惠州學院的通信原理課件-通信復習

惠州學院的通信原理課件通信復習惠州學院的通信原理課件通信復習惠州學院的通信原理課件通信復習惠州學院的通信原理課件通信復習惠州學院的通信原理課件通信1通信系統(tǒng)：點對點通信所需的全部設施。模擬通信系統(tǒng)：傳輸的信號是模擬信號模擬信號：時間連續(xù)、取值連續(xù)的信號電話、廣播和電視系統(tǒng)數字通信系統(tǒng)：傳輸的信號是數字信號數字信號：時間離散、取值離散的信號計算機通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)：點對點通信所需的全部設施。2P2,式1.2-3信息量I與消息出現的概率p(x)之間的關系為：信息量單位的確定取決于上式中的對數底a。如果取對數的底a=2，則信息量的單位為比特(bit)；如果取e為對數的底，則信息量的單位為奈特(nit)；若取10為底，則信息量的單位稱為十進制單位，或叫哈特萊。上述三種單位的使用場合，應根據計算及使用的方便來決定。通常廣泛使用的單位為比特。P2,式1.2-3信息量I與消息出現的概率p(x)之間的關系3

信息的度量傳輸信息是通信系統(tǒng)的根本任務。在傳輸過程中，信息是以各種具體的電信號或光信號形式表現出來的。為了對通信系統(tǒng)的性能與質量進行定量的分析、研究與評價，就需要對信息進行度量，我們定義能夠衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用I表示。信息的度量傳輸信息是通信系統(tǒng)的根本任務。在傳輸過程中，信4信息是一個抽象的概念，它能否被量化并且如何量化呢？讓我們看看下面的例子，比如，“明天太陽從東邊出來”絕對沒有“明天太陽從西邊出來”對信息的受者更有吸引力；同樣，當你聽說“有人被狗咬了”并不會感到驚奇，但若有人告訴你“一條狗被人咬了”你一定非常吃驚。這說明信息有量值可言，并且信息所包含的事件越不可發(fā)生，人們就越感興趣，信息量就越大。顯然，信息量與消息發(fā)生的概率有關，消息出現的概率越小，信息量就越大；必然消息的概率為1，則它傳遞的信息量就為0。據此，我們得到信息量與消息概率之間的關系信息是一個抽象的概念，它能否被量化并且如何量化呢？讓我們看看5P4~P6，圖1.3.3

數字通信系統(tǒng)模型信源發(fā)送端接收端信道編碼調制信道壓縮編碼解調信宿保密解碼信道解碼壓縮解碼保密編碼噪聲同步信源編碼信源解碼P4~P6，圖1.3.3

數字通信系統(tǒng)模型信源發(fā)送端接收61.信源：將消息轉換為電信號的設備。信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調制發(fā)送端1.信源：將消息轉換為電信號的設備。信源壓縮編碼保密編碼信7信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調制發(fā)送端2.信源編碼：降低數字信號的冗余，

提高數字信號的有效性。信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調發(fā)2.信源編碼：降低8信道壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調制發(fā)送端3.信道編碼：增加冗余字符，糾錯編碼，

提高傳輸的可靠性。信壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調發(fā)3.信道編碼：增加冗94.調制

（1）目的

使編碼信號特性與信道特性相適應，以通過信道傳輸。（2）幾個基本概念基帶、基帶信號、帶通信號；基帶調制、帶通調制。4.調制105.信道：信號傳輸的通道

基帶信道－－可傳輸很低的頻率分量。如雙絞線。頻帶信道－－不能傳輸很低的頻率分量。如無線電波。

5.信道：信號傳輸的通道116.加性噪聲：信號經過信道傳輸，會有外來干擾疊加在有用信號上，稱為加性噪聲。7、同步：數字通信系統(tǒng)不可缺少的組成部分。發(fā)端和收端之間需要共同的時間標準，以便接收端準確知道接收的數字信號中每個符號（碼元）的起止時刻，實現同步接收。6.加性噪聲：信號經過信道傳輸，會有外來干擾疊加在有用信號121.

衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本因素：

有效性（信源編碼）可靠性（信道編碼）數字通信系統(tǒng)的主要性能指標P6～71.衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本因素：有效性（信源編碼）數字13

有效性可靠性

注意：兩者是互相矛盾的，也是可互換的?！锾岣哂行浴岣邆鬏斔俾省煽啃越档?；提高可靠性→增加冗余的抗干擾編碼碼元

→有效性降低。

★降低有效性，以提高可靠性；降低可靠性，以提高有效性。有效性注意：兩者是互相矛盾的，也是可互換的。142.性能指標：（1）傳輸速率：

★碼元速率（RB）：單位時間內傳輸碼元數?！安ㄌ兀˙aud）”★信息速率（Rb）：單位時間內傳輸的信息量?！氨忍?秒(b/s)”

對于二進制系統(tǒng)而言，如果“0”和“1”等概率出現的話，每個碼元所含的信息量=1，此時，碼元速率和信息速率在數值上相等。對于多（M）進制系統(tǒng)而言，每個碼元所含的信息量是I=log2M，此時，二者的關系為Rb=RBlog2M。2.性能指標：（1）傳輸速率：對于二進制系統(tǒng)而言，如果“015（2）

錯誤率：★

誤碼率（Pe）：（3）頻帶利用率：單位頻帶內所能達到的信息速率。通常與采用的調制及編碼方式有關。

P19,習題1.3

（2）錯誤率：16第二章信號寬平穩(wěn)隨機過程寬各態(tài)歷經隨機過程高斯白噪聲第二章信號寬平穩(wěn)隨機過程17平穩(wěn)隨機過程（P33頁）寬（廣義）平穩(wěn)隨機過程不加特別說明，平穩(wěn)過程均為寬平穩(wěn)過程。平穩(wěn)隨機過程（P33頁）寬（廣義）平穩(wěn)隨機過程不加特別說明，18

（1）設X(t)是一個平穩(wěn)隨機過程，如果過程X(t)的均值和自相關函數都具有遍歷性，則稱X(t)是寬（廣義）遍歷性過程，簡稱遍歷過程或各態(tài)歷經過程。（2）一個隨機過程若具有各態(tài)歷經性，則它必定是嚴格平穩(wěn)隨機過程。但是，嚴格平穩(wěn)隨機過程就不一定具有各態(tài)歷經性。寬（廣義）各態(tài)歷經隨機過程（1）設X(t)是一個平穩(wěn)隨機過程，寬（廣義）各態(tài)歷經隨機19惠州學院的通信原理課件-通信復習20解：(1)隨機變量Φ的概率密度為因而，過程X(t)的均值、自相關函數和均方值分別為所以，X(t)是寬平穩(wěn)隨機過程。解：(1)隨機變量Φ的概率密度為21

(2)因為對照（1）和（2）的結果可知，X(t)具有寬遍歷性。(2)因為22第四章模擬信號的數字化低通模擬信號的抽樣PCM編碼第四章模擬信號的數字化23數字化基本原理P69，4.1，引言

兩類信源：模擬信號、數字信號模/數變換的三步驟：抽（?。?、量化和編碼最常用的模/數變換方法：脈沖編碼調制(PCM)數字化基本原理P69，4.1，引言兩類信源：模擬信號、數24A/D形成過程示意圖A/D形成過程示意圖25低通信號的抽樣定理P70，式4.2-5低通信號的抽樣定理P70，式4.2-526

