通信原理(第六版)第4章

通信原理（第六版）第4章目錄引言信號與噪聲模擬調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)模擬信號的數(shù)字化傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸信道編碼與差錯控制01引言通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送器接收器將消息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘枴男诺乐刑崛⌒盘柌⑵溥€原為原始消息。信源信道目的地產(chǎn)生需要傳輸?shù)南?。傳輸信號的媒介。接收消息的人或設(shè)備。有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的分類使用物理線路進(jìn)行信號傳輸，如電纜、光纖等。利用衛(wèi)星作為中繼站進(jìn)行信號傳輸。通過電磁波傳輸信號，如手機(jī)、無線路由器等。傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)，如數(shù)字電視、數(shù)字電話等。衡量通信系統(tǒng)傳輸信息的效率，通常用比特率（每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)）來表示。有效性衡量通信系統(tǒng)傳輸信息的準(zhǔn)確度，通常用誤碼率（傳輸錯誤比特?cái)?shù)占總比特?cái)?shù)的比例）來表示?？煽啃院饬客ㄐ畔到y(tǒng)傳輸信息的時(shí)間延遲，通常用延遲時(shí)間來表示。實(shí)時(shí)性衡量通信系統(tǒng)在存在噪聲和干擾的情況下傳輸信息的性能，通常用信噪比（信號功率與噪聲功率的比值）來表示?？垢蓴_性通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)02信號與噪聲確定信號隨機(jī)信號信號的時(shí)域表示法信號的頻域表示法信號的分類與表示01020304信號的取值在時(shí)間上是確定的或者有規(guī)律的。信號的取值在時(shí)間上是不確定的。包括解析式表示法和波形表示法。包括頻譜和頻譜密度。將信號表示為無窮正弦波的疊加。傅立葉級數(shù)將信號表示為復(fù)指數(shù)函數(shù)的積分。傅立葉變換表示單位帶寬內(nèi)信號所含的功率。頻譜密度的物理意義帶寬越寬，頻譜密度越小。帶寬與頻譜密度的關(guān)系信號的頻域分析與信號無關(guān)，獨(dú)立于信號存在的噪聲。加性噪聲乘性噪聲噪聲的特性噪聲的數(shù)學(xué)模型與信號有關(guān)的噪聲，通常由信號中的非線性成分產(chǎn)生。包括幅度、頻率和時(shí)間特性。包括高斯噪聲、白噪聲等。噪聲的分類與特性功率譜密度的定義表示單位頻率范圍內(nèi)信號或噪聲所含的功率。功率譜密度的計(jì)算方法通過傅立葉變換或相關(guān)函數(shù)計(jì)算得到。功率譜密度的物理意義表示信號或噪聲在不同頻率上的能量分布。功率譜密度與帶寬的關(guān)系帶寬越寬，功率譜密度越小。信號與噪聲的功率譜密度03模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制是將低頻信號附加到高頻載波上，使其成為適合傳輸?shù)男盘柕倪^程。調(diào)制的概念根據(jù)調(diào)制信號的性質(zhì)，調(diào)制可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制是指用連續(xù)變化的模擬信號作為輸入信號的調(diào)制過程。調(diào)制的分類調(diào)制的概念及分類

線性調(diào)制（AM、DSB、SSB）AM（調(diào)幅）AM是通過改變載波的振幅以表示調(diào)制信號的變化。在AM中，載波的幅度隨著調(diào)制信號的幅度線性變化。DSB（雙邊帶調(diào)幅）DSB是在AM的基礎(chǔ)上，將載波信號的兩個邊帶去掉一個，只保留一個邊帶進(jìn)行傳輸。DSB的帶寬比AM更窄，但抗噪聲性能較差。SSB（單邊帶調(diào)幅）SSB是在DSB的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步去掉一個邊帶，只保留一個邊帶進(jìn)行傳輸。SSB的帶寬最窄，但抗噪聲性能最好。非線性調(diào)制（FM、PM）FM（調(diào)頻）FM是通過改變載波的頻率以表示調(diào)制信號的變化。在FM中，載波的頻率隨著調(diào)制信號的幅度線性變化。PM（調(diào)相）PM是通過改變載波的相位以表示調(diào)制信號的變化。在PM中，載波的相位隨著調(diào)制信號的幅度或頻率線性變化。