通信原理詳盡課件

通信原理梁國龍學習方法、要求及授課內(nèi)容重點掌握基本概念、原理和方法；重視課后思考題；理論聯(lián)系實際；擴大閱讀面；教材的1、3、4、5、6、7章；重點是1、5、6、7章。即基帶傳輸；數(shù)字調(diào)制通信；模擬信號的數(shù)字傳輸。同步及信道編譯碼理論將在《信息論》課上安排。第一章緒論基本概念和術(shù)語：通信：克服距離上的障礙，進行信息傳遞的過程。通訊：指電氣通信。信息：消息中包含的有價值的內(nèi)容，是個抽象的概念。消息：通信雙方傳送的具體內(nèi)容，如文字、聲音、圖像等。通信系統(tǒng)用于通信的系統(tǒng)和設備總和的統(tǒng)稱。通信系統(tǒng)的模型：發(fā)送設備信道信源受信者接收設備干擾模擬與數(shù)字通訊信源：語言、文字、圖像、符號、數(shù)據(jù)模擬信源：輸出的消息狀態(tài)是連續(xù)變化的，又叫連續(xù)信源；數(shù)字信源（離散信源）：輸出的消息狀態(tài)是離散的、可數(shù)的；模擬信號：信號參量的取值是連續(xù)的；數(shù)字信號：攜帶信息的參量僅可取有限個數(shù)值。模擬通信系統(tǒng)：信道中傳送的是模擬信號；數(shù)字通信系統(tǒng)：信道中傳送的是數(shù)字信號。數(shù)字通信的優(yōu)點可以再生和重發(fā)，抗干擾能力強；處理、存儲方便；易于集成；可靠性好；便于多路復用；通信方式按消息傳遞的方向和時間，通信方式可分為三種：單工通信：消息只能單方向進行傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，如廣播等；全雙工通信：通信雙方可同時進行雙向傳輸消息的工作方式。如電話；半雙工通信：雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的通信方式，如對講機。通信系統(tǒng)的主要性能指標一對主要矛盾：可靠性：通信的可信程度，即傳送信息的質(zhì)量；有效性：在給定的信道內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘康亩嗌?。二者之間可以相互轉(zhuǎn)換?？煽啃跃秸`差：信噪比：誤碼率：誤信率：香農(nóng)（Shannon）信息定理如果通信系統(tǒng)輸出信號的平均功率為Ps，噪聲平均功率為Pn，信道為矩形帶通信道，帶寬為B，則該信道的最大無失真信息傳輸速率（稱為信道容量）為：C=B﹒log2(1+Ps/Pn)信道容積：系統(tǒng)能輸出的最大信息量為：

Imax=TB﹒log2(1+Ps/Pn)信道的含量密度：單位信道容積所傳輸?shù)钠骄畔⒘俊Ｊ呛饬客ㄐ畔到y(tǒng)對信道利用程度的一個重要量度。結(jié)論僅當信息量不超過信道容積時才有可能實現(xiàn)無誤碼傳輸。提高有效性，意味著利用較小的信道容積來傳輸較多的信息量。思考題超遠程通信聲納的傳碼率通常只有幾個波特，為什么？？？信息的量度信息量的大小取決于什么？消息出現(xiàn)的概率越小，信息量越大；消息的持續(xù)時間越長，信息量越大。對于離散信源，通常采用消息出現(xiàn)概率的對數(shù)測度作為信息量，即I=loga[1/P(x)]=-loga