由上式看出：由于S(f-nfs)是信號頻譜S(f)在頻率軸上平移了nfs的結果，所以抽樣信號的頻譜Sk(f)是無數間隔頻率為fs的原信號頻譜S(f)相疊加而成。

因已經假設s(t)的最高頻率小于fH，所以若上式中的頻率間隔fs

2fH，則Sk(f)中包含的每個原信號頻譜S(f)之間互不重疊。如圖所示。這樣就能夠從Sk(f)中分離出信號s(t)的頻譜S(f)，并能夠容易地從S(f)得到s(t)；也就是能從抽樣信號中恢復原信號，或者說能由抽樣信號決定原信號。

這里，恢復原信號的條件是：

2fH稱為奈奎斯特(Nyquist)速率，與此相應的最小抽樣時間間隔稱為奈奎斯特間隔。P72，式4.2-4，圖4.22由上式看出：由于S(f-nfs)是信號頻譜S(f)27模擬信號的抽樣－低通模擬信號的抽樣返回模擬信號的抽樣－低通模擬信號的抽樣返回28脈沖編碼調制PCMA律13折線編碼方法P85～86脈沖編碼調制PCMA律13折線編碼方法P85～8629PCM總結：13折線A律編碼，最小量化級為1，當歸一化輸入信號抽樣值等于-0.6時，求1、PCM輸出碼組？2、求譯碼器輸出的量化電平值，計算量化誤差？3、對于的12位線性PCM碼組。段落起始電平值：0～16～32～64～128～256～512～1024～2048段落量化間隔：11248163264段落碼：000001010011100101110111

極性碼：0;段落碼：111段內碼：00111228.8－1024＝204.8＝64×3＋12.8量化電平－(1024＋64×3＋64/2)=－1248；量化誤差：1248－1228.8＝19.2～19.2/2048=0.00937512位線性碼：1248＝1024+128+64＋32＝010011100000PCM總結：13折線A律編碼，最小量化級為1，當歸一化輸入信30P89，習題4.15P89，習題4.1531第5章基帶數字信號的表示和傳輸掌握AMI、HDB3碼掌握無碼間干擾的概念及其基帶傳輸的奈奎斯特準則第5章基帶數字信號的表示和傳輸32常用線路碼型1、AMI傳號交替反轉碼。P920～空號，編碼為0電平波形1～傳號，交替編碼為+1,-1.對應的信號波形是幅度為+A和-A半占空歸零脈沖。消息代碼100011101AMI碼+1000-1+1-10+1常用線路碼型1、AMI傳號交替反轉碼。P92消息代碼100033常用傳輸碼碼型——CCITT建議的接口碼型HDB3碼——AMI改進碼P92-93編碼規(guī)則：將連0碼元數限制在小于等于31)先進行AMI編碼2)出現4個連0串，把第4個0變?yōu)橛谇耙粋€非0符號（±1）同號的符號，稱為破壞碼V（破壞了極性交替反轉規(guī)律）3)同時為保證±V交替：相鄰v之間有奇數個非零符號時，用“000v”來取代“0000”，若為偶數個，用“B00V”來取代。B的極性與前一個非零符號極性相反?；鶐ФM制：100001000011000011AMI碼：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3碼：-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1常用傳輸碼碼型——CCITT建議的接口碼型HDB3碼——AM341000011000011100000010例：1000011000011100000010例：351.碼間串擾

相鄰碼元間的互相重疊

產生的原因－在實際通信中，由于信道的帶寬不可能無窮大（我們稱為頻帶受限），因此，我們前面介紹的數字基帶信號（波形為矩形，在頻域內是無窮延伸的）通過這樣的信道傳輸，會在時間上形成拖尾信號，它的拖尾會在相鄰碼元的抽樣點上存在著殘留值，導致接收信號抽樣判決值受到多個（無數個?。┫噜徯盘柾衔哺蓴_

特點－隨信號的出現而出現，隨信號的消失而消失（乘性干擾）5.6基帶數字信號傳輸與碼間串擾P103二、碼間串擾及奈奎斯特準則1.碼間串擾5.6基帶數字信號傳輸與碼間串擾P103二、碼36無碼間串擾的基帶傳輸的頻域條件也寫作：

