现代通信原理

现代通信原理第一章：1．通信就是克服距离障碍传递消息。2．通信发展史：1835年，莫尔斯电码出现；1837年。莫尔斯式电报机出现；1876年，贝尔电话机；19世纪末，无线电报出现；20世纪初，电子管出现；20世纪60年代，晶体管、集成电路出现；20世纪80年代，数字通信技术飞速发展。3．通信系统的组成：发信源——发送设备——信道——接收设备——收信者|噪声源发信源：消息产生的来源，将消息变换成电信号。发送设备：将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的形式。如调制、放大、滤波、发射等。调制的目的：提高频率便于发射；实现信道复用；提高系统抗干扰性；信道：信道是传输的媒介，分为有线信道和无线信道。接收设备：完成发送设备的反变换，进行解调、译码、解密等，将收到的信号转换为信息信号。收信者：把信息信号还原为相应的消息。4．数字通信与模拟通信相比的优点：抗干扰能力强可采用再生中继，实现高质量的远距离传输灵活性高，能适应各种通信业务的要求可以很方便地与现代数字计算机相连接数字信号易于加密便于集成化5．信道编码的作用是提高数字信号传输的可靠性，信源编码的作用是提高数字信号传输的有效性，降低数字信号的码元速率以压缩频带。6．基带传输：不经过调制而直接传输数字基带信号。7．信息量（P4）I=log𝑎1𝑃(𝑥)=-log𝑎P（x）单位为比特8．平均信息量：H（x）=P(𝑥1)log21P(𝑥1)+P(𝑥2)log21P(𝑥2)+…+P(𝑥n)log21P(𝑥n)9．衡量通信系统的性能指标：有效性：有效性用传输速率（数字通信系统）、有效传输带宽（模拟通信系统）来表征可靠性：可靠性用差错率（数字通信系统）、输出信噪比（模拟通信系统）来表征传输速率：码元传输速率（传码率波特B）、信息传输速率（传信率比特b）传信率：𝑅b=𝑅𝐵𝑁log2N(b/s),传码率：𝑅𝐵𝑁=𝑅blog2𝑁传码率：𝑅𝐵=1T，传码率与频率在数值上相同差错率：𝑃C=接收的错误码元传输总码元数第二章：信道10．信道分为广义信道（模拟调制信道、数字编码信道）和狭义信道（仅包括传输媒介）。模拟调制信道特性：具有一对或多对输入端和一对或多对输出端；绝大多数信道是线性的，满足叠加原理；信道具有衰减或增益频率特性和相移或延时频率特性；即使没有输入信号，输出端仍有一定的功率噪声；11．数字编码信道包括调制信道、调制器及解调器的信道。错误转移率：P(0/1)=1-P(1/1),P(1/0)=1-P(0/0)12．恒参信道的特性与时间无关，是一个非时变性网络。13．变参信道中，传输媒介参数随气象条件和时间的会变化而随机变化。多经传播：由发射点发出的电波可能经过多条路径到达接收点多经效应：由于各条路径的衰减和时延都在随时间变化，接收点合成信号的强弱也必然随时间不断地变化。由多经效应引起的信号变化称之为快衰落。14．信道的加性噪声来源：人为噪声、自然噪声、内部噪声（散弹噪声又称高斯噪声、热噪声）。15．高斯白噪声（起伏噪声）是指功率频谱密度在全频域是常数。16．信道容量又称香农公式：C=Blog2(1+S/N)C为信道容量，是指信道可能传输的最大信息速率。B为信道带宽，S为信号的平均功率，N为白噪声的平均功率，S/N为信噪比。增加信道带宽B，不能无限制增加信道容量。第四章：信源编码17．理想低通抽样定理：一个频带有限的低通信号f（t），若在Wm以上没有频域分量，则它可以被分布在均匀时间间隔Ts上的抽样值唯一确定。但抽样时间不能超过π/𝑊𝑚（秒）。𝑇𝑆=π𝑊𝑚，𝑇𝑆=12𝑓𝑚𝑊𝑚为被抽样的最大角频率，最大抽样间隔𝑇𝑆为奈奎斯特间隔，最小抽样角频率又称奈奎斯特速率：𝑊𝑠=2𝑊𝑚=2π/𝑇𝑆最小抽样速率=𝑊𝑚/(m+1),m=𝑊𝐿/(𝑊𝑚−𝑊𝐿)18．自然抽样：矩形脉冲序列与信号相乘来完成平定抽样，又称瞬时抽样。19．时分复用（TDM）N路时分复用PAM信号所需要的带宽B=N𝑓𝑚（Hz）20．脉冲编码调制PCM的组成：抽样、量化、编码量化间隔：相邻两个离散电平值之间的差距成为量化间隔。加性噪声对PCM系统性能的影响表现在接收端的误码上，造成发送与接收量化脉冲值得误差。加性噪声决定的接收端输出信噪比为：𝑆0𝑁𝑒=14𝑃𝑒(𝑃𝑒为误码率)21．非均匀量化：使量化间隔随信号幅度的大小变化，在量化级数不变的条件下，提高小信号的量化信噪比，扩大输入信号的动态范围22．13折线率PCM编码方法（P78）编码：把量化后的信号电平转换成代码的过程。第五章：数字信号的基带传输23．