現(xiàn)代通信原理教程 課件全套 黃文淮 第0-8章 引言、緒論、信道 -信道與差錯控制

現(xiàn)代通信原理教程引言

明確：

為什么要學(xué)？“why”

學(xué)什么？“what”

如何學(xué)？“how”

哪里可學(xué)？“where”

課程定位

通信工程、電子信息工程、物聯(lián)網(wǎng)工程

等專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課程是必修課、核心主干課

是一門專業(yè)的標(biāo)志性課程是“信息與通信工程”學(xué)科研究生入學(xué)考

試課程之一起著承前啟后的作用

課程目標(biāo)

掌握通信系統(tǒng)的基本概念、基本理論、基本技術(shù)和系統(tǒng)性能分析方法；掌握基本的分析、設(shè)計思想和方法；熟悉仿真工具的應(yīng)用；了解通信新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展；具備獲取知識、分析問題解決問題、動手實踐、團結(jié)協(xié)作的能力；建立專業(yè)的觀點、系統(tǒng)的觀點、模型分析的觀點、工程的觀點；為本領(lǐng)域的進一步學(xué)習(xí)和研究奠定堅實的基礎(chǔ)，適應(yīng)現(xiàn)代信息社會對通信類、電信類、物聯(lián)網(wǎng)類人才的需求。

課程體系

由淺入深分為五個部分：

通信基礎(chǔ)知識模擬通信原理數(shù)字通信原理通信的同步技術(shù)信道編碼技術(shù)

包括八章內(nèi)容：

第1章緒論第2章信道第3章模擬調(diào)制系統(tǒng)第4章數(shù)字信號的基帶傳輸?shù)?章基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)第6章模擬信號的數(shù)字傳輸?shù)?章同步原理第8章信道編碼與差錯控制

課程特點

具有理論性強、知識綜合、難度大等特點；是一門理論性和實踐性都很強的專業(yè)基礎(chǔ)課；學(xué)習(xí)時要注意數(shù)學(xué)分析方法，更要注意數(shù)學(xué)分析所得結(jié)論的物理概念、物理意義；學(xué)習(xí)時要注意用系統(tǒng)的觀點、模型的觀點、工程的觀點、辯證的觀點，思考問題、分析問題、解決問題。

課程考核方式

最終總成績包括：平時成績：20%

實驗成績：10%

考試成績：70%課程參考教材《通信原理》，樊昌信，國防工業(yè)出版社，2001.《通信原理》，馬海武，北京郵電大學(xué)出版社，2004.《現(xiàn)代通信系統(tǒng)仿真教程》，陳樹新等，清華大學(xué)出版社，

2007.《通信原理及SystemView仿真測試》，易立強等，西安電子

科技大學(xué)出版社，2012.《通信原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)》，張輝等，西安電子科技大學(xué)出版

社,

2003.《通信原理學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo)》，沙濟彰，科學(xué)出版社,

2004.《數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真與分析》，青松等，北京

航空航天大學(xué)出版社，2001.《MATLAB/SIMULINK實用教程》，張化光，孫秋野等，

人民郵電出版社，2009.《SystemView通信仿真開發(fā)手冊》，孫屹，戴妍峰等，國

防工業(yè)出版社，2004.課程參考網(wǎng)站武漢科技大學(xué)通信原理網(wǎng)站：

/ec/C69/Index.htm

西安電子科技大學(xué)通信原理網(wǎng)站：9/txgc/東南大學(xué)通信原理網(wǎng)站：/jpkc/declare/2006txyl/old/1.htm北京交通大學(xué)通信原理網(wǎng)站：/course/xnjp/dzxy/txxtyl南京郵電大學(xué)通信原理網(wǎng)站：

85/tongxin/index.aspx研學(xué)論壇：/楊百翰大學(xué)的AnalogandDigitalCommunications：/ee/class/ee444/麻省理工學(xué)院的TransmissionofInformation：/6.441/www/第1章緒論內(nèi)容1.1通信的發(fā)展1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)分類及通信方式

1.4信息及其度量1.5數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.6模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.7通信系統(tǒng)仿真工具簡介1.1通信的發(fā)展消息、信息和信號通信通信發(fā)展概況通信發(fā)展概況1.古代：

公元前800年(周朝)，周幽王烽火戲諸侯。應(yīng)用光通信的見證－最簡單的二進制數(shù)字通信。通信發(fā)展概況2.近代：

1837年：莫爾斯發(fā)明電報系統(tǒng)。

1876年：貝爾發(fā)明電話。通信發(fā)展概況

3.現(xiàn)代

20世紀(jì)60年代以后：數(shù)字通信技術(shù)進入高速發(fā)展階段。近20多年：數(shù)字通信迅猛發(fā)展；光纖通信也攜手同行。兩者都成為現(xiàn)代通行網(wǎng)的主要支柱。

通信發(fā)展概況塞繆爾·莫爾斯（SamuelFinleyBreeseMorse1791-1872）通信發(fā)展概況貝爾（1847-1922）美國電話發(fā)明者通信發(fā)展概況

1876年3月10日，美國發(fā)明家貝爾發(fā)明世界上第一部電話，并獲美國專利局批準(zhǔn)的電話專利。這是2005年8月11日拍攝的美國新澤西州默里山貝爾實驗室博物館內(nèi)的世界第一部電話。

通信發(fā)展概況

麥克斯韋在物理學(xué)中的最大貢獻是建立了統(tǒng)一的經(jīng)典電磁場理論和光的電磁理論，預(yù)言了電磁波的存在。1873年，麥克斯韋完成巨著《電磁學(xué)通論》，這是一部可以同牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》相媲美的書，具有劃時代的意義，是牛頓以后科學(xué)史上的又一座豐碑。

麥克斯韋(JamesClerkMaxwel1831～1879)英國物理學(xué)家通信發(fā)展概況赫茲對人類最偉大的貢獻是用實驗證實了電磁波的存在。

赫茲（1857-1894）德國物理學(xué)家

這個證明成了近代科學(xué)史上的一座里程碑。赫茲的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它不僅證實了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理，更重要的是開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元。為了紀(jì)念他在電磁波發(fā)現(xiàn)中的卓越貢獻，后人將頻率的單位命名為赫茲。

1.2通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)一般模型模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型

一、通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)：完成通信這一過程的全部設(shè)備和傳輸媒介。消息的產(chǎn)生地，作用為把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，可以是模擬信號也可以是數(shù)字信號。如：攝象機、光驅(qū)、。將信源和信道匹配起來。變換方式多樣，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式。如廣播電臺、傳輸信號的物理媒質(zhì)。包括無線信道：和有線信道。通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲。將噪聲源看成各處噪聲集中加入到信道的。完成發(fā)送設(shè)備的反轉(zhuǎn)換，進行解調(diào)、譯碼、解碼等。如收音機、電視機。傳輸信息的歸宿點，作用為將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。如喇叭、顯示器。信道中的信號(a)時間連續(xù)模擬信號(b)時間離散模擬信號(a)幅度離散數(shù)字信號(b)幅度連續(xù)數(shù)字信號模擬信號數(shù)字信號二、模擬通信系統(tǒng)模型

頻譜搬移，將基帶信號變換成頻帶信號將頻帶信號恢復(fù)成基帶信號三、數(shù)字通信系統(tǒng)模型噪聲源信源信道編碼信源編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信宿信道譯碼信源譯碼提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行浴⒛?數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)擾亂、數(shù)據(jù)加密進行差錯控制三種數(shù)字通信系統(tǒng)：數(shù)字頻帶、數(shù)字基帶、模擬信號數(shù)字化傳輸四、數(shù)字通信系統(tǒng)特點