稱為Nyquist第一準則。上式的物理意義是，按

=(2n?1)/Ts（其中n為正整數）將H(

)在

軸上以2/Ts間隔切開，然后分段沿

軸平移到(?/Ts,/Ts)區(qū)間內進行疊加，其結果應當為一常數（不必一定是Ts

）。這種特性稱為等效理想低通特性，記為Heq(

)。即：無碼間串擾的基帶傳輸的頻域條件也寫作： 稱為Nyquist37克服碼間串擾的原理

無碼間干擾的頻域條件（奈奎斯特第一準則）

當基帶系統(tǒng)的總特性（廣義信道響應頻譜）滿足下式

此式為我們檢驗一個給定的系統(tǒng)特性是否會引起碼間干擾提供了一種準則，該準則稱為奈奎斯特第一準則奈氏頻點克服碼間串擾的原理

無碼間干擾的頻域條件（奈奎斯特第一準則38例：例：39第六章基本的數字調制一、了解2ASK、2FSK、2PSK信號特征及其功率譜密度二、了解各數字調制系統(tǒng)的抗噪聲性能(比較ASK、FSK、PSK、DPSK）三、掌握DPSK信號的產生及其解調第六章基本的數字調制一、了解2ASK、2FSK、2PSK信40P114，圖6.1.1數字信號的正弦型載波調制及其分類用數字基帶信號去控制正弦型載波的參量：控制載波的幅度～振幅鍵控ASK控制載波的頻率～頻率鍵控FSK控制載波的相位~相位鍵控PSKP114，圖6.1.141二、3種基本的調制制度：1、振幅鍵控ASK2、頻移鍵控FSK3、相移鍵控PSKTTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”T二、3種基本的調制制度：TTT“1”“1”“0”“1”“1”42二進制振幅鍵控(2ASK)P115～1171、表示式：

式中，

0＝2

f0為載波的角頻率；

二進制振幅鍵控(2ASK)P115～117432ASK信號波形2ASK信號波形44二、功率譜密度

設2ASK隨機信號序列的一般表示式為： 式中，an－二進制單極性隨機振幅；

g(t)－碼元波形；

T

－碼元持續(xù)時間。 則可以計算出： 式中，Ps(f)－s(t)的功率譜密度；

PA(f)

－A(t)的功率譜密度。其中二、功率譜密度其中45PA(f)和Ps(f)的曲線f/fcPA(f)(a)功率譜密度PA(f)的曲線(b)功率譜密度Ps(f)的曲線結論：1.包含連續(xù)譜和離散譜兩部分；2.B2ASK=2BbPA(f)和Ps(f)的曲線f/fcPA(f)(a)46二進制頻移鍵控(2FSK)P121-123

1、表示式：

二進制頻移鍵控(2FSK)P121-12347二、功率譜密度P123～24

開關法產生的2FSK信號可以看作是兩個不同頻率2ASK信號的疊加： 式中， ∵2ASK信號的功率譜密度可以表示為： ∴2FSK信號的功率譜密度是兩個不同頻率2ASK信號的功率譜密度之和：二、功率譜密度P123～2448∵已知2ASK信號功率譜密度為（矩形脈沖，P=1/2）： 將其代入下式得到2FSK信號的功率譜密度為：由上式可以看出，前4項是連續(xù)譜部分，后4項是離散譜?！咭阎?ASK信號功率譜密度為（矩形脈沖，P=1/2）：由上49P124，式6.3.7，帶寬：P124，式6.3.7，帶寬：50二進制相對移相鍵控（2DPSK）P131實際中一般不采用2PSK方式，而采用2DPSK方式在2PSK信號中，調制信號的1和0對應的是兩個確定不變的載波相位（比如0和π），由于它是利用載波相位絕對數值的變化傳送數字信息的，因此又稱為絕對調相。2DPSK方式：利用前后碼元載波相位相對數值的變化傳送數字信息的方式，這種方法稱為相對調相（2DPSK）。二進制相對移相鍵控（2DPSK）P131實際中一般不采用2P51如：相位值用相位偏移ΔΦ表示（本碼元與前一碼元相位之差）設：ΔΦ=π對應數字信息“1”

