通信原理第六版復習資料市公開課一等獎省賽課微課金獎課件

第1章緒論1、概念：信號區(qū)分、通信系統(tǒng)組成和分類、數(shù)字通信特點、通信方式、主要性能指標等。2、計算：信息量、信源熵、總信息量計算；信息速率、碼元速率、頻帶利用率、誤碼率、誤信率計算。1第1頁模擬信號：代表消息信號參量取值連續(xù)(不可數(shù)、無窮多)數(shù)字信號：信號參量取值離散（可數(shù)、有限個）。區(qū)分模擬信號和數(shù)字信號關鍵是看攜帶消息信號參量（如幅值、頻率、相位）取值是連續(xù)還是離散，而不是看時間。1）模擬信號和數(shù)字信號區(qū)分2第2頁2）比特率和波特率區(qū)分比特率，即信息速率——每秒傳送平均信息量或比特數(shù)，用符號Rb表示，它與碼元進制數(shù)相關，單位為bit/s,簡記為b/s波特率，即碼元速率——每秒傳送碼元個數(shù)，用符號RB表示，它與碼元進制數(shù)無關，僅與碼元寬度相關，單位為波特（Baud），簡記為B。如在運輸中，波特類似轎車，比特類似乘客，一輛轎車可載運一個或多個乘客。轎車輛數(shù)（而不是乘客人數(shù)）確定了交通情況，類似，波特數(shù)（而不是比特數(shù)）確定了所地求傳帶寬。所以波特率≤比特率。3第3頁Rb=RBlog2M，RB≤Rb，當二進制（M=2）時，Rb=RBRb一定時，增加進制數(shù)M。能夠降低RB，從而減小信號帶寬，節(jié)約頻帶資源，提升系統(tǒng)頻帶利用率。RB一定時（即帶寬一定時），增加進制數(shù)M，可增大Rb，從而在相同帶寬中傳輸更多信息量。從傳輸有效性考慮，多進制比二進制好，但從傳輸可靠性考慮，二進制比多進制好4第4頁第2章確知信號1、概念信號分類與特征；頻譜概率；周期信號頻譜Cn特點和意義；相關函數(shù)定義和性質；δ(t)函數(shù)2、計算慣用信號（δ，方波、三角波、沖激函數(shù)序列）傅里葉變換；卷積定理；能量和功率計算；相關函數(shù)與譜密度互求。5第5頁1、信號類型區(qū)分與關系：全部周期信號（除s(t)≡0外）都是功率信號，而功率信號不一定都是周期信號；非周期信號能夠是能量信號，或功率信號，或既不是能量信號也不是功率信號（如tu(t)）；能量信號是連續(xù)時間有限非周期信號，而非周期信號不一定就是能量信號；一個信號不可能既是能量信號也是功率信號。第2章確知信號6第6頁傅里葉級數(shù)物理意義——頻譜在信號分析中，傅里葉級數(shù)能夠將一個周期信號表示為各種頻率分量復指數(shù)或三角函數(shù)組合。把一個時域信號轉換為頻域表述，從而引出頻譜概念；揭示了周期信號實質，即一個周期信號由不一樣頻率諧波分量所組成，當信號被分解成各次諧波后，就能夠從頻域來分析問題，所以，傅里葉分析實質上是一個頻域分析方法，信號頻域特征是信號內在本質，而信號時域波形只是信號外在形式。顯然從本質上分析處理總是將會更深入，更全方面，也更直觀方便。第2章確知信號7第7頁周期信號頻譜特點：離散性：周期信號頻譜是以f0為間隔一系列譜線，其包絡形狀取決于一個周期內波形頻譜形狀。諧波性：譜線只在信號基頻整數(shù)倍（nf0）上出現(xiàn)，稱為n次諧波；收斂性：各次諧波振幅盡管不一定隨諧波次數(shù)n增大作單調減小（可能有起伏），但總趨勢是下降。第2章確知信號8第8頁周期信號頻譜Cn意義:若已知信號頻譜(指數(shù)傅里葉級數(shù)系數(shù))Cn,則能夠重建周期信號;由頻譜Cn可確定信號有效帶寬B(單位Hz)，信號有效帶寬B是指包含主要諧波分量頻率范圍。如周期矩形脈沖信號有效帶寬等于單個脈沖連續(xù)時間τ倒數(shù)，即B=1/τ；由頻譜Cn可確定周期信號s(t)平均功率，即