優(yōu)點：抗干擾能力強，可靠性高體積小，功耗低，易于集成便于進行各種數(shù)字信號處理有利于實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)傳輸便于保密

缺點：占用頻帶寬對同步要求高、系統(tǒng)和設(shè)備比較復(fù)雜

1.3通信系統(tǒng)的分類及通信方式按消息的物理特征按調(diào)制方式按信號特征按傳輸媒介按復(fù)用方式

一、通信系統(tǒng)的分類1、按消息的物理特征電報通信系統(tǒng)電話通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)圖像通信系統(tǒng)。。。。2、按調(diào)制方式分類將未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送，如音頻市內(nèi)電話?；鶐鬏敚侯l帶傳輸：對各種信號調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q，常見的調(diào)制方式見表1–1。表1-1常見的調(diào)制方式

調(diào)制方式用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM廣播雙邊帶調(diào)幅DSB立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、短波無線電殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制振幅鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻移鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制方式用途數(shù)字調(diào)制相移鍵控PSK、DPSK等數(shù)據(jù)傳輸其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖調(diào)制脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PWM中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制ΔM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他語言編碼方式ADPCM中低速數(shù)字電話續(xù)表模擬通信系統(tǒng)3、按信號特征分類數(shù)字通信系統(tǒng)

4、按傳輸媒質(zhì)分類有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)

5、按信號復(fù)用方式分類頻分復(fù)用通信系統(tǒng)時分復(fù)用通信系統(tǒng)

碼分復(fù)用通信系統(tǒng)。。。。二、通信方式按消息傳送的方向與時間分單工通信

半雙工通信全雙工通信按數(shù)字信號碼元排序方式分串行傳輸并行傳輸演示1.4信息及其度量信息量的概念平均信息量的概念如何度量信息？－－首先要解決的問題。一、信息量的概念信息量與消息出現(xiàn)概率之間的關(guān)系信息量是消息出現(xiàn)概率的函數(shù)；消息出現(xiàn)的概率越小，所包含的信息量就越大；若某消息由若干個獨立消息所組成，則該消息所包含的信息量是每個獨立消息所含信息量之和。例1：信息量的概念進行一個具有16個等可能結(jié)果的隨機試驗。每一個結(jié)果具有的信息量為多少？例2：信息量的概念設(shè)某消息由a、b、c、d四種符號組成，其概率分別為求cabacabdacbdaabcadcbabaadcbabaacdbacaacabadbcadcbaabcacba的信息量。二、平均信息量的概念平均信息量——指每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值例3：平均信息量的概念用平均信息量的概念來計算例2中消息所含的信息量。例4：平均信息量的概念由二進制數(shù)字1、0組成的消息試推導(dǎo)以α為變量的平均信息量，并繪出α從0到1取值時的曲線。1.5數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效性:碼元傳輸速率信息傳輸速率頻帶利用率可靠性:誤碼率（碼元差錯率）誤信率（信息差錯率）碼元傳輸速率RS：簡稱傳碼率，又稱符號速率。表示：單位時間內(nèi)傳輸碼元(信號)的數(shù)目單位:波特（Baud），記為B。

例如:

若1秒內(nèi)傳2400個碼元，則傳碼率為2400B。數(shù)字信號有多進制和二進制之分，但碼元速率與進制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度T有關(guān):1.傳輸速率信息傳輸速率Rb簡稱傳信率，又稱比特率。表示：單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù)；單位：比特/秒，可記為bit/s、

b/s或bps。碼元速率和信息速率的關(guān)系

等概傳輸時

【例題】

若碼元速率為600Baud，那么等概四進制時的信息速率為1200b/s。相反，若信息速率為1800b/s，那么等概八進制時的碼元速率為600Baud?！纠}】已知四進制離散等概信源（0、1、2、3），求發(fā)送每一符號時所傳送的信息量。若每個符號（碼元）寬度為1ms，求相應(yīng)的碼元速率和信息速率。

2.頻帶利用率η意義：比較不同通信系統(tǒng)的有效性時，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即：

或

3.差錯率誤碼率（碼元差錯率）：指錯誤的碼元在總碼元數(shù)中所占的比例，即

誤信率（信息差錯率）:指錯誤接收的信息量在傳送信息總量中所占的比例，即誤碼率和誤信率的關(guān)系:【例題】有一個4PSK數(shù)字通信系統(tǒng)，現(xiàn)傳輸20個碼元，其中錯了2個碼元，那么誤碼率為10%；如果每個錯誤碼元有一個比特錯誤，那么誤比特率為5%；如果每個錯誤碼元有兩個比特錯誤，那么誤比特率為10%；【例題】已知某四進制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的信息傳輸速率為2400（bit/s），接收端在半小時內(nèi)共收到216個錯誤碼元，試計算該系統(tǒng)的誤碼率。1.6模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是有效性和可靠性。有效性:指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取??？煽啃?指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”。1.6模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是有效性和可靠性。有效性:指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取?。可靠?指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”。有效性:用有效傳輸頻帶來度量?？煽啃?用接收端最終輸出信噪比來度量。說明：不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。兩者是互相矛盾的，也是可互換的。1.7通信系統(tǒng)仿真工具簡介1.通信系統(tǒng)仿真工具概述

通常情況下，通信系統(tǒng)仿真使用的工具有SystemView和Matlab/Simulink，2.SystemView軟件簡介

SystemView是一個信號級的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計和仿真，它是一個強有力的動態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號處理、濾波器設(shè)計直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計和仿真要求。【小結(jié)】1.通信系統(tǒng)構(gòu)成①模擬通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及各部分功能簡介。②數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及各部分功能簡介，與模擬系統(tǒng)的差異。③數(shù)字通信系統(tǒng)的特點2．通信系統(tǒng)分類①常用的分類方法和名稱。②各種通信方式的含義?！玖?xí)題與作業(yè)】練習(xí)題1．通信從本質(zhì)上講就是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，若按傳輸媒質(zhì)進行分類，通信可分為（）和（）兩大類。2．通信系統(tǒng)中，信道是個抽象的概念，即可理解為傳輸信號的通路，通常信道中傳送的信號可分為數(shù)字信號和模擬信號，由此通信可分為（）和（）。3．模擬信號與數(shù)字信號之間的區(qū)別是什么？4．?dāng)?shù)字通信的優(yōu)點是什么？5．試畫出數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的模型？6．以無線廣播系統(tǒng)為例，說明通信系統(tǒng)模型中各方框包含的具體內(nèi)容是什么？【習(xí)題與作業(yè)】7.數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是什么？8.設(shè)某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信息傳輸速率為56kbps，試求傳送二進制碼元時的碼元傳輸速率？若用同樣碼元傳輸速率，卻改為16進制的碼元傳輸，則信息傳輸速率為多少？9.設(shè)在125微秒內(nèi)傳輸256個二進制碼元，計算信息傳輸速率是多少？若該信碼在2秒內(nèi)有三個碼元產(chǎn)生誤碼，試問其誤碼率是多少？10.已知八進制數(shù)字信號的傳輸速率為1600Baud，試問變換為二進制數(shù)字信號時的傳輸速率為多少？11.已知二進制數(shù)字信號的傳輸速率為2400bps，試問變換成四進制數(shù)字信號時的傳輸速率為多少？【習(xí)題與作業(yè)】本章作業(yè)第1-1、1-2、1-3、1-6、1-7、1-9題