P(x)式中P(x)是消息出現(xiàn)的概率。當a=2時，信息量的單位為比特（bit）。一個等概率的二進制波形所含的信息量為1比特；當a=e，信息量單位為奈特（nit）；當a=10，信息量單位為哈特萊；在數(shù)字通信中，通常以二進制傳輸方式為主，在數(shù)學上以2為底也非常方便，因此目前廣泛采用比特作為信息量的單位。凡是模擬和數(shù)字信號并存的通信系統(tǒng)，信息量的大小通常是以數(shù)字信號為準。思考題凡是模擬和數(shù)字信號并存的通信系統(tǒng)，信息量的大小通常是以數(shù)字信號為準。為什么？？？通信原理第二章信道梁國龍思考題凡是模擬和數(shù)字信號并存的通信系統(tǒng)，信息量的大小通常是以數(shù)字信號為準。為什么？？？廣義信道和狹義信道示意圖調(diào)制信道模型物理模型：雙端口時變線形網(wǎng)絡線性時變?yōu)V波器數(shù)學模型：k(t)為乘性干擾n(t)為加性干擾；恒參信道：乘性干擾趨近于常數(shù)。隨參信道：信道參數(shù)是隨機時變空變的乘性干擾與加性干擾示意圖：理想信道

理想信道：信息在傳輸過程中無損失的信道。純電阻網(wǎng)絡線性相位的全通濾波器幅頻特性：常數(shù)；相頻特性：線性；群時延特性：常數(shù)。信道的傳輸特性理想信道的輸入輸出信號是全相關(guān)的；恒參信道的輸入輸出信號是相干的；相關(guān)：兩個波形的相似程度；相干：相位信息的可利用程度；相關(guān)一定相干；但相干不一定相關(guān)。隨參信道的傳輸特性是時變/空變的。典型信道的特性有線傳輸信道：接近于理想信道；恒參信道：光纖信道；無線電視距中繼信道；衛(wèi)星中繼信道。隨參信道：短波電離層反射信道；對流層散射信道；水聲信道；思考題信道對通信系統(tǒng)的性能會產(chǎn)生哪些影響？你了解哪些通信技術(shù)是和信道緊密相關(guān)的？第三章

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)信道信號信道編碼調(diào)制調(diào)制解調(diào)器

從信息傳輸?shù)慕嵌瓤矗粋€數(shù)字通信系統(tǒng)通常要進行兩種變換：消息數(shù)字基帶信號信源編碼發(fā)送終端設備3.1引言基帶信號：原始信息的電信號形式(未經(jīng)調(diào)制的信號)。數(shù)字基帶信號：消息代碼的電波形?；鶐鬏斚到y(tǒng)：不使用調(diào)制解調(diào)過的傳輸系統(tǒng)?；靖拍睿貉芯炕鶐鬏?shù)囊饬x：

基帶傳輸是基礎(chǔ)。任何一個頻帶傳輸系統(tǒng)(理論上)可用一個等效的基帶傳輸系統(tǒng)替代?；鶐鬏斪陨淼陌l(fā)展(時分復用——高速傳輸)。3.2數(shù)字基帶信號及其頻譜特性3.2.1數(shù)字基帶信號幾種基本的基帶信號碼波形(以矩形脈沖為例)：1.單極性波形0——0——

無電壓(電流)1——+E——

有電壓(電流)2.雙極性波形1——+E(-E)——

正0——-E(+E)——

負無直流分量，電脈沖間無間隔。3.單極性歸零波形每個脈沖都回到零電位，脈寬小于碼元寬度4.雙極性歸零波形5.差分波形1——

電位改變0——

電位不變6.多值波形

(多電平波形)00——+3E01——+E10——-E11——-3E高速通信。7.通用表達式：其中是信息符號所對應的電平值，是一個隨機量。3.2.2基帶信號的頻譜特性1.穩(wěn)態(tài)波功率譜有什么特點？為什么？

2.在書(5.2—15)式中是什么含義？

3.交變波的功率譜密度有什么特點？對和波形的選擇有什么啟示？討論

為什么？

4.滿足條件時的功率譜密度沒有離散譜。對提取或消除離散譜分量有什么啟示？

5.基帶信號的功率譜帶寬取決于什么？3.3基帶傳輸常用碼型基帶信號就是代碼的電波形表示。并非任何代碼的電波形都適合于在信道中傳輸(如單極性波形)。對傳輸信號(基帶)的要求：對代碼的要求。對電波形的要求。

