通信原理重點(diǎn)知識總結(jié)2011

通信原理重點(diǎn)知識總結(jié)題型判斷題10分，10題選擇題20分，10題填空題10分，每空一分綜合題60分，6題1目前廣泛應(yīng)用的是第二代移動通信系統(tǒng)，采用窄帶時分多址(TDMA)和窄帶碼分多址(CDMA)數(shù)字接入技術(shù)，已形成的國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)有歐洲的GSM系統(tǒng)、美國的IS-95系統(tǒng)、日本的PDC系統(tǒng)。我國主要采用歐洲的GSM系統(tǒng)。第二代移動通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)制式的統(tǒng)一，覆蓋了大中小城市，為人們的信息交流提供了極大的便利。隨著移動通信終端的普及，移動用戶數(shù)量成倍地增長，第二代移動通信系統(tǒng)的缺陷也逐漸顯現(xiàn)，如全球漫游問題、系統(tǒng)容量問題、頻譜資源問題、支持寬帶業(yè)務(wù)問題等。1為此，從20世紀(jì)90年代中期開始，各國和世界組織又開展了對第三代移動通信系統(tǒng)的研究。第三代移動通信系統(tǒng)工作在2000MHz頻段，為此國際電信聯(lián)盟正式將其命名為IMT-2000。IMT-2000的目標(biāo)和要求是：統(tǒng)一頻段，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到全球無縫隙覆蓋，提供多媒體業(yè)務(wù)，傳輸速率最高應(yīng)達(dá)到2Mb/s，其中車載為144kb/s、步行為384kb/s、室內(nèi)為2Mb/s；頻譜利用率高，服務(wù)質(zhì)量高，保密性能好；易于向第二代系統(tǒng)過渡和演進(jìn)；終端價格低。模擬通信系統(tǒng)模型信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng).它包含兩種重要變換，一是把原始消息變?yōu)殡娦盘?，二是把不適合傳輸?shù)幕鶐盘柾ㄟ^調(diào)制器轉(zhuǎn)換成頻帶信號；同時兩種變換在收端都要經(jīng)過反變換。（例子）信源調(diào)制器信宿噪聲信道解調(diào)器發(fā)端收端信息量某信息源的符號集由A、B、C、D和E組成，設(shè)每一符號獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16；信息源以1000B速率傳送信息。（1）求傳送1小時的信息量；（2）求傳送1小時可能達(dá)到的最大信息量。2信號分成兩類：能量信號：能量等于一個有限正值，但平均功率為0.功率信號：平均功率是一個有限值，但能量為無限大。確知信號的時域性質(zhì)-2能量信號的自相關(guān)函數(shù)定義：

性質(zhì)：自相關(guān)函數(shù)R()和時間t無關(guān)，只和時間差

有關(guān)。當(dāng)

=0時，R(0)等于信號的能量：

自相關(guān)函數(shù)R()和其能量譜密度|S(f)|2是一對傅里葉變換：

3隨機(jī)過程具有隨機(jī)變量和時間函數(shù)的特點(diǎn)。在進(jìn)行觀測前是無法預(yù)知是空間中哪一個樣本。全體樣本在t1時刻的取值ξ(t1)是一個不含t的變化的隨機(jī)變量。即在一個固定時刻t1，不同樣本的取值xi(t1)是一個隨機(jī)變量。隨機(jī)過程是處于不同時刻的隨機(jī)變量的集合。第3章隨機(jī)過程“各態(tài)歷經(jīng)”的含義是：隨機(jī)過程中的任一次實(shí)現(xiàn)都經(jīng)歷了隨機(jī)過程的所有可能狀態(tài)。因此，在求解各種統(tǒng)計平均（均值或自相關(guān)函數(shù)等）時，無需作無限多次的考察，只要獲得一次考察，用一次實(shí)現(xiàn)的“時間平均”值代替過程的“統(tǒng)計平均”值即可，從而使測量和計算的問題大為簡化。具有各態(tài)歷經(jīng)的隨機(jī)過程一定是平穩(wěn)過程，反之不一定成立。在通信系統(tǒng)中所遇到的隨機(jī)信號和噪聲，一般均能滿足各態(tài)歷經(jīng)條件。11信道定義-4信道除包括傳輸媒質(zhì)外，還包括有關(guān)的變換裝置(如:發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、饋線與天線、調(diào)制器、解調(diào)器等等）。稱這種擴(kuò)大范圍的信道為廣義信道。在討論通信的一般原理時，我們采用廣義信道。廣義信道按照功能，劃分為調(diào)制信道與編碼信道。