第2章信道內(nèi)容

2.1信道的定義

2.2信道的模型

2.3信道加性噪聲

2.4恒參信道及其傳輸特性

2.5隨參信道及其傳輸特性2.6信道容量2.7通信信道的SystemView仿真實驗2.1信道的定義研究信道的目的信道的定義狹義信道廣義信道信道的分類狹義信道：有線信道和無線信道廣義信道：調(diào)制信道和編碼信道調(diào)制信道和編碼信道無記憶信道有記憶信道編碼信道隨參信道：如短波電離層反射、對流層散射等恒參信道：如明線、對稱電纜、同軸電纜、光纖調(diào)制信道廣義信道無線信道：如短波電離層反射、對流層散射等信道有線信道：如明線、對稱電纜、同軸電纜、光纖等狹義信道2.2信道模型調(diào)制信道模型編碼信道模型

一、調(diào)制信道模型調(diào)制信道特點：具有一對（或多對）輸入端和輸出端；絕大部分信道是線性的，即滿足疊加性和齊次性；信號通過信道需要一定的延遲時間；信道對信號有損耗（固定損耗或時變損耗）；即使沒有信號輸入，在輸出端仍有一定的功率輸出。一、調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型：

ei(t)eo(t)時變線性網(wǎng)絡(luò)eo(t)=f[ei(t)]+n(t)一、調(diào)制信道模型通常，f[ei(t)]

可以表示為：k(t)ei(t)，此時，

eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)eo(t)=f[ei(t)]+n(t)當(dāng)k(t)=常數(shù)，稱為恒(定)參(量)信道 例如，同軸電纜當(dāng)k(t)

常數(shù)，稱為隨(機)參(量)信道 例如，移動蜂窩網(wǎng)通信信道二、編碼信道模型★二進制信號、無記憶信道：0110P(0/0)P(0/1)P(1/1)P(1/0)二、編碼信道模型01233210接收端發(fā)送端★四進制編碼信道模型：2.3信道加性噪聲一、加性噪聲的來源人為噪聲自然噪聲內(nèi)部噪聲二、噪聲的種類單頻噪聲脈沖噪聲起伏噪聲

三、起伏噪聲

熱噪聲散彈噪聲宇宙噪聲

2.4恒參信道及其傳輸特性有線信道無線視距中繼衛(wèi)星中繼信道恒參信道的傳輸特性一、有線信道明線對稱電纜：雙絞線同軸電纜常用的同軸電纜有兩類：50Ω和75Ω光纖表面涂層包層芯區(qū)n1n2折射率折射率n1n22a二、無線視距中繼★頻率：30MHz以上★類似光波做視線傳播（將穿透電離層）地面接收天線傳播路徑發(fā)射天線三、衛(wèi)星中繼恒參信道一般特性恒參信道傳輸特性可等效為線性時不變網(wǎng)絡(luò)。線性時不變網(wǎng)絡(luò)可用幅頻特性和相頻特性來表征，即：理想恒參信道相頻失真理解實際信道幅頻失真：相頻失真：其他影響因素及措施畸變的影響:使波形失真、碼間串?dāng)_。線性失真:

幅頻失真和相頻失真－屬于線性失真可用“線性補償網(wǎng)絡(luò)”糾正——“均衡”非線性失真:振幅特性非線性、頻率偏移、相位抖動…

非線性失真——難以消除【例2-1】如圖所示網(wǎng)絡(luò)，求它的頻率特性。判斷是否存在幅頻失真及相頻失真。四、恒參信道的傳輸特性

無失真?zhèn)鬏敚菏侵感盘柾ㄟ^系統(tǒng)后，輸出信號

與輸入信號只有放大(或衰減)和時延。無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的幅頻特性和相頻特性如下圖所示。(a)幅頻特性(b)相頻特性(c)群時延—頻率特性幅頻失真

若信道的幅頻特性不理想，信號經(jīng)過信道傳輸后各個頻率分量獲得的增益不相同，此時對應(yīng)的時域信號波形就會出現(xiàn)波形畸變。

(a)原始信號(b)幅頻失真示例2.5隨參信道及其傳輸特性

一、電離層反射信道

★電離層：距離地面60~600km

的大氣層(a)一次反射與兩次反射(b)反射區(qū)高度不同二、陸地移動信道

陸地移動通信主要使用的頻段為VHF(甚高頻，頻率范圍：30MHz—300MHz)和UHF(特高頻，頻率范圍：300MHz—3000MHz)。

隨參信道的特點多徑效應(yīng)的瑞利衰落多徑效應(yīng)的頻率選擇性衰落

三、隨參信道的傳輸特性隨參信道的特點信號的衰耗隨時間隨機變化信號傳輸?shù)臅r延隨時間隨機變化多徑傳播多徑效應(yīng)的瑞利衰落設(shè)有n條路徑，并設(shè)輸入信號為

則收端接收信號為：

多徑效應(yīng)的瑞利衰落結(jié)論：

（1）多徑傳播使單一頻率的正弦信號變成了包絡(luò)和相位受調(diào)制的窄帶信號，這種信號稱為衰落信號（2）從頻譜上看，多徑傳播使單一譜線變成了窄帶頻譜，即多徑傳播引起了頻率彌散。多徑效應(yīng)的頻率選擇性衰落并設(shè)輸入信號為設(shè)多徑傳播的路徑只有兩條則收端接收信號為：

其頻域表示式為：信道傳輸函數(shù)為：多徑效應(yīng)的頻率選擇性衰落信道傳輸函數(shù)為：則多徑效應(yīng)的頻率選擇性衰落結(jié)論：當(dāng)即或時，出現(xiàn)傳播極點；當(dāng)即或時，出現(xiàn)傳播零點；多徑效應(yīng)的頻率選擇性衰落定義多徑傳播信道相關(guān)帶寬為：

工程設(shè)計中，信號帶寬為相關(guān)帶寬的1/5~1/3。即：

【例2-2】

某隨參信道的兩徑時延差Δ為1ms，試求該信道在哪些頻率上傳輸衰耗最大？選用哪些頻率傳輸信號最有利？

2.6信道容量一、信道容量定義

信道容量：是指信道中信息無差錯傳輸?shù)淖畲笏俾识?、離散信道的信道容量互信息量：

物理含義：某個符號傳遞的信息量。三、離散信道的信道容量平均每個符號傳遞的信息量為：或說明：對于一定的信道，是一定的，而不同的，將對應(yīng)不同的，其中某一種概率分布對應(yīng)的將最大，表示為：

結(jié)論：C是每個符號平均能夠傳送的最大信息量，即信道容量。信道容量另一定義：其中：【例2-3】設(shè)信息源由符號0和1組成，順次選擇兩符號構(gòu)成所有可能的消息。如果消息傳輸速率是每秒1000符號，且兩符號出現(xiàn)的概率相等。傳輸中，平均每100符號中有一個符號不正確，試問這時傳輸信息的速率是多少？四、連續(xù)信道的信道容量

或說明：增大信號功率可以增加信道容量，若信號功率趨于無窮大，則信道容量也趨于無窮大。減小噪聲功率（或減小噪聲功率譜密度），可以增加信道容量，若噪聲功率趨于零，則信道容量趨于無窮大。增大信道帶寬可以增加信道容量，但不能使信道容量無限制增大。

2.7通信信道的SystemView仿真實驗仿真參數(shù)

輸入正弦信號：幅值為1V，頻率為40kHz；瑞利信道：30條多徑，多普勒頻移為5Hz；采樣率：128Hz；采樣點數(shù)：1024，系統(tǒng)循環(huán)次數(shù)為1。2.7通信信道的SystemView仿真實驗輸入信號波形圖輸入信號功率譜圖2.7通信信道的SystemView仿真實驗瑞利信道后輸出波形圖瑞利信道后輸出頻譜圖小結(jié)