期望的碼特性：

1.能從相應的基帶信號中獲取定時的信息。(基準)2.相應的信號無直流成分，且低頻成分少。(功耗)3.不受信源統(tǒng)計特性影響，適應信源變化能力強。(穩(wěn)健)4.傳輸效率高。(有效性)5.具有自檢和糾錯能力。(可靠性)

常用碼型簡介：

1.AMI碼

(Alternatemarkinversioncode

傳號交替反轉(zhuǎn)碼)

編碼規(guī)則：

0(空號)不變，1(傳號)交替反轉(zhuǎn)為+1，-1，+1，…

二進制三進制(1B/1T碼型)

優(yōu)點：

①簡單；

②無直流；

③具有誤碼自檢能力缺點：可能出現(xiàn)長0串，定時不方便2.HDB3碼

(Threeordercompatiblehighdensitybipolarcod三階高密度雙極性碼)

AMI碼的改進型之一。

優(yōu)點：穩(wěn)健性強，連0串減小到至多3個。

編碼規(guī)則：先變成AMI碼，檢查連0串，4個以上連0串的第4個0變成與前一個非0符號同極性的符號(破壞符號V)。相鄰兩個破壞符號之間有偶數(shù)個非0符號時，將該小段的第1個0變?yōu)?B或-B，B符號的極性與前一非0符號相反，后面的符號從V開始交替變化。PST碼

(Pairselectingternary

成對選擇三進碼)

編碼規(guī)則：先將每2個二進制碼元劃分為一個碼組，再把它編成三進制數(shù)(0+-)，9種狀態(tài)取其4，+-模式交替。

優(yōu)點：無直流分量，編碼簡單，定時分量豐富。要點：需要建立幀同步(分組信息)。二進代碼+模式-模式

00-+-+010+0-10+0-011+--+

舉例：代碼：100001000011000011AMI碼：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3碼：-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1PST碼：代碼：01001110101100取+模式時：0+-++--0+0+--+取-模式時：0--++-+0-0+--+

Manchester碼

(Biphasecode、Split—phasecode)

編碼規(guī)則：一個二進制兩個不同相位的二進碼如：001(零相位方波)110(相位方波)

優(yōu)點：定時分量豐富，無直流，編碼簡單。只用兩個電平，在多電平碼不能傳輸?shù)膱龊先赃m用(如光纖通信)。缺點：帶寬寬，效率低。5.

Miller碼

編碼規(guī)則：

1碼中心點躍，即，前沿無躍變。單個0碼，不躍變，與前一碼元邊界處不變。即：連0碼，邊界躍變，00與11交替。性質(zhì)：兩個“1”中間夾一個“0”時出現(xiàn)最大寬度為2Ts的碼形，可用于誤碼自檢。雙相碼的下降沿正好對應于Miller碼的躍變沿。雙相碼Miller碼雙穩(wěn)態(tài)

應用：氣象衛(wèi)星、磁記錄、基帶數(shù)傳機。

優(yōu)點：雙電平，誤碼檢測優(yōu)于雙相碼。6.

CMI碼(傳號反轉(zhuǎn)碼)

編碼規(guī)則：優(yōu)點：定時信息豐富，被CCITT推薦為PCM接口碼型。nBmB碼

n位二進碼m位二進碼通常取m=n+1，1位用于糾錯。如：5B6B碼已實用化，用于光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)。4B/3T碼

(4Binarycode—3ternarycode，AMI

碼改進型)

優(yōu)點：提高有效性(相同信息量所需的傳輸速率低)。

4B(16)3T(27)3.4基帶脈沖傳輸與碼間干擾3.4.1

基帶信號的波形恢復與再生

限幅整形器+抽樣判決器為什么要進行限幅整形？①進一步排除干擾，提取信號。②便于同步，保證抽樣時刻在接收波形中心附近。避免單個碼元信號因展寬被兩次抽樣或因變形而漏報。由發(fā)送、信道、接收構(gòu)成的總系統(tǒng)的傳輸函數(shù)為：基帶信號可以描述成：接收信號：3.5無碼間干擾的基帶傳輸特性什么樣的系統(tǒng)能保證無碼間干擾？理論上，只要：即可。即可。Nyquist第一準則：

