惠州学院彭文娟老师通信原理课件通信复习

第一讲绪论通信系统：点对点通信所需的全部设施。模拟通信系统：传输的信号是模拟信号模拟信号：时间连续、取值连续的信号电话、广播和电视系统数字通信系统：传输的信号是数字信号数字信号：时间离散、取值离散的信号计算机通信系统P2,式1.2-3信息量I与消息出现的概率p(x)之间的关系为：1loglog()()aaIPxPx信息量单位的确定取决于上式中的对数底a。如果取对数的底a=2，则信息量的单位为比特(bit)；如果取e为对数的底，则信息量的单位为奈特(nit)；若取10为底，则信息量的单位称为十进制单位，或叫哈特莱。上述三种单位的使用场合，应根据计算及使用的方便来决定。通常广泛使用的单位为比特。信息的度量传输信息是通信系统的根本任务。在传输过程中，信息是以各种具体的电信号或光信号形式表现出来的。为了对通信系统的性能与质量进行定量的分析、研究与评价，就需要对信息进行度量，我们定义能够衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用I表示。信息是一个抽象的概念，它能否被量化并且如何量化呢？让我们看看下面的例子，比如，“明天太阳从东边出来”绝对没有“明天太阳从西边出来”对信息的受者更有吸引力；同样，当你听说“有人被狗咬了”并不会感到惊奇，但若有人告诉你“一条狗被人咬了”你一定非常吃惊。这说明信息有量值可言，并且信息所包含的事件越不可发生，人们就越感兴趣，信息量就越大。显然，信息量与消息发生的概率有关，消息出现的概率越小，信息量就越大；必然消息的概率为1，则它传递的信息量就为0。据此，我们得到信息量与消息概率之间的关系P4~P6，图1.3.3数字通信系统模型信源发送端接收端信道编码调制信道压缩编码解调信宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪声同步信源编码信源解码1.信源：将消息转换为电信号的设备。信源压缩编码保密编码信源编码信道编码调制发送端信源压缩编码保密编码信源编码信道编码调制发送端2.信源编码：降低数字信号的冗余，提高数字信号的有效性。信道压缩编码保密编码信源编码信道编码调制发送端3.信道编码：增加冗余字符，纠错编码，提高传输的可靠性。4.调制（1）目的使编码信号特性与信道特性相适应，以通过信道传输。（2）几个基本概念基带、基带信号、带通信号；基带调制、带通调制。5.信道：信号传输的通道基带信道－－可传输很低的频率分量。如双绞线。频带信道－－不能传输很低的频率分量。如无线电波。6.加性噪声：信号经过信道传输，会有外来干扰叠加在有用信号上，称为加性噪声。7、同步：数字通信系统不可缺少的组成部分。发端和收端之间需要共同的时间标准，以便接收端准确知道接收的数字信号中每个符号（码元）的起止时刻，实现同步接收。1.衡量系统性能优劣的基本因素：有效性（信源编码）可靠性（信道编码）数字通信系统的主要性能指标P6～7有效性可靠性注意：两者是互相矛盾的，也是可互换的。★提高有效性→提高传输速率→可靠性降低；提高可靠性→增加冗余的抗干扰编码码元→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。2.性能指标：（1）传输速率：★码元速率（RB）：单位时间内传输码元数。“波特（Baud）”★信息速率（Rb）：单位时间内传输的信息量。“比特/秒(b/s)”对于二进制系统而言，如果“0”和“1”等概率出现的话，每个码元所含的信息量=1，此时，码元速率和信息速率在数值上相等。对于多（M）进制系统而言，每个码元所含的信息量是I=log2M，此时，二者的关系为Rb=RBlog2M。（2）错误率：★误码率（Pe）：（3）频带利用率：单位频带内所能达到的信息速率。通常与采用的调制及编码方式有关。P19,习题1.3eP错误接收码元数传输码元总数=第二章信号宽平稳随机过程宽各态历经随机过程高斯白噪声平稳随机过程（P33页）宽（广义）平稳随机过程1212()[()](,)()XXXXtEXtmRttRtt的数学期望为常数；只与时间间隔有关不加特别说明，平稳过程均为宽平稳过程。（1）设X(t)是一个平稳随机过程，如果过程X(t)的均值和自相关函数都具有遍历性，则称X(t)是宽（广义）遍历性过程，简称遍历过程或各态历经过程。（2）一个随机过程若具有各态历经性，则它必定是严格平稳随机过程。但是，严格平稳随机过程就不一定具有各态历经性。宽（广义）各态历经随机过程解：(1)随机变量Φ的概率密度为因而，过程X(t)的均值、自相关函数和均方值分别为所以，X(t)是宽平稳随机过程。其他,020,21)(fXmtaptxtXE0d21)cos(d)()()]([200)(cos2]d21)22cos([cos2)22cos(cos[2)])(cos()cos([)]()([),(),(0220000200020021XXXRatataEatataEtXtXEttRttR20)0()]([)]([)]([222aRtXEtXEtXDX(2)因为对照（1）和（2）的结果可知，X(t)具有宽遍历性。0sincoslimd)cos(21lim)]([000TTattaTmtXETTTTX0200cos2d])(cos[)cos(21lim)]()([),(attataTtXtXEttRTTTX第四章模拟信号的数字化低通模拟信号的抽样PCM编码数字化基本原理P69，4.1，引言两类信源：模拟信号、数字信号模/数变换的三步骤：抽（取）样、量化和编码最常用的模/数变换方法：脉冲编码调制(PCM)A/D形成过程示意图低通信号的抽样定理P70，式4.2-5()xt()sxt)BHHff低通模拟信号：其频带受限与(0,范围；带宽为=由上式看出：由于S(f-nfs)是信号频谱S(f)在频率轴上平移了nfs的结果，所以抽样信号的频谱Sk(f)是无数间隔频率为fs的原信号频谱S(f)相叠加而成。