通信原理复习课.

通信原理绪论了解通信技术的发展；掌握消息、信息、信号的定义；掌握数字通信的概念，理解数字通信的优点；掌握通信系统模型及其主要性能指标；重点：1.信息的度量；2.数字通信系统模型的理解与掌握。难点：数字通信系统性能指标的理解与计算；设离散信息源是一个由n个符号组成的集合，按独立出现。记2、非等概情况的信息量的计算nxxx,,21ixp12112,1niniiinxxxxpxpxpxpxpx且有则每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量为：112nniiiiiiHxPxPxbIxixtP()()()()log()(/)符号1、传输速率码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。在数字通信中，一个码元（符号）在时间轴上的长度被称为码元长度。11()BBBBRBTTR或数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度TB有关信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s，或b/s，或bps。码元速率和信息速率有确定的关系，即bBRRHbits.(/)2logM等概传输时，熵有最大值，信息速率也达到最大，即bBRRMbits2.log(/)式中，M为符号的进制数。二进制的码元速率和信息速率在数量上相等。衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，常用误码率或误信率表示。2、差错率eP错误码元数传输总码元数bP错误比特数传输总比特数信道信道广义信道（简称信道）狭义信道有线信道无线信道调制信道编码信道从研究信息传输的角度出发，使一些基本问题的研究比较方便。通信效果的好坏，很大程度上将依赖于狭义信道的特性。有线信道，如电缆光纤等无线信道，如中短波、微波信道等恒参信道随参信道有记忆编码信道无记忆编码信道广义信道狭义信道调制信道编码信道信道连续信道的信道容量(Channelcapacity)a)香农公式带宽为B(Hz)的连续信道，其输入信号的功率为S，信道加性高斯白噪声的功率为N。可以证明，信道的信道容量为：ssCBBbsNnB220log1log1(/)模拟调制BPF＋)(tsm)(tn)(tsm)(tni)(tno)(tmo×LPFtccos相干解调器中心频率f0带宽BBPFBPF＋解调器)(tsm)(tn)(tsm)(tni)(tno)(tmo中心频率f0带宽B带宽BL调制方式信号带宽制度增益设备复杂度主要应用DSB2中等较少应用SSB1复杂短波无线电广播话音频分多路VSB略大于近似SSB近似SSB复杂商用电视广播AM2/3简单中短波无线电广播FM中等超短波小功率电台NBFM微波中继调频立体声广播WBFM2(1)mffm23(1)ffmmmfifmSmnf2032imSnf013imSnf0mfooSNmf2imSnf0mf2各种模拟调制系统的性能比较数字基带•数字基带传输系统的组成（模型）。•数字基带信号的表达式、常用的数字基带信号信号。•数字基带信号的功率谱密度分析，功率谱密度的基本特点及带宽。•线路码型的目的。AMI、HDB3码。•码间串扰的概念、奈奎斯特准则、奈奎斯特极限、理想低通系统，升余弦滚降系统。基本定理、判有无ISI方法。•数字基带信号的接收原理、利用低通滤波器接收时的误码率分析、最佳门限问题。基本方法（如何分析数字基带传输系统的误码率？思路），结论的含义。数字基带传输系统代码：1000010000110000l1AMI码：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码：-1000-V+1000+V-1+1–B00–V+l-1差分编码（传号差分）设bk为差分码，ak为原始数据，编码规则：1kkkbabak:1001111bk:1k0001010k-1‘1’变‘0’不变下面，研究如何设计基带传输特性H(ω)，以形成在抽样时刻上无码间串扰的冲击响应波形h(t)。根据上面的分析，假设延迟t0=0，无码间串扰的基带系统冲击响应应满足下式无码间干扰的时域条件说明：无码间串扰的基带系统冲击响应，t=0时取值不为零，其它抽样时刻t=kTs的抽样值均为零.100skhkTk,(),为其他整数无码间干扰的频域条件基带传输特性应满足的频域条件121iSssiHTTT(),或写成2SissiHTTT(),该条件称为奈奎斯特第一准则。同时还可看出，如果该系统用高于甚至是低于1/Ts波特的码元速率传送时，将存在码间干扰。考虑到系统的频率宽度为1/2Ts，而最高码元速率为1/Ts，故这时的系统最高频带利用率为2B/Hz。