现代通信技术期末复习.ppt

现代通信技术,期末考试复习,2019/6/10,2,期末考试题型,考核时间：90分钟 考核方式：闭卷,二、判断题（共10分，每小题1分）,三、简答题（共20分，每小题5分）,一、填空（共20分，每题2分）,四、计算题（共20分，每小题10分）,五、综合题（共30分）,2019/6/10,3,二、判断题（共10分）,三、简答题（共20分）,一、填空（共20分）,涉及内容： 基本概念、原理、定义、框图。,2019/6/10,4,信息量,四、计算题（共20分）,根据抽样定理，对路载波信号（fLfH）， 其抽样频率应等于多少?,信息传输速率,码元传输速率,误码率,2019/6/10,5,已知数字信息为*，并设码元宽度是载波周期的x倍，试画出 （1）绝对码波形 （2）2ASK信号波形 （3）2PSK信号波形 （4）相对码波形 （5）2DPSK信号的波形,五、综合题（共30分）,已知二元信息序列为*， 画出它所对应的单极性归零码、差分码、CMI码、数字双相码 、AMI码和HDB3码的波形。,2019/6/10,6,1.1 通信的基本概念 1.2 通信系统的组成及主要性能指标 1.3 通信技术发展概况,第一章 绪论,2019/6/10,7,2、 通信的发展历史,语音和文字通信阶段,电通信阶段,电子信息时代,1.1 通信的基本概念,1、通信的定义：传递信息的过程就叫做通信。,2019/6/10,8,3、 通信的分类,（1）按照传输媒介分类： 有线通信：利用各种导线作为信道来传输信号的通信方式,无线通信：依靠自由空间来传输电磁波的通信方式。,2019/6/10,9,（2）按照信道中所传信号的不同分类：,通信系统分类(依据传递消息电信号)： 模拟通信：通信系统中传输的是模拟信号； 数字通信：通信系统中传输的是二进制或多进制数字信号。,信号的分类（模拟信号和数字信号的差别） 模拟信号：幅度连续、时间连续或不连续的信号； 数字信号：幅度和时间都离散的信号。,2019/6/10,10,（3）按照调制方式分类： 基带传输：信号没有经过调制而直接送到信道中去传输 频带传输：信号经过调制而直接送到信道中去传输,（4）按照业务不同分类： 电报、电话、传真、数据传输 电视、广播、雷达、导航、遥控、遥测,（5）按照收信者是否运动分类： 移动通信：通信双方至少有一方在运动中进行信息交换 固定通信：通信双方进行信息交换位置不移动,2019/6/10,11,1.2 通信系统的组成及主要性能指标,1、通信系统的一般模型,信源,发送器,信道,接收器,信宿,噪声/干扰,信息产生的源泉,信息的接收者,传递信息的通道,将信源发出的信息变换成便于传输的信号，即编码,接收信道中的信号，并将其变换成与发送时物理形式相同的信息，即译码,整个系统噪声与干扰的总折合,2019/6/10,12,2、模拟通信系统 （1）模拟通信系统框图,调制器,解调器,原始信号为基带信号，频率太低不宜传输。,将基带信号变换成频带信号。,2019/6/10,13,3、数字通信系统 （1）数字通信系统框图,信源,信宿,信源编码,信道编码,信源译码,信道译码,模拟信号,经过模/数变换(即A/D变换)形成数字序列，以适宜在数字系统中的传输。,加入用于差错检测和控制的监督码，以提高数字传输系统的可靠性。,数字调制,数字解调,数字通信主要特点。 a.抗干扰能力强，无噪声积累。 b.便于加密处理。 c.便于采用时分多路复用传输。 d.设备利于集成化，小型化。 e.占用频道宽,2019/6/10,14,比特(bit)：度量信息量大小的单位 I = - log2 pi 其中 I 为信息量符号； pi 为每个码元出现的概率。 （消息出现概率越小，它所含的信息量越大）,（2）信息量,4、 通信系统的主要性能指标,（1）有效性：通信系统传输信息的“速率”问题， 即快慢问题 信息传输速率 Rb （单位：bit/s）,例： 2048Kbit/s表示每秒内传送2048K个二进制的脉冲个数,2019/6/10,15,信息传输速率Rb与码元速率RB间的换算关系为： Rb RB log2M 其中：RB为码元速率，单位叫波特（Baud），且 RB 1Ts（波特） Rb为信息传输速率，单位为波特 Ts为码元宽度,（3）有效性指标的具体表现,2019/6/10,16,（5）可靠性指标的具体表现,（4）可靠性 含义：在给定信道内接收到的信息的可靠程度。 衡量通信可靠性的指标,误码率就是码元在传输系统中被传错的概率。,误信率就是码元在传输系统中被丢失的概率。,2019/6/10,17,8.1 计算机通信网 8.2 军事通信系统 8.3 VSAT卫星通信网 8.4 数字微波通信系统 8.5 数字蜂窝移动通信系统 8.6 码分多址蜂窝移动通信系统 8.7 数字光纤通信系统 8.8 蓝牙,第 8 章 现代数字通信系统介绍,2019/6/10,18,1. 