通信原理總復(fù)習(xí)

1、通信原理復(fù)習(xí) 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)2 v通信系統(tǒng)的組成 系統(tǒng)包括那些部分 用方框圖表示 v通信系統(tǒng)的工作原理 調(diào)制解調(diào)原理 用時(shí)域和頻域表達(dá)式描述 v通信系統(tǒng)的性能 通信系統(tǒng)所能達(dá)到的指標(biāo) 模擬通信系統(tǒng)：帶寬，信噪比 數(shù)字通信系統(tǒng)：頻帶利用率，誤碼率 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)3 一、概述 v信號(hào)和通信系統(tǒng)分類 v分析方法 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)4 1. 信號(hào)和通信系統(tǒng)分類 v信號(hào)： 攜帶消息的電信號(hào) v通信系統(tǒng)： 傳輸信號(hào)的技術(shù)設(shè)備 v通信的任務(wù)： 克服距離障礙，準(zhǔn)確的傳遞信息 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)5 v對(duì)通信系統(tǒng)的分析方法 1.通信系統(tǒng)的組成 發(fā)送設(shè)備 調(diào)制

2、部分 通信系統(tǒng) 接收設(shè)備 解調(diào)部分 2.通信系統(tǒng)的工作原理 調(diào)制原理 原理 解調(diào)原理 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)6 2. 通信系統(tǒng)的性能指標(biāo) v通信系統(tǒng)性能： 有效性：占用信道資源的多少 可靠性：消息傳輸?shù)臏?zhǔn)確程度 模擬通信系統(tǒng)性能 有效性：有效傳輸帶寬 可靠性：輸出信噪比 數(shù)字通信系統(tǒng)性能 有效性：傳輸速率 可靠性：差錯(cuò)率 1.二進(jìn)制與多進(jìn)制 情況的換算 2. 比特率與波特 率的關(guān)系 3. 傳輸速率與傳 輸帶寬之間的關(guān)系 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)7 二、信息論初步 v信息的度量 信息量計(jì)算，與出現(xiàn)概率的關(guān)系 v信息熵 定義 離散信源信息熵的計(jì)算 最大熵條件 v信道容量 香農(nóng)公式：C

3、=Wlog2(1+S/N)，物理含義 信道容量與信息速率的關(guān)系。 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)8 三、模擬調(diào)制系統(tǒng) v模擬調(diào)制系統(tǒng) 幅度調(diào)制 角度調(diào)制 通過對(duì)比兩者的共同點(diǎn)和差別， 掌握幅度和角度調(diào)制特點(diǎn)。 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)9 1. 基本概念 v調(diào)制信號(hào)與已調(diào)信號(hào)之間的關(guān)系 調(diào)制信號(hào)： 載波: 已調(diào)信號(hào): )cos()( )( 0 tAtC tf c )()( )cos()()(S 0AM tftA ttAt c 幅度調(diào)制 )( )( )( )()( )cos()(S 0FM tf dt td t tft ttAt cc 角度調(diào)制 調(diào)相 調(diào)頻 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)10

4、 2.調(diào)制方式 v幅度調(diào)制 抑制載波雙邊帶調(diào)幅 DSB 常規(guī)調(diào)幅 AM 單邊帶調(diào)制 SSB 殘留邊帶調(diào)制 VSB v角度調(diào)制 相位調(diào)制 FM 頻率調(diào)制 PM 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)11 3.時(shí)域表達(dá)式 v幅度調(diào)制 v角度調(diào)制 ttfttftS ttfAtS ttftS ccSSB cAM cDSB sin)( 2 1 cos)( 2 1 )( cos)()( cos)()( 0 dttfKtAtS tfKtAtS FMcFM PMcPM )(cos)( )(cos)( 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)12 單頻調(diào)制情況 v幅度調(diào)制 稱為調(diào)幅指數(shù)其中： 1 coscos1)( cos)(

5、0 0 A A ttAtS tAtf m AM cmAMAM mm tt A tAtS mcmc m cAM )cos()cos( 2 cos)( 0 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)13 單頻調(diào)制情況 v角度調(diào)制 稱為調(diào)頻指數(shù)其中： 稱為調(diào)相指數(shù)其中： f f AK ttAtS AK ttAtS tAtf mmm mFM FM mFMcFM mPMPM mPMcPM mm maxmax )sincos()( )coscos()( cos)( 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)14 tt A tA ttAtS cmcm m c cmAMAM )cos()cos( 2 cos coscos1)( v幅

