通信原理(2)考研資料

1、Part (5)1.基本概念調(diào)制 把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程。廣義調(diào)制 分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。 狹義調(diào)制 僅指帶通調(diào)制。在無(wú)線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制信號(hào) 指來(lái)自信源的基帶信號(hào)。 載波調(diào)制 用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程。載波 未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已調(diào)信號(hào) 載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。解調(diào)（檢波） 調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。解調(diào)器輸入信噪比定義解調(diào)器輸出信噪比定義輸出信噪比反映了解調(diào)器的抗噪聲性能。制度增益定義門限效應(yīng)輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇

2、惡化的現(xiàn)象稱為門限效應(yīng)。同步解調(diào)器不存在門限效應(yīng)。2. 調(diào)制的目的提高無(wú)線通信時(shí)的天線輻射效率。把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。3基本規(guī)律和技巧第一部分 線性調(diào)制前提：信道和濾波器都是理想的，幅頻特性是常數(shù)1，所有的載波振幅也為1。1、一般情況下，一個(gè)基帶信號(hào)（或低通信號(hào)）乘以高頻正弦或余弦載波后，平均功率減半，若再通過(guò)單邊帶濾波器，平均功率又減半，這是由于上下邊帶所攜帶功率相等的緣故。2、具有窄帶噪聲形式（例如單邊帶調(diào)制信號(hào)）的已調(diào)信號(hào)通過(guò)相干解調(diào)器后，平均功率減為四分之

3、一，這是由于其正交分量被濾除的緣故。其余形式的已調(diào)信號(hào)通過(guò)相干解調(diào)器后，平均功率減半。3、包絡(luò)檢波器輸出有用信號(hào)等同原調(diào)制信號(hào)，故其平均功率與調(diào)制信號(hào)平均功率一致；輸出噪聲與輸入噪聲平均功率一致。4、包絡(luò)檢波器的輸出有用信號(hào)的平均功率等于調(diào)制信號(hào)的平均功率，輸出噪聲功率等于輸入噪聲功率。5、相干解調(diào)器輸出噪聲雙邊帶功率譜密度形狀有低通濾波器決定，與其形狀相同。6、窄帶高斯噪聲同相分量和正交分量的雙邊帶功率譜密度相同，為窄帶高斯噪聲雙邊帶功率譜密度的兩倍，帶寬為窄帶高斯噪聲帶寬的一半。7、帶通濾波器的中心頻率即載波頻率。模擬通信系統(tǒng)一般模型AM通信系統(tǒng)包絡(luò)檢波法模型AM通信系統(tǒng)相干解調(diào)法模型結(jié)論

4、：在大信噪比時(shí)，采用包絡(luò)檢波器解調(diào)得到的調(diào)制制度增益與同步檢測(cè)法給出的結(jié)果相同，并且采用包絡(luò)檢波器解調(diào)時(shí)的性能與同步檢測(cè)器時(shí)的性能幾乎一樣。DSB通信系統(tǒng)相干解調(diào)法模型SSB通信系統(tǒng)相干解調(diào)法模型例1. 已知調(diào)制信號(hào)為m(t)M()，帶寬為m，載波為：cosct填寫下表:例2. 設(shè)某信道具有均勻的單邊帶功率譜密度，在該信道中傳輸AM信號(hào)，并設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻帶限制在10kHz,而載波為100kHz,邊帶信號(hào)的功率為10kW，載波功率為40 kW。若接收機(jī)的輸入信號(hào)在加至解調(diào)器之前，先經(jīng)過(guò)一理想的帶通濾波器，試問(wèn)：（1） 寫出該理想帶通濾波器的傳輸特性？（2） 分別畫出采用包絡(luò)檢波法和相干解調(diào)法進(jìn)行

