通信原理复习课

第一章通信概论通信系统模型通信系统分类通信方式信息量与熵通信系统的主要性能指标1.1通信系统模型模拟模拟模拟数字模拟数字数字数字数字模拟数字模拟信源发送设备信道接收设备信宿调制器解调器编码器解码器第四章模拟调制系统第六章数字调制系统第五章数字基带传输系统第七章模拟信号的数字传输噪声1.2通信系统分类按消息的物理特征分类按调制方式分类按信号特征分类按传输媒介分类按信号复用方式分类电话通信系统图像通信系统数据通信系统基带传输系统频带传输系统模拟通信系统数字通信系统有线通信系统无限通信系统时分复用系统频分复用系统码分复用系统1.3通信方式对于点与点之间的通信，按消息传送的方向与时间的关系，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种方式。发端收端信道发端信道收端发端收端信道信道发端发端收端收端在数字通信中，按照数字信号码元排列方法不同，有串行传输与并行传输之分。1.4信息量与熵信息量：)(log)(1log)(iaiaixpxpxI)(log)(H(x)12Niiixpxp熵：含义：信源发出消息所带来的信息量。ix含义：信源每发出一个消息平均带来的信息量。单位：a=2，bit；a=e，nat；a=10，hatle。单位：bit/字符1.5通信系统的主要性能指标通信系统的性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、标准性、可维性、经济性等等。有效性和可靠性是两个主要指标，且互相矛盾。1.5.1模拟通信系统的主要性能指标（速度）有效传输频带衡量（带宽性能）——同样消息不同调制方式占有不同的频带宽度。（质量）接收端输出信噪比衡量（功率性能）——一般电话:20～40db，电视40db，对讲机：10～20db以上1.5.2数字通信系统的主要性能指标传输速率传码率RS：每秒钟传送码元的数目。单位：Baud传信率Rb：每秒钟传送的信息量。单位：bit/s二者关系：对N进制Rb=RSlog2N；对二进制Rb=RS。差错率误码率：错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例。误信率：错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例。第二章信号与系统傅立叶变换定义傅立叶变换的性质常用傅立叶变换系统对信号的作用2.1傅立叶变换定义傅立叶变换是时域和频域的桥梁，是通信系统分析设计中最基本的工具。dtetfFdeFtfTdtetfTFeFtftjtjTTtjnnntjnn)()()(21)(12/2/00）（）（2.2傅立叶变换的性质设：那么有以下性质成立：线性：时移特性：频移特性：卷积定理：常用性质：）（）（）（）（2121bXaXtbxtax）（）（）（）（2211,XtxXtx）（）（）（）（0000XetxXettxtjtj)()(21)()()()()()(YXtytxYXtytx00XX2.3常用傅立叶变换)(222)()]()([sin)]()([cos)(211)(000000wwtSawSatjttt2.4系统对信号的作用)(tx)(th)(*)()(thtxty)(X)(H)()()(HXY线性系统输入输出确知信号通过线性系统：第三章通信信道信道的概念信道的分类调制信道与编码信道恒参信道随参信道信道噪声信道容量3.1信道的概念狭义信道：发送设备和接收设备之间用以传输信号的传输媒质。广义信道：除了传输媒质外，还包括有关的部件和电路。3.2信道的分类信道狭义信道广义信道有线信道无线信道调制信道编码信道恒参信道随参信道有记忆信道无记忆信道3.3调制信道与编码信道信源编码器调制器发送器媒质接收器解调器译码器信宿调制信道编码信道3.3.1调制信道模型调制信道模型恒参信道模型随参信道模型+H(ω)n(t)vi(t)vo(t)h(t)+H(ω,t)n(t)vi(t)vo(t)h(t)+H(ω,t)n(t)vi(t)vo(t)h(t)3.3.2编码信道模型编码信道的模型可以用信道的转移概率矩阵来描述。转移概率P(yj/xi)含义：发送符号为xi而接收符号为yj的条件概率，即：P(yj/xi)=P(y=yj/x=xi)例：无记忆二进制编码信道：P(0/0)P(1/0)P(yj/xi)=P(0/1)P(1/1)虚报概率漏报概率3.4恒参信道信道特点：信道参数不随时间变化或变化缓慢。传输特性：可以用幅频特性和相频特性来表征。信道对信号传输的影响：幅频畸变和相频畸变。改善措施：采取均衡措施。3.4.1信号的无失真传输信号无失真传输的概念：信号输入、输出波形无变化，只有信号幅度大小和出现时间先后的不同。信号无失真传输条件：传输函数的模为常数，复角为的线性函数。)()(0dttxktydtjekH0)(3.4.2幅频畸变|H(ω)|ωk0-ωtdo|H(ω)|k020kB无失真时的幅频特性常见恒参信道幅频特性3.4.3相频畸变ω)(o实际群延迟特性：dd当=常数时，没有相频畸变；当=的函数时，有相频畸变。3.5随参信道信道特点：信道参数随时间显著地随机变化。传输特性：可以用幅频特性和相频特性来表征。信道对信号传输的影响：产生多径传播现象，对每条路径的信号而言其衰耗和时延都是随机变化的。改善措施：采用分集接收技术。