光纤 光纤就是导光的玻璃纤维的简称, 是石英玻璃丝, 在通信中, 它和原来传送电话的明线、电缆一样, 是一种新型的信息传输介质,8.7 数字光纤通信系统,第 8 章 现代数字通信系统介绍,光纤的芯线由 纤芯、包层、涂覆层、套塑四部分组成。,2019/6/10,19,2. 光纤分类 1) 多模光纤 多模光纤即能承受多个模式的光纤。,第 8 章 现代数字通信系统介绍,2) 单模光纤 单模光纤即只能传送单一基模的光纤,光纤通信的优点。 a.线径细，重量轻；b.不受电磁干扰、防腐和不会锈蚀；c.高温，防爆、防火性能强；d.光纤通,2019/6/10,20,3. 光缆,第 8 章 现代数字通信系统介绍,(1) 层绞式光缆。 它是将若干根光纤芯线以强度元件为 中心绞合在一起的一种结构, (2) 单位式光缆。 它是将几根至十几根光纤芯线集合成 一个单位, 再由数个单位以强度元件 为中心绞合成缆,(3) 骨架式光缆。 这种结构是将单根或多根光纤放入骨架的螺旋槽内, 骨架中心是强度元件, 骨架上的沟槽可以是V型、U型或凹型, (4) 带状式光缆。 它是将412根光纤芯线排列成行, 构成带状光纤单元, 再将多个带状单元按一定方式排列成缆,2019/6/10,21,第2章 模拟调制技术,2.1 幅度调制的原理 2.2 非线性调制（角调制）的原理 2.3 模拟调制系统的特点与应用,模拟调制分为幅度调制和角度调制 。,2019/6/10,22,2.1 幅度调制的原理,对于调制，我们给出一个概括性的定义：让载波的某个参数（或几个）随调制信号（原始信号）的变化而变化的过程或方式称为调制。而载波通常是一种用来搭载原始信号（信息）的高频信号，它本身不含有任何有用信息。,幅度调制又叫线性调制，是用调制信号去控制高频载波的振幅，使其按调制信号的规律而变化的过程。,2019/6/10,23,2.1.1 调幅(AM) sAM(t)=A0+m(t)cosct=A0cosct+m(t)cosct,2.1.2 抑制载波双边带调制（DSB-SC） sDSB(t)=m(t)cosct ,2.1.3 单边带调制(SSB),2.1.4 残留边带调制(VSB),2019/6/10,24,2.2 非线性调制（角调制角调制）的原理,角度调制分为相位调制和频率调制 。,高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（FM）和相位调制（PM），分别简称为调频和调相。调频和调相之间存在微分和积分的关系，即调频必调相，调相必调频,2019/6/10,25,第3章 模拟信号 的数字化技术,2019/6/10,26,主要内容,3.1 抽样定理和幅度脉冲调制 3.2 脉冲编码调制（PCM） 3.3 自适应差分脉冲编码调制ADPCM 3.4 增量调制（M）,2019/6/10,27,3.1.1 抽样定理,所谓抽样就是不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。,3.1抽样定理和幅度脉冲调制,2019/6/10,28,1、低通抽样定理,频带限制在（0，fH）的低通型信号，抽样频率通常选择8kHZ,当fs 2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400Hz，而抽样频率采用8000 Hz。,2019/6/10,29,2、带通抽样定理 带通信号的频带限制在fL和fH之间，即其频谱低端截止频率明显大于零。 要求抽样频率fs： 当fLB时， fs2B; 当fHnB时， fs2B； 当fHnBkB时， B 信号带宽，B = fH - fL n 小于fH/B的最大整数， 0 k 1。,2019/6/10,30,1、 自然抽样的脉冲调幅,自然抽样又称 曲顶抽样，它是指 抽样后的脉冲幅度 （顶部）随被抽样 信号m(t)变化，或 者说保持了m(t)的 变化规律。,3.1.2 幅度脉冲调制,2019/6/10,31,2、 平顶抽样的脉冲调幅,平顶抽样又叫瞬时抽样，它与自然抽样的不同之处在 于它的抽样后信号中的脉冲均具有相同的形状顶部平 坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。,2019/6/10,32,3.2 脉冲编码调制（PCM）,这种将模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理 步骤变成数字信号的A/D转换方式称为脉冲编码调制 (PCM,Pulse Code Modulation）。,脉冲编码调制PCM,2019/6/10,33,3.2.1 量化,抽样是按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号； 量化是把幅度上仍然连续（无穷多个取值）的抽样信号进行幅度离散。,2019/6/10,34,2 、均匀量化和非均匀量化 电平之间的间隔为量化间隔。