二元码：单极性不归零码（NRZ）：正电平代表1码，零电平代表0码双极性不归零码：正电平代表1码，负电平代表0码单极性归零码（RZ）：正电平代表1码，零电平代表0码，脉冲宽度小于码元宽度差分码：1变0不变双相码（曼彻斯特码）：1码用正负脉冲表示，0码用负正脉冲表示信号反转码（CMI）：1码用正负电平交替表示，0码用固定的负正电平表示密勒码：1码时，在码元中间跳变，单个0码时不跳变，连0时，在后一个0开始时跳变。24．三元码：信号交替反转码（AMI）：0码用零电平，1码用正负电平交替表示HDB3码（P115）25．数字基带信号传输系统组成：数字基带信号——基带型编码——发送滤波器——传输信道——接收滤波器——抽样判决器——基带型译码——输出信道：基带传输的媒介发送滤波器：完成码型变换，限制发送频带接收滤波器：滤除带外噪声，平衡失真波形抽样判决器：在有抽样噪声背景下，对接收信号定时抽样，与判决电平比较，对抽样值判决，回复和再生数字基带信号。26．码间串扰：信号畸变，在接收端造成判决上的困难，出现误码现象叫做码间串扰产生：基带数字信号通过基带传输系统时，系统传输特性不理想或加性噪声使波形发生畸变27．奈奎斯特定理：基带传输系统具有理想低通滤波器的特性（P122），以其截止频率的两倍传输数字信号（奈奎斯特带宽），便能消除码间串扰。28．眼图：传输二进制脉冲时，在示波器屏幕上可以观察到类似人眼的图案。观察方法：将示波器跨接到接收滤波器的输出端，抽样判决器之前，调整示波器的水平扫描周期，使其与接收码元周期同步。第六章：数字信号的载波传输29．二进制幅移键控2ASK：1，0控制载波的的通、断信号产生方式：模拟调制法、键控法解调方法：相干解调、非相干解调30．二进制频移键控2FSK：1对应载波频率f1，0对应载波频率f2信号产生方式：模拟调频电路、键控调频电路解调方式：相干解调、非相干解调31．二进制相移键控2PSK：1对应载波的0相位，0对应载波的pi相位信号产生方法：模拟调制法、相移键控法解调方法：相干解调、鉴相器解调32．二进制相对调相2DPSK：利用前后相邻码元载波相位的相对变化来表示数字信号。相位变化规则：1变0不变信号产生方式：模拟调制法、键控法解调方式：差分相干解调33．二进制数字调制信号的频谱特性2ASK的功率频谱（P151）：带宽：2FSK的功率频谱：已调波带宽：2PSK的功率频谱：带宽与2ASK相同。34．2PSK与2DPSK的区别：2DPSK的产生基本类似于2PSK，只是调制信号需要经过码型变换，将绝对码变为相对码。2DPSK解调后的信号为相对码，需要再变换为绝对码。35．二进制数字调制系统的性能比较（P171）调制方式相同，信噪比r较小时，相干解调误码率非相干解调误码率，r1时，相干解调与非相干解调误码率几乎相等。信噪比r相同时，调制方式不同时，误码率：PSK、DPSKFSKASK误码率相同时，对信噪比r的要求：PSKFSKASK（差3dB）E\n0相同，采用最佳接收时，系统性能：ASKFSKPSK36．多进制数字调制系统的特点：提高频带利用率调制前，要将基带数字信号转换成多进制数字信号。多进制幅移键控抗噪声能力差多进制频移键控占用信道带宽大第九章：信道编码37．有扰离散信道编码定理：对于给定的信道容量C，只要发送端以低于C的速率R发送信息，则一定存在一种编码方法，时编码错误率𝑃𝑒，随着码长n的增加，按指数下降到任意小的值。38．增加编码冗余度，可以提高编码的检错或纠错能力。码字重量：一个码字中1的数目两个不同码字之间对应码位上具有不同的二进制码元的个数，成为汉明距离d，即码距。检错e个码：𝑑min=e+1纠正t个错误：𝑑min=2t+1纠正t个错误，同时检错e个码：𝑑min=e+2t+139．编码效率：包含的信息码元位数/编码序列的位数40．前向纠错FEC：发送端发送具有纠错能力的码，接收端的纠错译码器接收到这些码后。按预定规则。自动纠正传输中的错误。检错重发ARQ：发送端发送具有检测错误能力的码混合差错控制HEC：发送端发送的码不仅能够检测错误，还具有一定的纠错能力。信息反馈IRQ信道编码又称信道纠错编码或差错控制编码。用来提高系统数据传输的可靠性。41．全部码组A=M*G生成矩阵G=[𝐼𝑘∗Q]=[𝐼𝑘∗𝑃𝑇]监督矩阵H=[P∗𝐼𝑟]=[𝑄𝑇∗𝐼𝑟]42．纠错码的分类：按对信息源输出的信号序列处理方式分：分组码、卷积码根据校验元与信息元的关系分：线性码、非线性码按码元取值分：二进制码、多进制码43．汉明码：纠错单个错误的线性分组码m=3,监督码元数目r=m，码长n=2𝑚-1，信息码元数目k=2𝑚-1-m，最小距离𝑑min=3，纠错能力t=1