3.6信道噪声信道噪声加性噪声乘性噪声按来源按性质人为噪声自然噪声通信系统内部噪声单频噪声脉冲噪声起伏噪声热噪声散弹噪声宇宙噪声外部噪声高斯白噪声3.7信道容量信道容量定义：在信道条件一定的前提下，信道容量为最大的信息传输速率。Rxp）（maxC3.7.1有扰连续信道的信道容量在有扰连续信道中，假设输入信道的噪声是加性高斯白噪声，功率为N(W)，信道带宽为B(Hz)，信号功率为S(W)，该信道的信道容量为：NS1BlogC2dBNSlg103.7.2由仙农公式得到的结论信道容量一定时，带宽B与信噪比S/N之间可以彼此互换；提高信号与噪声功率比（简称信噪比）S/N，能增加信道容量，当噪声功率N０时，信道容量C∞，这意味着无干扰信道容量为无限大；增加信道带宽B，并不能无限地使信道容量增大。ooBBnSBnSBC44.1)1(loglimlim23.7.3香农公式的物理意义信道容量C是信道能传输的极限信息速率，通常把实现上述速率的通信系统称为理想通信系统；香农公式只证明了理想系统的“存在性”，却没有给出这种通信系统的实现方法。因此，理想系统只能作为实际系统的理论极限；上述公式都在信道噪声为高斯白噪声下得到的，对于其他类型的噪声，香农公式需要修正。第四章模拟调制系统AMDSB-SCSSBVSBPMFM4.1调制分类调制模拟调制数字调制幅度调制角度调制双边带调幅DSB单边带调幅SSB残留边带条幅VSB常规AM抑制载波DSB-SC频率调制FM相位调制PM二进制调制幅移键控ASK频移键控FSK相移键控PSK/DPSK多进制调制4.2常规双边带调幅AM从时域看：载波信号：（通常假设=0）调制信号：AM调幅信号：从频域看：载波信号：调制信号：AM调幅信号：ccttscos)(c)(tmttmAtscAMcos)]([)()]()([ccSM)]()([21)]()([)(CCCCAMMMAS欧拉公式：2cosjjee2costcjtcjceetAM调制的波形及频谱m(t)OtA0£«m(t)OtOOttcosc(t)sAM(t)1M()A0£HH£ccA0SAM()0210AM调制方法tCcosLPFSAM（t）A+m（t）m(t)tsAM0AtccosAM相干解调ttmAtmAttmAttsttmAtscccAMcAM2cos)]([21)]([21cos)]([cos)(cos)]([)(00200高频分量被LPF滤掉AM非相干解调——包络检波法AM的调制指数与带宽调制指数带宽：AM调制信号的带宽是基带信号的最高频率fH的二倍，即BAM=2fH。)(tmAtmAMmax)()(tsAM4.3抑制载波双边带调幅DSB-SC从时域看：载波信号：（通常假设=0）调制信号：DSB-SC调幅信号：从频域看：载波信号：调制信号：DSB-SC调幅信号：ccttscos)(c)(tmttmtscSCDSBcos)()()]()([ccSM)]()([21)(CCSCDSBMMSDSB-SC调制的频谱1M()A0HccA0SAM()02101M()HccSDSB-SC()0210AM频谱DSB-SC频谱DSB-SC调制与解调方法tCcosLPFSDSB(t)m(t)m(t)cosctsAM(t)调制相干解调ttmtmttmttsttmtscccDSBcDSB2cos)(21)(21cos)(cos)(cos)()(24.4单边带调幅SSB从时域看：载波信号：（通常假设=0）调制信号：SSB调幅信号：从频域看：载波信号：调制信号：SSB调幅信号：ccttscos)(c)(tmttmttmtsccSSBcos)(ˆ21cos)(21)()]()([ccSMSSBCCSSBHMMS)]()([21)(SSB调制的频谱1M()A0HccA0SAM()02101M()HccSDSB-SC()02101M()H£ccSSSB()02101M()H£ccSSSB()0210AMDSB-SCSSB(下)SSB(上)SSB调制与解调方法sSSB(t)滤波法原理m(t)tCcos)(SSBHsDSB(t)CCUSBSSBHH,0,1)()(CCLSBSSBHH,1,0)()(tCcosLPFsSSB(t)sd(t)单边带相干解调原理sP(t)ttmttmtSCCSSBsin)(21cos)(21)(ttmttmtmttStSCCCSSBP2sin)(212cos)(21)(21cos)()(调制相干解调4.5残留边带调幅VSB从时域看：载波信号：（通常假设=0）调制信号：VSB调幅信号：从频域看：载波信号：调制信号：VSB调幅信号：ccttscos)(c)(tm)]()([ccSMVSBCCSBHMMS)]()([21)(V(t)h*(t)(t)sVSBSC-DSBVSBsVSB调制的频谱残留部分上边带的传递函数10.5)(VSBH0残留部分下边带的传递函数10.5)(VSBHCC01M()H£ccSDSB-SC()0210VSB调制与解调方法使用滤波器，从DSB信号里滤波得到VSB信号。tCcosLPFsVSB(t)m(t)sVSB(t)m(t)tCcos)(VSBHVSB也是先抑制载波调制，需要采用相干解调调制相干解调VSB解调原理及对滤波器的要求乘法器的输出为：tCcosLPFsVSB(t)m(t)相干解调原理)]()([21cos)()(CVSBCBVSpCVSBPSSSt