点对点通信系统设计

•通信原理三级项目通信系统概述1信号数字化2调制与解调3信道描述4系统整体设计5目录01PARTONE通信系统概述模拟通信系统模型数字通信系统模型远距离无线通信系统010203通信通信系统分类一般通信系统一般作为一个通信系统都由发送端和接收端两部分组成，发送端和接收端之间则是我们信号传输所需要经过的信道，信号在信道中传输时会有噪声的混入，这也是我们的通信系统性能讨论的重点。数字通信系统数字通信系统是通过数字信号来传递信息的通信系统。需要注意的是，这并不代表用于在信道中传输的信号就是数字信号，在传输过程中则还是利用高频调制的模拟信号传输。数字通信系统具有抗干扰能力强、噪声不积累、传输差错可控、便于处理、易于集成以及保密性好等优点，广泛用于现代通信系统当中。远距离语音通信系统本文中我们讨论远距离语音通信系统，系统模型如下图所示。我们这里信道中的噪声只考虑高斯白噪声，信道也理想化为理想全通信道。这里我们没有进行加密和解密处理，码型变换采用HDB3码，传输差错控制采用了奇偶监督码来监测差错，数字调制方式采用了最小频移键控MSK调制。02PARTTWO信号数字化语音信号数字化过程抽样量化编码1.语音信号的抽样语音信号的频带范围是300Hz~3400Hz，对于抽样矩形窄脉冲周期的选取，需要依据抽样定理。由于实际滤波器达不到理性滤波器的带宽特性，因而实际抽样中抽样频率必须大于两倍的最高频率（即大于6800Hz）。在语音抽样中选取的频率为8000Hz。脉冲幅度调制PAM设语音信号为m(t)，其频谱函数为M(f)，载波s(t)（周期窄脉冲，频率为8000Hz）抽样的过程就是用这个信号对一个脉冲载波s(t)进行幅度调制，它的输出就是时域卷积及频域相乘。设抽样保持电路的传输函数为H(f)，则其输出信号就是时域卷积频域相乘MH(f)=Ms(f)H(f)从式中可以里看出每一项都乘以了H(f)，所以只要在低通滤波前加上一个传输函数为1/H(f)的修正滤波器就可以恢复原始信号了)()(1)(MHnnfsfMfHTf2.抽样信号的量化将抽样值的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。这样共有M个离散电平，它们称为量化电平。用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。虽然时域抽样完成了模拟信号时间上的抽样，但是其幅度值仍然是取连续的变量，要想完全用二进制编码表示则会有无数多位，这显然是不合适的。所以我们要对其进行幅度上的量化。非均匀量化——13折线压缩横坐标x在0至1区间中分为不均匀的8段。1/2至1间的线段称为第8段；1/4至1/2间的线段称为第7段；1/8至1/4间的线段称为第6段；依此类推，直到0至1/128间的线段称为第1段。图中纵坐标y则均匀地划分作8段。将与这8段相应的座标点(x,y)相连，就得到了一条折线。。各段折线的斜率3.脉冲编码调制概念把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制，简称脉冲编码调制。例如：逐次比较型编码它将输入模拟抽样脉冲编成3位二进制编码c1c2c3LOREMIPSUM01HDB3码02奇偶监督码4.码型变换（信道编码）由于在传输过程中存在“连0”问题，这会导致接收方时钟提取出现困难造成失步。由于HDB3码具有没有直流成分，高、低频分量少，连“0”个数不超过3个利于在接收端提取定时信号的特点，在远距离传输中非常适用。无论信息位有多少，其监督码只有一位，它使得码组中1的数目为偶数，即满足an-1an-2……a0=0，式子中a0是监督位。当检测到错误后我们采用差错重传的机制来保证通信的有效性。03PARTTHREE调制与解调MSK调制最小频移键控（MSK）信号是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，MSK可以看成是OQPSK的优化。现在MSK已经应用于很多通信系统中。MSK信号的第k个码元为，其中(k-1)TstkTs。式中，s代表载波角频率，Ts是码元宽度，k是第k个码元的初始相位，ak=1（当输入码元为1时ak=+1，当输入码元为0时ak=-1）。)tTs2cos()(skkksatt从原理讨论中我们可以得到MSK的调制式如下：这里可以看出，虽然我们对原始信息进行了数字化，但在需要传输时，我们仍然把其调制成高频模拟信号进行发送，这有利于在信道中传输或天线的发射。MSK解调对最小频移键控调制的信号解调时我们采用相干解调的办法，用本地载波作为相干载波与接收到的信号相乘，再通过积分判决来解调出调制之前的信号。MSK信号是用极性相反的半个正（余）弦波形去调制两个正交的载波。因此，当用匹配滤波器分别接收每个正交分量时，MSK信号的误比特率性能和2PSK、QPSK及OQPSK等的性能一样。但是，若把它当作FSK信号用相干解调法在每个码元持续时间Ts内解调，则其性能将比2PSK信号的性能差3dB。04PARTFOUR信道描述有线信道（电线、光纤）无线信道（电磁波，含光波）0102信道信道分类加性噪声信道加性噪声信道仅对通过它传输的信号s(t)叠加一个随机噪声过程n(t)。从物理上讲，加性噪声过程来自通信系统的电子元件和接收机的放大器，或者来自传输中遇到的干扰。这种类型的噪声从统计特性上属于高斯噪声过程。因此相应的数学模型通常称为加性高斯噪声信道。这种信道的幅度特性是平坦的，其相频响应是线性的，因此调制信号通过高斯白噪声信道不会引起不同频率分量的幅度损失和相位失真，不存在衰落。唯一的畸变是由高斯白噪声引起的。习惯上，假定白噪声的功率谱密度为：fNfo,2)(Ny(t)x(t)n(t)05PARTFIVE系统整体设计点对点通信系统设计PAMPCMHDB3奇偶监督码MSK高斯白噪声原始消息电信号THANKS