惠州學(xué)院的通信原理課件-通信復(fù)習(xí)

惠州學(xué)院的通信原理課件通信復(fù)習(xí)惠州學(xué)院的通信原理課件通信復(fù)習(xí)惠州學(xué)院的通信原理課件通信復(fù)習(xí)惠州學(xué)院的通信原理課件通信復(fù)習(xí)惠州學(xué)院的通信原理課件通信1通信系統(tǒng)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信所需的全部設(shè)施。模擬通信系統(tǒng)：傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)模擬信號(hào)：時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的信號(hào)電話、廣播和電視系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：時(shí)間離散、取值離散的信號(hào)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信所需的全部設(shè)施。2P2,式1.2-3信息量I與消息出現(xiàn)的概率p(x)之間的關(guān)系為：信息量單位的確定取決于上式中的對(duì)數(shù)底a。如果取對(duì)數(shù)的底a=2，則信息量的單位為比特(bit)；如果取e為對(duì)數(shù)的底，則信息量的單位為奈特(nit)；若取10為底，則信息量的單位稱為十進(jìn)制單位，或叫哈特萊。上述三種單位的使用場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)計(jì)算及使用的方便來決定。通常廣泛使用的單位為比特。P2,式1.2-3信息量I與消息出現(xiàn)的概率p(x)之間的關(guān)系3

信息的度量傳輸信息是通信系統(tǒng)的根本任務(wù)。在傳輸過程中，信息是以各種具體的電信號(hào)或光信號(hào)形式表現(xiàn)出來的。為了對(duì)通信系統(tǒng)的性能與質(zhì)量進(jìn)行定量的分析、研究與評(píng)價(jià)，就需要對(duì)信息進(jìn)行度量，我們定義能夠衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用I表示。信息的度量傳輸信息是通信系統(tǒng)的根本任務(wù)。在傳輸過程中，信4信息是一個(gè)抽象的概念，它能否被量化并且如何量化呢？讓我們看看下面的例子，比如，“明天太陽從東邊出來”絕對(duì)沒有“明天太陽從西邊出來”對(duì)信息的受者更有吸引力；同樣，當(dāng)你聽說“有人被狗咬了”并不會(huì)感到驚奇，但若有人告訴你“一條狗被人咬了”你一定非常吃驚。這說明信息有量值可言，并且信息所包含的事件越不可發(fā)生，人們就越感興趣，信息量就越大。顯然，信息量與消息發(fā)生的概率有關(guān)，消息出現(xiàn)的概率越小，信息量就越大；必然消息的概率為1，則它傳遞的信息量就為0。據(jù)此，我們得到信息量與消息概率之間的關(guān)系信息是一個(gè)抽象的概念，它能否被量化并且如何量化呢？讓我們看看5P4~P6，圖1.3.3

數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源發(fā)送端接收端信道編碼調(diào)制信道壓縮編碼解調(diào)信宿保密解碼信道解碼壓縮解碼保密編碼噪聲同步信源編碼信源解碼P4~P6，圖1.3.3

數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源發(fā)送端接收61.信源：將消息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)備。信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端1.信源：將消息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的設(shè)備。信源壓縮編碼保密編碼信7信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端2.信源編碼：降低數(shù)字信號(hào)的冗余，

提高數(shù)字信號(hào)的有效性。信源壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)發(fā)2.信源編碼：降低8信道壓縮編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)制發(fā)送端3.信道編碼：增加冗余字符，糾錯(cuò)編碼，

提高傳輸?shù)目煽啃浴Ｐ艍嚎s編碼保密編碼信源編碼信道編碼調(diào)發(fā)3.信道編碼：增加冗94.調(diào)制

（1）目的

使編碼信號(hào)特性與信道特性相適應(yīng)，以通過信道傳輸。（2）幾個(gè)基本概念基帶、基帶信號(hào)、帶通信號(hào)；基帶調(diào)制、帶通調(diào)制。4.調(diào)制105.信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?/p>

基帶信道－－可傳輸很低的頻率分量。如雙絞線。頻帶信道－－不能傳輸很低的頻率分量。如無線電波。

5.信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?16.加性噪聲：信號(hào)經(jīng)過信道傳輸，會(huì)有外來干擾疊加在有用信號(hào)上，稱為加性噪聲。7、同步：數(shù)字通信系統(tǒng)不可缺少的組成部分。發(fā)端和收端之間需要共同的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，以便接收端準(zhǔn)確知道接收的數(shù)字信號(hào)中每個(gè)符號(hào)（碼元）的起止時(shí)刻，實(shí)現(xiàn)同步接收。6.加性噪聲：信號(hào)經(jīng)過信道傳輸，會(huì)有外來干擾疊加在有用信號(hào)121.

衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本因素：

有效性（信源編碼）可靠性（信道編碼）數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)P6～71.衡量系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本因素：有效性（信源編碼）數(shù)字13

有效性可靠性

注意：兩者是互相矛盾的，也是可互換的?！锾岣哂行浴岣邆鬏斔俾省煽啃越档?；提高可靠性→增加冗余的抗干擾編碼碼元

→有效性降低。

★降低有效性，以提高可靠性；降低可靠性，以提高有效性。有效性注意：兩者是互相矛盾的，也是可互換的。142.性能指標(biāo)：（1）傳輸速率：

★碼元速率（RB）：單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元數(shù)。“波特（Baud）”★信息速率（Rb）：單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘??！氨忍?秒(b/s)”

對(duì)于二進(jìn)制系統(tǒng)而言，如果“0”和“1”等概率出現(xiàn)的話，每個(gè)碼元所含的信息量=1，此時(shí)，碼元速率和信息速率在數(shù)值上相等。對(duì)于多（M）進(jìn)制系統(tǒng)而言，每個(gè)碼元所含的信息量是I=log2M，此時(shí)，二者的關(guān)系為Rb=RBlog2M。2.性能指標(biāo)：（1）傳輸速率：對(duì)于二進(jìn)制系統(tǒng)而言，如果“015（2）

錯(cuò)誤率：★

誤碼率（Pe）：（3）頻帶利用率：單位頻帶內(nèi)所能達(dá)到的信息速率。通常與采用的調(diào)制及編碼方式有關(guān)。

P19,習(xí)題1.3

（2）錯(cuò)誤率：16第二章信號(hào)寬平穩(wěn)隨機(jī)過程寬各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程高斯白噪聲第二章信號(hào)寬平穩(wěn)隨機(jī)過程17平穩(wěn)隨機(jī)過程（P33頁）寬（廣義）平穩(wěn)隨機(jī)過程不加特別說明，平穩(wěn)過程均為寬平穩(wěn)過程。平穩(wěn)隨機(jī)過程（P33頁）寬（廣義）平穩(wěn)隨機(jī)過程不加特別說明，18

（1）設(shè)X(t)是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程，如果過程X(t)的均值和自相關(guān)函數(shù)都具有遍歷性，則稱X(t)是寬（廣義）遍歷性過程，簡稱遍歷過程或各態(tài)歷經(jīng)過程。（2）一個(gè)隨機(jī)過程若具有各態(tài)歷經(jīng)性，則它必定是嚴(yán)格平穩(wěn)隨機(jī)過程。但是，嚴(yán)格平穩(wěn)隨機(jī)過程就不一定具有各態(tài)歷經(jīng)性。寬（廣義）各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程（1）設(shè)X(t)是一個(gè)平穩(wěn)隨機(jī)過程，寬（廣義）各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)19惠州學(xué)院的通信原理課件-通信復(fù)習(xí)20解：(1)隨機(jī)變量Φ的概率密度為因而，過程X(t)的均值、自相關(guān)函數(shù)和均方值分別為所以，X(t)是寬平穩(wěn)隨機(jī)過程。解：(1)隨機(jī)變量Φ的概率密度為21

(2)因?yàn)閷?duì)照（1）和（2）的結(jié)果可知，X(t)具有寬遍歷性。(2)因?yàn)?2第四章模擬信號(hào)的數(shù)字化低通模擬信號(hào)的抽樣PCM編碼第四章模擬信號(hào)的數(shù)字化23數(shù)字化基本原理P69，4.1，引言

兩類信源：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)模/數(shù)變換的三步驟：抽（?。印⒘炕途幋a最常用的模/數(shù)變換方法：脈沖編碼調(diào)制(PCM)數(shù)字化基本原理P69，4.1，引言兩類信源：模擬信號(hào)、數(shù)24A/D形成過程示意圖A/D形成過程示意圖25低通信號(hào)的抽樣定理P70，式4.2-5低通信號(hào)的抽樣定理P70，式4.2-526

由上式看出：由于S(f-nfs)是信號(hào)頻譜S(f)在頻率軸上平移了nfs的結(jié)果，所以抽樣信號(hào)的頻譜Sk(f)是無數(shù)間隔頻率為fs的原信號(hào)頻譜S(f)相疊加而成。