ΔΦ=0對應數字信息“0”例如：數字信息：00111001012DPSK信號相位：000π0πππ00π

或πππ0π000ππ0也可設：ΔΦ=π對應數字信息“0”

ΔΦ=0對應數字信息“1”如：相位值用相位偏移ΔΦ表示（本碼元與前52間接法產生2DPSK信號（P132）從接收碼元觀察：不能區(qū)分2DPSK和2PSK信號 若碼元相位為：（0）

0

0

0

發(fā)2DPSK信號時:A=111001101

發(fā)2PSK信號時：B=101110110（1

）若將待發(fā)送的序列A，先變成序列B，再對載波進行2PSK調制，結果和用A直接進行2DPSK調制一樣:

基帶序列：A=111001101（絕對碼） 變換后序列：B=(0)101110110（相對碼）2PSK調制后的相位:(0)

0

0

0變換規(guī)律： 絕對碼元“1”

使相對碼元改變； 絕對碼元“0”

使相對碼元不變。

間接法產生2DPSK信號（P132）53波形相對碼與絕對碼的關系：bn表示絕對碼、dn表示相對碼波形相對碼與絕對碼的關系：54DPSK信號的產生和解調P133DPSK信號的產生和解調P133552ASK,2FSK,2DPSK,2PSK抗噪聲性能比較P136，圖6.6.1，表6.6.1在同一解調方案，相同的輸入信噪比r下，抗噪聲性能：

2PSK>2DPSK>2FSK>2ASK2ASK,2FSK,2DPSK,2PSK抗噪聲性能比較P1356

1、假設單極性不歸零碼1101001直接與載波進行2ASK調制，若載波周期等于碼元周期，畫出2ASK波形。

2、基帶數據信號序列為100110110，調制速率為1200B，載波頻率f1=1200Hz，f2=2400Hz，畫出2FSK波形。

3、基帶數據信號序列為11001011，調制速率為1200B，載波頻率2400Hz，分別畫出2PSK波形（設φ＝π→“0”、φ＝0→“1”，）2DPSK波形（設Δφ＝π→“1”、Δφ＝0→“0”，初相為0）并寫出2DPSK下的差分碼

1、假設單極性不歸零碼1101001直接與載波進行2AS57第十章信道編碼和差錯控制一、了解信道編碼的基本概念二、掌握線性分組碼：碼距與檢錯、糾錯的關系漢明碼循環(huán)碼第十章信道編碼和差錯控制一、了解信道編碼的基本概念58信道編碼的基本概念225目的：改善數字通信系統(tǒng)的傳輸質量，提高可靠性基本思路：根據一定的規(guī)律在待發(fā)送的信息碼中加入一些人為多余的碼元（冗余碼，監(jiān)督碼），以保證傳輸過程可靠性,n=k+r。任務：構造出以最小多余度代價換取最大抗干擾性能的“號碼”信道編碼的基本概念225目的：改善數字通信系統(tǒng)的傳輸質量，提59P228~229，碼距與檢錯、糾錯的關系：糾錯碼的抗干擾能力完全取決于許用碼字之間的距離，碼的最小距離越大，說明碼字間的最小差別越大，抗干擾能力就越強。

分組碼的最小漢明距離d0與檢錯和糾錯能力之間滿足下列關系：（1）當碼字用于檢測錯誤時，如果要檢測e個錯誤，則d0≥e+1；（2）當碼字用于糾正錯誤時，如果要糾正t個錯誤，則d0≥2t+1；P228~229，碼