只要基帶系統(tǒng)的總特性傳輸函數(shù)H(w)可以等效為一個理想的低通濾波器，就可以按最高傳輸速率2w(w為系統(tǒng)帶寬)進行無碼間干擾傳輸。最直觀而簡單的一種理想低通型，即：相關(guān)概念：

頻帶利用率：單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率。

奈奎斯特速率(理論極限)：若系統(tǒng)帶寬為w，則無碼間干擾時最高傳輸速率為2w(波特)。Question：①理想低通特性是無法實現(xiàn)的。②的尾巴太長，振蕩幅度大，定時誤差將導致碼間干擾增大。3.6部分響應系統(tǒng)

理想的低通特性：能達到理論極限傳輸速率2Baud(波特)/Hz。

缺點：①工程不可實現(xiàn)。

②

尾巴振蕩幅度大，收斂慢，對定時要求嚴格。等效的理想低通特性：降低了頻帶利用率。

Nyquist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。

滿足上述要求的沖激響應波形稱為部分響應波形。利用部分響應波形的基帶傳輸系統(tǒng)稱為部分響應系統(tǒng)。最簡單的部分響應波形是間隔為Ts的sinc函數(shù)相加。即：當發(fā)送碼元為時，接收波形在抽樣時刻的取值為：存在問題：誤碼傳遞性。解決方法：預編碼

預編碼+相關(guān)編碼+模2判決預編碼：表示模2和，即異或運算。作為輸入碼元序列，通過部分響應系統(tǒng)。相關(guān)編碼：模2處理：優(yōu)點：克服了誤碼傳播。推廣：對多個Sinc函數(shù)求和，再進行模L處理。例如：設為11101001，則有1101001010110000110001112100111101001

3.7無碼間干擾的基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能無碼間干擾又無噪聲，則可無差錯恢復。但當存在噪聲時，即使無碼間干擾，也會引起誤碼。如圖所示：誤碼率計算：

誤碼若發(fā)送“1”碼概率為P(1)，發(fā)送“0”碼概率為P(0)，則系統(tǒng)總誤碼率：

Pe=P(1)pe1+P(0)pe2

3.8眼圖——

實用的實驗手段最佳抽樣時刻

過零點畸變噪聲容限定時誤差靈敏度判決電平幅度畸變范圍

眼圖的模型

眼圖與系統(tǒng)性能的關(guān)系：

最佳抽樣時刻是眼張開最大的時刻。對定時誤差的靈敏度由眼圖斜邊的斜率決定。影區(qū)垂直高度表示信號畸變范圍。橫軸位置對應判決門限電平。上下影區(qū)間隔距離之半為噪聲電容。3.9時域均衡在基帶系統(tǒng)中插入一種可調(diào)濾波器，使之能適應信道的變化，將能減小碼間干擾的影響，這種起補償作用的濾波器稱為(信道)均衡器。時域均衡器：橫向濾波器，建立在沖激響應基礎(chǔ)上。頻域均衡器：用頻率特性去補償總特性，使之滿足要求。

均衡效果的衡量準則：

①峰值畸變準則。②均方畸變準則。均衡器迫零調(diào)整：按最小峰值(或均方)畸變準則求得的最優(yōu)橫向濾波器系數(shù)應滿足：如果，那么畸變極小值一定發(fā)生在同時為0時。解2N+1個聯(lián)立方程組，即可求得2N+1個增益系數(shù)值。