信道的定義(狹義信道和廣義信道)狹義信道分類(有線信道和無線信道)廣義信道分類(調(diào)制信道和編碼信道)調(diào)制信道分類(恒參信道和隨參信道)恒參信道對信號影響(幅頻失真、相頻失真)隨參信道對信號影響（瑞利型衰落和頻率彌散、頻率選擇性衰落）加性噪聲：起伏噪聲是加性噪聲的典型代表，主要包括熱噪聲、散彈噪聲和宇宙噪聲，它們均是高斯白噪聲。信道容量

及【習(xí)題與作業(yè)】1．已知電話信道的帶寬為3.4kHz，試求接收端信噪比S/N=30dB時的信道容量；若要求信道能傳輸4800bps的數(shù)據(jù)，則接收端要求最小信噪比為多少dB？2．計算機終端通過電話信道傳輸計算機數(shù)據(jù)，電話信道帶寬為3.4kHz，信道輸出的信噪比S/N為20dB。該終端輸出128個符號，各符號相互統(tǒng)計獨立，等概出現(xiàn)。試(1)求信道容量；(2)求無誤碼傳輸?shù)淖罡叻査俾省?．設(shè)高斯信道的帶寬為4kHz，信號與噪聲的功率比為63，試確定利用這種信道的理想通信系統(tǒng)之傳信率和差錯率？4．假設(shè)某隨參信道的兩徑時延差為1ms，試求該信道在哪些頻率上傳輸損耗最大？選用哪些頻率傳輸信號最有利？【習(xí)題與作業(yè)】5.設(shè)某隨參信道的最大多徑時延差等于3ms，為了避免發(fā)生選擇性衰落，試估算在該信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號的碼元脈沖寬度？6.具有6.5MHz帶寬的某高斯信道，若信道中信號功率與噪聲功率譜密度之比為45.5MHz，試求其信道容量？7.香農(nóng)公式有何意義？信道容量與“三要素”的關(guān)系如何？8.目前常見的信道中，哪些屬于隨參信道？隨參信道的特點如何？對信號產(chǎn)生哪些影響？【習(xí)題與作業(yè)】本章作業(yè)第2-1、2-6、2-7、2-10題第3章模擬調(diào)制系統(tǒng)內(nèi)容3.1線性調(diào)制3.2非線性調(diào)制3.3頻分復(fù)用3.4線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能3.5調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析3.6模擬調(diào)制方式性能比較3.7AM調(diào)制解調(diào)的SystemView仿真

3.1線性調(diào)制內(nèi)容：雙邊帶調(diào)幅AM抑制載波雙邊帶調(diào)制DSB-SC單邊帶調(diào)幅SSB殘留邊帶調(diào)幅VSB講解思路：調(diào)制和解調(diào)原理頻域分析性能分析一、雙邊帶調(diào)幅AM1．AM信號時域表達(dá)式及時域波形圖

2．AM信號頻域表達(dá)式及頻域波形圖時域波形圖頻域波形圖Matlab仿真的AM信號頻譜一、雙邊帶調(diào)幅AM3．AM信號平均功率4．AM信號調(diào)制效率比較低時，如果m(t)為常數(shù)，則如果m(t)為正弦波時，一、雙邊帶調(diào)幅AM5．AM信號的解調(diào)相干解調(diào)法LPFBPF一、雙邊帶調(diào)幅AM非相干解調(diào)法——包絡(luò)檢波法

LPFBPFLEDAM小結(jié)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易。缺點：功率效率非常低頻譜效率也不高，為信號最高頻率的2倍應(yīng)用：中短波段AM廣播。二、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）BPF1．DSB信號時域表達(dá)式及時域波形圖

2．DSB信號頻域表達(dá)式及頻域波形圖時域波形圖頻域波形圖Matlab仿真的DSB信號頻譜Matlab仿真的調(diào)制信號與已調(diào)信號Matlab仿真的噪聲與信號Matlab仿真的DSB信號頻譜Matlab仿真的DSB信號頻譜二、抑制載波雙邊帶調(diào)制（DSB-SC）3．DSB信號平均功率4．DSB信號解調(diào)LPFBPF三、單邊帶調(diào)制（SSB）

1．SSB信號的濾波法產(chǎn)生2．SSB信號的頻域表達(dá)式及頻譜圖

其中頻域波形圖Matlab仿真的LSSB-AM信號與頻譜Matlab仿真的LSSB-AM信號噪聲頻譜三、單邊帶調(diào)制（SSB）3．SSB信號的時域表達(dá)式及其波形設(shè)

則

一般信號

三、單邊帶調(diào)制（SSB）4．SSB信號的相移法產(chǎn)生三、單邊帶調(diào)制（SSB）5.SSB信號平均功率和頻帶寬度

發(fā)送功率為

頻帶寬度為

三、單邊帶調(diào)制（SSB）6．SSB信號的接收LPFBPF頻域表示四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）1．VSB調(diào)制原理的傳輸特性為:

其中它具有互補對稱特性

四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）2．VSB解調(diào)原理LPFBPF3．VSB濾波器傳輸特性因此要求:四、殘留邊帶調(diào)制（VSB）4．VSB信號發(fā)送功率和頻帶寬度【例3-1】

已知調(diào)制信號，載波為，分別寫出AM、DSB、USB、LSB信號的表示式，并畫出頻譜圖。

3.2非線性調(diào)制內(nèi)容：角度調(diào)制的概念調(diào)頻信號帶寬調(diào)頻信號解調(diào)

一、角度調(diào)制的概念1．頻率調(diào)制2．相位調(diào)制二、調(diào)頻信號帶寬窄帶調(diào)頻：

1．NBFM頻帶寬度非線性的與AM比較Matlab仿真的FM信號Matlab仿真的FM信號頻譜二、調(diào)頻信號帶寬2．WBFM頻帶寬度設(shè)調(diào)制信號為：

則：

此時：

其中：

有無窮個頻率分量【例3-1】

已知某單頻調(diào)頻波的振幅是10V，瞬時頻率為試求：此調(diào)頻波的表達(dá)式；此調(diào)頻波的頻率偏移、調(diào)頻指數(shù)和頻帶寬度；若調(diào)制信號頻率提高到，調(diào)頻波的頻偏、調(diào)頻指數(shù)和頻帶寬度如何變化？【例3-1】（1）（2）（3）三、調(diào)頻信號解調(diào)

1．調(diào)頻信號非相干解調(diào)原理BPF包絡(luò)檢波微分器LPF鑒頻器

——稱為鑒頻器靈敏度

3.3頻分復(fù)用一、頻分復(fù)用(FDM)

SSB調(diào)制LPFSSB調(diào)制LPFSSB調(diào)制LPFSSB解調(diào)BPFSSB解調(diào)BPFSSB解調(diào)BPF╋123二、復(fù)合調(diào)制和多級調(diào)制3.3頻分復(fù)用復(fù)合調(diào)制----對同一載波進行兩種或更多種的調(diào)制。例如，對一個調(diào)頻波再進行一次振幅調(diào)制，所得結(jié)果就變成了調(diào)頻調(diào)幅波。多級調(diào)制----將同一基帶信號實施兩次或更多次的調(diào)制過程，前后級的調(diào)制方式可以是相同的，也可以是不同的?！纠?-2】設(shè)有一個頻分多路復(fù)用系統(tǒng)，副載波用SSB調(diào)制，主載波用FM調(diào)制。如果有60路等幅的音頻輸入通路，則每路頻帶限制在3.3kHz以下，防護頻帶為0.7kHz。（1）如果最大頻偏為800kHz，試求傳輸信號的帶寬；（2）試分析與第1路相比，第60路輸出信噪比降低的程度（假定鑒頻器輸入的噪聲是白噪聲，且解調(diào)器中無去加重電路）。3.4線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能內(nèi)容：抗噪聲性能分析模型線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析