因已经假设s(t)的最高频率小于fH，所以若上式中的频率间隔fs2fH，则Sk(f)中包含的每个原信号频谱S(f)之间互不重叠。如图所示。这样就能够从Sk(f)中分离出信号s(t)的频谱S(f)，并能够容易地从S(f)得到s(t)；也就是能从抽样信号中恢复原信号，或者说能由抽样信号决定原信号。这里，恢复原信号的条件是：2fH称为奈奎斯特(Nyquist)速率，与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。Hsff2P72，式4.2-4，图4.22)(1)()(1)(snsknffSTnfffSTfS模拟信号的抽样－低通模拟信号的抽样返回脉冲编码调制PCMA律13折线编码方法P85～86PCM总结：13折线A律编码，最小量化级为1，当归一化输入信号抽样值等于-0.6时，求1、PCM输出码组？2、求译码器输出的量化电平值，计算量化误差？3、对于的12位线性PCM码组。段落起始电平值：0～16～32～64～128～256～512～1024～2048段落量化间隔：11248163264段落码：0000010100111001011101110.60.620481228.81输入信号归一化幅度值：-0.6～个量化电平极性码：0;段落码：111段内码：00111228.8－1024＝204.8＝64×3＋12.8量化电平－(1024＋64×3＋64/2)=－1248；量化误差：1248－1228.8＝19.2～19.2/2048=0.00937512位线性码：1248＝1024+128+64＋32＝010011100000P89，习题4.15第5章基带数字信号的表示和传输掌握AMI、HDB3码掌握无码间干扰的概念及其基带传输的奈奎斯特准则常用线路码型1、AMI传号交替反转码。P920～空号，编码为0电平波形1～传号，交替编码为+1,-1.对应的信号波形是幅度为+A和-A半占空归零脉冲。消息代码100011101AMI码+1000-1+1-10+1常用传输码码型——CCITT建议的接口码型HDB3码——AMI改进码P92-93编码规则：将连0码元数限制在小于等于31)先进行AMI编码2)出现4个连0串，把第4个0变为于前一个非0符号（±1）同号的符号，称为破坏码V（破坏了极性交替反转规律）3)同时为保证±V交替：相邻v之间有奇数个非零符号时，用“000v”来取代“0000”，若为偶数个，用“B00V”来取代。B的极性与前一个非零符号极性相反。基带二进制：100001000011000011AMI码：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3码：-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-11000011000011100000010例：1.码间串扰•相邻码元间的互相重叠•产生的原因－在实际通信中，由于信道的带宽不可能无穷大（我们称为频带受限），因此，我们前面介绍的数字基带信号（波形为矩形，在频域内是无穷延伸的）通过这样的信道传输，会在时间上形成拖尾信号，它的拖尾会在相邻码元的抽样点上存在着残留值，导致接收信号抽样判决值受到多个（无数个！）相邻信号拖尾干扰•特点－随信号的出现而出现，随信号的消失而消失（乘性干扰）5.6基带数字信号传输与码间串扰P103二、码间串扰及奈奎斯特准则无码间串扰的基带传输的频域条件也写作：2(),||sissiHTTT称为Nyquist第一准则。上式的物理意义是，按=(2n−1)/Ts（其中n为正整数）将H()在轴上以2/Ts间隔切开，然后分段沿轴平移到(−/Ts,/Ts)区间内进行叠加，其结果应当为一常数（不必一定是Ts）。这种特性称为等效理想低通特性，记为Heq()。即：()eqH2(),||sissiHTTT0,||sT克服码间串扰的原理无码间干扰的频域条件（奈奎斯特第一准则）当基带系统的总特性（广义信道响应频谱）满足下式此式为我们检验一个给定的系统特性是否会引起码间干扰提供了一种准则，该准则称为奈奎斯特第一准则)(HisBiseqTiRHTiHH，常数其它2,02)(奈氏频点例：第六章基本的数字调制一、了解2ASK、2FSK、2PSK信号特征及其功率谱密度二、了解各数字调制系统的抗噪声性能(比较ASK、FSK、PSK、DPSK）三、掌握DPSK信号的产生及其解调P114，图6.1.1数字信号的正弦型载波调制及其分类用数字基带信号去控制正弦型载波的参量：控制载波的幅度～振幅键控ASK控制载波的频率～频率键控FSK控制载波的相位~相位键控PSK二、3种基本的调制制度：1、振幅键控ASK2、频移键控FSK3、相移键控PSKTTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”T二进制振幅键控(2ASK)P115～1171、表示式：式中，0＝2f0为载波的角频率；TtttAts0)cos()()(0”时。当发送“”时当发送“00,1)(AtA2ASK信号波形二、功率谱密度设2ASK随机信号序列的一般表示式为：式中，an－二进制单极性随机振幅；g(t)－码元波形；T－码元持续时间。则可以计算出：式中，Ps(f)－s(t)的功率谱密度；PA(f)－A(t)的功率谱密度。tnTtgattAtsnn00cos)(cos)()()()(41)(00ffPffPfPAAs)(41)(4)(41sin41)(222ffTSaTffTfTTffPcA其中PA(f)和Ps(f)的曲线f/fcPA(f)(a)功率谱密度PA(f)的曲线(b)功率谱密度Ps(f)的曲线结