通信原理(第六版)第4章

通信原理（第六版）第4章目錄引言信號(hào)與噪聲模擬調(diào)制系統(tǒng)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸信道編碼與差錯(cuò)控制01引言通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送器接收器將消息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘?hào)。從信道中提取信號(hào)并將其還原為原始消息。信源信道目的地產(chǎn)生需要傳輸?shù)南?。傳輸信?hào)的媒介。接收消息的人或設(shè)備。有線(xiàn)通信系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的分類(lèi)使用物理線(xiàn)路進(jìn)行信號(hào)傳輸，如電纜、光纖等。利用衛(wèi)星作為中繼站進(jìn)行信號(hào)傳輸。通過(guò)電磁波傳輸信號(hào)，如手機(jī)、無(wú)線(xiàn)路由器等。傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)，如數(shù)字電視、數(shù)字電話(huà)等。衡量通信系統(tǒng)傳輸信息的效率，通常用比特率（每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)）來(lái)表示。有效性衡量通信系統(tǒng)傳輸信息的準(zhǔn)確度，通常用誤碼率（傳輸錯(cuò)誤比特?cái)?shù)占總比特?cái)?shù)的比例）來(lái)表示?？煽啃院饬客ㄐ畔到y(tǒng)傳輸信息的時(shí)間延遲，通常用延遲時(shí)間來(lái)表示。實(shí)時(shí)性衡量通信系統(tǒng)在存在噪聲和干擾的情況下傳輸信息的性能，通常用信噪比（信號(hào)功率與噪聲功率的比值）來(lái)表示。抗干擾性通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)02信號(hào)與噪聲確定信號(hào)隨機(jī)信號(hào)信號(hào)的時(shí)域表示法信號(hào)的頻域表示法信號(hào)的分類(lèi)與表示01020304信號(hào)的取值在時(shí)間上是確定的或者有規(guī)律的。信號(hào)的取值在時(shí)間上是不確定的。包括解析式表示法和波形表示法。包括頻譜和頻譜密度。將信號(hào)表示為無(wú)窮正弦波的疊加。傅立葉級(jí)數(shù)將信號(hào)表示為復(fù)指數(shù)函數(shù)的積分。傅立葉變換表示單位帶寬內(nèi)信號(hào)所含的功率。頻譜密度的物理意義帶寬越寬，頻譜密度越小。帶寬與頻譜密度的關(guān)系信號(hào)的頻域分析與信號(hào)無(wú)關(guān)，獨(dú)立于信號(hào)存在的噪聲。加性噪聲乘性噪聲噪聲的特性噪聲的數(shù)學(xué)模型與信號(hào)有關(guān)的噪聲，通常由信號(hào)中的非線(xiàn)性成分產(chǎn)生。包括幅度、頻率和時(shí)間特性。包括高斯噪聲、白噪聲等。噪聲的分類(lèi)與特性功率譜密度的定義表示單位頻率范圍內(nèi)信號(hào)或噪聲所含的功率。功率譜密度的計(jì)算方法通過(guò)傅立葉變換或相關(guān)函數(shù)計(jì)算得到。功率譜密度的物理意義表示信號(hào)或噪聲在不同頻率上的能量分布。功率譜密度與帶寬的關(guān)系帶寬越寬，功率譜密度越小。信號(hào)與噪聲的功率譜密度03模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制是將低頻信號(hào)附加到高頻載波上，使其成為適合傳輸?shù)男盘?hào)的過(guò)程。調(diào)制的概念根據(jù)調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)，調(diào)制可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制是指用連續(xù)變化的模擬信號(hào)作為輸入信號(hào)的調(diào)制過(guò)程。調(diào)制的分類(lèi)調(diào)制的概念及分類(lèi)

線(xiàn)性調(diào)制（AM、DSB、SSB）AM（調(diào)幅）AM是通過(guò)改變載波的振幅以表示調(diào)制信號(hào)的變化。在AM中，載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的幅度線(xiàn)性變化。DSB（雙邊帶調(diào)幅）DSB是在AM的基礎(chǔ)上，將載波信號(hào)的兩個(gè)邊帶去掉一個(gè)，只保留一個(gè)邊帶進(jìn)行傳輸。DSB的帶寬比AM更窄，但抗噪聲性能較差。SSB（單邊帶調(diào)幅）SSB是在DSB的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步去掉一個(gè)邊帶，只保留一個(gè)邊帶進(jìn)行傳輸。SSB的帶寬最窄，但抗噪聲性能最好。非線(xiàn)性調(diào)制（FM、PM）FM（調(diào)頻）FM是通過(guò)改變載波的頻率以表示調(diào)制信號(hào)的變化。在FM中，載波的頻率隨著調(diào)制信號(hào)的幅度線(xiàn)性變化。PM（調(diào)相）PM是通過(guò)改變載波的相位以表示調(diào)制信號(hào)的變化。在PM中，載波的相位隨著調(diào)制信號(hào)的幅度或頻率線(xiàn)性變化。線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到噪聲的影響，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量下降。