一、抗噪聲性能分析模型帶通濾波器解調(diào)器╋二、線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析BPF╋L(fēng)PF╳1．DSB調(diào)制系統(tǒng)性能二、線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析2．AM調(diào)制系統(tǒng)性能二、線性調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能分析3．SSB調(diào)制系統(tǒng)性能1．調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能3.5、調(diào)頻信號抗噪聲性能分析

帶通限幅鑒頻低通解調(diào)器（1）輸入信噪比（2）輸出信噪比a、大信噪比情況其中：請參考：曹志剛等.《現(xiàn)代通信原理》.P86鑒頻器輸出為：有用信號噪聲項噪聲角均勻分布微分電路的功率傳輸函數(shù)為：

設(shè)：

b、小信噪比情況經(jīng)過分析可知，當(dāng)輸入信噪比減小到一定程度時，解調(diào)器的輸出中不存在單獨的有用信號項，信號被噪聲擾亂，因而輸出信噪比急劇下降，這種情況與AM包絡(luò)檢波時相似，稱為“門限效應(yīng)”?！纠?-3】設(shè)一寬帶頻率調(diào)制系統(tǒng)，載波振幅為100V，頻率為100MHz，調(diào)制信號的頻帶限制于5kHz，，最大頻偏，并設(shè)信道中噪聲功率譜密度是均勻的，n0

為（單邊譜），試求：接收機輸入端理想帶通濾波器的傳輸特性解調(diào)器輸入端的信噪功率比解調(diào)器輸出端的信噪功率比若m(t)以振幅調(diào)制方法傳輸，并以包絡(luò)檢波器檢波，試比較在輸出信噪比和所需帶寬方面與頻率調(diào)制系統(tǒng)有何不同？【例3-3】(1)(2)(3)(4)3.6模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較

有效性比較

可靠性比較

3.7AM調(diào)制解調(diào)的SystemView仿真仿真參數(shù)基帶信號：幅值2V，頻率128Hz，初始相位0載波信號：幅值1V，頻率1024Hz，初始相位0噪聲參數(shù)：均值為0，方差為1的AWGN噪聲采樣率：8KHz采樣點數(shù)：512點解調(diào)方式：相干解調(diào)3.7AM調(diào)制解調(diào)的SystemView仿真加噪前后調(diào)制信號時域和頻域波形對比3.7AM調(diào)制解調(diào)的SystemView仿真解調(diào)信號與原始信號對比波形小結(jié)

1．調(diào)制方式（四種）2．模擬調(diào)制分類：線性調(diào)制和非線性調(diào)制

模擬信號

數(shù)字信號

基帶信號

連續(xù)波

脈沖波

載波

類型時域表達(dá)式解調(diào)方法帶寬用途AM包絡(luò)檢波相干解調(diào)廣播DSB相干解調(diào)立體聲廣播SSB相干解調(diào)短波無線電話通信VSB相干解調(diào)電視廣播、傳真3．線性調(diào)制5．各模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能小結(jié)

4．非線性調(diào)制對各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的有效性和可靠性進行比較可知：SSB帶寬最窄，有效性最好，其次是VSB，接下來是DSB、AM，而FM的帶寬最寬；但FM的輸入信噪比最大，可靠性最好，其次是DSB、SSB、VSB，而AM的抗噪聲性能最差。當(dāng)AM、FM采用非相干解調(diào)時，存在門限效應(yīng)，相干解調(diào)不存在門限效應(yīng)。門限效應(yīng)一旦出現(xiàn)，輸出信噪比將急劇惡化。6．各模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較小結(jié)

【習(xí)題與作業(yè)】1.線性調(diào)制相干解調(diào)時，若采用不同頻率、不同相位的載波，有什么影響？2.什么叫門限效應(yīng)？哪些模擬調(diào)制在什么情況下會出現(xiàn)門限效應(yīng)？3.試比較單邊帶信號的濾波法與相移法的區(qū)別？4.一個幅度為Ac、頻率為fc的未調(diào)載波和帶寬為2fm（fm為調(diào)制信號的帶寬）的窄帶白噪聲加在一起，通過理想包絡(luò)檢波器，求高載波信噪比情況下的輸出信噪比？5.抑制載波雙邊帶調(diào)制和單邊帶調(diào)制中，若基帶信號均為3kHz限帶低頻信號，載頻為1MHz，接收信號功率為1mW，加性高斯白噪聲雙邊功率譜密度為10-3uW/Hz。接收信號經(jīng)帶通濾波器后，進行相干解調(diào)。(1)比較解調(diào)器輸入信噪比？(2)比較解調(diào)器輸出信噪比？【習(xí)題與作業(yè)】6.2MHz載波受10kHz單頻正弦調(diào)頻，峰值頻偏為10kHz，求(1)調(diào)頻信號的帶寬？(2)調(diào)頻信號幅度加倍時，調(diào)頻信號的帶寬？(3)調(diào)制信號頻率加倍時，調(diào)頻信號的帶寬？7.設(shè)某信道具有均勻的雙邊噪聲功率譜密度為0.5×10-3W/Hz，在該信道中傳輸振幅調(diào)制信號，并設(shè)調(diào)制信號的頻帶限制在5kHz，而載頻是100kHz，邊帶功率為10kW，載波功率為40kW，若接收機的輸入信號先經(jīng)過一個合適的理想帶通濾波器，然后再加至包絡(luò)檢波器進行解調(diào)。試求(1)解調(diào)器輸入端的信噪功率比？(2)解調(diào)器輸出端的信噪功率比？(3)調(diào)制度增益？【習(xí)題與作業(yè)】本章作業(yè)第3-3、3-7、3-9題

第4章數(shù)字信號基帶傳輸系統(tǒng)內(nèi)容4.1數(shù)字基帶信號的波形4.2數(shù)字基帶信號的傳輸碼型4.3數(shù)字基帶信號功率譜分析4.4數(shù)字基帶信號的傳輸及碼間干擾4.5眼圖4.6均衡4.7基帶通信系統(tǒng)仿真實例

基帶傳輸系統(tǒng)噪聲源信源信道編碼信源編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信宿信道譯碼信源譯碼數(shù)字基帶信號來自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號，或者模擬信號經(jīng)數(shù)字化處理后的數(shù)字信號頻譜都是從零頻或零頻附近開始，其功率主要集中在一個有限的頻帶范圍內(nèi)基帶傳輸頻帶傳輸

不經(jīng)過調(diào)制直接進行數(shù)字信號的傳輸稱為數(shù)字信號的基帶傳輸。數(shù)字基帶信號含有大量的低頻分量以及直流分量。數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸基帶傳輸頻帶傳輸經(jīng)過調(diào)制，利用載波傳輸調(diào)制后的頻帶信號的傳輸方式稱為數(shù)字信號的頻帶傳輸。數(shù)字基帶傳輸和數(shù)字頻帶傳輸脈沖形成器輸入發(fā)送濾波器定時脈沖輸出信道信號形成器信道接收濾波器抽樣判決器同步提取恢復(fù)原來基帶信號