6、度調(diào)制 v窄帶角度調(diào)制 tt KAA tAtS cmcm FMm cNBFM )cos()cos( 2 cos)( v寬帶角度調(diào)制 tnJAtS mc n FMnFM )cos()()( 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)15 4.頻域表達(dá)式 )()( 2 1 )()()( )()( 2 1 )( )()( cmcccAM ccDSM FFAS FFS Ftf v幅度調(diào)制 線性調(diào)制：指調(diào)制前后信號(hào)頻譜的變化。 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)16 )()()()( cos)( mcmc n FMnFM mm nnJAS tAtf v角度調(diào)制 單頻余弦調(diào)制 非線性調(diào)制 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)1

7、7 5. 帶寬 v幅度調(diào)制： WW W W W tf 2B B 2B 2B W )( VSB SSB AM DSB 信號(hào)最高頻率v角度調(diào)制： maxFM 22)1 (2B fff mmFM 用卡森公式計(jì)算： 信號(hào)最高頻率已調(diào)信號(hào) 最大頻偏 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)18 6.功率分配 v幅度調(diào)制 （調(diào)制信號(hào)功率） 邊帶信號(hào)功率） o f S S ( 調(diào)制效率 ) 3 1 ( 2 1 2 2 AM AM AM VSBSSBDSB 載波占有 較大功率 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)19 v角度調(diào)制 n FMnf FMc fcFM FM J A P J A P PPP A P )( 2 2 )(

8、 2 2 2 2 2 0 2 2 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)20 7. 調(diào)制 v雙邊帶調(diào)制 相乘器 v常規(guī)調(diào)幅 疊加直流分量 v單邊帶調(diào)制 1.濾波法 濾波器的過渡帶，多級(jí)調(diào)制 2.相移法 希爾波特濾波器，寬帶相移90度 v殘留邊帶調(diào)制 殘留邊帶濾波器 對(duì)稱互補(bǔ)特性 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)21 v角度調(diào)制 1.窄帶調(diào)制 v近似于載波分量和正交分量相加，類似線性調(diào)制方法 2.寬帶調(diào)制 v直接調(diào)頻法：用調(diào)制信號(hào)改變電抗元件的參數(shù)，從而 改變載波頻率。 v倍頻法 窄帶調(diào)頻倍頻混頻 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)22 8. 解調(diào) v幅度調(diào)制 1.相干解調(diào)：已調(diào)信號(hào)與相干載波相乘，通過低通濾

9、波 器濾除高頻分量。 v所有幅度調(diào)制系統(tǒng) v相干載波 2.包絡(luò)檢波 v常規(guī)條幅，有門限效應(yīng)。 3.載波插入法 v抑制載波雙邊帶調(diào)幅 v插入幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)幅度的載波后，合成信號(hào)的包絡(luò)和信號(hào) 成正比，用包絡(luò)檢波檢調(diào)。 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)23 v角度調(diào)制 1.非相干解調(diào) v寬帶調(diào)頻信號(hào) v鑒頻器對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行微分，微分信號(hào)與調(diào)制信 號(hào)包絡(luò)成正比。 v具有門限效應(yīng) 2.相干解調(diào) v窄帶調(diào)頻信號(hào)，使用相干載波 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)24 9. 抗噪聲性能 v抗噪聲性能分析方法 1.給出分析模型，調(diào)制解調(diào)方法。 2.分別計(jì)算解調(diào)器： i i o o o o i i N S N S G

10、 N S N S , , 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)25 雙邊帶信號(hào)相干解調(diào): 單邊帶信號(hào)相干解調(diào): 常規(guī)調(diào)幅包絡(luò)檢波： ) 3 2 ( 2 2 1 2 2 2 AM AM AM SSB DSB G G G 幅度調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能比較 1.雙邊帶信號(hào)和單邊帶信號(hào)抗噪聲性能相同 2.常規(guī)調(diào)幅信號(hào)抗噪聲性能最差 單頻調(diào)制情況 v幅度調(diào)制系統(tǒng)抗噪聲性能： 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)26 v角度調(diào)制抗噪聲性能 1.分析模型 2.寬帶調(diào)頻信號(hào)非相干解調(diào) 2 max 2 3 )( )( 6 tf tfE DG FMFM )1 (3 2 FMFMFM G 單頻調(diào)制時(shí)： 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)

