通信原理(总复习)-通信

通信原理第1章绪论•内容：通信的基本概念，通信系统的组成，通信系统的分类与通信方式，信息及其度量，通信系统的主要性能指标。•重点：1.通信系统的一般模型，模拟和数字通信系统模型。（框图，各部分基本功能）•2．信息及其度量（信息的熵）。•3．主要性能指标—有效性和可靠性。•难点：1.通信系统的主要性能指标。•2．求信息的信息量。•1.通信的基本概念：通信、通信系统、通信的目的•2.通信系统的一般模型，模拟和数字通信系统模型。（框图，各部分基本功能）图1-4模拟通信系统模型信息源信源编码信道译码信道编码信道数字调制加密数字解调解密信源译码受信者噪声源图1-5数字通信系统模型图1-1通信系统一般模型•3.数字通信的优缺点•优点–抗干扰能力强，且噪声不积累–传输差错可控–便于处理、变换、存储–便于将来自不同信源的信号综合到一起传输–易于集成，使通信设备微型化，重量轻–易于加密处理，且保密性好•缺点：–需要较大的传输带宽–对同步要求高•4.通信系统的分类（按信号）•按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统•按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统•按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统•按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用•5.通信方式按消息传递方向与时间关系分：单工、半双工和全双工通信按数据代码排列方式分：并行传输和串行传输•6.计算离散信源的信息量、熵（b）221loglog()()IPxPx121222221()()[log()]()[log()]()[log()]()g()(/(1.46)MMMiiiHxPxPxPxPxPxPxPxloPx比特符号）7.通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性模拟通信系统•有效性：可用有效传输频带（带宽）来度量。•可靠性：可用接收端最终输出信噪比（So/No）来度量。数字通信系统•有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。•可靠性：用误码率和误信率表示码元传输速率RB:信息传输速率Rb：频带利用率：误码率误信率8.计算码元速率RB、信息速率Rb、频带利用率、误码率、误信率)B(1TRB)b/s(log2MRRBb)B/Hz(BRBHz)b/(sBRbb传输总码元数错误码元数eP传输总比特数错误比特数bP)b/s(HRRBb第3章随机过程•内容：随机过程的基本概念，平稳随机过程，高斯、窄带随机过程，平稳随机过程通过线性系统，正弦波加窄带高斯噪声，高斯白噪声和带限白噪声。•重点：1.随机过程的数字特征。2.平稳随机过程的特性—各态历经性。3.高斯过程的一维概率密度函数的特性。4．正弦波加窄带高斯过程。5．平稳随机过程通过线性系统的特点。6．高斯白噪声和带限白噪声。•难点：1.平稳随机过程的相关函数与功率谱密度。2．平稳随机过程通过线性系统的特点。3．正弦波加窄带高斯噪声。•1.随机过程的数字特征：均值（数学期望）、方差、相关函数•2.平稳过程的自相关函数–平稳过程自相关函数的定义：–平稳过程自相关函数的性质•—(t)的平均功率•—的偶函数•—R()的上界即自相关函数R()在=0有最大值。•—(t)的直流功率•表示平稳过程(t)的交流功率。当均值为0时，有R(0)=2。)]([)0(2tER)()(RR)0()(RR22a)]([)(tER2)()0(RR)();,()]()([),(21212211121RdxdxxxfxxttEttR•3.平稳随机过程的自相关函数与其功率谱密度是一对傅里叶变换。——维纳-辛钦关系•4.平稳过程的归一化总平均功率•5.高斯过程重要性质•高斯过程若是广义平稳的，则也严平稳。•如果高斯过程在不同时刻的取值是不相关的，那么它们也是统计独立的。•高斯过程经过线性变换后生成的过程仍是高斯过程。•6.平稳随机过程通过线性系统若线性系统的输入是平稳的，则输出也是平稳的。且)()(fPRdffPRtES)()0()]([2)()()()()()(20fPfHfPfHfHfPii)0()()]([0HadhatE•7.窄带随机过程–结论1：一个均值为零的窄带平稳高斯过程(t)，它的同相分量c(t)和正交分量s(t)同样是平稳高斯过程，而且均值为零，方差也相同。此外，在同一时刻上得到的c和s是互不相关的或统计独立的。–结论2：一个均值为零，方差为2的窄带平稳高斯过程(t)，其包络a(t)的一维分布是瑞利分布，相位(t)的一维分布是均匀分布，并且就一维分布而言，a(t)与(t)是统计独立的。•8.白噪声n(t)、高斯白噪声、低通白噪声（带限白噪声）、带通白噪声、窄带高斯白噪声•9.窄带高斯白噪声平均功率BnN0fBffBfnfPccn其它0222)(0cfBBBnR2cossin)(0HHHfffnR22sin)(0其它02)(0HnffnfP第4章信道•内容：信道的定义、分类及其数学模型，有线信道举例、无线信道举例，信道特性对信号传输的影响，信道的噪声，信道容量。•重点：1.有线（恒参）信道特性及其对信号传输的影响。2．随参信道的三个特点及其对信号传输的影响。3．信道的加性噪声。4．信道的数学模型。5．信道容量的概念及求法。•难点：1.恒参、随参信道特性及其对信号传输的影响。2．信道的数学模型。3．信道容量的概念及求法。•1.信道：是以传输媒质为基础的信号通道，是连接发送端和接收端的通信设备。•2.信道分类（按传输媒质不同）——无线信道、有线信道•3.信道中的干扰：有源干扰（噪声）•无源干扰（传输特性不良）•4.电磁波（无线电波）的传播方式分类：——地波、天波、视线传播•5.