因已經(jīng)假設(shè)s(t)的最高頻率小于fH，所以若上式中的頻率間隔fs

2fH，則Sk(f)中包含的每個(gè)原信號(hào)頻譜S(f)之間互不重疊。如圖所示。這樣就能夠從Sk(f)中分離出信號(hào)s(t)的頻譜S(f)，并能夠容易地從S(f)得到s(t)；也就是能從抽樣信號(hào)中恢復(fù)原信號(hào)，或者說能由抽樣信號(hào)決定原信號(hào)。

這里，恢復(fù)原信號(hào)的條件是：

2fH稱為奈奎斯特(Nyquist)速率，與此相應(yīng)的最小抽樣時(shí)間間隔稱為奈奎斯特間隔。P72，式4.2-4，圖4.22由上式看出：由于S(f-nfs)是信號(hào)頻譜S(f)27模擬信號(hào)的抽樣－低通模擬信號(hào)的抽樣返回模擬信號(hào)的抽樣－低通模擬信號(hào)的抽樣返回28脈沖編碼調(diào)制PCMA律13折線編碼方法P85～86脈沖編碼調(diào)制PCMA律13折線編碼方法P85～8629PCM總結(jié)：13折線A律編碼，最小量化級(jí)為1，當(dāng)歸一化輸入信號(hào)抽樣值等于-0.6時(shí)，求1、PCM輸出碼組？2、求譯碼器輸出的量化電平值，計(jì)算量化誤差？3、對(duì)于的12位線性PCM碼組。段落起始電平值：0～16～32～64～128～256～512～1024～2048段落量化間隔：11248163264段落碼：000001010011100101110111

極性碼：0;段落碼：111段內(nèi)碼：00111228.8－1024＝204.8＝64×3＋12.8量化電平－(1024＋64×3＋64/2)=－1248；量化誤差：1248－1228.8＝19.2～19.2/2048=0.00937512位線性碼：1248＝1024+128+64＋32＝010011100000PCM總結(jié)：13折線A律編碼，最小量化級(jí)為1，當(dāng)歸一化輸入信30P89，習(xí)題4.15P89，習(xí)題4.1531第5章基帶數(shù)字信號(hào)的表示和傳輸掌握AMI、HDB3碼掌握無碼間干擾的概念及其基帶傳輸?shù)哪慰固販?zhǔn)則第5章基帶數(shù)字信號(hào)的表示和傳輸32常用線路碼型1、AMI傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。P920～空號(hào)，編碼為0電平波形1～傳號(hào)，交替編碼為+1,-1.對(duì)應(yīng)的信號(hào)波形是幅度為+A和-A半占空歸零脈沖。消息代碼100011101AMI碼+1000-1+1-10+1常用線路碼型1、AMI傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。P92消息代碼100033常用傳輸碼碼型——CCITT建議的接口碼型HDB3碼——AMI改進(jìn)碼P92-93編碼規(guī)則：將連0碼元數(shù)限制在小于等于31)先進(jìn)行AMI編碼2)出現(xiàn)4個(gè)連0串，把第4個(gè)0變?yōu)橛谇耙粋€(gè)非0符號(hào)（±1）同號(hào)的符號(hào)，稱為破壞碼V（破壞了極性交替反轉(zhuǎn)規(guī)律）3)同時(shí)為保證±V交替：相鄰v之間有奇數(shù)個(gè)非零符號(hào)時(shí)，用“000v”來取代“0000”，若為偶數(shù)個(gè)，用“B00V”來取代。B的極性與前一個(gè)非零符號(hào)極性相反?；鶐ФM(jìn)制：100001000011000011AMI碼：-10000+10000-1+10000-1+1HDB3碼：-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1常用傳輸碼碼型——CCITT建議的接口碼型HDB3碼——AM341000011000011100000010例：1000011000011100000010例：351.碼間串?dāng)_

相鄰碼元間的互相重疊

產(chǎn)生的原因－在實(shí)際通信中，由于信道的帶寬不可能無窮大（我們稱為頻帶受限），因此，我們前面介紹的數(shù)字基帶信號(hào)（波形為矩形，在頻域內(nèi)是無窮延伸的）通過這樣的信道傳輸，會(huì)在時(shí)間上形成拖尾信號(hào)，它的拖尾會(huì)在相鄰碼元的抽樣點(diǎn)上存在著殘留值，導(dǎo)致接收信號(hào)抽樣判決值受到多個(gè)（無數(shù)個(gè)?。┫噜徯盘?hào)拖尾干擾

特點(diǎn)－隨信號(hào)的出現(xiàn)而出現(xiàn)，隨信號(hào)的消失而消失（乘性干擾）5.6基帶數(shù)字信號(hào)傳輸與碼間串?dāng)_P103二、碼間串?dāng)_及奈奎斯特準(zhǔn)則1.碼間串?dāng)_5.6基帶數(shù)字信號(hào)傳輸與碼間串?dāng)_P103二、碼36無碼間串?dāng)_的基帶傳輸?shù)念l域條件也寫作：