預置式均衡。用專用測試脈沖(單位沖激脈沖)作輸入，使不為0的輸出作反向調(diào)整，使系數(shù)趨向于最佳。

自適應均衡。在傳輸數(shù)據(jù)期間借助于信號本身來調(diào)整抽頭增益。實現(xiàn)方法：第6章正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制的原因：提高信道的利用率提高有效性減小天線的尺寸、物理實現(xiàn)容易、減小相對帶寬改善了信息傳輸?shù)木鶆蛐?、提高可靠?.1引言數(shù)字調(diào)制調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相振幅鍵控ASK（線性）移頻鍵控FSK（非線性）移相鍵控PSK絕對移相鍵控PSK相對移相鍵控（差分）DPSK正弦載波的3種鍵控波形一個二進制振幅鍵控信號可以表示成一個單極性矩形脈沖序列與一個正弦型載波的相乘:g(t)是持續(xù)時間Ts的矩形脈沖，an取值服從令：則：6.2二進制數(shù)字調(diào)制原理6.2.1二進制振幅鍵控（2ASK）二進制振幅鍵控信號產(chǎn)生方法（調(diào)制方法）二進制振幅鍵控信號，一個信號狀態(tài)始終為零，相當于處在斷開狀態(tài)，此時稱為通斷鍵控信號（OOK信號:on-offkeying）ook信號解調(diào)方法ook信號解調(diào)方法相干解調(diào)（同步檢測法）非相干解調(diào)（包絡檢波法）相干解調(diào)：利用了載波信號的相位信息進行解調(diào)非相干解調(diào)：在解調(diào)過程中不利用相位，只用包 絡（幅度）信息進行解調(diào)ook信號功率譜連續(xù)譜：取決于g(t)經(jīng) 線性調(diào)制后的雙 邊帶譜離散譜：處于載波頻 率上6.2.2二進制移頻鍵控（2FSK）2FSK信號是0符號對應于載頻w1，而1符號對應于載頻w2的已調(diào)波形2FSK信號的產(chǎn)生：用一個矩形脈沖序列對一個載波進行調(diào)制而獲得，模擬調(diào)頻法實現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻鍵控法：利用受矩形脈沖序列控制的開關(guān)電路對兩個不同的獨立頻率源進行選通2FSK信號的產(chǎn)生：2FSK信號解調(diào)方法非相干檢測法相干檢測法鑒頻法過零檢測法差分檢波法過零檢測法基本思想：

過零點數(shù)隨不同頻率而異，檢出過零點數(shù)可以得到關(guān)于頻率的差異差分檢測法差分檢波法基于輸入信號與其延遲t的信號相比較，信道上的延遲失真將同時影響相鄰信號，故不影響最終的鑒頻效果注意：2FSK信號可以等價為兩個不同的載波信號分別對兩個基帶信號調(diào)幅的成，其功率譜結(jié)構(gòu)也可以看作是兩個2ASK信號功率譜的疊加相位不連續(xù)2FSK信號功率譜2FSK信號的功率譜同樣由了連續(xù)譜和離散譜組成。其中，連續(xù)譜由兩個雙邊譜疊加，離散譜出現(xiàn)在兩個載頻位置上傳輸2FSK信號所需第一零點帶寬為6.2.3 2PSK及2DPSK二進制移相鍵控（2PSK）： 二進制移相鍵控（2PSK）方式是受鍵控的載波相位按基帶脈沖而改變的一種數(shù)字調(diào)制方式。2PSK信號一般表示為：

g(t)是脈寬TS的單個矩形脈沖，an統(tǒng)計特性為：

在其一碼元持續(xù)時間內(nèi)觀察時，e0(t)為：發(fā)送二進制符號0（an取+1）時e0(t)取0相位；發(fā)送二進制符號1（an取-1）時e0(t)取相位。倒π現(xiàn)象對于2PSK信號，解調(diào)時必須有一個基準的參考相位。如果參考相位發(fā)生隨機跳變此后解出的所有代碼將全部顛倒，稱為“倒π現(xiàn)象”。絕對移相鍵控（2PSK）：以載波的不同相位直接去表示相應數(shù)字信息的相位鍵控通常稱為絕對移相鍵控方式。相對（差分）移相鍵控（2DPSK）：是利用前后相鄰碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種方式。2PSK及2DPSK調(diào)制2PSK解調(diào)相干解調(diào)又稱為２PSK同步檢測法解調(diào)2DPSK解調(diào)6.3.1OOK系統(tǒng)的抗噪聲性能6.3二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能同步檢測時誤碼率的幾何表示按抗噪聲性能差異