三、基帶傳輸系統(tǒng)將原始二進制序列變換成比較適合信道傳輸?shù)拇a型，并提供同步定時信息將輸入的矩形脈沖變換成適合信道傳輸?shù)牟ㄐ?/p>

常為有線信道會引入噪聲濾除帶外噪聲，對信道特性進行均衡4.1數(shù)字基帶信號的波形圖5-3數(shù)字基帶信號的常用碼型單極性NRZ

雙極性NRZ

單極性RZ

雙極性RZ

差分碼

4.2數(shù)字基帶信號的傳輸碼型AMI碼

HDB3碼用“000V”或“B00V”代替“四連0”B碼和V碼各自都應(yīng)始終保持極性交替變化的規(guī)律，以便確保輸出碼中沒有直流成分。V碼必須與前一個信碼同極性，以便和正常的AMI碼區(qū)分開來。HDB3碼編碼規(guī)則：CMI碼密勒碼

雙相碼

DMI碼編碼規(guī)則：對于輸入二元碼“0”，若前面變換碼為01或11，則DMI碼為01；若前面變換碼為10或00，則DMI碼為10。對于輸入二元碼“1”，則DMI碼00和11交替變化。密勒碼編碼規(guī)則：“1”碼用碼元持續(xù)中心點出現(xiàn)躍變來表示，即用10或01來表示，如果是連“1”時則須交替?！?”碼有兩種情況，單個“0”時，在碼元持續(xù)時間內(nèi)不出現(xiàn)電平躍變，且與相鄰碼元的邊界處也不躍變；連“0”時，在兩個“0”碼的邊界處出現(xiàn)電平躍變，即00和11交替。

4.2數(shù)字基帶信號的傳輸碼型DMI碼多進制碼

“0”碼用01表示，“1”碼用00和11交替表示。

CMI碼編碼規(guī)則：4.3數(shù)字基帶信號功率譜分析一、數(shù)字基帶信號的功率譜密度

數(shù)字基帶信號的表示其中：其中：v(t)的功率譜密度

一、數(shù)字基帶信號的功率譜密度

u(t)的功率譜密度

一、數(shù)字基帶信號的功率譜密度

s(t)的功率譜密度

一、數(shù)字基帶信號的功率譜密度

單邊帶雙邊帶

二、功率譜密度計算舉例

1．單極性不歸零碼當(dāng)P=0.5時二、功率譜密度計算舉例

2．單極性歸零碼當(dāng)P=0.5時m為奇數(shù)：

m=0：m為偶數(shù)：

有直流有離散譜無離散譜二、功率譜密度計算舉例

3．雙極性碼

不歸零時：歸零時：無直流無離散譜演示4.4數(shù)字基帶信號的傳輸及碼間干擾一、碼間串?dāng)_的概念

發(fā)送濾波器信道接收濾波器抽樣判決噪聲GR(f)C(f)GT(f)二、碼間串?dāng)_的數(shù)學(xué)分析

基帶傳輸抽樣判決H(f)其中：

可得：

二、碼間串?dāng)_的數(shù)學(xué)分析

第j個碼元的值其他碼元值總和—碼間干擾噪聲三、碼間串?dāng)_的消除

要消除碼間串?dāng)_

求和湊零無法實現(xiàn)波形截斷困難抽樣點為零四、奈圭斯特準(zhǔn)則1、無碼間串?dāng)_基帶傳輸系統(tǒng)的要求

兩條要求

抽樣點上無碼間串?dāng)_或

h(t)尾部衰減快2、理想基帶傳輸系統(tǒng)

T為碼元持續(xù)時間102、理想基帶傳輸系統(tǒng)h(t)的零點間隔等于T，在理論上，可以用持續(xù)時間為T的碼元進行傳輸而無碼間串?dāng)_。傳輸帶寬：B=1/(2T)Hz傳輸速率:RS=(1/T)波特速率帶寬比:RS/B＝2Baud/Hz理想低通濾波器在實際中是不可能存在的

why?3、無碼間串?dāng)_的等效特性

思考：什么樣的濾波器可以滿足無串繞要求，而且又能實現(xiàn)呢？頻域上無法實現(xiàn)矩形幅度特性濾波器。即使能實現(xiàn)，也要求有一個非常精確的抽樣點，如果稍微偏離，碼間干擾將急劇增加。

答案：就是一些有過渡特性的濾波器。

3、無碼間串?dāng)_的等效特性

奈奎斯特1928年給出了一條解決途徑，他證明了為得到無碼間串?dāng)_的傳輸特性，系統(tǒng)傳輸函數(shù)不必為矩形，而容許是具有緩慢下降邊沿的任何形狀。

－－稱為奈奎斯特準(zhǔn)則。要求：即：在（，）區(qū)間內(nèi)能疊加成一個矩形頻率特性，演示4、升余弦滾降傳輸特性

1滾降系數(shù)：升余弦滾降：4、升余弦滾降傳輸特性

【例4-1】某基帶系統(tǒng)的頻率特性是截止頻率為1MHz、幅度為1的理想低通濾波器。求此基帶系統(tǒng)無碼間串?dāng)_的碼速率。設(shè)此系統(tǒng)傳輸信息速率為3Mbps，能否無碼間串?dāng)_傳輸？（2）設(shè)傳輸M進制信號，則（1）即當(dāng)采用8n進制信號時，碼速率，可以【例4-2】

11設(shè)某數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸特性如下

檢驗該系統(tǒng)能否實現(xiàn)無碼間干擾傳輸？試求該系統(tǒng)的最大碼元傳輸速率為多少？這時系統(tǒng)的頻帶利用率為多少？可以4.5眼圖

演示

眼圖模型

最佳判決時刻最佳判決門限電平過零點失真信號失真斜率噪聲容限4.6均衡

一、概述1、均衡器的用途

--減小碼間串?dāng)_2、均衡器的種類：

頻域均衡器：使系統(tǒng)總傳輸特性滿足奈奎斯特準(zhǔn)則；時域均衡器：橫向濾波器。二、時域均衡1、概念二、時域均衡1、實現(xiàn)可用矩陣形式表示為：

其中：

三抽頭橫向濾波器，輸入序列輸出序列?！纠?-3】

4.7基帶通信系統(tǒng)仿真實例

一、仿真目的(1)通過實驗進一步掌握、了解數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理。(2)觀察數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)接收端的眼圖，掌握眼圖的主要性能指標(biāo)。二、仿真原理圖5.7基帶通信系統(tǒng)仿真實例

三、仿真參數(shù)基帶信號速率：128波特；采樣頻率：10240Hz；每碼元采樣點數(shù)：80；仿真點數(shù)：5000；仿真時間：0~488.18359375e-3s；采樣間隔：97.65625e-6s；脈沖波形：RootCosine型，脈沖寬度，7.8125e-3s；四、仿真模型五、仿真結(jié)果成形濾波前后信號波形圖SystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink1400100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink15001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-50-100-150-200-250-300-350-400PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60-80PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum五、仿真結(jié)果加噪前后波形時域頻域?qū)Ρ葓DSystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-33210-1-2-3AmplitudeTimeinSecondsSink1200100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31500e-30-500e-3-1AmplitudeTimeinSecondsSink15001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60-80PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrumofSink12(dBm50ohms)MixedRadix五、仿真結(jié)果接收端濾波前后信號波形時域、頻域?qū)Ρ葓DSystemView00100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-31.51500e-30-500e-3-1-1.5AmplitudeTimeinSecondsSink1100100e-3100e-3200e-3200e-3300e-3300e-3400e-3400e-33210-1-2-3AmplitudeTimeinSecondsSink12001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpectrum001e+31e+32e+32e+33e+33e+34e+34e+35e+35e+30-20-40-60PowerdBmFrequencyinHz(dF=2.048Hz)PowerSpect五、仿真結(jié)果接收信號眼圖五、仿真結(jié)果接收信號與原始信號對比圖小結(jié)