稱為Nyquist第一準(zhǔn)則。上式的物理意義是，按

=(2n?1)/Ts（其中n為正整數(shù)）將H(

)在

軸上以2/Ts間隔切開，然后分段沿

軸平移到(?/Ts,/Ts)區(qū)間內(nèi)進(jìn)行疊加，其結(jié)果應(yīng)當(dāng)為一常數(shù)（不必一定是Ts

）。這種特性稱為等效理想低通特性，記為Heq(

)。即：無碼間串?dāng)_的基帶傳輸?shù)念l域條件也寫作： 稱為Nyquist37克服碼間串?dāng)_的原理

無碼間干擾的頻域條件（奈奎斯特第一準(zhǔn)則）

當(dāng)基帶系統(tǒng)的總特性（廣義信道響應(yīng)頻譜）滿足下式

此式為我們檢驗(yàn)一個(gè)給定的系統(tǒng)特性是否會(huì)引起碼間干擾提供了一種準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則稱為奈奎斯特第一準(zhǔn)則奈氏頻點(diǎn)克服碼間串?dāng)_的原理

無碼間干擾的頻域條件（奈奎斯特第一準(zhǔn)則38例：例：39第六章基本的數(shù)字調(diào)制一、了解2ASK、2FSK、2PSK信號(hào)特征及其功率譜密度二、了解各數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能(比較ASK、FSK、PSK、DPSK）三、掌握DPSK信號(hào)的產(chǎn)生及其解調(diào)第六章基本的數(shù)字調(diào)制一、了解2ASK、2FSK、2PSK信40P114，圖6.1.1數(shù)字信號(hào)的正弦型載波調(diào)制及其分類用數(shù)字基帶信號(hào)去控制正弦型載波的參量：控制載波的幅度～振幅鍵控ASK控制載波的頻率～頻率鍵控FSK控制載波的相位~相位鍵控PSKP114，圖6.1.141二、3種基本的調(diào)制制度：1、振幅鍵控ASK2、頻移鍵控FSK3、相移鍵控PSKTTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”T二、3種基本的調(diào)制制度：TTT“1”“1”“0”“1”“1”42二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)P115～1171、表示式：

式中，

0＝2

f0為載波的角頻率；

二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK)P115～117432ASK信號(hào)波形2ASK信號(hào)波形44二、功率譜密度

設(shè)2ASK隨機(jī)信號(hào)序列的一般表示式為： 式中，an－二進(jìn)制單極性隨機(jī)振幅；

g(t)－碼元波形；

T

－碼元持續(xù)時(shí)間。 則可以計(jì)算出： 式中，Ps(f)－s(t)的功率譜密度；

PA(f)

－A(t)的功率譜密度。其中二、功率譜密度其中45PA(f)和Ps(f)的曲線f/fcPA(f)(a)功率譜密度PA(f)的曲線(b)功率譜密度Ps(f)的曲線結(jié)論：1.包含連續(xù)譜和離散譜兩部分；2.B2ASK=2BbPA(f)和Ps(f)的曲線f/fcPA(f)(a)46二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)P121-123

1、表示式：

二進(jìn)制頻移鍵控(2FSK)P121-12347二、功率譜密度P123～24

開關(guān)法產(chǎn)生的2FSK信號(hào)可以看作是兩個(gè)不同頻率2ASK信號(hào)的疊加： 式中， ∵2ASK信號(hào)的功率譜密度可以表示為： ∴2FSK信號(hào)的功率譜密度是兩個(gè)不同頻率2ASK信號(hào)的功率譜密度之和：二、功率譜密度P123～2448∵已知2ASK信號(hào)功率譜密度為（矩形脈沖，P=1/2）： 將其代入下式得到2FSK信號(hào)的功率譜密度為：由上式可以看出，前4項(xiàng)是連續(xù)譜部分，后4項(xiàng)是離散譜?！咭阎?ASK信號(hào)功率譜密度為（矩形脈沖，P=1/2）：由上49P124，式6.3.7，帶寬：P124，式6.3.7，帶寬：50二進(jìn)制相對(duì)移相鍵控（2DPSK）P131實(shí)際中一般不采用2PSK方式，而采用2DPSK方式在2PSK信號(hào)中，調(diào)制信號(hào)的1和0對(duì)應(yīng)的是兩個(gè)確定不變的載波相位（比如0和π），由于它是利用載波相位絕對(duì)數(shù)值的變化傳送數(shù)字信息的，因此又稱為絕對(duì)調(diào)相。2DPSK方式：利用前后碼元載波相位相對(duì)數(shù)值的變化傳送數(shù)字信息的方式，這種方法稱為相對(duì)調(diào)相（2DPSK）。二進(jìn)制相對(duì)移相鍵控（2DPSK）P131實(shí)際中一般不采用2P51如：相位值用相位偏移ΔΦ表示（本碼元與前一碼元相位之差）設(shè)：ΔΦ=π對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“1”

