通信原理期末復習資料new

1、第一章對于一個等概率、M進制碼元： I = log2 1/P(x) = log2 1/(1/M) 數(shù)字通信的優(yōu)點l 取值有限，能正確接收。l 可采用糾錯和檢錯技術，大大提高抗干擾性。l 可采用高保密性能的數(shù)字加密技術。l 可綜合傳輸各種模擬和數(shù)字輸入信號l 易于設計、制造，體積小、重量輕。l 可作信源編碼，壓縮冗余度，提高信 道利用率。輸出信噪比隨帶寬按指數(shù)規(guī)律增長。電磁波傳播：地波、天波、視線傳播地波l 頻率：2MHz 以下 通信距離：可達數(shù)百數(shù)千 km天 波l 電離層高度：60 300 km 頻率：2 30 MHz視線傳播頻率：> 30 MHz 傳播距離: d 2 + r 2 =(h

2、+r)2, 或h » D 2/50 (m)式中 D kml （h為天線長度，r為地球半徑，D為水平距離，d=1/2D）l數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標：有效性和可靠性（速度質(zhì)量）有線信道l 明線l 對稱電纜l 同軸電纜信道中的噪聲l 按照來源分類：Ø 人為噪聲：電火花、家用電器Ø 自然噪聲：閃電、大氣噪聲、熱噪聲l 按照性質(zhì)分類：Ø 脈沖噪聲Ø 窄帶噪聲Ø 起伏噪聲第四章 模擬信號的數(shù)字化l 兩類信源：模擬信號、數(shù)字信號l 模/數(shù)變換的三步驟：抽樣、量化和編碼l 最常用的模/數(shù)變換方法：脈沖編碼調(diào)制 (PCM)抽樣定理：若一個連續(xù)模擬信號

3、s(t)的最高頻率小于fH，則以間隔時間為T £ 1/2fH的周期性沖激脈沖對其抽樣時，s(t)將被這些抽樣值所完全確定。量化原理l 量化的目的：將抽樣信號數(shù)字化。l 量化的方法：Ø 設s(kT) 抽樣值，Ø 若用N位二進制碼元表示，則只能表示M = 2N個不同的抽樣值。Ø 共有M個離散電平，它們稱為量化電平。用這M個量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法稱為量化Ø 圖示為均勻量化。平均信號量噪比：PCM系統(tǒng)的量化噪聲 均勻量化時的信號量噪比為S / Nq = M 2 當采用N位二進制碼編碼時，M = 2N , 故有 S / Nq = 22N 由抽樣定理

4、，若信號為限制在 f H的低通信號，則抽樣速率不應低于每秒 2 f H次。 對于PCM系統(tǒng)，這相當于要求傳輸速率 ³ 2NfH b/s，故要求系統(tǒng)帶寬 B = NfH，即要求：N = B/fH，代入上式，得到第五 六章 數(shù)據(jù)信號的傳輸基帶數(shù)據(jù)傳輸：信號不經(jīng)過調(diào)制直接傳輸頻帶數(shù)據(jù)傳輸：信號經(jīng)過調(diào)制后進行傳輸基帶數(shù)據(jù)傳輸：電話，LAN等頻帶數(shù)據(jù)傳輸：廣播，手機常見基帶信號的波形：(a) 單極性不歸零碼：（b）雙極性不歸零碼：(c) 單極性歸零碼：(d) 雙極性歸零碼：（e）差分碼： 編碼原則：遇1則變，遇0繼續(xù)（信號極性） 1 0 0 0 1 1 0 1 + + + + - + + -（

5、f）AMI碼： 編碼原則：0永遠是0電平，而1則正負交替跳轉(zhuǎn)（信號極性） 1 0 0 0 1 1 0 1 + 0 0 0 - + 0 -性能分析：AMI碼含有冗余信息，具有檢錯能力。無直流成分缺點：出現(xiàn)連“0”時，長時間不出現(xiàn)電平跳變，定時提取困難傳輸碼型的選擇，主要考慮以下幾點：n 無直流分量和只有很小的低頻分量；n 含有碼元的定時信息；n 傳輸效率高；n 最好有一定的檢錯能力；n 適用于各種信源，即要求以上性能和信源的統(tǒng)計特性無關碼間干擾：對于一個碼元信號來說，其他碼元信號在其抽樣判決時刻的殘留影響就稱為碼間干擾或碼間串擾。產(chǎn)生的原因:：一個碼元信號經(jīng)過傳輸系統(tǒng)后，其信號發(fā)生變形, 被極大