該式稱為周期信號巴塞伐爾定理。它表明周期信號平均功率完全能夠在頻域中用傅里葉系數(shù)Cn確定。第2章確知信號9第9頁對于實信號，有，則有

該式表明：周期信號平均功率等于信號所包含直流、基波以及各次諧波平均功率之和。引入沖激函數(shù)后，周期信號功率譜密度也能用Cn表示：周期信號頻譜Cn意義:第2章確知信號10第10頁單邊譜和雙邊譜概念：雙邊譜(分布在正負頻率范圍)含有數(shù)學上意義；單邊譜是指實際物理信號可測量頻譜。前者便于數(shù)學分析，后者便于試驗測量。實能量信號和實功率信號頻譜有一個共同特征：即其負頻譜和正頻譜模是偶對稱，相位是奇對稱；注意：雙邊譜中負頻譜僅在數(shù)學上有意義，在物理上并不存在負頻率。信號有效帶寬是振幅頻譜中正頻率部分寬度，描述是實信號帶寬。第2章確知信號11第11頁能量信號頻譜密度s(f)和周期性功率信號頻譜Cn區(qū)分S(f)是連續(xù)頻譜，Cn是離散頻譜。S(f)單位是伏/赫(V/Hz)，Cn單位是伏(V).式物理意義是：能量信號能夠分解為無數(shù)個頻率為f，復振幅為s(f)df指數(shù)信號線性組合。式物理意義是周期信號能夠分解為諧波頻率為nf0，復振幅為Cn指數(shù)信號線性組合。第2章確知信號12第12頁第3章隨機過程1、概念隨機過程定義；狹義平穩(wěn)和廣義平穩(wěn)；各態(tài)歷經(jīng)含義與意義；高斯過程性質；窄帶過程兩個結論；正弦波加窄帶高斯過程統(tǒng)計特征；功率譜密度意義；2、計算數(shù)字特征（均值、方差、相關函數(shù)）；一維概率密度函數(shù)和分布函數(shù)；平穩(wěn)過程自相關函數(shù)性質；維納——辛欽定理;隨機過程總（平均）功率；平穩(wěn)過程、高斯過程、白噪聲經(jīng)過線性系統(tǒng)。13第13頁第3章隨機過程1、平穩(wěn)過程和各態(tài)歷經(jīng)性（1）怎樣判定一個隨機過程ξ(t)是否廣義平穩(wěn)？答：只需驗證下式成立是否：含義：均值與t無關，相關函數(shù)僅與時間間隔τ相關。14第14頁（2）怎樣判定一個隨機過程ξ(t)是否各態(tài)歷經(jīng)？答：只需驗證下式成立是否：含義：集平均（統(tǒng)計平均）=時間平均第3章隨機過程15第15頁2、平穩(wěn)過程幾個關系狹義平穩(wěn)廣義平穩(wěn)必未必各態(tài)歷經(jīng)過程平穩(wěn)過程必未必第3章隨機過程16第16頁3、各態(tài)歷經(jīng)性意義普通情況下，當求解平穩(wěn)隨機過程ξ(t）統(tǒng)計特征(均值、自相關函數(shù)等數(shù)字特征)時，不但要知道ξ(t)一維和二維概率密度函數(shù)，而且預先要得到ξ(t)全體樣本函數(shù)，這實際上是極難辦到。假如一個平穩(wěn)過程含有各態(tài)歷經(jīng)性，就可用一個樣本“時間平均”來取代過程“統(tǒng)計平均”，即經(jīng)過一個樣本函數(shù)主可求得平穩(wěn)過程各數(shù)字特征量，從而使測量和計算問題大大簡化。第3章隨機過程17第17頁4、自相關函數(shù)意義自相關函數(shù)可用來判定一個隨機過程是否廣義平穩(wěn)；自相關函數(shù)傅里葉變換是功率譜密度，這一對變換溝通了隨機過程時域和頻域關系，使我們更深入、更方便和更全方面了解隨機過程；由自相關函數(shù)可求得平穩(wěn)過程平均功率、直流功率和交流功率；由自相關函數(shù)可確定平穩(wěn)過程均值、方差等數(shù)字特征；另外，自相關函數(shù)意義還可在數(shù)字信號最正確接收、群同時等系統(tǒng)中表達出來。第3章隨機過程18第18頁5、隨機過程