11、27 v角度調(diào)制改善信噪比的方法： 輸出信噪比： v預(yù)加重/去加重技術(shù) v改善門限效應(yīng)技術(shù)鎖相技術(shù) mmO O fn A tf tfE f f N S 0 2 2 max 2 2 max 2 )( )( 3 與信號(hào)頻率的 三次方成反比 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)28 幅度調(diào)制系統(tǒng)和寬帶調(diào)頻系統(tǒng) 抗噪聲性能比較 v抗噪聲性能的結(jié)論 較大調(diào)頻指數(shù)的函數(shù)，數(shù)值 為常數(shù)，且數(shù)值較小 G 3 2 ( G G G FMFMFM AM AM AM SSB DSB )1 (3 ) 2 2 1 2 2 2 2 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)29 幅度調(diào)制系統(tǒng)和寬帶調(diào)頻系統(tǒng) 抗噪聲性能比較 v寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的抗

12、噪聲性能優(yōu)于幅度調(diào)制系 統(tǒng) v寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能與調(diào)制過程有關(guān)， 通過增加傳輸帶寬可以換取信噪比改善。 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)30 10 頻分復(fù)用 v復(fù)用的定義和方式 復(fù)用：多路信號(hào)在同一信道中傳輸，可以提高信 道的利用率。 方式：頻分復(fù)用模擬通信 時(shí)分復(fù)用數(shù)字通信 v頻分復(fù)用原理 用信號(hào)對(duì)不同頻率的載波進(jìn)行調(diào)制，得到占有不 同頻帶的多路信號(hào)。 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)31 四、模擬信號(hào)的波形編碼 vPCM（脈沖編碼調(diào)制）編碼過程： 抽樣 量化 編碼 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)32 1. 抽樣 v抽樣的定義： 對(duì)時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行時(shí)間離散化的過程。 v抽樣定理： 低

13、通抽樣定理: 帶通抽樣定理 ms ff2 4B2B , )1 (2 N M Bf s 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)33 v抽樣方式 理想抽樣 v抽樣脈沖使用理想的沖 擊脈沖，已抽樣的頻譜 是信號(hào)頻譜在頻率軸上 的重復(fù)。 自然抽樣 v抽樣脈沖是窄脈沖 平頂抽樣 )( 1 )( n s S S nX T X )( 1 )( n sn S S nXC T X 2/ ) 2/sin( )()( n s S Sf nX T A X 孔徑失真 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)34 2. 量化 v量化定義： 對(duì)信號(hào)的幅度進(jìn)行離散化的過程。 v量化特性和量化特性曲線 量化器的輸入與輸出特性，用量化特性曲線描述

14、 量化特性曲線是階梯形曲線。 v量化誤差和量化誤差的平均功率 輸入和輸出之間存在誤差，量化誤差，對(duì)信號(hào)的恢復(fù)， 等效于噪聲干擾量化噪聲 用平均功率度量 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)35 v均勻量化 量化間隔=常數(shù) 量化噪聲的平均功率： 量化信噪比： 12 2 2 q u 均勻量化的量化噪聲平均功率只與量化間隔均勻量化的量化噪聲平均功率只與量化間隔 有關(guān)，與信號(hào)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)。有關(guān)，與信號(hào)出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)。 2 q S SNR 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)36 2 q S SNR v均勻量化 量化信噪比： nDSNR dB 02. 6lg2077. 4 信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍 2021-8-7通信原

15、理總復(fù)習(xí)37 v非均勻量化 量化間隔常數(shù) 目的是使量化信噪比趨于常數(shù) 量化過程：非線性壓縮+均勻量化 對(duì)數(shù)壓縮特性 vA律壓縮特性 v律壓縮特性 A律13折線近似 v 逼近A=87.6的A律對(duì)數(shù)壓縮特性 壓縮特性選擇 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)38 3. PCM編碼 v一般PCM編碼 抽樣、量化、編碼 nfR Lnff sb s 2 log,2 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)39 vA律PCM編碼 參數(shù)： kHzR nkHzf b s 64 256L , 8 ,8 折疊碼： 第一位表示信號(hào)極性，后七位表示信號(hào)絕對(duì)值 優(yōu)點(diǎn)：小信號(hào)的誤碼誤差電平??； 極性碼用判決電路產(chǎn)生，編碼電路簡(jiǎn)化 樣值用