調(diào)制解調(diào)方法從高到低2PSK相干解調(diào)>同步相干2DPSK>差分相干2DPSK>相干2FSK>非相干2FSK>相干OOK>非相干2ASK6.4二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較頻帶寬度：當碼元寬度Ts時，2ASK系統(tǒng)與2PSK系統(tǒng)的第一零點帶寬為2/Ts，2FSk的第一零點帶寬為|f2-f1|+2/Ts誤碼率：在每一對相干與非相干的鍵控系統(tǒng)中，相干方式略優(yōu)于非相干方式。相同誤碼率條件下，信噪比要求上2PSk比2FSK小3dB、2FSK比OOK小3dB。三種數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的Pe-r在抗加性高斯白噪聲方面，相干2PSK性能最好，2FSK次之，OOK最差對信道特性的敏感性：OOK的性能最差，當信道存在嚴重衰落時，通常采用非相干檢測。設備的復雜程度：相干解調(diào)的設備比非相干解調(diào)時復雜；而同為非相干解調(diào)時，2DPSK的設備最復雜，2FSK次之，OOK最簡單。性能比較多進制系統(tǒng)特點：相同的碼元傳輸速率下，多進制系統(tǒng)的信息傳輸速率比二進制系統(tǒng)的高增大碼元寬度，就會增加碼元的能量，并能減小由于信道特性應起的碼間干擾的影響等抗噪聲能力降低6.5多進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)6.5.1多進制數(shù)字振幅調(diào)制多進制數(shù)字振幅調(diào)制（MASK） 原理上是通斷鍵控（OOK）方式的推廣傳輸效率高的根本原因：比二進制系統(tǒng)由高得多的信息傳輸速率在相同的碼元傳輸速率下，多電平調(diào)制信號的帶寬與二電平的相同MASK方式性能特點高傳信率Rb=RB*log2M=nRB帶寬與·ASK相同，因而信道利用率高發(fā)送端進行串并變換，把二進制轉(zhuǎn)換成M進制，接受端需進行并串變換抗干擾性能差，M值每增大1倍，電功率大約增加5倍，才能保持誤碼率不變抗衰落能力比2ASK更差應用背景

MASK雖然是一種高效率的傳輸方式，由于它的抗噪聲能力，尤其抗衰落的能力不強，因而它一般只適宜在恒參信道中，高信噪比條件下的高速傳輸6.5.2多進制數(shù)字頻率調(diào)制多頻制（MFSK）：

K比特信息用M=2K個頻率通道進行通信特點：要求占據(jù)較寬的頻帶，因此它的信道頻帶利用率不高。第一零點帶寬為fm-f1+2fs應用背景：衰落信道，信道帶寬充裕，高速傳輸MFSK方式性能特點傳信率提高了，是2FSK的log2M倍信道利用率降低，必須占用更大的信道帶寬抗噪聲能力比2FSK降低了抗衰落能力由于MASK6.5.3多進制數(shù)字相位調(diào)制多相制（MPSK、MDPSK）：

絕對移相、相對（差分）移相四相絕對移相鍵控（QPSK）

用4個不同的相位信息表示四種狀態(tài)或一個雙比特碼四相相對移相鍵控（QDPSK）

利用前后相鄰碼元之間的相對相位變化來表示4個信息狀態(tài)多進制移相鍵控系統(tǒng)性能相同的傳信率，傳碼率降低一倍，碼元增加一倍，帶寬減小一半，信道利用率提高一倍相同的傳碼率，傳信率提高一倍抗干擾能力降低3~4dB應用：高速率，頻帶受限，四線租用電話線路QPSK信號的產(chǎn)生QPSK信號相干解調(diào)QDPSK信號的產(chǎn)生QDPSK信號解調(diào)6.5.4振幅相位聯(lián)合鍵控系統(tǒng)多進制系統(tǒng)的頻帶利用率高，但它是通過犧牲功率利用率來換取的。隨著M值的增加，在信號空間中各信號點間的最小距離減小，相應的信號判決區(qū)域也隨之減小。 振幅相位聯(lián)合鍵控（APK）方式為克服上述問題而提出的。正交振幅調(diào)制（QAM）正交振幅調(diào)制（QAM）是用兩個獨立的基帶波形對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調(diào)制期望的信號特性：

