通信原理复习提纲-2012.doc

10级通信原理内容提纲第一章 绪论1 通信系统的组成和各部分的功能；2 通信系统的两个主要性能要求、在模拟和数字通信系统中分别反映为哪个指标。3 信源信息量的有关计算l 单个符号的信息量：I=log2p(x) bit l 平均每符号的信息量：l 信源等概时平均每符号的信息量：H(x)=log2M bit/symboll 整个消息的信息量：I=NH(x)=I1+I2+IN bit4 比特率、符号率、频带利用率的概念，以及有关计算l Rb=Rs每符号所含比特数 bit/s ，对信源有Rb=RsH(x)l Rb=Rslog2M bit/s，M个符号等概下5 误符号率与误比特率的概念、二者关系，以及有关计算* 说明：本课程中，“比特（bit）”有两种含义，一是信息量单位，一是二进制的“位”，应根据具体情况判断是哪种含义。本章内容基本，要求全面掌握。第二章 随机信号分析本章内容注重概念、结论、参数的物理意义、必要的计算推导，特定函数的付利叶变换与反变换关系。以下(t)表示随机过程。1 (t)的概率密度函数与概率分布的关系，E(t)、D(t)、R(t1,t2)的定义及简单计算，广义平稳(t)的定义及判定。2 平稳(t)的功率谱密度与R()的关系。3 正态分布统计特性特点，一维正态分布概率密度表达式及其参数的物理意义。4 白噪声及带限白噪声的功率谱密度和自相关函数的有关计算和结论。5 窄带随机过程的统计特性结论。6 平稳(t)通过线性系统的统计特性结论。本章内容，重点掌握基本概念如要点1、3、5、6，并进行相应的随机信号分析。第三章 信道1 调制信道、编码信道定义和数学模型。2 恒参信道、随参信道定义及其对信号传输的影响的结论。3 信道容量概念，香农公式及信道容量与三要素关系，及其应用分析与计算。本章要求全面掌握。第四章 模拟信号数字化1 低通抽样定理，会用。2 均匀/非均匀量化的概念，及其信号量噪比的特点。3 折叠二进码比较自然二进码的优点。4 A率PCM编码规则，DPCM、M、TDM概念。5 关于PCM系统的有关计算，和关于TDM速率的计算。本章内容，期末可着重复习要点1、2、5。第五章 数字基带传输系统1 AMI码、HDB3码、双相码的编码规则、译码规则、码型特点、编码波形。2 单/双极性的归零/非归零波形、差分波形、多值波形。3 码间干扰产生概念及其产生的原因，消除码间干扰的原则，基带成形滤波的作用。4 无码间干扰传输下的最大比特率或符号率与最小带宽，升余弦滚降特性下的比特率、符号率、带宽关系，成形滤波前后的信号功率谱图。5 基带系统性能：l 误码特性：接收信号的概率密度函数与误码率之间的关系的几何表示。l 眼图：概念，眼图所表征的系统特性。6 采用部分响应波形优缺点。7 均衡、频域均衡、时域均衡的概念。本章内容重要，应全面掌握。第六章 数字调制系统1 给定数字序列画OOK、2FSK、2PSK、2DPSK波形。相干解调、差分相干解调原理及各点波形。2 已调信号带宽与基带信号频谱、带宽的关系：l MASK、MPSK、MQAM信号：B=2B基l MFSK信号：B=2B基 + 最高最低载频差3 M进制调制的传输效率与抗噪声性能随M变化的规律l MASK、MPSK、MQAM等：M提高，频带利用率提高，抗噪声性能下降l MFSK：M提高，频带利用率降低，抗噪声性能提高4 QPSK信号星座图，键控波形，A、B方式正交调制器原理框图和各点波形和功率谱图。5 MPSK、MQAM信号星座图，从星座图上定性分析抗噪声性能。6 了解所讲述的各种数字调制信号的调制解调方法。本章内容重要，应全面掌握，可重点复习要点1、2、3、4。第七章 数字调制系统的接收性能1 最 佳接收准则最大似然准则，似然函数概念。2 先验等概时的二进制信号的相关器形式和匹配滤波器形式最佳接收机结构。3 二进制确知信号先验等概下的最佳接收误码性能： 其中：互相关系数信号能量，平均每比特能量Eb=(E1+E2)/2。pb小大4 二进制确知信号最佳信号形式和最佳接收性能l 2PSK信号，最佳信号形式，l 2DPSK信号，（这点没讲，了解）l 2FSK信号，OOK信号，（教材OOK误码率公式有误，请更正）5Eb/n0与S/N（或C/N）的换算：，其中B为信道带宽，Rb为比特率。本章内容重点掌握要点2、3、4。综合分析和计算：多章内容可以综合考查。以下举例仅供参考。综合型例题：将一数字信号进行无ISI基带传输或频带传输。 （1） 如果在绝对带限于4kHz的信道上传输二进制基带信号，系统传递特性是滚降系数为0.5的升余弦滚降特性，找出此系统所能支持的最大比特率。（2） 如果将4元基带信号送入信道，（1）结果又如何？