5、解調(diào)時(shí)的調(diào)制解調(diào)框圖。（3） 分別計(jì)算以上兩種解調(diào)方式下解調(diào)器輸入端的信噪功率比、解調(diào)器輸出端的信噪功率比以及相干解調(diào)器輸出端的噪聲功率譜密度，并用圖形表示出來(lái)？解：分析由題知故：（1）包絡(luò)檢波法（2）（3）相干解調(diào)法（2）（3）（4）例3. 設(shè)某信道具有均勻的雙邊帶功率譜密度，在該信道中傳輸上邊帶信號(hào)，并設(shè)調(diào)制信號(hào)的頻帶限制在10kHz,功率為10kW，而載波為100kHz。若接收機(jī)的輸入信號(hào)在加至解調(diào)器之前，先經(jīng)過(guò)一理想的帶通濾波器，試問(wèn)：（1） 寫出該理想帶通濾波器的傳輸特性？（2） 畫出相干解調(diào)法進(jìn)行解調(diào)時(shí)的調(diào)制解調(diào)框圖。（3） 計(jì)算解調(diào)器輸入信噪功率比、輸出信噪功率比以及輸出噪聲功率

6、譜密度，并用圖形表示出來(lái)？解：分析由題知故：（1）（2）（3）（4）第二部分 角度調(diào)制1、基本概念物理意義表達(dá)式瞬時(shí)相位瞬時(shí)相位偏移瞬時(shí)角頻率瞬時(shí)角頻偏PM：瞬時(shí)相位偏移隨基帶信號(hào)而線性變化，即 調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起PM信號(hào)的相位偏移量，單位是rad/V。 FM：瞬時(shí)頻率偏移隨基帶信號(hào)而線性變化，即 調(diào)頻靈敏度，單位是rad/s×V。2、FM與PM之間的關(guān)系3、單音調(diào)制 調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移調(diào)頻指數(shù) ：表示最大的相位偏移最大角頻偏 ：最大頻偏：4、卡森公式 5、窄帶高斯噪聲同相和正交分量的雙邊帶功率譜密度及帶寬若其雙邊帶功率譜密度為，則其同相分量和正交分量均

7、為低通型噪聲（直觀的看，是因?yàn)橥喾至亢驼环至康墓β首V分別從零點(diǎn)搬移到處，才形成窄帶高斯噪聲的功率譜），其雙邊帶功率譜密度為，帶寬為窄帶高斯噪聲帶寬的一半。6、鑒頻器鑒頻器輸出電壓與輸入信號(hào)的瞬時(shí)角頻偏成正比。故大信噪比時(shí)，輸出信號(hào)：瞬時(shí)頻偏為，故 為鑒頻器靈敏度，單位為V/rad/s。 輸出噪聲：理想微分電路的功率傳輸函數(shù)為7、調(diào)制增益8、窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻（倍頻）例4.設(shè)一寬帶FM系統(tǒng)，載波振幅為100V，頻率為100MHz，調(diào)制信號(hào)的頻帶限制在5kHz，最大頻偏為，并設(shè)信道噪聲功率譜密度是均勻的，其單邊帶功率譜密度為，試求：（1） 接收機(jī)輸入端理想帶通濾波器的傳輸特性。（2） 解調(diào)器輸

8、入端的信噪功率比（3） 解調(diào)器輸出端的信噪功率比（4） 若以AM調(diào)制方法傳輸，并以包絡(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào)，試比較在輸出信噪比和所需帶寬方面有何不同。解：分析由題知：，故（1）（2）（3） 驗(yàn)證：和推導(dǎo)的結(jié)果是一致的。注意：由于不是單頻信號(hào)，一般不要通過(guò)求來(lái)計(jì)算調(diào)制增益，如果要通過(guò)來(lái)計(jì)算，則結(jié)論應(yīng)和上述推導(dǎo)過(guò)程得到的結(jié)果一致。如果經(jīng)仔細(xì)檢查不一致，要通過(guò)上述的推導(dǎo)來(lái)求解，而不是直接用計(jì)算調(diào)制增益。因?yàn)檫@時(shí)的很可能給出了。這道題書中給出的有問(wèn)題。(4) AM包絡(luò)檢波時(shí) 例5. 已知某調(diào)頻波的振幅是10 V，瞬時(shí)頻率為試確定：（1）此調(diào)頻波的表達(dá)式；（2）此調(diào)頻波的最大頻偏、調(diào)頻指數(shù)和頻帶寬度；（3）若