16、歸一化電平表示： v歸一化值1 表示為 4096個(gè)歸一化電平 編碼表 解碼規(guī)則 ：分層電平量化誤差 輸出信噪比特性 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)40 4. DPCM vDPCM的原理 預(yù)測(cè) 預(yù)測(cè)增益 vDPCM與PCM比較的優(yōu)點(diǎn) 編碼位數(shù)減少，傳輸帶寬減少 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)41 5. 增量調(diào)制 v增量調(diào)制原理 v誤差： 顆粒噪聲 斜率過載 v與PCM比較優(yōu)點(diǎn) 低比特率時(shí)，量化信噪比高于PCM 抗誤碼性能優(yōu)于PCM 編譯碼器簡(jiǎn)單 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)42 6. 時(shí)分復(fù)用 v時(shí)分復(fù)用原理 各路信號(hào)占用不同的時(shí)隙，形成多路信號(hào)。 每路信號(hào)都要滿足抽樣定理要求。 v數(shù)字電話應(yīng)

17、用體制 數(shù)字復(fù)接系列 PDH:準(zhǔn)同步數(shù)字系列 SDH:同步數(shù)字系列 A律PCM基群幀結(jié)構(gòu) v30/32系統(tǒng) 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)43 五、五、 數(shù)字信號(hào)基帶傳輸數(shù)字信號(hào)基帶傳輸 v數(shù)字基帶信號(hào)碼型 用電脈沖表示數(shù)字信息得到數(shù)字基帶信號(hào)，電脈 沖的形式稱為碼型。 碼型設(shè)計(jì)原則： v有利于信號(hào)傳輸，是信號(hào)的頻域特性與信道的頻域特 性相適應(yīng)。 v便于接收端提取位定時(shí) v抗噪聲能力強(qiáng) 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)44 1. 數(shù)字基帶信號(hào)碼型數(shù)字基帶信號(hào)碼型 v常用碼型 單極性非歸零碼（NRZ） 雙極性非歸零碼 單極性歸零碼（RZ） 傳號(hào)差分碼：相對(duì)碼 傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼：（CMI） 傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼

18、 （AMI碼） HDB3碼（三階高密度雙極性碼） 數(shù)字雙向碼 HDB3碼的波形、 優(yōu)點(diǎn)、編碼原則 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)45 2. 數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜 v功率譜的組成規(guī)律 由連續(xù)譜和離散譜構(gòu)成 連續(xù)譜P(f)一定存在，與單個(gè)脈沖波形頻譜函數(shù) 的平方成正比 離散譜P (f)不一定存在 直流分量，位定時(shí)分量，位定時(shí)分量的n次諧波 離散譜中的位定分量關(guān)系到為定時(shí)信號(hào)的提取方法 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)46 v基帶信號(hào)功率譜的一般關(guān)系 時(shí)域波形和頻帶的關(guān)系 NRZ碼：B=f=RS RZ: B=2f=2RS 時(shí)域波形和離散譜的關(guān)系 RZ有位定時(shí)分量 AMI、HDB3碼

19、無離散譜，但較容易變換為RZ碼提取 位定時(shí)信號(hào) 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)47 3. 無碼間串?dāng)_的傳輸波形無碼間串?dāng)_的傳輸波形 v碼間串?dāng)_： 前面的碼元對(duì)后面的碼元波形有干擾。 原因：信道的頻帶受限 v無碼間串?dāng)_的傳輸波形 傳輸波形在抽樣點(diǎn)上無失真奈奎斯特第一準(zhǔn) 則 無串?dāng)_波形判決規(guī)則等效理想低通特性 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)48 典型無串?dāng)_波形：典型無串?dāng)_波形： l理相低通信號(hào) 頻域 時(shí)域 T T S /| /| )( 常常數(shù)數(shù) 0 0)( , )( , 0 )()( tsnTt tst tsats 有最大值 - S() 0 碼元周期 的整倍數(shù) 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)49

