PCM和DPCM編碼都是信源編碼中最簡(jiǎn)單的編碼，什么是信源編碼？信源編碼有何作用？信源編碼追求的是相同信息量的最少比特位。但通信系統(tǒng)中僅有信源編碼還不夠，如何保證接收端無(wú)差錯(cuò)地收到發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)？2023/2/472信道編碼安排一些冗余的比特傳給接收端，讓接收端自行驗(yàn)證信息是不是都收對(duì)了，這些“冗余信息”，即信道編碼。信道編碼是以提高信息傳輸?shù)目煽啃詾槟康牡木幋a。信源編碼和信道編碼看似相悖，其實(shí)都是追求信息最有效的傳輸。2023/2/473信道編碼的實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)重發(fā)法：接收端在收到的信碼中檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)，立即設(shè)法通知發(fā)送端。向前糾錯(cuò)法：接收端不僅能在收到的信碼中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，還能夠糾正錯(cuò)碼。反饋矯正法：接收端將收到的信碼原封不動(dòng)地轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端，并與原發(fā)信碼相比較。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則發(fā)送端再進(jìn)行重發(fā)。2023/2/474信道編碼線(xiàn)性碼卷積碼Turbo碼奇偶校驗(yàn)碼信道編碼原理：假如有一個(gè)3bit的編碼，那么是可以表示23=8種編碼。用兩bit表征信息，另一個(gè)bit作為校驗(yàn)碼，那么可以表示22=4個(gè)信息。

000=風(fēng)011=雨101=雷110=電任意兩個(gè)碼元都有兩位是不同的如果“000”風(fēng)，出錯(cuò)，變成了“001”，能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，但是，不能糾錯(cuò)001