信道模型的分类：——调制信道、编码信道•调制信道乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。加性干扰特点：当没有信号时，仍有加性干扰。调制信道分类：随参信道（k(t)作随机变化）恒参信道（k(t)变化很慢或很小）)()()()(tntetkteio•6.线性系统（恒参信道）中无失真条件：•振幅～频率特性：为水平直线•相位～频率特性：为通过原点的直线•7.随参信道（变参信道）的特性（共性）：–衰减随时间变化–时延随时间变化–多径效应（概念、特点）•8.信道容量：指信道能够传输的最大平均信息速率–离散信道容量•C－每个符号能够传输的平均信息量最大值•Ct－单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值•信息传输速率R(b/s)式中r－单位时间内信道传输的符号数(比特/符号)(b/s))]}/()([{max)(yxHxHrCxPt)]/()([max)(yxHxHCxP)]/()([yxHxHrR•9.连续信道的信道容量–高斯白噪声背景下的连续信道的信道容量公式（香农公式）–连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。•14.信道容量的计算（连续信道为主）)/(1log2sbNSBCt)/(1log02sbBnSBCt第5章模拟调制系统•内容：幅度调制的原理及抗噪声性能，非线性调制（角度调制）的原理及其抗噪声性能，各种模拟调制系统的比较，频分复用(FDM)和调频立体声。•重点：1.幅度调制的原理及抗噪声性能。（计算）2.非线性调制的原理及频率调制系统的抗噪声性能。3.各种模拟调制系统的性能比较。4.频分复用(FDM)的概念。•难点：1.幅度调制的抗噪声性能分析。2.非线性调制的原理及频率调制系统的抗噪声性能分析。•1.调制－把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。–调制信号、载波、载波调制、已调信号、解调（检波）的概念。•2.常见的模拟调制–幅度调制（线性调制）：调幅（AM）、双边带(DSB)、单边带(SSB)和残留边带(VSB)–角度调制（非线性调制）：频率调制(FM)、相位调制(PM)•3.调幅（AM）•时域表示式•频谱：•调制器模型–可用包络检波法解调。条件m(t)|A0。否则，“过调幅”。–AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成00()[()]coscos()cosAMcccstAmttAtmtt01()[()()][()()]2AMccccSAMMmtmstcosct0A•AM信号的带宽、功率、调制效率当|m(t)|max=A0时（100％调制），调制效率最高，这时max＝1/3•4.双边带(DSB)•时域表示式•频谱：•DSB信号的带宽（2fH）、功率(无载波功率)、调制效率（100％）•解调：不能用包络检波，需用相干检波（较复杂）。HAMfB2ScAMPPtmAP2)(22202220SAMAMmtPPAmtttmtscDSBcos)()()]()([21)(ccDSBMMS•5.单边带调制（SSB）–产生SSB信号的方法有两种：滤波法和相移法。–上边带频谱图–SSB信号的时域表示式–SSB信号的带宽（fH）、节省功率、需用相干解调。DSBScc0USBHcc0USBScc0ttmttmtsccSSBsin)(ˆ21cos)(21)(•7.相干解调与包络检波•相干解调–相干解调器的一般模型•包络检波–适用条件：AM信号，且要求|m(t)|maxA0，–包络检波器结构：通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成•8.线性调制系统的抗噪声性能LPFmstpstdstcosccttomt带通滤波器mst解调器ontmstintnt•解调器输出信噪比定义•制度增益定义：式中输入信噪比Si/Ni的定义是：•DSB调制系统的性能–输入信噪比–输出信噪比–DSB调制系统的制度增益为2。也就是说，DSB信号的解调器使信噪比改善一倍。这是因为采用相干解调，使输入噪声中的正交分量被消除的缘故。2oo2oo()()SmtNnt解调器输出有用信号的平均功率解调器输出噪声的平均功率iiNSNSG//00)()(22tntsNSimii功率解调器输入噪声的平均平均功率解调器输入已调信号的BntmNSii02)(2122oo01()()414imtSmtNnBN2o0111()444iiNntNnB•SSB调制系统的性能–输入信噪比–输出信噪比–SSB调制系统的制度增益为1。因为在SSB系统中，信号和噪声有相同表示形式，所以相干解调过程中，信号和噪声中的正交分量均被抑制掉，故信噪比没有改善。–GDSB=2GSSB，但是，两者的抗噪声性能是相同的（在相同的输入信号功率，相同的输入噪声功率谱密度，相同的基带信号带宽条件下，这两种调制方式的输出信噪比是相等的。）但SSB所需的传输带宽仅是DSB的一半，因此SSB得到普遍应用。BntmBntmNSii02024)()(4122oo001()()16144mtSmtNnBnB2o0111()444iiNntNnB•AM包络检波的性能•大信噪比情况–输入信噪比–输出信噪比–制度增益–GAM总是小于1，这说明包络检波器对输入信噪比没有改善，而是恶化了•小信噪比时的门限效应、门限值。BntmANSii02202)(2oo0()SmtNnB2oo220/2()/()AMiiSNmtGSNAmt•9.角度调制的基本概念•角度调制信号的一般表达式为••PM信号表达式–式中Kp－调相灵敏度，单位是rad/V•FM信号表达式–式中Kf－调频灵敏度，单位是rad/sV。•PM与FM的区别：PM是相位偏移随调制信号m(t)线性变化，FM是相位偏移随m(t)的积分呈线性变化。)](cos[)(ttAtscm[ct+(t)]＝(t)－信