為了提高抗噪聲性能，可以采用多種措施，如提高信號(hào)的功率、采用更先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)等。非線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能非線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中也受到噪聲的影響，但與線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)相比，非線(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能相對(duì)較好。這主要是因?yàn)榉蔷€(xiàn)性調(diào)制系統(tǒng)在傳輸過(guò)程中可以利用信號(hào)的相位信息來(lái)提高信號(hào)質(zhì)量。模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能04數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)010204數(shù)字調(diào)制的基本概念數(shù)字調(diào)制是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)哪M信號(hào)的過(guò)程。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)包括調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅三種基本形式。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能指標(biāo)包括頻帶利用率、抗噪聲性能和抗多徑干擾能力。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，包括無(wú)線(xiàn)通信、衛(wèi)星通信和光纖通信等領(lǐng)域。03二進(jìn)制振幅鍵控是一種數(shù)字調(diào)制方式，通過(guò)改變載波的振幅表示二進(jìn)制信息。2ASK系統(tǒng)的抗噪聲性能較差，因?yàn)樵肼晫?duì)振幅的影響較大。在2ASK中，二進(jìn)制信息通過(guò)開(kāi)關(guān)載波的振幅實(shí)現(xiàn)，通常使用兩個(gè)不同的振幅表示0和1。2ASK系統(tǒng)的頻帶利用率較高，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）二進(jìn)制頻移鍵控是一種數(shù)字調(diào)制方式，通過(guò)改變載波的頻率表示二進(jìn)制信息。2FSK系統(tǒng)的抗噪聲性能較好，因?yàn)轭l率的變化對(duì)噪聲的影響較小。二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）在2FSK中，二進(jìn)制信息通過(guò)切換載波的頻率實(shí)現(xiàn)，通常使用兩個(gè)不同的頻率表示0和1。2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率較高，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。二進(jìn)制相移鍵控是一種數(shù)字調(diào)制方式，通過(guò)改變載波的相位表示二進(jìn)制信息。2PSK系統(tǒng)的頻帶利用率較高，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸。在2PSK中，二進(jìn)制信息通過(guò)切換載波的相位實(shí)現(xiàn)，通常使用兩個(gè)不同的相位表示0和1。2PSK系統(tǒng)的抗噪聲性能較好，因?yàn)橄辔坏淖兓瘜?duì)噪聲的影響較小。二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）多進(jìn)制調(diào)制可以提高頻帶利用率和抗噪聲性能，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比二進(jìn)制調(diào)制更復(fù)雜。多進(jìn)制調(diào)制包括四相相移鍵控（QPSK）、16進(jìn)制相移鍵控（16PSK）等。多進(jìn)制調(diào)制是指使用多個(gè)狀態(tài)來(lái)表示數(shù)字信息的數(shù)字調(diào)制方式。多進(jìn)制調(diào)制簡(jiǎn)介05模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸1定義脈沖編碼調(diào)制是一種將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。工作原理通過(guò)采樣、量化和編碼三個(gè)步驟，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)PCM具有較高的量化精度和較小的量化誤差，因此能夠較好地還原原始信號(hào)。應(yīng)用在通信、音頻、視頻等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。脈沖編碼調(diào)制（PCM）ABCD自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）定義自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制是一種基于PCM的自適應(yīng)壓縮編碼技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)ADPCM具有較高的壓縮比和較好的音質(zhì)，適用于語(yǔ)音和音頻信號(hào)的壓縮。