通常把1/2Ts称为奈奎斯特带宽，即系统的最小传输带宽，记为W1；则该系统无码间干扰时最高的传输速率为2W1波特，这个传输速率通常被称为奈奎斯特速率。}信号失真斜边过零点失真噪声容限最佳判决门限电平最佳判决时刻部分响应系统•1.问题提出：–理想低通系统和升余弦滚降系统的优缺点–部分响应系统的基本思想：•通过合理地设计时域波形，人为的、有规律的在抽样时刻引入码间干扰，可以达到压缩频带，改善陡截止传输特性，使频带利用率达到2B/Hz，并加速时域波形的衰减速度。•2.如何实现•3.系统组成–预编码、相关编码的原理、作用及编译码•4部分相应系统的优缺点–易实现，波形衰减快，频带利用率达到2B/Hz，–误码率增加（可靠性降低）第I类部分响应系统•第一类部分响应系统是在相邻的两个码元间引入码间干扰。•已知理想低通||()0ssTTHelsesin()sstThttT第I类部分响应系统•若采用h(t)+h(t-Ts)作为整个基带系统的冲激响应，则基带信号的带宽为0.5fs，此时频带利用率为2Baud/Hz.•合成后的基带系统冲激响应为()sinsin()()()()sssssssttTTTgththtTttTTTsin11/ssstTttTT第I类部分响应系统•合成后的系统响应函数比理想低通衰减快，因此对定时的要求相应降低。•此时相邻码元之间具有码间干扰。•具有差错传播特性。–即若接收一个误码an，该误码对随后的判决产生影响。–预编码第I类部分响应系统组成(a)(b)＋TT相加模2判决抽样脉冲信息判决相关编码预编码收ak′发ak发ak＋相加发送滤波信道接收滤波模2判决收akT抽样脉冲′部分响应系统•预编码：bk=akbk-1ak=bkbk-1•相关编码：Ck=bk+bk-1－相关编码•模2判决：[Ck]mod2=[bk+bk-1]mod2=bkbk-1=akak=[Ck]mod2数字频带•二进制数字调制的原理–基本概念–时域表示（表达式及波形）–PSD及带宽–调制与解调（原理框图及波形）•误码率（抗AWGN噪声性能）–分析模型、噪声模型及表示–分析方法、步骤•P(1/0),P(0/1);f0(x),f1(x);•利用第三章结论及概率论知识–分析结果：误码率公式•多进制调制的原理及特点二进制数字调制系统的误码率公式一览表调制方式解调方式误码率大信噪比时近似式判决门限带宽2ASK相干解调A/22fs非相干解调2FSK相干解调无|f2-f1|+2fs非相干解调221erfcPe41reeP421reeP4/21241reeerfcp　221reeP221erfcPe221reeP调制方式解调方式误码率大信噪比时近似式判决门限带宽2PSK相干解调02fs2DPSK绝对相干解调（极性比较法）02fs相对相干解调（相位比较法）reeP21)(21erfcPeePe212)(121rerfcpe–二进制差分相移键控（2DPSK）•2DPSK原理–2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。–假设为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与之间的关系为于是可以将一组二进制数字信息与其对应的2DPSK信号的载波相位关系示例如下：”表示数字信息“，”表示数字信息“10,000000000002DPSK011001011或信号相位：二进制数字信息：–2DPSK的相干解调器原理图和各点波形abcdtte110t10101t000111f10(相对码）(绝对码）带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2tetccos码反变换器abcdef•2DPSK信号的解调方法之二：差分相干解调(相位比较）法带通滤波器相乘器低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出)(DPSK2te延迟Tsabcdeabcdtte10101111tt现代调制技术•了解QAM的基本原理•了解MSK的优点，基本原理模拟信号的数字传输•抽样定理的内容及证明、模拟脉冲调制–理想抽样–实际抽样：自然抽样和平顶抽样–PAM、PPM、PWM/PDM•量化：–均匀量化和非均匀量化的原理及实现、量化噪声–A律13折线和mu律15折线逼近对数特性的法•PCM–系统组成–码型选择、位数选择、码位安排–编码、译码–抗噪声性能•增量调制原理及改进•时分复用TDM：原理及应用数字调制信号最佳接收•最佳接收的意义–误比特最小–信噪比最大•最佳接收机的形式–匹配滤波器•匹配滤波器的特性–相关接收机•最佳接收机的抗噪声性能误码率相同时：信道要求(信噪比）2PSK2FSK=2ASK信道条件相同：误比特律2PSK2FSK=2ASK