20、理想低通信號(hào)的傳輸指標(biāo)理想低通信號(hào)的傳輸指標(biāo) 理想低通信號(hào)的最小傳輸帶寬是碼元速率的一半理想低通信號(hào)的最小傳輸帶寬是碼元速率的一半 奈奎斯特速率、奈奎斯特帶寬奈奎斯特速率、奈奎斯特帶寬 )/(2 )2/(1 /1 HzBd T T B R s s s R TT B 2 1 2 1 2 1 低通信號(hào)帶寬： 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)50 升余弦滾降信號(hào) ).( 1 2 2/ )1 ( /1 2 1 2 1 )1 ( 2 1 HzBd T T B R R TT B S S S 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)51 4. 二元碼基帶傳輸?shù)牟铄e(cuò)率 v數(shù)字信號(hào)的傳輸過程 疊加信道噪聲 再生判決可以去掉

21、噪聲 v基帶信號(hào)抗噪聲性能分析過程 由傳輸過程建立抗噪聲性能的分析模型 列出接受波形的幅度概率密度函數(shù) v高斯噪聲 畫出幅度概率密度函數(shù)曲線 v誤比特率的計(jì)算 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)52 v誤比特率的結(jié)論 單極性NRZ碼 雙極性NRZ碼 )() 2 4 () 2 ( N S Q N S Q A QP b ) 2 () 2 2 () 2 ( N S Q N S Q A QP b 當(dāng)信噪比當(dāng)信噪比S/N相同時(shí)，單極性二進(jìn)制碼的誤碼率相同時(shí)，單極性二進(jìn)制碼的誤碼率 大于雙極性的誤碼率。大于雙極性的誤碼率。 碼元數(shù)越多，誤比特率越高碼元數(shù)越多，誤比特率越高 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)53

22、5. 部分響應(yīng)系統(tǒng)部分響應(yīng)系統(tǒng) v部分響應(yīng)系統(tǒng)的含義 利用碼間串?dāng)_，使頻帶利用率達(dá)到極限值2 用相隔多個(gè)碼元周期的信號(hào)合成一個(gè)傳輸信號(hào) v部分響應(yīng)系統(tǒng)的波形 類部分響應(yīng)波形 預(yù)編碼：誤碼擴(kuò)散 v意義 壓縮傳輸帶寬 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)54 6. m 序列 vm序列的產(chǎn)生 vm序列的性質(zhì)： n級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的m序列，周期為2n-1。 各種狀態(tài)各出現(xiàn)一次， “1”“0”的出現(xiàn)概率大致 相同。 游程 自相關(guān)特性 v擾碼和解擾碼 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)55 7 均衡 v均衡的作用 v均衡的實(shí)現(xiàn)方法 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)56 七七. 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 v

23、二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 v多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)57 1. 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 v二進(jìn)制幅度鍵控2ASK v二進(jìn)制頻移鍵控2FSK v二進(jìn)制相移鍵控2PSK 同頻同相載波恢復(fù) v二進(jìn)制差分相移鍵控2DPSK 差分編碼 各種調(diào)制方式的調(diào)制解調(diào)方法 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)58 2. 數(shù)字調(diào)制的時(shí)域特性 v時(shí)域表達(dá)式 v時(shí)間波形圖 2ASK信號(hào)：載波的幅度不同，是數(shù)字調(diào)制信號(hào) 的基礎(chǔ) v調(diào)制信號(hào)為單極性脈沖的幅度調(diào)制 2ASK信號(hào)：載波的頻率不同 v2個(gè)2ASK信號(hào)的疊加 2PSK信號(hào)：載波的相位不同 v調(diào)制信號(hào)為雙極性脈沖的雙邊帶調(diào)制 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)59 3.數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻域特性 v功率譜： 2ASK: )()( 4 1 )( CBCBASK 2ASK調(diào)制信號(hào)的功率譜是基帶二進(jìn)制序列的 線性搬移。 2021-8-7通信原理總復(fù)習(xí)60 ASK調(diào)制的帶寬： B2ASK=2BB BB由基帶信號(hào)g(t)的波形帶寬決定 矩形波: 近似帶寬取為譜零點(diǎn)帶寬fs BB=fB , B2ASK=2fB fS=RS , B2ASK=2RS 信號(hào)傳輸速率 20