線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線性調(diào)制系統(tǒng)在傳輸過程中會受到噪聲的影響，導(dǎo)致信號質(zhì)量下降。為了提高抗噪聲性能，可以采用多種措施，如提高信號的功率、采用更先進(jìn)的信號處理技術(shù)等。非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能非線性調(diào)制系統(tǒng)在傳輸過程中也受到噪聲的影響，但與線性調(diào)制系統(tǒng)相比，非線性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能相對較好。這主要是因?yàn)榉蔷€性調(diào)制系統(tǒng)在傳輸過程中可以利用信號的相位信息來提高信號質(zhì)量。模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能04數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)010204數(shù)字調(diào)制的基本概念數(shù)字調(diào)制是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)哪M信號的過程。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)包括調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅三種基本形式。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括頻帶利用率、抗噪聲性能和抗多徑干擾能力。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，包括無線通信、衛(wèi)星通信和光纖通信等領(lǐng)域。03二進(jìn)制振幅鍵控是一種數(shù)字調(diào)制方式，通過改變載波的振幅表示二進(jìn)制信息。2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能較差，因?yàn)樵肼晫φ穹挠绊戄^大。在2ASK中，二進(jìn)制信息通過開關(guān)載波的振幅實(shí)現(xiàn)，通常使用兩個不同的振幅表示0和1。2ASK系統(tǒng)的頻帶利用率較高，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）二進(jìn)制頻移鍵控是一種數(shù)字調(diào)制方式，通過改變載波的頻率表示二進(jìn)制信息。2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能較好，因?yàn)轭l率的變化對噪聲的影響較小。二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）在2FSK中，二進(jìn)制信息通過切換載波的頻率實(shí)現(xiàn)，通常使用兩個不同的頻率表示0和1。2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率較高，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。二進(jìn)制相移鍵控是一種數(shù)字調(diào)制方式，通過改變載波的相位表示二進(jìn)制信息。2PSK系統(tǒng)的頻帶利用率較高，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。在2PSK中，二進(jìn)制信息通過切換載波的相位實(shí)現(xiàn)，通常使用兩個不同的相位表示0和1。2PSK系統(tǒng)的抗噪聲性能較好，因?yàn)橄辔坏淖兓瘜υ肼暤挠绊戄^小。二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）多進(jìn)制調(diào)制可以提高頻帶利用率和抗噪聲性能，但實(shí)現(xiàn)起來比二進(jìn)制調(diào)制更復(fù)雜。多進(jìn)制調(diào)制包括四相相移鍵控（QPSK）、16進(jìn)制相移鍵控（16PSK）等。多進(jìn)制調(diào)制是指使用多個狀態(tài)來表示數(shù)字信息的數(shù)字調(diào)制方式。多進(jìn)制調(diào)制簡介05模擬信號的數(shù)字化傳輸1定義脈沖編碼調(diào)制是一種將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號的過程。工作原理通過采樣、量化和編碼三個步驟，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。優(yōu)點(diǎn)PCM具有較高的量化精度和較小的量化誤差，因此能夠較好地還原原始信號。