相鄰碼元間相位是連續(xù)的，包絡是恒定的，同時占用較小的頻帶寬度6.6改進的數(shù)字調(diào)制方式6.6.1最小移頻鍵控（MSK）最小移頻鍵控（MSK）

MSK是FSK信號的一種改進型，是一種在相鄰碼元間保持相位連續(xù)性，同時它具有正交信號的最小頻差，恒定包絡的調(diào)制方式 與FSK相比，MSK信號在一個碼元寬度內(nèi)兩個載頻形影變化嚴格相差1800MSK信號表示式：或者：當頻率間隔調(diào)制指數(shù)兩信號波形相關(guān)系數(shù)MSK是正交調(diào)制，其信號波形的相關(guān)系數(shù)為零第一項為零條件：令k取最小值1，則：第二項為零條件：即：說明：MSK信號在每一個碼元周期內(nèi)，必須包含四分之一載波的整數(shù)倍因為信號相位為：根據(jù)碼元轉(zhuǎn)化時刻信號相位連續(xù)，有所以相位補償常數(shù)φk為：6.6.2高斯最小移頻鍵控（GMSK）MSK調(diào)制方式的突出優(yōu)點是信號具有恒定的振幅及信號的功率譜在主瓣以外衰減很快GMSK是在MSK信號輸入的前端加一個預置高斯低通濾波器第7章

模擬信號的數(shù)字傳播7.1引言用數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸模擬信號，在發(fā)送端需進行數(shù)模變換（ADC），在接收端需經(jīng)過模數(shù)變換恢復信源信號。模數(shù)變換需經(jīng)過三個步驟：抽樣、量化、編碼。脈沖編碼調(diào)制（PCM）：經(jīng)過抽樣量化編碼后，在進行信道傳送的通信體制。除了（PCM）外，可用于傳輸模擬信號的通信體制還有：增量調(diào)制（DM）；差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）

7.2抽樣定理抽樣（采樣）:是把連續(xù)信號變換成時間上離散信號的過程。

抽樣定理：一個有限頻帶信號，滿足當時，，則當以的頻率進行等間隔抽樣，原波形可被完全恢復，信息無損失。奈奎斯特頻率：奈奎斯特周期：抽樣過程進行得變換：時域：原始的連續(xù)信號和周期性沖激相乘頻域：連續(xù)信號頻譜的周期性延拓抽樣信號的恢復：低通濾波器從工程實現(xiàn)的角度，影響抽樣質(zhì)量的因素有：時間有限信號其頻譜是無限的。理想低通濾波器通常是不可實現(xiàn)的。采樣脈沖寬度不能無限窄。改善抽樣及其恢復信號質(zhì)量的措施：

1在采樣之前先進行抗混疊濾波（低通濾波）

2提高抽樣頻率，通常取為3–5倍的

3加校正網(wǎng)絡。

帶通信號的抽樣

設

n為整數(shù)，k是小數(shù)只需保證

即可滿足無失真恢復條件當k=0時，即時，當n>>1，（窄帶信號）恢復信號使用帶通濾波器7.3脈沖調(diào)制脈沖調(diào)制（PM）：讓脈沖的參數(shù)和抽樣值保持線性關(guān)系，參數(shù)值反映抽樣值變化。載波：周期脈沖串。