工作原理通過(guò)預(yù)測(cè)當(dāng)前樣本與前一個(gè)樣本之間的差值，并采用差分編碼，減少所需傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。應(yīng)用在數(shù)字電話(huà)通信、語(yǔ)音存儲(chǔ)和傳輸?shù)阮I(lǐng)域廣泛應(yīng)用。子帶編碼（SBC）與最佳帶通采樣（OBTS）定義子帶編碼是一種將音頻信號(hào)分解為多個(gè)子頻帶的編碼技術(shù)。最佳帶通采樣是一種用于采樣和重建帶通信號(hào)的方法。工作原理子帶編碼將音頻信號(hào)分為多個(gè)子頻帶，并對(duì)每個(gè)子頻帶進(jìn)行獨(dú)立編碼。最佳帶通采樣通過(guò)采樣和濾波，精確地重建原始帶通信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)子帶編碼和最佳帶通采樣都具有較好的頻帶利用率和信號(hào)重建質(zhì)量。應(yīng)用在音頻壓縮、語(yǔ)音處理和通信等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。06數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸根據(jù)通信系統(tǒng)的特性和應(yīng)用需求，選擇適合的數(shù)字基帶信號(hào)碼型，如二元碼、三元碼、多元碼等。碼型選擇碼型變換碼型特性分析根據(jù)信道特性和傳輸要求，對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行碼型變換，以?xún)?yōu)化信號(hào)傳輸性能。分析不同碼型的特性，如功率譜密度、誤碼率等，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。030201數(shù)字基帶信號(hào)的碼型無(wú)碼間干擾條件研究無(wú)碼間干擾的基帶傳輸條件，即脈沖形狀、傳輸帶寬和抽樣時(shí)間等參數(shù)的限制。傳輸函數(shù)分析分析基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸函數(shù)，研究其幅度和相位特性，以實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾傳輸。眼圖分析通過(guò)眼圖分析基帶信號(hào)的傳輸質(zhì)量，評(píng)估無(wú)碼間干擾傳輸?shù)男阅?。無(wú)碼間干擾的基帶傳輸特性030201根據(jù)基帶信號(hào)的特性和傳輸要求，設(shè)計(jì)適合的再生中繼器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的整形、放大和濾波等功能。中繼器設(shè)計(jì)研究再生中繼器中的噪聲抑制技術(shù)，降低噪聲對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，提高通信質(zhì)量。噪聲抑制分析再生中繼器中的信號(hào)恢復(fù)技術(shù)，減小信號(hào)失真和畸變，保證信號(hào)的完整性。信號(hào)恢復(fù)基帶信號(hào)的再生中繼傳07信道編碼與差錯(cuò)控制差錯(cuò)類(lèi)型差錯(cuò)控制主要針對(duì)隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤進(jìn)行控制，其中隨機(jī)錯(cuò)誤指的是獨(dú)立發(fā)生的錯(cuò)誤，突發(fā)錯(cuò)誤指的是多個(gè)連續(xù)的相同符號(hào)的錯(cuò)誤。差錯(cuò)控制方式差錯(cuò)控制方式包括前向糾錯(cuò)、反饋糾錯(cuò)和混合糾錯(cuò)，其中前向糾錯(cuò)是指接收端能夠糾正發(fā)送端發(fā)送的錯(cuò)誤碼元，反饋糾錯(cuò)是指接收端將接收到的數(shù)據(jù)回傳給發(fā)送端進(jìn)行糾錯(cuò)，混合糾錯(cuò)則結(jié)合了前向糾錯(cuò)和反饋糾錯(cuò)的優(yōu)點(diǎn)。差錯(cuò)控制的基本概念線(xiàn)性分組碼是一種將信息比特映射成一定長(zhǎng)度的碼字的編碼方式，其中每個(gè)碼字都是線(xiàn)性組合的結(jié)果。線(xiàn)性分組碼的定義漢明碼是一種簡(jiǎn)單的線(xiàn)性分組碼，其碼字中的每一位都具有校驗(yàn)功能，可以檢測(cè)和糾正隨機(jī)錯(cuò)誤。漢明碼的特點(diǎn)漢明碼的編碼過(guò)程是將信息比特插入到校驗(yàn)位中，使得整個(gè)碼字中的1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)（或奇數(shù)），從而保證整個(gè)碼字的重量恒定。漢明碼的編碼原理線(xiàn)性分組碼（如漢明碼）123循環(huán)碼是一類(lèi)具有循環(huán)移位特性的線(xiàn)性分組碼，其碼字中的每一位都具有循環(huán)移位的特性。循環(huán)碼的定義循環(huán)碼的編碼過(guò)程是將信息比特插入到校驗(yàn)位中，使得整個(gè)碼字中的每一位都具有循環(huán)移位的特性。循環(huán)碼的編碼原理循環(huán)碼具有較好的糾錯(cuò)性能和較低的編碼復(fù)雜度，因此在通信系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。循環(huán)碼的特點(diǎn)循環(huán)碼