調(diào)制信道是指調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的部分。調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有變換裝置及傳輸媒質(zhì)，只不過是對已調(diào)信號進(jìn)行某種變換。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，編碼信道是指編碼器輸出端到譯碼器輸入端的部分。12多徑傳播是指由發(fā)射點(diǎn)出發(fā)的電波可能經(jīng)過多條路徑到達(dá)接收點(diǎn)。以下重點(diǎn)介紹多徑傳播。對流層多徑傳播電離層多徑傳播由于每條路徑對信號的衰減和時延都隨電離層和對流層的機(jī)理變化而變化，所以接收信號將是衰減和時延隨時間變化的各路徑信號的合成。13信號波形因傳播有了起伏的現(xiàn)象稱為衰落(接收信號的幅度和頻率都發(fā)生了變化)。信號起伏比信號周期變化緩慢，但仍有秒或秒以下的數(shù)量級，能和數(shù)字信號的一個碼元周期相比較，因此這種衰落稱為快衰落。信號在一條信道傳播時，也會因季節(jié)、天氣等原因產(chǎn)生衰落，這種衰落時間很長，稱為慢衰落。衰落-414連續(xù)信道容量-4對于帶寬有限、平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道，可證，其信道容量為如果白噪聲單邊功率譜密度為n0(w/Hz)，則N＝n0B(w)，故B為帶寬(Hz)，S為信號平均功率(w)，N為噪聲功率(w)。Ct的單位為b/s。上式是信息論中具有重要意義的香農(nóng)（shannon）公式

15關(guān)于信道容量公式的幾個重要結(jié)論：若提高信噪比S/N，則信道容量Ct也提高。若n0→0，則Ct→∞，意味著無干擾信道容量為無窮大。若S/N保持不變，但增加帶寬B，則Ct也增加，但增加的幅度很小，這因帶寬增加的同時，噪聲功率也隨之增加。當(dāng)Ｂ→∞時，由洛必塔法可求出Ct＝1.44S/n0，即帶寬趨于無限時，信道容量仍保持有限值。S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)164.3.1調(diào)制信道模型式中 －信道輸入端信號電壓； －信道輸出端的信號電壓； －噪聲電壓。通常假設(shè)：這時上式變?yōu)椋? －信道數(shù)學(xué)模型f[ei(t)]e0(t)ei(t)n(t)圖調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型174因k(t)隨t變，故信道稱為時變信道。因k(t)與ei(t)相乘，故稱其為乘性干擾。因k(t)作隨機(jī)變化，故又稱信道為隨參信道。若k(t)變化很慢或很小，則稱信道為恒參信道。乘性干擾特點(diǎn)：當(dāng)沒有信號時，沒有乘性干擾。184.

若信息速率R≤Ｃt，則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差（任意小的差錯率）傳輸。若R>Ct，則不可能實(shí)現(xiàn)無誤傳輸。若R=Ct

，則稱為理想通信系統(tǒng)。例題：計算電視中視頻圖像信號傳輸?shù)膸?。設(shè)每幀電視圖像有300000（30萬）個像素組成，每個像素用10個亮度電平表示。19假設(shè)對于任何像素，10個亮度電平等概出現(xiàn)。每秒發(fā)送30幀圖像，要求信噪比S/N=1000(即30dB)，計算傳播信號所需要的最小帶寬。解：每個像素的信息量=每幀圖像信息量=每秒傳送的(30幀)信息量=為了傳輸29.9Mb的電視圖像，信道容量必須Ct≥29.9Mb/s20已知：圖像通信系統(tǒng)的帶寬約需要3MHz

第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)

調(diào)制的實(shí)質(zhì)是頻譜搬移，其作用和目的是：將調(diào)制信號（基帶信號）轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號（頻帶信號）,提高無線通信時的天線輻射效率；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。波形圖由波形可以看出，當(dāng)滿足條件：

|m(t)|A0

時，其包絡(luò)與調(diào)制信號波形相同， 因此用包絡(luò)檢波法很容易恢復(fù)出原始調(diào)制信號。否則，出現(xiàn)“過調(diào)幅”現(xiàn)象。這時用 包絡(luò)檢波將發(fā)生失真。但是，可以 采用其他的解調(diào)方法，如同步檢波。5.3非線性調(diào)制（角度調(diào)制）的原理頻率調(diào)制簡稱調(diào)頻(FM)，相位調(diào)制簡稱調(diào)相(PM)。這兩種調(diào)制中，載波的幅度都保持恒定，而頻率和相位的變化都表現(xiàn)為載波瞬時相位的變化。角度調(diào)制：頻率調(diào)制和相位調(diào)制的總稱。已調(diào)信號頻譜不再是原調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。與幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢是其較高的抗噪聲性能。非線性調(diào)制卡森公式窄帶調(diào)頻的帶寬大調(diào)頻指數(shù)情況，帶寬由最大頻偏決定調(diào)頻信號的帶寬：設(shè)fm是調(diào)制信號的最高頻率，mf是最大頻偏