6、地展寬，超過一個碼元寬度，從而對其他碼元的傳輸造成影響。問題的解決：無法回避的事實：由于包含信道在內(nèi)的系統(tǒng)帶寬有限，碼元信號展寬是不可避免的，因此各個碼元受到其他碼元的影響不可避免。解決問題的關鍵：想方設法令抽樣判決時刻各個碼元受到其他碼元的影響為0。部分響應技術理論基礎：奈奎斯特第二準則：有控制地在某些碼元的抽樣時刻引入碼間干擾，而在其余碼元的抽樣時刻無碼間干擾，那么就能使頻帶利用率提高到理論上的最大值，同時又可以降低對定時精度的要求。這種波形稱為部分響應波形。利用部分響應波形進行傳送的基帶傳輸系統(tǒng)稱為部分響應系統(tǒng)。部分響應技術精髓：在發(fā)送端有意引入一定的碼間干擾來實現(xiàn)A 高的頻帶利用率；

7、B 寬松的定時要求接收端通過特定的處理來完成信息的提取基帶傳輸?shù)恼`碼性能：二進制傳輸下：Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe0數(shù)學分析的假設條件：A 無碼間干擾B 系統(tǒng)特性理想C 信道中為高斯白噪聲無碼間干擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能：信道噪聲: 平穩(wěn)高斯白噪聲,零均值,方差，信道噪聲的瞬時值為V，則雙極性基帶信號,在一個碼元持續(xù)時間內(nèi),抽樣判決器輸入端波形GSM通信系統(tǒng)(2G)：我國GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段： 890M915M（手機發(fā)、基站收） 935M960M（基站發(fā)、手機收） 1.8GHz頻段的GSM1800 1710M1785M（手機發(fā)、基站收） 1805M1880M（基站發(fā)、手機收

8、） CDMA通信系統(tǒng)(3G)：中國電信獲得1920-1935MHz和2110-2125MHz頻段中國聯(lián)通1940-1955MHz和2130-2145MHz頻段而中國移動獲得的頻段是1880-1900MHz和2010-2025MHz2ASK信號時間波形：2FSK信號時間波形：2PSK信號波形：2ASK信號數(shù)學表達式：2ASK調(diào)制兩種典型方法：相乘法 開關法相乘器cosw0ts(t)A(t)cosw0ts(t)A(t)2ASK解調(diào)兩種典型方法：2ASK信號非相干解調(diào)過程的時間波形：2FSK信號數(shù)學表達式：2FSK信號時間波形：2FSK調(diào)制原理框圖：2FSK解調(diào)原理框圖(a) 非相干解調(diào) (b) 相

9、干解調(diào)2PSK信號數(shù)學表達式：2PSK信號波形：2PSK調(diào)制原理框圖：2PSK解調(diào)原理框圖：2PSK信號相干解調(diào)各點時間波形：“倒”現(xiàn)象：當恢復的相干載波產(chǎn)生180°倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。第7章 數(shù)據(jù)信號的同步同步分類 ：載波同步、位同步、群同步、網(wǎng)同步。載波同步：實現(xiàn)同頻同相的相干載波的準確提取。相干載波有偏差，結果將會怎樣？位同步：位同步又稱碼元同步。實現(xiàn)碼元的準確定位。群同步：群同步也稱幀同步 實現(xiàn)幀的準確定位。網(wǎng)同步：在獲得了以上討論的載波同步、位同步、群同步之后， 兩點間的數(shù)字通信就可以有序、準確、可靠

10、地進行了。然而， 隨著數(shù)字通信的發(fā)展，尤其是計算機通信的發(fā)展，多個用戶之間的通信和數(shù)據(jù)交換，構成了數(shù)字通信網(wǎng)。顯然，為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通信和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)必須有一個統(tǒng)一的時間標準時鐘，這就是網(wǎng)同步的問題。實現(xiàn)方法: 可分為外同步法和自同步法。外同步法：由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導頻），接收端把這個導頻提取出來作為同步信號的方法。自同步法：發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設法從收到的信號中提取同步信息的方法。以群同步為例，主要采用外同步法實現(xiàn)通過插入特殊碼組實現(xiàn)群同步：集中式插入法和分散式插入法集中與分散 (a) 分散插入法 群同步序列群同步碼元群同步碼元群同步碼元信號