為了糾錯(cuò)，增加冗余比特，使用兩個(gè)比特作為監(jiān)督位，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)比特錯(cuò)誤的糾錯(cuò)。000=風(fēng)111=電1001113位各不相同，“000”出錯(cuò)為“100”，可以判斷最高位出錯(cuò)*認(rèn)識(shí)其他幾種格式的編碼2023/2/478調(diào)制調(diào)制，即頻譜的搬移。如把說(shuō)話(huà)時(shí)20~3400Hz的信號(hào)搬遷到900MHz上去，這個(gè)頻譜搬移過(guò)程就稱(chēng)為調(diào)制。基帶信號(hào)：信源發(fā)出的沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制（進(jìn)行頻譜搬移和變換）的原始電信號(hào)，其特點(diǎn)是頻率較低，信號(hào)頻譜從零頻附近開(kāi)始，具有低通形式。頻帶信號(hào)：由于基帶信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量,出于抗干擾和提高傳輸率考慮一般不宜直接傳輸,需要把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，變換后的信號(hào)就是頻帶信號(hào)。2023/2/479調(diào)制的意義把基帶信號(hào)（4kHz以下的語(yǔ)音信號(hào)）轉(zhuǎn)變?yōu)轭l帶信號(hào)（900MHz）有什么好處呢？（1）與信道匹配無(wú)線(xiàn)通信的介質(zhì)是空氣，此間低頻信號(hào)（如音頻信號(hào)）傳輸將急劇衰減，而較高頻率范圍的信號(hào)可以傳播很遠(yuǎn)的距離。因此，發(fā)射機(jī)需將音頻信號(hào)嵌入到另一個(gè)較高頻率的信號(hào)中去。2023/2/480調(diào)制的意義（2）電磁波頻率與天線(xiàn)尺寸要匹配一般天線(xiàn)尺寸為電磁信號(hào)的1/4波長(zhǎng)為佳，調(diào)制可以提高頻率，減小天線(xiàn)的尺寸。算一算，4kHz的語(yǔ)音信號(hào)合適的天線(xiàn)尺寸應(yīng)該為多少：2023/2/481調(diào)制的意義（3）高頻段更易于采用頻分復(fù)用如一路語(yǔ)音信號(hào)就要占用64kHz，低頻段沒(méi)有那么多資源供浪費(fèi)。2023/2/482如何調(diào)制經(jīng)過(guò)“采樣——量化——信源編碼——信道編碼”得到了比特流，如何把這串比特流嵌入一個(gè)電磁波中，從而在空中發(fā)送出去呢？電磁信號(hào)用正弦波來(lái)表達(dá)，涉及3個(gè)參數(shù)：振幅、頻率和相位。相應(yīng)的調(diào)制技術(shù)為：幅移鍵控（ASK，AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控（FSK，F(xiàn)requencyShiftKeying）相移鍵控（PSK，PhaseShiftKeying）2023/2/483幅移鍵控（ASK）84用振幅來(lái)表示“0”和“1”，信號(hào)表達(dá)式為：缺點(diǎn)：易受突發(fā)脈沖的影響頻移鍵控（FSK）GSM采用的調(diào)制方式MSK就是FSK的一種。頻移鍵控最常見(jiàn)的是二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK），它使用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值。信號(hào)表達(dá)式為：2023/2/4852FSK的抗干擾能力要比ASK強(qiáng)。相移鍵控（PSK）相移鍵控是無(wú)線(xiàn)通信中采用的比較多的，數(shù)據(jù)通過(guò)載波信號(hào)的相位偏移來(lái)表示。最簡(jiǎn)單的是兩相相移鍵控（BPSK），用兩個(gè)相差180°的相位來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)，表達(dá)形式如下：2023/2/486練習(xí)題設(shè)發(fā)送數(shù)字信息為二元序列{ak} =0110,試畫(huà)出ASK、2FSK、BPSK的信號(hào)波形圖。2023/2/487信道信道指信號(hào)傳送的通道。分為：有線(xiàn)信道，包括明線(xiàn)、對(duì)稱(chēng)電纜、同軸電纜及光纜等。無(wú)線(xiàn)信道，包括地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼等。廣義上來(lái)說(shuō)，信道不僅包括傳輸介質(zhì)，還包括變換裝置（如發(fā)送接收設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器）2023/2/488信道容量信道上是有噪聲的，我們把信道上可以被傳輸?shù)淖畲笏俾史Q(chēng)為信道容量（ChannelCapacity）。對(duì)信道容量而言，通常有以下幾個(gè)概念：數(shù)據(jù)率（datarate）：數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行通信的速率，用bit/s來(lái)表示。帶寬（bandwidth）：指?jìng)鬏斝盘?hào)所占的頻帶寬度，用Hz表示。2023/2/489例以GSM為例，它的某一個(gè)頻道的中心頻率是890.2MHz，則，它的頻率范圍是[890.1MHz，

890.3MHz]，共200kHz，這200kHz就是“帶寬”，指頻帶寬度，即頻譜寬度。在這個(gè)頻帶上，若傳送的是TCH語(yǔ)音信號(hào)，則調(diào)制速率為33.8kbit/s，即GSM傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率（datarate）。2023/2/490噪聲（noise）：關(guān)心的是通信線(xiàn)路上的平均噪聲電平，是統(tǒng)計(jì)學(xué)上的意義，而非單個(gè)突發(fā)噪聲。誤碼率（errorrate）：即差錯(cuò)發(fā)生率，即發(fā)送“0”，接到“1”或發(fā)送“1”，接到“0”。2023/2/491無(wú)噪聲的完美信道

——奈奎斯特帶寬數(shù)據(jù)率通常小于信道容量，一個(gè)信道的容量在沒(méi)有噪聲的理想狀態(tài)下可由奈奎斯特定理測(cè)算出來(lái)。奈奎斯特帶寬可描述為：如果帶寬為B,那么可被傳輸?shù)淖畲笮盘?hào)速率就是2B，反之亦然。這一限制來(lái)自碼間干擾。例：對(duì)于GSM