9、調(diào)制信號(hào)頻率提高到2×103Hz，則調(diào)頻波的最大頻偏、調(diào)頻指數(shù)和頻帶寬度如何變化？解：分析瞬時(shí)角頻率偏移 瞬時(shí)角頻率 由題知：瞬時(shí)頻率為故（1）（2）(3) 例6 在上述寬帶調(diào)頻方案中，設(shè)調(diào)制信號(hào)是=15 kHz的單頻余弦信號(hào)，NBFM信號(hào)的載頻 =200 kHz，最大頻偏 =25 Hz；混頻器參考頻率= 10.9 MHz，選擇倍頻次數(shù) = 64， =48。 (1) 求NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)；(2) 求調(diào)頻發(fā)射信號(hào)（即WBFM信號(hào)）的載頻、最大頻偏和調(diào)頻指數(shù)。解： 分析 由題可知，該題是由窄帶調(diào)頻產(chǎn)生寬帶調(diào)頻信號(hào)（1） NBFM信號(hào)的調(diào)頻指數(shù)為（2）調(diào)頻發(fā)射信號(hào)的載頻為(3) 最大頻

10、偏為(4) 調(diào)頻指數(shù)為第三部分 關(guān)于路徑損耗的解題思路例7 已知調(diào)制信號(hào)是8MHz的單頻余弦信號(hào)，且設(shè)信道噪聲單邊帶功率譜密度是，信道損耗。若要求輸出信噪比是40dB，試求：（1）100%調(diào)制時(shí)，AM信號(hào)的帶寬和發(fā)射功率；（2）調(diào)頻指數(shù)為5時(shí)，F(xiàn)M信號(hào)的帶寬和發(fā)射功率。解：分析：這是一道典型的關(guān)于路徑損耗的題，用上面總結(jié)的思路即可求解。注意，所謂的100%調(diào)制是指中，為單頻余弦信號(hào)時(shí)，。（1）（2）4典型的推導(dǎo)、結(jié)論和框圖大信噪比時(shí)AM非相干解調(diào)輸出信噪比計(jì)算解調(diào)器輸入的信號(hào)加噪聲的合成波形，輸出有用信號(hào)，輸出噪聲，故，DSB解調(diào)器與SSB解調(diào)器抗噪聲性能比較前提：解調(diào)器的輸入噪聲功率譜密度相

11、同；解調(diào)器輸入信號(hào)的功率也相等。線性調(diào)制調(diào)相法模型殘留邊帶濾波器經(jīng)過(guò)乘法器后經(jīng)過(guò)低通濾波器后輸出故要求注意：奇對(duì)稱點(diǎn)的橫坐標(biāo)為載波。移相法SSB調(diào)制器方框圖優(yōu)點(diǎn)：不需要濾波器具有陡峭的截止特性。缺點(diǎn)：寬帶相移網(wǎng)絡(luò)難用硬件實(shí)現(xiàn)。調(diào)頻系統(tǒng)與調(diào)幅系統(tǒng)比較大信噪比情況下，AM信號(hào)包絡(luò)檢波器的輸出信噪比為設(shè)AM信號(hào)為100%調(diào)制。且m(t)為單頻余弦波信號(hào)，則當(dāng)， Part (6)第一部分 AMI碼與HDB3碼對(duì)傳輸用的基帶信號(hào)的主要要求: 對(duì)代碼的要求：原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型； 對(duì)所選碼型的電波形要求：電波形應(yīng)適合于基帶系統(tǒng)的傳輸。 1. AMI碼（傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則：傳號(hào)(“1