11、碼元群信號碼元群群同步碼元信號碼元群(a) 集中插入法群同步碼組群同步碼組群同步碼組群同步碼組信號碼元群信號碼元群信號碼元群 目前常用的群同步碼組是巴克碼N巴克碼12或34或571113群同步性能n 漏同步概率Pl ：將正確同步位置漏過的概率。設： 接收碼元錯誤概率為p，需檢驗的同步碼元數(shù)為n，檢驗時容許錯誤的最大碼元數(shù)為m，則未漏判定為同步碼的概率等于所以，漏同步概率等于當不允許有錯誤時，即設定m = 0時，則上式變?yōu)榧偻礁怕蔖f ：將錯誤同步位置當作正確同步位置捕捉到的概率。設： 信息碼元 “1”和“0”出現(xiàn)的先驗概率相等，假同步是由某個信息碼組被誤認為同步碼組造成的，同步碼組長度為n，

12、 則n位的信息碼組有2n種排列。它被錯當成同步碼組的概率和容許錯誤碼元數(shù)m有關。 若不容許有錯碼，即m = 0，則只有一種可能，即信息碼組中的每個碼元恰好都和同步碼元相同。 若m = 1，則有C1n種可能。 因此假同步的總概率為 式中，分母2n是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)。 第10章 信道編碼和差錯控制產(chǎn)生錯碼的原因n 碼間串擾n 信道中的噪聲 根據(jù)錯碼不同，信道分類n 隨機信道：錯碼隨機出現(xiàn)n 例如由白噪聲引起的錯碼 n 突發(fā)信道：錯碼相對集中出現(xiàn)n 例如由脈沖干擾引起的錯碼。 n 混合信道 信道編碼n 目的：提高信號傳輸?shù)目煽啃?。n 方法：增加多余比特，以發(fā)現(xiàn)或糾正錯誤。差錯控制技術的種類

13、n 檢錯重發(fā) ARQn 前向糾錯 FECn 混合糾錯 HEC檢錯重發(fā)n 能發(fā)現(xiàn)錯碼，但是不能確定錯碼的位置。n 通信系統(tǒng)需要有雙向信道。 前向糾錯(FEC)n 利用加入的差錯控制碼元，不但能夠發(fā)現(xiàn)錯碼，而且能夠確定錯碼的位置，因此能夠糾正錯碼?；旌霞m錯 前兩者的結合n 當錯碼數(shù)量少時，系統(tǒng)按前向糾錯方式工作n 當錯碼數(shù)量多時，超出糾錯能力，系統(tǒng)按反饋重發(fā)的方式工作基本概念信息碼元、監(jiān)督碼元、碼字、碼重、碼距、碼集、最小碼距編碼基本原理碼長為k編碼前 編碼后碼長為k- 碼長為n=k+r編碼效率R=k/n最小碼距;dmin 糾錯碼的抗干擾能力完全取決于許用碼字之間的距離，碼的最小距離越大，說明碼字

14、間的最小差別越大，抗干擾能力就越強n 數(shù)字通信系統(tǒng)中送入信道的信息都是“0”“1”組合的數(shù)字信號n 用“1”表示“晴”，“0”表示“雨”。糾檢錯能力與最小碼距n 如果用兩位編碼“11“表示“晴”, “00”表示“雨”n 許用碼組：“晴” 00 ， “雨” 11n 禁用碼組 ：10，01n 接收端就能發(fā)現(xiàn)差錯，但此時并不能判斷出差錯是第一比特還是第二比特，因此不能自動糾錯檢錯能力與最小碼距n 若繼續(xù)增加冗余碼位數(shù)，用“111”表示“晴”，“000”表示“雨”n 許用碼組：000， 111n 禁用碼組：001 010 011 100 101 110n 接收端都能檢測到，并能確定只有1位碼差錯時錯誤碼位的位置，此時這種編碼方式可以檢測1位或2位差錯，并能糾正單個的誤碼。dmin與和糾檢錯錯能力之關系任一(n,k)分組碼，若要在碼字內(nèi)n 檢測e個隨機錯誤，要求dmine+1n 糾正t個隨機錯誤， 要求dmin2t+1n 糾正t個 同時檢測e(t)個隨機錯誤，要求dmint+e+1。 檢測e個隨機錯誤糾正t個隨機錯誤糾正t個 同時檢測e(t)個錯誤常用的幾種簡單分組碼 一維奇偶監(jiān)督碼性能 可發(fā)現(xiàn)所有奇數(shù)個錯誤二維奇偶監(jiān)督碼性能有很強的檢錯能力有一定的糾錯能力第十三章 通信網(wǎng)1 電話網(wǎng)由交換設備、傳輸線路