量化间隔是均匀的，把输入信号的取值域按等距离分割。这种量化称为均匀量化。 量化间隔是不均匀的，称为非均匀量化。,1、量化原理 （1） 利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化 （2） 量化的方法 若用N位二进制码元表示抽样值， 则只能表示 M=2N 个不同的抽样值。 用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化，这M个离散电平，则称为量化电平。,2019/6/10,35,编码：将量化后的信号样值幅度变换成对应的二进制数字信号码组过程 对于M 个量化电平，可以用N 位二进制码来表示，称其中每一种组合为一个码字。目前国际上多采用8位编码PCM设备。 在PCM中常用的码型有自然二进制码、折叠二进制码和反射二进制码(又称格雷码)。,3.2.2 编码和译码,2019/6/10,36,+,-,2019/6/10,37,3.4 增量调制,PCM是对样值本身编码，M是对相邻的差值的极性（符号）编码,M系统中传输的不是信号本身的样值，而是信号的增量。,2019/6/10,38,4.1 数字基带传输概述 4.2 数字基带信号 4.3 基带传输的常用码型 4.4 基带脉冲传输与码间串扰 4.5 眼图 4.5 均衡技术 4.6 部分响应系统,第 4 章 数字基带传输系统,2019/6/10,39,信道信号形成器：输入是由终端设备或编码器产生的脉冲序列，它往往不适合直接送到信道中传输。信道信号形成器的作用就是把原始基带信号变换成适合于信道传输的基带信号， 信道：它是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道， 如市话电缆、架空明线等。 接收滤波器：它的主要作用是滤除噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。 抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。,4.1 数字基带传输概述 ,2019/6/10,40,基带系统个点波形示意图,(a)是输入的基带信号，这是最常见的单极性非归零信号； (b)是进行码型变换后的波形； (c)对(a)而言进行了码型及波形的变换，是一种适合在信道中传输的波形； (d)是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，波形发生失真并叠加了噪声； (e)为接收滤波器输出波形, 与(d)相比，失真和噪声减弱； (f)是位定时同步脉冲; (g)为恢复的信息,2019/6/10,41,a 单极性不归零码 b 双极性不归零码 c 单极性归零码 d 双极性归零码 e 差分码,4.2 数字基带信号,数字基带信号是指消息代码的电波形，它是用不同的电平或脉冲来表示相应的消息代码。,2019/6/10,42,1. AMI码 消息代码：1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI码： +1 0 0 1 +1 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 0 0 -1 +1,2. HDB3码 代码： 1000 0 1000 0 1 1 000 0 l 1 AMI码： -1000 0 +1000 0 -1 +1 000 0 -1 +1 HDB3码： -1000 -V +1000 +V -1 +1 -B00 -V+1 -1,3.PST码 为防止PST码的直流漂移，当在一个码组中仅发送单个脉冲时， 两个模式应交替变换。 例如： 代码： 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 PST码： 0 + - + + - - 0 + 0 + - - + 或 0 - - + + - + 0 - 0 + - - +,4.3 基带传输的常用码型,2019/6/10,43,4. 数字双相码 编码规则之一是： “0”码用“01”两位码表示， “1”码用“10 ”两位码表示,5. 密勒码 编码规则如下： “1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用“10”或“01”表示。“0”码有两种情况：单个“0”时，在码元间隔内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变， 连“0”时，在两个“0”码的边界处出现电平跃变， 即“00”与“11”交替。 (a) 双相码； (b) 密勒码； (c) CMI码,6. CMI码 编码规则是：“1”码交替用“11”和“00”两位码表示； “0”码固定地用“01”表示,2019/6/10,44,4.4 基带脉冲传输与码间串扰,在基带传输系统中，码间串扰和噪声是引起误码的因素,2019/6/10,45,4.5 眼图,在码间串扰和噪声同时存在的情况下，系统性能的定量分析更是难以进行，因此在实际应用中需要用简便的实验方法来定性测量系统的性能，其中一个有效的实验方法是观察接收信号的眼图。 眼图是指利用实验手段方便地估计和改善（通过调整）系统性能时在示波器上观察到的一种图形。,眼图可以定性反映码间串扰的大小和噪声的大小。 眼图可以用来指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，改善系统性能。,2019/6/10,46,4.6 均衡技术,实际实现时，由于难免存在滤波器的设计误差和信道特性的变化，所以无法实现理想的传输特性，因而引起波形的失真从而产生码间干扰，系统的性能也必然下降。理论和实践均证明，在基带系统中插入一种可调(或不可调)滤波器可以校正或补偿系统特性，减小码间串扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为均衡器。 均衡可分为频域均衡和时域均衡。 所谓频域均衡，是从校正系统的频率特性出发，使包括均衡器在内的基带系统的总特性满足无失真传输条件； 所谓时域均衡，是利用均衡器产生的时间波形去直接校正已畸变的波形，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。 ,2019/6/10,47,5.1 二进制数字调制与解调原理 5.2 多进制数字调制系统 5.3 现代数字调制技术,第 5 章 数字频带传输技术,2019/6/10,48,5.1 二进制数字调制与解调原理,图 5-1 频带传输系统的组成方框图,2019/6/10,49, 5.1.1 二进制振幅键控（2ASK）,振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制。,2019/6/10,50,5.1.2 二进制移频键控（2FSK） 在二进制数字调制中， 若正弦载波的频率随二进 制基带信号在f1和f2两个 频率点间变化，则产生 二进制移频键控信号 （2FSK信号）。,2019/6/10,51,5.1.3 二进制移相键控（2PSK） 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0和 180分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。,2019/6/10,52,5.1.4 二进制差分相位键控（2DPSK） 在2PSK信号中，信号相位的变化是以未调正弦载波的相位作为参考，用载波相位的绝对数值表示数字信息的，所以称为绝对移相。 2DPSK方式是用前后相邻码元的载波相对相位变化来表示数字信息。,二进制数字信息： 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 2DPSK信号相位： 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 或 0 0 0 0 0 0,2019/6/10,53,2DPSK信号调制过程波形如图所示。可以看出，2DPSK信号的实现方法可以采用：首先对二进制数字基带信号进行差分编码，将绝对码表示二进制信息变换为用相对码表示二进制信息，然后再进行绝对调相，从而产生二进制差分相位键控信号。,2019/6/10,54,5.1.5 二进制数字调制系统的性能比较,1. 误码率,横向比较：对同一种数字调制信号，采用相干解调方式的误码率低于采用非相干解调方式的误码率。,纵向排序：当误码率相同时，按信噪比的值对2PSK、2FSK、2ASK信号进行排序为1：2：4 。,2. 频带宽度 2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统具有相同的频带宽度。 2FSK系统的频带宽度大于2ASK系统或2PSK系统的频带宽度。因此，从频带利用率上看，2FSK系统的频带利用率最低。 ,3. 对信道特性变化的敏感性 2ASK对信道特性变化敏感，性能最差。 ,2019/6/10,55,5.2 多进制数字调制系统,信息传输速率Rb、码元传输速率RB和进制数M之间的关系 RB= 可知，在信息传输速率不变的情况下，通过增加进制数M，可以降低码元传输速率，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统频带利用率。 在码元传输速率不变的情况下，通过增加进制数M，可以增大信息传输速率，从而在相同的带宽中传输更多的信息量。,2019/6/10,56,5.2.1 多进制数字振幅调制系统 多进制数字振幅调制又称多电平调制，它是二进制数字振幅键控方式的推广。 