12、”)極性交替，空號(hào)(“0”)不變。例：信碼an： 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 AMI: +1 0 -1 0 0 +1 0 0 0 0 0 -1 0 +1 特點(diǎn)： （1）無(wú)直流分量和僅有小的低頻分量； （2） 二電平三電平1B/1T碼(一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)變換成一個(gè)三進(jìn)制符號(hào)所構(gòu)成的碼)； （3）易于檢錯(cuò)； （4）編、譯碼簡(jiǎn)單； （5）當(dāng)出現(xiàn)長(zhǎng)的連0串時(shí)，不利于定時(shí)信息的提取。2. HDB3碼 編碼規(guī)則： （1） 當(dāng)連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)3時(shí)，仍按AMI碼的規(guī)則編，即傳號(hào)極性交替； （2）當(dāng)連“0”個(gè)數(shù)超過(guò)3時(shí)，4個(gè)連“0”為一組，當(dāng)該組四連“0”與其前一組四連“0”之間有奇數(shù)

13、個(gè)傳號(hào)碼，用000V取代該組四連“0” 。V極性與其前非零碼極性一致，V本身滿足極性交替； （3）當(dāng)該組四連“0”與其前一組四連“0”之間有偶數(shù)個(gè)（包括0個(gè)）傳號(hào)碼，用B00V取代該組四連“0” 。B極性與其前一非零碼極性相反，V極性與B極性一致，V本身滿足極性交替；例如：1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1HDB3 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1 +1 0 0 0 +v 0 +1 譯碼：凡遇到 -1 0 0 0 -1 +1 0 0 0 +1 +1 0 0 +1 -1 0 0 -1 譯成： 0 0 0 0 例：HDB3： 0 +1 0 0 0 +1 -1

14、+1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1代碼： 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1特點(diǎn):1）無(wú)直流分量、低頻分量??；2）連0串不會(huì)超過(guò)3個(gè)，對(duì)定時(shí)信號(hào)的恢復(fù)十分有利；3）編碼復(fù)雜，譯碼簡(jiǎn)單。第二部分 無(wú)碼間串?dāng)_傳輸1 無(wú)碼間串?dāng)_的時(shí)域條件基帶傳輸系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：發(fā)送濾波器至接收濾波器總的傳輸特性為：輸入信號(hào)： 識(shí)別點(diǎn)波形： 為了判定第k個(gè)碼元的值，應(yīng)在瞬間對(duì)r(t)抽樣。故得到當(dāng)數(shù)字基帶信號(hào)傳碼率，無(wú)碼間串?dāng)_的時(shí)域條件（假設(shè)）舉例：2.奈奎斯特第一準(zhǔn)則及其準(zhǔn)確把握 前提：信道中所傳數(shù)字基帶信號(hào)的傳碼率為，在此前提條件下，奈奎斯特第一準(zhǔn)則表述為其中為無(wú)碼間串?dāng)_傳輸

15、傳碼率為的基帶信號(hào)時(shí)所需的最小信道帶寬即奈奎斯特帶寬。注意：若不從基帶信號(hào)傳碼率求其所需信道的最小帶寬即奈奎斯特帶寬時(shí)，即指理想信道本身帶寬或非理想信道的等效帶寬。3、解題技巧判斷無(wú)碼間串?dāng)_條件，假定待傳數(shù)字基帶信號(hào)傳碼率為i利用奈奎斯特第一準(zhǔn)則移位判斷或利用下述方法：已知理想低通傳輸特性時(shí)，設(shè)其帶寬為，則可求出其滿足無(wú)碼間串?dāng)_時(shí)所能傳輸?shù)淖畲髠鞔a率，結(jié)論如下：ii當(dāng)信道傳輸特性為非理想時(shí)，首先找到其斜邊的中點(diǎn)，該中點(diǎn)橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)該信道的等效帶寬，即把該非理想的傳輸特性等效成為一個(gè)帶寬為的理想傳輸特性，這時(shí)，判斷其有無(wú)碼間串?dāng)_同i。注意：若題中給出的是角弧度，則有。正問(wèn)題反著問(wèn)。如何選擇合適的傳