(t)是否存在傅里葉變換？答：不存在。因任何隨機過程或隨機信號其時間波形沒有確定規(guī)律，即信號相關參量（振幅、極性、出現(xiàn)時間等）都是不可預測，所以無法求其傅里葉變換，也就是說隨機過程沒有確定頻譜密度。那么怎樣描述隨機過程頻譜特征呢？答：可用功率譜密度來描述隨機過程頻譜特征，這是因為：1）隨機過程屬于功率信號而不屬于能量信號；2）任何平穩(wěn)隨機過程都存在自相關函數(shù)及其傅里葉變換——功率譜密度?？梢?，自相關函數(shù)和功率譜密度是描述平穩(wěn)隨機過程兩個主要數(shù)字特征。第3章隨機過程19第19頁6、功率譜密度（PSD）意義可用來描述隨機過程頻域特征；可用來描述通信系統(tǒng)中濾波器及其它器件對信號與噪聲影響；PSD積分面積等于平穩(wěn)過程總功率；與相關函數(shù)組成一對傅里葉變換，從而建立頻域與時域之間聯(lián)絡。第3章隨機過程20第20頁7、功率譜密度（PSD）求法1）直接法：由PSD定義式求：式中：E[·]表示統(tǒng)計平均，F(xiàn)T(f)是fT(t)頻譜函數(shù)，fT(t)是f(t)截短函數(shù)，f(t)是隨機過程ξ(t)任一樣本(屬于功率型確定信號)。2）間接法：先求自相關函數(shù)R(τ)，再求對應傅里葉變換：第3章隨機過程21第21頁8、隨機過程ξ(t)（歸一化）平均功率幾個求法第3章隨機過程22第22頁獨立不相關必未必正交不相關必未必相關不獨立必未必相關不正交必未必9、獨立、相關和正交和關系：第3章隨機過程23第23頁通信原理第4章信道24第24頁1、概念信道分類和特征；恒參和隨參信道舉例；調制信道和編碼信道定義范圍和關系；恒參信道無失真?zhèn)鬏敆l件，兩種線性失真及其影響；隨參信道3個特點，多徑傳輸及其影響；信道噪聲及其經(jīng)過帶通濾波器結果；香農公式含義和結論2、計算信道容量計算25第25頁通信原理第5章模擬調制系統(tǒng)26第26頁1、概念： 調制信號、載波和已調信號；門限效應。AM、DSB、SSB、VSB和PM、FM基本概念、特點和應用；產生與解調方法；AM、DSB波形和頻譜；VSB邊帶濾波特征；各種模擬調制系統(tǒng)比較；門限概念；頻分復用概念；2、計算：AM、DSB、SSB、FM、PM表示式、功率和帶寬計算；單音調頻調頻指數(shù)、相偏和頻偏；卡森公式；第5章模擬調制系統(tǒng)27第27頁調制信號－指來自信源基帶信號載波－未受調制周期性振蕩信號，它能夠是正弦波，也能夠是非正弦波。已調信號－載波受調制后稱為已調信號。28第28頁相干解調是否存在門限效應 相干解調不存在門限效應，原因是相干解調器由相乘器和低通濾波器組成，信號與噪聲分開處理，故不存在門限效應 包絡檢波器由整流器和低通濾波器組成，信號與噪聲無法分開處理，當（Si/Ni）低于一定數(shù)值時，解調器輸出信噪比（s0/N0）急劇惡化——門限效應，這種門限效應是由包絡檢波器非線性解調作用所引發(fā)。29第29頁通信原理第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)30第30頁1、概念數(shù)字基帶系統(tǒng)原理框圖；單/雙、單歸零/雙歸零、差分、多電平波形（會畫）和主要特點；選碼標準；AMI碼、HBD3碼、CMI碼編/譯、對應基帶波形和主要特點；碼間干擾及其產生原因；觀察眼圖方法，眼圖模型6個指標；部分響應技術處理問題。2、計算無ISI時/頻域條件，理想低通傳輸系統(tǒng)奈奎斯特帶寬和頻帶利用率；余弦滾降系統(tǒng)滾降系數(shù)、傳碼率、帶寬和頻帶利用率；有沒有ISI驗證；二進制/雙極性系統(tǒng)最正確判決門限；第I類部分響應系統(tǒng)預編碼、相關編碼和模L判決；均衡前后峰值失真；均衡效果評價準則。第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)31第31頁無ISI最高傳碼率求法：方法1、由給定基帶傳輸特征H(