ΔΦ=0對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“0”例如：數(shù)字信息：00111001012DPSK信號(hào)相位：000π0πππ00π

或πππ0π000ππ0也可設(shè)：ΔΦ=π對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“0”

ΔΦ=0對(duì)應(yīng)數(shù)字信息“1”如：相位值用相位偏移ΔΦ表示（本碼元與前52間接法產(chǎn)生2DPSK信號(hào)（P132）從接收碼元觀察：不能區(qū)分2DPSK和2PSK信號(hào) 若碼元相位為：（0）

0

0

0

發(fā)2DPSK信號(hào)時(shí):A=111001101

發(fā)2PSK信號(hào)時(shí)：B=101110110（1

）若將待發(fā)送的序列A，先變成序列B，再對(duì)載波進(jìn)行2PSK調(diào)制，結(jié)果和用A直接進(jìn)行2DPSK調(diào)制一樣:

基帶序列：A=111001101（絕對(duì)碼） 變換后序列：B=(0)101110110（相對(duì)碼）2PSK調(diào)制后的相位:(0)

0

0

0變換規(guī)律： 絕對(duì)碼元“1”

使相對(duì)碼元改變； 絕對(duì)碼元“0”

使相對(duì)碼元不變。

間接法產(chǎn)生2DPSK信號(hào)（P132）53波形相對(duì)碼與絕對(duì)碼的關(guān)系：bn表示絕對(duì)碼、dn表示相對(duì)碼波形相對(duì)碼與絕對(duì)碼的關(guān)系：54DPSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)P133DPSK信號(hào)的產(chǎn)生和解調(diào)P133552ASK,2FSK,2DPSK,2PSK抗噪聲性能比較P136，圖6.6.1，表6.6.1在同一解調(diào)方案，相同的輸入信噪比r下，抗噪聲性能：

2PSK>2DPSK>2FSK>2ASK2ASK,2FSK,2DPSK,2PSK抗噪聲性能比較P1356

1、假設(shè)單極性不歸零碼1101001直接與載波進(jìn)行2ASK調(diào)制，若載波周期等于碼元周期，畫出2ASK波形。

2、基帶數(shù)據(jù)信號(hào)序列為100110110，調(diào)制速率為1200B，載波頻率f1=1200Hz，f2=2400Hz，畫出2FSK波形。

3、基帶數(shù)據(jù)信號(hào)序列為11001011，調(diào)制速率為1200B，載波頻率2400Hz，分別畫出2PSK波形（設(shè)φ＝π→“0”、φ＝0→“1”，）2DPSK波形（設(shè)Δφ＝π→“1”、Δφ＝0→“0”，初相為0）并寫出2DPSK下的差分碼

1、假設(shè)單極性不歸零碼1101001直接與載波進(jìn)行2AS57第十章信道編碼和差錯(cuò)控制一、了解信道編碼的基本概念二、掌握線性分組碼：碼距與檢錯(cuò)、糾錯(cuò)的關(guān)系漢明碼循環(huán)碼第十章信道編碼和差錯(cuò)控制一、了解信道編碼的基本概念58信道編碼的基本概念225目的：改善數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，提高可靠性基本思路：根據(jù)一定的規(guī)律在待發(fā)送的信息碼中加入一些人為多余的碼元（冗余碼，監(jiān)督碼），以保證傳輸過程可靠性,n=k+r。任務(wù)：構(gòu)造出以最小多余度代價(jià)換取最大抗干擾性能的“號(hào)碼”信道編碼的基本概念225目的：改善數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，提59P228~229，碼距與檢錯(cuò)、糾錯(cuò)的關(guān)系：糾錯(cuò)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，說明碼字間的最小差別越大，抗干擾能力就越強(qiáng)。

分組碼的最小漢明距離d0與檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力之間滿足下列關(guān)系：（1）當(dāng)碼字用于檢測(cè)錯(cuò)誤時(shí)，如果要檢測(cè)e個(gè)錯(cuò)誤，則d0≥e+1；（2）當(dāng)碼字用于糾正錯(cuò)誤時(shí)，如果要糾正t個(gè)錯(cuò)誤，則d0≥2t+1；P228~229，碼