16、輸特性例1：為了傳送碼元速率的數(shù)字基帶信號(hào)，試問(wèn)系統(tǒng)采用如圖所示的那一種傳輸特性較好？并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。分析：由題知，故可按解題技巧（2）分步求解。解：已知Baud從無(wú)碼間串?dāng)_角度考慮：（1） 傳輸函數(shù)（a）實(shí)際帶寬，等效帶寬，最大傳碼率（波特）, ，可滿足無(wú)碼干。Baud/Hz（2） 傳輸函數(shù)（b） 實(shí)際帶寬，等效帶寬，最大傳碼率（波特）, ，可滿足無(wú)碼干。Baud/Hz（3） 傳輸函數(shù)（c） 實(shí)際帶寬，最大傳碼率（波特）, ，可滿足無(wú)碼干。Baud/Hz故（a）、（b）、(c)都滿足無(wú)碼間干擾條件。從頻帶利用率方面比較：（a），(c)大于（b）,所以選擇（a），(c)。從收斂速度方面比較：（

17、c）為理想低通，響應(yīng)是型，尾部以衰減，較慢。(a)為三角特性，響應(yīng)是型，尾部以衰減，較快。從易實(shí)現(xiàn)角度方面考慮：（c）難以實(shí)現(xiàn)。(a)較易實(shí)現(xiàn)。所以選傳輸函數(shù)(a)較好。例2：設(shè)基帶傳輸系統(tǒng)的發(fā)送濾波器、信道及接收濾波器的總特性為,若要求以波特的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，試分析圖示各種是否能消除碼間干擾？分析：由題知，故可按解題技巧（1）求解，有兩種方法。解 (1)傳輸函數(shù)（a）(2) 傳輸函數(shù)（b）(3) 傳輸函數(shù)（c） (4) 傳輸函數(shù)（d）所以只有傳輸函數(shù)（c）可滿足無(wú)碼間干擾。例3：設(shè)某數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸特性H(w)如下圖所示，其中a為常數(shù)且0<a<1。求（1） 在無(wú)碼間干擾條

18、件下，該系統(tǒng)的最大碼元傳輸速率為多少？此時(shí)的頻帶利用率為多少？ （2） 與理想低通比較，由于碼元定時(shí)誤差的影響引起的碼間串?dāng)_是增大還是減小？分析：題中沒告訴傳碼率。但給出了奇對(duì)稱點(diǎn)，故可按奇對(duì)稱點(diǎn)的特點(diǎn)求解。解：（1）圖示系統(tǒng)的的奇對(duì)稱點(diǎn)橫坐標(biāo)為w0，故此系統(tǒng)等效的理想低通帶寬為，則無(wú)碼間干擾的最大碼元速率為 Baud。 此時(shí)系統(tǒng)的實(shí)際帶寬為，所以系統(tǒng)的頻帶利用率為：（2）由于定時(shí)誤差引起的碼間串?dāng)_和系統(tǒng)的收尾快慢有關(guān)，收尾越快，則由于定時(shí)誤差引起的碼間串?dāng)_就越小。理想低通沖激響應(yīng)尾部以衰減，較慢。圖中所示系統(tǒng)響應(yīng)尾部以衰減，較快。因此與理想低通相比較，所給系統(tǒng)由于碼元定時(shí)誤差引起的碼間串?dāng)_要