M进制数字振幅调制信号的载波幅度有M种取值，在每个符号时间间隔Ts内发送M个幅度中的一种幅度的载波信号。,一种四进制数字振幅调制信号 的时间波形如图所示。,2019/6/10,57,5.2.2 多进制数字频率调制系统 多进制数字频率调制(MFSK)简称多频调制，它是2FSK方式的推广。,2019/6/10,58,四进制数字相位调制信号矢量图如图所示，载波相位有0、和 (或 、 、 和 ） ， 它们分别代表信息11、 01、 00和10。,5.2.3 多进制数字相位调制系统 1. 多进制数字相位调制(MPSK)信号的表示形式,2019/6/10,59, 6.1 频分复用(FDM) 6.2 时分复用(TDM) 6.3 数字复接技术 6.4 SDH复用原理 6.5 同步原理,第6章 数字复用复接技术和同步原理,2019/6/10,60,频分复用原理 所谓频分复用(Frequencydivision Multiplexing-FDM)是指按照频率的不同来复用多路信号的方法。 在频分复用中， 信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。 ,2019/6/10,61,时分复用原理 时分复用(Timedivision Multiplexing-TDM)是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法。 在FDM系统中，各信号在频域上是分开的而在时域上是混叠在一起的；在TDM系统中，各信号在时域上是分开的,而在频域上是混叠在一起的。,2019/6/10,62,数字复接技术,将若干个低等级的支路比特流合成为高等级比特流的过程称为数字复接。 完成复接功能的设备称为数字复接器。 在接收端，需要将复合数字信号分离成各支路信号，该过程称为数字分接， 完成分接功能的设备称为数字分接器。,数字复接实质上是对数字信号的时分多路复用。,2019/6/10,63,SDH复用原理 SDH复用的基本原则是将多个低等级信号适配进高等级通道，并将1个或多个高等级通道层信号适配进线路复用层。,2019/6/10,64,6.5 同步原理,6.5.1 概述 所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 在数字通信中， （一）按照同步的功用分为：载波同步、位同步、群同步和网同步。,2019/6/10,65,1、 载波同步。 载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。 在第2章的模拟调制以及第5章的数字调制学习过程中，我们了解到要想实现相干解调，必须有相干载波。因此，载波同步是实现相干解调的先决条件。 ,2019/6/10,66,3、 群同步。 群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧同步。 在接收端产生与“字”、“句”及“帧”起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步。 ,2、 位同步。 位同步又称码元同步。 在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决，判决时刻应对准每个接收码元的终止时刻。我们把提取这种定时脉冲序列的过程称为位同步。 ,2019/6/10,67,（二）按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步法和自同步法。 1、 外同步法。 由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法。 2、 自同步法。 发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。,2019/6/10,68,第 7 章 差错控制编码和m序列,7.1 概述 7.2 常用的几种简单分组码 7.3 m序列,2019/6/10,69,7.1 概 述,7.1.1 信道编码 在数字通信中，根据不同的目的，编码可分为信源编码和信道编码。 信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采取的编码。 信道编码是为了降低误码率， 提高数字通信的可靠性而采取的编码。,2019/6/10,70,7.1.2 差错控制方式,信道分类： 按照噪声或干扰的变化规律，可把信道分为三类： 随机信道、突发信道和混合信道。,2019/6/10,71,7.1.3 纠错码的分类 (1) 根据纠错码各码组信息元和监督元的函数关系，可分为线性码和非线性码。如果函数关系是线性的，即满足一组线性方程式，则称为线性码，否则为非线性码。 (2) 根据上述关系涉及的范围，可分为分组码和卷积码。分组码