PM分類：PAM（脈沖幅度調(diào)制）常規(guī)的抽樣過程PDM（脈沖寬度調(diào)制）PPM（脈沖位置調(diào)制）PFM（脈沖頻率調(diào)制）PCM（脈沖編碼調(diào)制）7.4量化量化：對抽樣值進行離散化，即用有限個電平表示抽樣信號的幅度。量化的設計：量化精度由量化器字長或級數(shù)決定，字長越長，量化精度越高。字長越長，工藝越復雜，碼寬越寬，占用的帶寬越寬.量化字長的選擇應與背景噪聲相匹配，如果噪聲很大，即使量化精度很高，小信號也難以滿足信噪比要求，甚至會被背景噪聲淹沒。幾個概念與術(shù)語：滿量程電平：Vm，電源電平?jīng)Q定歸一化幅度Vm，當A>Vm時，限幅。字長N與量化級數(shù)（電平數(shù)M）：量化間隔（量化精度）Vq：

量化噪聲（量化誤差）：截尾方式:或

：單極性信號：雙極性信號舍入方式：量化信噪比：SNR=信號功率/量化噪聲功率=

量化失真功率：

（e為均勻分布）動態(tài)范圍：在滿足給定的最低信噪比條件下所允許的最大信號強度與所要求的最小信號強度之比，通常用分貝數(shù)表示。

量化器的工作狀態(tài)：：

過載狀態(tài)（限幅）：空載：正常量化工程量化的準則：盡量避免過載和空載，使信號工作在正常區(qū)，選擇器件（字長）使其滿足動態(tài)范圍。速度滿足采樣率要求。量化方式：均勻量化：把輸入信號的取值域按等間距分割，它是等間隔的量化，存在著量化誤差與編碼位數(shù)之間的矛盾，也就是存在著動態(tài)范圍與設備復雜性及帶寬之間的矛盾，對弱信號傳輸不利。

非均勻量化：根據(jù)信號的不同區(qū)間、幅度大小來確定量化間隔實用通信系統(tǒng)通常采用非均勻量化，非均勻量化方式的實現(xiàn)如下：壓縮：發(fā)送端坐非線性變換，令弱信號的增益大，強信號的增益小，從而壓縮了動態(tài)范圍，然后再進行均勻量化和編碼。擴張：在接收端，先譯碼，再按強信號的增益大弱信號的增益小的規(guī)律作反變換

再通過低通濾波器恢復原信號。非均勻量化的意義：使得量化的噪聲對大小信號影響大致相同，改善了弱信號的量化信噪比。壓縮特性：通常采用兩種對數(shù)壓縮律是A律壓縮（中國歐洲），律壓縮（美洲）

1律：

折線近似（13折線）

說明：第一三象限對稱，共分16段，中間四段斜率相同，為一條直線，共十三條折線，故稱十三折線，對應A值為87.6

2.量化優(yōu)值律：

用十五折線近似

7.5脈沖編碼調(diào)制（PCM）PCM是在PAM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種通信方式，指的是將模擬信號的抽樣值經(jīng)量化，編碼后再進行傳輸。

PCM系統(tǒng)組成:明確各部分功能：低通濾波I：抗混疊（抽樣過程是譜疊加過程，從而出現(xiàn)混疊，加低通可把原始始信源中高頻部分去掉）抽樣：將模擬信號在時間上離散化量化：將抽樣值在幅值上進行離散化編碼：將量化值轉(zhuǎn)換成（二進制）代碼信源編碼：追求高效率

信道編碼：效率低，（通過低效率來提高可靠性）低通Ⅱ：抑制信道噪聲譯碼：編碼的反變換，恢復信號的抽樣值低通Ⅲ：抽樣的反變換恢復成模擬信號 編碼：

常用碼型：自然二進制（單極性信號）和折疊二進碼（雙極性信號）折疊二進制：最高位表示極性，其他位表示絕對值

111115（+7） 00007（-0）111014（+6） 00016（-1）110113（+5）00105（-2）110012（+4）00114（-3）101111（+3）01003（-4）

01012（-5）101010（+2）01101（-6）10019（+1）01110（-7）10008（+0）13折線壓縮編碼具體做法是：用段落碼的8種可能狀態(tài)分別代表8個段落的段落電平，段內(nèi)碼的16種可能狀態(tài)分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化間隔

PCM系統(tǒng)