19、小些。例4：已知基帶傳輸系統(tǒng)總特性為： （1） 傳輸速率為時(shí)，在抽樣點(diǎn)有無(wú)碼間串?dāng)_？為什么？（2） 系統(tǒng)的頻帶利用率為多大？（3） 與帶寬為的理想低通特性比較，由于碼元定時(shí)誤差所引起的碼間串?dāng)_是增大還是減??？為什么？解：分析：該題屬于無(wú)碼間干擾的判斷，關(guān)鍵是要找到所給基帶傳輸特性所能滿足無(wú)碼間干擾的最大傳碼率。故信道的實(shí)際帶寬為，其滾降系數(shù)，其等效帶寬為，所以其能滿足無(wú)碼間干擾的最大傳碼率為。（1），滿足無(wú)碼間串?dāng)_的條件，故在抽樣點(diǎn)無(wú)碼間串?dāng)_。（2）（3）與帶寬為的理想低通特性比較，碼元定時(shí)誤差所引起的碼間串?dāng)_減小，因?yàn)橄到y(tǒng)響應(yīng)尾部以衰減，比理想低通特性系統(tǒng)響應(yīng)拖尾衰減快。4、眼圖5、部分響應(yīng)

20、系統(tǒng)定義：人為地在碼元的抽樣時(shí)刻引入碼間串?dāng)_，并在接收端判決前加以消除，從而可以達(dá)到改善頻譜特性、使頻帶利用率提高到理論最大值2baud/Hz、并加速傳輸波形尾巴的衰減和降低對(duì)定時(shí)精度要求的目的。通常把這種波形叫部分響應(yīng)波形。若用g(t)作為傳送波形，且傳送碼元間隔為Ts，則在抽樣時(shí)刻:發(fā)送碼元與其前后碼元相互干擾，而與其它碼元不發(fā)生干擾。設(shè)輸入的二進(jìn)制碼元序列為，在抽樣點(diǎn)上的取值為+1和-1，則當(dāng)發(fā)送碼元時(shí)，接收波形g(t)在抽樣時(shí)刻的取值為:為避免由于錯(cuò)誤引起的無(wú)碼傳播，作“預(yù)編碼相關(guān)編碼模2判決”處理：預(yù)編碼： 相關(guān)編碼： 模2判決： 原理框圖如（a）所示，實(shí)際組成框圖如（b）所示。一般

21、形式的部分響應(yīng)系統(tǒng)(m=1,2，N)為N個(gè)沖激響應(yīng)波形的加權(quán)系數(shù)，其取值可為正、負(fù)整數(shù)（包括取0值）。例題5：設(shè)部分響應(yīng)系統(tǒng)輸入信號(hào)為四進(jìn)制（0，1，2，3），相關(guān)編碼采用第IV類部分相應(yīng)。當(dāng)輸入序列為21303001032021，（1）試求相對(duì)應(yīng)的預(yù)編碼序列、相關(guān)編碼序列和接收端恢復(fù)序列（2）求相關(guān)電平數(shù)；若輸入信號(hào)改為二進(jìn)制，相關(guān)電平數(shù)又為何值？（3）試畫出包括與編碼在內(nèi)的第IV類部分相應(yīng)系統(tǒng)的方框圖。解：分析由：第IV類部分相應(yīng)加權(quán)系數(shù)分別為，其余系數(shù)，因此利用：得：（1）（2）第I，IV類部分響應(yīng)信號(hào)的相關(guān)電平數(shù)為，四進(jìn)制時(shí)，相關(guān)電平數(shù)為7；二進(jìn)制時(shí)，相關(guān)電平數(shù)為3。（3）第IV類部分相應(yīng)系統(tǒng)的方框圖常見的五類部分響應(yīng)波形 ：目前應(yīng)用較多的是第類和第類。原因如下：第類頻譜主要集中在低頻段，適于信道頻帶高頻嚴(yán)重受限的場(chǎng)合。第類無(wú)直流分量，且低頻分量小，便于邊帶濾波，實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制，因而在實(shí)際應(yīng)用中，第類部分響應(yīng)用得最為廣泛