f與fm之比。調(diào)制方式信號帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用DSB2中等較少應(yīng)用SSB1復(fù)雜短波無線電廣播，話音頻分多路VSB略大于近似SSB近似SSB復(fù)雜商用電視廣播AM2/3簡單中短波無線電廣播FM中等超短波小功率電臺(窄帶FM)，微波中繼，調(diào)頻立體聲廣播(寬帶FM)各種模擬調(diào)制方式的性能-56單極性波形：特點(diǎn)：電脈沖之間無間隔，極性單一，易于用TTL、CMOS電路產(chǎn)生；缺點(diǎn)：有直流分量，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，因而不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸，只適用于計算機(jī)內(nèi)部或極近距離的傳輸。6HDB3碼：3階高密度雙極性碼它是AMI碼的一種改進(jìn)型，使連“0”個數(shù)不超過3個。編碼規(guī)則：（1）檢查消息碼中“0”的個數(shù)。當(dāng)連“0”數(shù)目小于等于3時，HDB3碼與AMI碼一樣，+1與-1交替；（2）連“0”數(shù)目超過3時，將每4個連“0”化作一小節(jié)，定義為B00V，稱為破壞節(jié)，其中V稱為破壞脈沖，而B稱為調(diào)節(jié)脈沖；（3）V與前一個相鄰的非“0”脈沖的極性相同(這破壞了極性交替的規(guī)則，所以V稱為破壞脈沖)，并且要求相鄰的V碼之間極性必須交替。V的取值為+1或-1；6（4）B的取值可選0、+1或-1，以使V同時滿足（3）中的兩個要求；（5）V碼后面的傳號碼極性也要交替。例： 消息碼：

10000100001100000000l1AMI碼：-10000+10000-1+100000000-1+1HDB碼：-1000–V+1000+V-1+1-B00–V

+B00+V-l+1

6HDB3碼的譯碼：

HDB3碼的編碼雖然復(fù)雜，但譯碼卻簡單。從上述編碼規(guī)則看出，每一個破壞脈沖V總是與前一非“0”脈沖同極性(包括B在內(nèi))。這就是說，從收到的符號序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)V，于是也斷定V符號及其前面的3個符號必是連“0”符號，從而恢復(fù)4個連“0”碼，再將所有-1變成+1后便得到原消息代碼。6二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列的功率譜Ps(f)可能包含連續(xù)譜（第一項(xiàng)）和離散譜（第二項(xiàng)）。連續(xù)譜總是存在的，這是因?yàn)榇頂?shù)據(jù)信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f)≠G2(f)。譜的形狀取決于g1(t)和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)的概率P。離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。對于雙極性信號g1(t)=-g2(t)=g(t)，且概率P=1/2時，則沒有離散分量(f-mfs)。根據(jù)離散譜可以確定隨機(jī)序列是否有直流分量和定時分量。信號s(t)通過信道時會產(chǎn)生波形畸變，同時還要疊加噪聲。因此，若設(shè)信道的傳輸特性為G(ω)，接收濾波器的傳輸特性為GR(ω)，則接收濾波器輸出信號r(t)可表示：

r(t)被送入識別電路，假定識別電路是一個抽樣判決電路，則對信號抽樣的時刻一般在(kTs+t0)，其中，k是相應(yīng)的第k個時刻，t0是可能的時偏。恢復(fù)信息碼間干擾隨機(jī)干擾

第一項(xiàng)：是第k個接收基本波形在上述抽樣時刻上的取值，它是確定ak信息的依據(jù)；

第二項(xiàng)：是接收信號中除第k個以外的所有其他基本波形在第k個抽樣時刻上的總和，我們稱這個值為碼間干擾值；

第三項(xiàng)：顯然是一種隨機(jī)干擾。由于碼間干擾和隨機(jī)干擾的存在,故當(dāng)

加到判決電路時，對

取值的判決就可能判對也可能判錯。顯然，只有當(dāng)碼間干擾和隨機(jī)干擾很小時，才能基本保證上述判決的正確；當(dāng)干擾及噪聲嚴(yán)重時，則判錯的可能性就很大。式中右邊6.4無碼間串?dāng)_的基帶傳輸特性本節(jié)先討論在不考慮噪聲情況下，如何消除碼間串?dāng)_；下一節(jié)再討論無碼間串?dāng)_情況下，如何減小信道噪聲的影響。由上式可知，若想消除碼間串?dāng)_，應(yīng)使由于an是隨機(jī)的，要想通過各項(xiàng)相互抵消使碼間串?dāng)_為0是不行的，這就需要對h(t)的波形提出要求。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)2ASK信號解調(diào)方法非相干解調(diào)(包絡(luò)檢波法)相干解調(diào)(同步檢測法)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)非相干解調(diào)過程的時間波形第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)從以上分析及上圖可以看出：2ASK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成；連續(xù)譜取決于g(t)經(jīng)線性調(diào)制后的雙邊帶譜，而離散譜由載波分量確定。

2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，若只計譜的主瓣（第一個譜零點(diǎn)位置），則有 式中fs=1/Ts

即，2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)由上圖可以看出：相位不連續(xù)2FSK信號的功率譜由連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個中心位于f1和f2處的雙邊譜疊加而成，離散譜位于兩個載頻f1和f2處；連續(xù)譜的形狀隨著兩個載頻之差的大小而變化，若|f1–f2|<fs，連續(xù)譜在fc

處出現(xiàn)單峰；若|f1–f2|>fs

，則出現(xiàn)雙峰；若以功率