)→等效成最寬矩形門（理想LPF）→系統(tǒng)無碼串最高傳碼率Rmax=雙邊譜門寬值。方法2、由H(

)找出滾降段中心頻率，即奈奎斯特帶寬fN→系統(tǒng)無碼串最高傳碼率Rmax=2fN。與方法1實質一樣。第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)32第32頁驗證能否實現(xiàn)無ISI傳輸方法方法1、當實際傳輸速率RB小于(必須是整數(shù)倍)或等于RBmax（基帶系統(tǒng)無ISI最高傳碼率）時，即滿足RBmax=nRBn=1,2,3…時表示以實際速率RB進行數(shù)據(jù)傳輸，將滿足抽樣點上無碼間串擾條件方法2、用無ISI時域條件來驗證。麻煩。第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)33第33頁方法3、將實際傳輸速率RB代入奈奎斯特第一準則（無ISI頻域條件），若仍能使H(ω)等效成一個理想(矩形)低通濾波器，則可實現(xiàn)無ISI傳輸。注意：奈奎斯特第一準則，即所對應無ISI最高傳碼率RBmax=1/Ts波特，若實際傳輸速率為RB=2/Ts，則基帶系統(tǒng)總特征H(ω)應滿足：第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)34第34頁通信原理第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)

35第35頁1、概念調制類型與特點、多進制數(shù)字調制特點和目標，數(shù)字調制與模擬調制區(qū)分；2、計算二進制調制信號表示式、時域波形和調制器(會畫),各種解調器(接收機)原理框圖及各點波形(會畫)；二進制調制信號傳輸帶寬和頻帶利用率；最正確判決門限；差分編碼和差分譯碼；二進制數(shù)字調制系統(tǒng)性能(帶寬、頻帶利用率等)比較；4PSK、4DPSK信號相位關系、矢量圖和時間波形；4PSK、4DPSK信號調制解調器。第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)36第36頁通信原理第9章模擬信號數(shù)字傳輸

37第37頁1、概念低通信號和帶通信號抽樣定理；理想抽樣、自然抽樣和平頂抽樣波形和頻譜特點；均勻量化和非均勻量化概念；逐次比較型編碼器原理；PCM與增量編碼比較,DPCM基本原理；TDM原理和特點；2、計算A律13折線編碼、譯碼；編碼信號和數(shù)碼率和傳輸帶寬PCM30/32路系統(tǒng)數(shù)碼率和幀結構38第38頁通信原理第10章數(shù)字信號最正確接收39第39頁第10章數(shù)字信號最正確接收概念：最大似然準則含義；匹配濾波器和相關器關系；相關系數(shù)與誤碼率及最正確信號形式關系；基帶系統(tǒng)最正確化兩個條件。計算：各種最正確接收機原理框圖、工作原理和各點波形；匹配濾波器傳輸函數(shù)、單位沖激響應、輸出信號、t0選擇和最大輸出信噪比；最正確基帶系統(tǒng)中濾波器特征設計；40第40頁通信原理第13同時原理41第41頁第13章同時原理13.6小結載波同時、碼元同時、幀同時和網(wǎng)同時目標和實現(xiàn)方法；42第42頁第13章同時原理 數(shù)字通信系統(tǒng)中同時種類：載波同時、碼元同時、群同時和網(wǎng)同時。載波同時：又稱載波恢復。目標：在接收設備中產生一個和接收信號載波同頻、同相當?shù)卣袷?，用于相干解調。方法： 接收信號中有載頻分量時：需要調整其相位。 接收信號中無載頻分量時：需從信號中提取載波， 或插入輔助同時信息。43第43頁第13章同時原理碼元同時：又稱時鐘同時或時鐘恢復。 對于二進制信號，又