1．碼型編碼①最基本二元碼的數(shù)字基帶波形最基本的數(shù)字基帶波形分別是單極性NRZ、雙極性NRZ、單極性RZ、雙極性RZ和差分碼。單極性波形有直流，且接收端判決電平不固定，因而應(yīng)用受限。雙極性波形等概時無直流，且接收端判決電平固定為零，因而應(yīng)用廣泛。與NRZ相比，RZ碼波形的主要缺點是帶寬大，主要優(yōu)點是位與位之間易于分清，尤其是單極性RZ碼波形存在fs離散分量，可用于位定時。差分碼的特點是，即使接收端收到的碼元極性與發(fā)送端完全相反，也能正確進行判決。

②常用的1B/1T碼常用的1B/1T碼有AMI碼、HDB3碼、PST碼，它們都是把1位二進制信碼變換成1位三電平取值的碼。這三種碼型都有無直流的特點，而且同步信息豐富，但AMI的缺點是連“0”碼過多時提取定時信息困難，HDB3碼的缺點是編碼比較復(fù)雜，而PST碼的缺點是在識別時需要提供“分組”信息，即需要建立幀同步。

③常用的1B2B碼常用的1B2B碼有Manchester碼、Miller碼、CMI碼、DMI碼，它們都是把1位二進制碼變換成2位二進制碼。它們都有無直流、同步信息豐富等優(yōu)點，但它們的缺點是碼元傳輸速率增加一倍，因此所需信道帶寬也要增大。④多進制碼多進制碼是用一個碼元去代表一組二進制碼，在碼元速率相同，即其傳輸帶寬相同的情況下，可提高信息傳輸速率小結(jié)

2．基帶信號功率譜。二進制基帶信號功率譜包括連續(xù)譜和離散譜兩部分：連續(xù)譜可用于決定帶寬，離散譜用于查看是否存在直流和其他單頻分量，尤其是位定時分量3．無碼間干擾時域條件頻域條件三類系統(tǒng)：①理想LPF系統(tǒng)②滾降系統(tǒng)③部分響應(yīng)系統(tǒng)小結(jié)

4．信道噪聲的影響單極性情況:雙極性情況:【習(xí)題與作業(yè)】1.設(shè)基帶傳輸系統(tǒng)的發(fā)送濾波器、信道及接收濾波器組成的總傳輸特性為，若要求以Baud的速率進行數(shù)據(jù)傳輸，試驗證下圖所示的各種滿足消除抽樣點上碼間干擾的條件否？2.簡述Nyquist第一準(zhǔn)則的含義？3.某二進制數(shù)字基帶系統(tǒng)所傳送的是單極性基帶信號，且數(shù)字信號“1”和“0”的出現(xiàn)概率相等。(1)若數(shù)字信息為“1”時，接收濾波器輸出信號在抽樣判決時刻的值A(chǔ)=1V，且接收濾波器輸出噪聲是均值為0、均方根值為0.2V的高斯噪聲，試求這時的誤碼率Pe；(2)若Pe不大于10-5，確定A至少應(yīng)該是多少？【習(xí)題與作業(yè)】4.已知二進制序列為10000011000000111100，確定相應(yīng)的AMI碼和HDB3碼，并分別畫出它們的波形。5.設(shè)有一通信信道，頻帶為600～3000Hz，現(xiàn)若要傳輸?shù)幕鶐?shù)字信號的頻帶為0～1200Hz，試問(1)該信號能否直接在此信道中進行傳輸？(2)分別采用DSB和SSB進行傳輸，調(diào)制器所需載波的頻率應(yīng)如何選擇？6.為了傳送碼元速率的數(shù)字基帶信號，試問系統(tǒng)采用下圖中所畫的哪一種傳輸特性較好？并簡要說明其理由。3-1、【習(xí)題與作業(yè)】本章作業(yè)第4-4、4-5、4-8、4-11、4-15題

第5章基本的數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)內(nèi)容5.1二進制振幅調(diào)制5.2二進制頻率調(diào)制5.3二進制絕對相位調(diào)制5.4二進制相對相位調(diào)制5.5二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較5.6多進制調(diào)制系統(tǒng)5.7二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真

5.1二進制振幅調(diào)制一、正弦波數(shù)字調(diào)制作用

為了使數(shù)字信息在帶通信道上傳輸應(yīng)把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到合適的帶通頻帶上。二、正弦波數(shù)字調(diào)制概念

用基帶數(shù)字信號控制高頻正弦載波，把基帶數(shù)字信號變換成頻帶數(shù)字信號，這就是正弦波數(shù)字調(diào)制三、三種基本數(shù)字調(diào)制四、模擬調(diào)制與數(shù)字調(diào)制的比較

（1）載波相同（2）調(diào)制目的相同（3）調(diào)制參數(shù)相同

不同點有：（1）調(diào)制信號不同（2）調(diào)制過程不同（3）解調(diào)過程不同相同點有：一、二進制幅度鍵控2ASK

1．2ASK信號的表達(dá)式和波形B(t)----單極性NRZ2．2ASK信號的產(chǎn)生方法(a)相乘法(b)鍵控法演示二、2ASK信號的功率譜及帶寬B(t)--單極性NRZ三、2ASK信號的解調(diào)及系統(tǒng)誤碼率BPF包絡(luò)檢波判決輸出1、非相干解調(diào)法00100111001原始信息整流后波形LPF后波形判決后波形演示2、相干解調(diào)法BPFLPF判決輸出演示3、2ASK的抗噪聲性能

相干解調(diào)法設(shè)則其中而經(jīng)LPF后：抽樣器的輸出為：

抽樣器的輸出為：

發(fā)“1”時概率密度函數(shù)為：

發(fā)“0”時概率密度函數(shù)為：A為信號振幅為噪聲方差。

其中：包絡(luò)檢波法當(dāng)發(fā)“1”時

其概率密度函數(shù)為

其中

服從廣義瑞利分布式中為零階修正貝塞爾函數(shù)。當(dāng)發(fā)“0”時最佳門限值可近似為

此時包絡(luò)檢波器的輸入只有窄帶噪聲5.2二進制頻率調(diào)制1．2FSK信號的表達(dá)式和波形B(t)----單極性NRZ演示一、二進制頻率鍵控2FSK2．2FSK信號的產(chǎn)生方法（a）模擬調(diào)頻法(b)

鍵控法FM二、2FSK信號的功率譜及帶寬0演示（a）非相干解調(diào)（b）相干解調(diào)演示演示三、2FSK信號的解調(diào)及系統(tǒng)誤碼率（c）2FSK的抗噪聲性能

1．相干解調(diào)法當(dāng)發(fā)“1”時，其中：下支路信號為：判決器輸入為：

上支路信號為：同理可得：總誤碼率為：2．非相干解調(diào)法當(dāng)發(fā)“1”時，上支路信號為：下支路信號為：當(dāng)y2>y1時，造成誤碼。當(dāng)給定一個y1的值時：

發(fā)送“1”而錯判成“0”的概率為

同理可得：總誤碼率為：

【例5-1】

設(shè)發(fā)送數(shù)字信息序列為1101101100，碼元速率為1000Baud，現(xiàn)采用鍵控法產(chǎn)生2FSK信號，并設(shè)f1=1kHz，對應(yīng)“1”；f2=1.5kHz，對應(yīng)“0”。若兩振蕩器輸出振蕩初相均為0，畫出2FSK信號波形，并計算其帶寬和頻帶利用率。