應(yīng)用在通信、音頻、視頻等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。脈沖編碼調(diào)制（PCM）ABCD自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）定義自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制是一種基于PCM的自適應(yīng)壓縮編碼技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)ADPCM具有較高的壓縮比和較好的音質(zhì)，適用于語音和音頻信號的壓縮。工作原理通過預(yù)測當(dāng)前樣本與前一個樣本之間的差值，并采用差分編碼，減少所需傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。應(yīng)用在數(shù)字電話通信、語音存儲和傳輸?shù)阮I(lǐng)域廣泛應(yīng)用。子帶編碼（SBC）與最佳帶通采樣（OBTS）定義子帶編碼是一種將音頻信號分解為多個子頻帶的編碼技術(shù)。最佳帶通采樣是一種用于采樣和重建帶通信號的方法。工作原理子帶編碼將音頻信號分為多個子頻帶，并對每個子頻帶進(jìn)行獨(dú)立編碼。最佳帶通采樣通過采樣和濾波，精確地重建原始帶通信號。優(yōu)點(diǎn)子帶編碼和最佳帶通采樣都具有較好的頻帶利用率和信號重建質(zhì)量。應(yīng)用在音頻壓縮、語音處理和通信等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。06數(shù)字信號的基帶傳輸根據(jù)通信系統(tǒng)的特性和應(yīng)用需求，選擇適合的數(shù)字基帶信號碼型，如二元碼、三元碼、多元碼等。碼型選擇碼型變換碼型特性分析根據(jù)信道特性和傳輸要求，對數(shù)字基帶信號進(jìn)行碼型變換，以優(yōu)化信號傳輸性能。分析不同碼型的特性，如功率譜密度、誤碼率等，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。030201數(shù)字基帶信號的碼型無碼間干擾條件研究無碼間干擾的基帶傳輸條件，即脈沖形狀、傳輸帶寬和抽樣時(shí)間等參數(shù)的限制。傳輸函數(shù)分析分析基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸函數(shù)，研究其幅度和相位特性，以實(shí)現(xiàn)無碼間干擾傳輸。眼圖分析通過眼圖分析基帶信號的傳輸質(zhì)量，評估無碼間干擾傳輸?shù)男阅?。無碼間干擾的基帶傳輸特性030201根據(jù)基帶信號的特性和傳輸要求，設(shè)計(jì)適合的再生中繼器，實(shí)現(xiàn)信號的整形、放大和濾波等功能。中繼器設(shè)計(jì)研究再生中繼器中的噪聲抑制技術(shù)，降低噪聲對信號傳輸?shù)挠绊懀岣咄ㄐ刨|(zhì)量。噪聲抑制分析再生中繼器中的信號恢復(fù)技術(shù)，減小信號失真和畸變，保證信號的完整性。信號恢復(fù)基帶信號的再生中繼傳07信道編碼與差錯控制差錯類型差錯控制主要針對隨機(jī)錯誤和突發(fā)錯誤進(jìn)行控制，其中隨機(jī)錯誤指的是獨(dú)立發(fā)生的錯誤，突發(fā)錯誤指的是多個連續(xù)的相同符號的錯誤。差錯控制方式差錯控制方式包括前向糾錯、反饋糾錯和混合糾錯，其中前向糾錯是指接收端能夠糾正發(fā)送端發(fā)送的錯誤碼元，反饋糾錯是指接收端將接收到的數(shù)據(jù)回傳給發(fā)送端進(jìn)行糾錯，混合糾錯則結(jié)合了前向糾錯和反饋糾錯的優(yōu)點(diǎn)。差錯控制的基本概念線性分組碼是一種將信息比特映射成一定長度的碼字的編碼方式，其中每個碼字都是線性組合的結(jié)果。線性分組碼的定義漢明碼是一種簡單的線性分組碼，其碼字中的每一位都具有校驗(yàn)功能，可以檢測和糾正隨機(jī)錯誤。漢明碼的特點(diǎn)漢明碼的編碼過程是將信息比特插入到校驗(yàn)位中，使得整個碼字中的1的個數(shù)為偶數(shù)（或奇數(shù)），從而保證整個碼字的重量恒定。漢明碼的編碼原理線性分組碼（如漢明碼）123循環(huán)碼是一類具有循環(huán)移位特性的線性分組碼，其碼字中的每一位都具有循環(huán)移位的特性。循環(huán)碼的定義循環(huán)碼的編碼過程是將信息比特插入到校驗(yàn)位中，使得整個碼字中的每一位都具有循環(huán)移位的特性。循環(huán)碼的編碼原理循環(huán)碼具有較好的糾錯性能和較低的編碼復(fù)雜度，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。循環(huán)碼的特點(diǎn)循環(huán)碼