5.3二進制絕對相位調(diào)制1．2PSK信號的表達(dá)式和波形000011112．2PSK信號的產(chǎn)生方法演示一、二進制絕對相位鍵控2PSK二、2PSK信號的功率譜及帶寬三、二進制絕對相移信號解調(diào)及系

統(tǒng)誤碼率演示相干載波的提取和相位模糊輸出相位有多個可能值，為的整數(shù)倍相位模糊-----載波提取方法：2PSK的抗噪聲性能

2PSK相干解調(diào)設(shè)則當(dāng)“1”、“0”等概率，最佳門限為

，此時

得5.4二進制相對相位調(diào)制1．2DPSK信號波形第一種情況的波形如下：一、二進制相對相位鍵控2DPSK2．DPSK信號的產(chǎn)生方法例：基帶信號00111001的2DPSK信號產(chǎn)生過程如下：演示二、2DPSK信號的功率譜及帶寬2DPSK信號的帶寬與2PSK信號的帶寬相同，即2DPSK信號與2PSK信號功率譜密度是相同的，其表達(dá)如三、DPSK信號的解調(diào)及系統(tǒng)誤碼率DPSK的相干解調(diào)演示

差分相干解調(diào)演示③2DPSK的抗噪聲性能DPSK差分相干解調(diào)系統(tǒng)的誤碼率為：DPSK相干解調(diào)-碼反變換法系統(tǒng)的誤碼率為5.5二進制調(diào)制系統(tǒng)的性能比較

一、頻帶寬度

二、誤碼率的比較

【例5-2】

采用二進制數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)傳輸0、1等概出現(xiàn)的數(shù)字信息，若設(shè)發(fā)射機輸出端已調(diào)信號振幅A=10V，信道傳輸?shù)模üβ剩┧p為60dB，接收機解調(diào)器輸入端噪聲功率Ni=5μW，求下列情況下的誤碼率Pe:（1）2ASK相干解調(diào)；（2）2ASK非相干解調(diào)；（3）2PSK相干解調(diào)；（4）2DPSK相干解調(diào)；（5）2DPSK差分相干解調(diào)。【例5-3】

已知2FSK信號的兩個載頻為f1=2225Hz（對應(yīng)“1”），f2=2025Hz（對應(yīng)“0”），信息速率Rb=300bit/s，信道頻率范圍為300~3300Hz，信道輸出端信噪比rc=3dB，試計算：該2FSK信號帶寬；采用非相干解調(diào)時的誤碼率Pe;采用相干解調(diào)時的誤碼率Pe;與上例的誤碼率進行比較?！纠?-3】解答：（4）與上例的誤碼率計算結(jié)果按遞減順序排列

三、對信道特性變化的敏感性比較

在2FSK系統(tǒng)中，不需要人為地設(shè)置判決門限，它是直接比較兩路解調(diào)輸出的大小來做出判決。2PSK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為零，接收機容易保持在最佳判決門限狀態(tài)。但2ASK系統(tǒng)中，判決器的最佳判決門限為a/2，它與接收機輸入信號的幅度有關(guān)。當(dāng)信道特性發(fā)生變化時，接收機輸入信號的幅度將隨著發(fā)生變化，從而導(dǎo)致最佳判決門限也將隨之而變。這時，接收機難以保持在最佳判決門限狀態(tài)，因此2ASK對信道特性變化敏感，性能最差。

四、設(shè)備的復(fù)雜程度比較

發(fā)送端設(shè)備的復(fù)雜程度相差不多，而接收端的復(fù)雜程度則與所選用的調(diào)制和解調(diào)方式有關(guān)。對于同一種調(diào)制方式，相干解調(diào)的設(shè)備要比非相干解調(diào)時復(fù)雜；而同為非相干解調(diào)時，2DPSK的設(shè)備最復(fù)雜，2FSK次之，2ASK最簡單。5.6多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)一、多進制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)

b(t)：多進制數(shù)字基帶信號g(t)：基本門函數(shù)1．時域表達(dá)式及波形圖2．MASK信號的產(chǎn)生方法

一、多進制數(shù)字振幅調(diào)制系統(tǒng)

3．MASK信號的帶寬及頻帶利用率

4．MASK信號的解調(diào)方法（相干解調(diào)及非相干解調(diào)）【例5-4】

若四進制代碼與電平的對應(yīng)關(guān)系為：畫出當(dāng)信碼為11100100001010001110時的四進制基帶信號波形和4ASK信號波形。二、多進制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)

1．MFSK系統(tǒng)方框圖2．MFSK信號的帶寬及頻帶利用率二、多進制數(shù)字頻率調(diào)制系統(tǒng)

頻帶利用率不高三、多進制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)

1.多相制的表示式及相位配置π/4體系

π/2體系

2.四進制絕對移相(4PSK或QPSK)

三、多進制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)

4PSK信號的波形圖

4PSK信號的產(chǎn)生方法

相位選擇法正交調(diào)制法三、多進制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)

4PSK信號的解調(diào)

三、多進制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)

【例5-5】

若4PSK系統(tǒng)采用π/4體系，畫出當(dāng)信碼為00110100100000011011時的4PSK信號波形。3.差分四進制移相(DQPSK)三、多進制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)

DQPSK信號的波形圖

DQPSK信號的產(chǎn)生方法：

絕對碼變成相對碼，再對相對碼進行絕對調(diào)相雙比特碼進行差分編碼

方法一：方法二：模4加

雙比特碼進行差分編碼

三、多進制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)

DQPSK信號的解調(diào)

相干解調(diào)——碼反變換法三、多進制數(shù)字相位調(diào)制系統(tǒng)

四、正交幅度調(diào)制（QAM）

1、16QAM星座圖2、一般表達(dá)式四、正交幅度調(diào)制（QAM）

3、16QAM信號的產(chǎn)生4、16QAM信號解調(diào)

四、正交幅度調(diào)制（QAM）

5.7二進制頻移鍵控系統(tǒng)的仿真

2FSK系統(tǒng)的仿真模型參數(shù)基帶信號碼元速率：100波特；

載波Ⅰ、載波Ⅱ信號頻率：1000Hz、2000Hz；采樣頻率：20000Hz；仿真點數(shù)：3500；仿真時間：0~174.95e-3s；采樣間隔：50e-6s；

5.7二進制頻移鍵控系統(tǒng)的仿真

調(diào)制信號和已調(diào)信號的波形圖調(diào)制信號和2FSK信號的頻譜圖

5.7二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真

調(diào)制信號的波形2ASK抽樣時鐘、待抽樣信號和抽樣保持信號的波形圖信號的波形兩路抽樣保持信號的波形圖

5.7二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的仿真

調(diào)制信號和解調(diào)信號的波形圖小結(jié)

1．?dāng)?shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制是指：調(diào)制信號是數(shù)字信號，載波是正弦波的調(diào)制。由于數(shù)字信號可視作模擬信號的特例（取值離散），因而數(shù)字調(diào)制也可視作模擬調(diào)制的特例。2．二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)比較小結(jié)

3．多進制調(diào)制小結(jié)

與二進制調(diào)制相比，多進制數(shù)字調(diào)制的優(yōu)點是：可以提高頻帶利用率，這樣，在傳輸帶寬B相同時，可提高信息傳輸速率；或者，在信息傳輸速率相同時，可減小傳輸帶寬B。兩者均表明：提高了有效性