（3） （2）中的信号经QPSK调制后进行频带传输，假设信道带宽为10kHz，问系统所能支持的最大比特率？（4） 为了提高可靠性在成形滤波之前进行了编码效率为2/3的信道编码，设信源信息速率、基带传递特性及信道带宽同（3），设计一种调制方式。（5） 为在8kHz射频信道带宽内传输25kb/s的数据业务，提出解决方案。参考答案：以下Rs为符号率、Rb为比特率、BBB为基带信号带宽、为已调（或射频、频带、频道）信号带宽、r为信道编码（纠错码、FEC）编码效率、为滚降系数（1） 对基带传输，BBB=(1+)Rs/ 2，可求Rs=5.33kBaud，对二进制，Rb= Rslog22=5.33kb/s。（2） 同（1），Rs=5.33kBaud，对四元信号Rb= Rslog24=10.67kb/s。 （3） QPSK为线性调制，BRF=(1+) Rs，求得Rs=6.67kBaud，Rb= Rslog24=13.33kb/s。（4） 信道编码前的比特率同（3）即Rb= 13.33kb/s，信道编码后的比特率为Rb,FEC后=Rb/r，r=2/3，得Rb,FEC后=20kb/s，滚降特性和信道带宽同（3），即Rs =6.67kBaud，设采用M进制线性调制，则Rb,FEC后= Rslog2M，得M=8，可采用8PSK调制。（5） 可考虑的因素：信道编码效率r、基带滤波特性、调制进制数M，因此Rb=rRb,FEC后=rRslog2M=r(log2M)BRF/(1+)，已知Rb、BRF，讨论能否找到合理的r、M、值。为简便，下面举例不考虑采用信道编码时的方案即r=1：=(BRF/Rb)log2M1，满足01的最小M=16，因此至少采用16进制调制方式且=0.28；也可采用32进制调制，=0.6；或64进制调制，=0.92；可以采用更高进制的调制方式，此时8kHz频带不会被该数据业务频谱占满，有空余频带可作其它利用。通信原理复习资料一、 基本概念第一章1、模拟通信系统模型 模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统2、数字通信系统模型 数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 3、数字通信的特点优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累（2）传输差错可控（3）便于处理、变换、存储（4）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输（5）易于集成，使通信设备微型化，重量轻（6）易于加密处理，且保密性好缺点：对同步要求高4、通信系统的分类（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统（2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统（3）调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1（4）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统（5）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统（6）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信（7）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用5、通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。（1）模拟通信系统：有效性：可用带宽度量。可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。（2）数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。 可靠性：常用误码率和误信率表示。码元传输速率RB：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud）信息传输速率Rb：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒6、通信的目的：传递消息中所包含的信息7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。一个二进制码元含1b的信息量；一个M进制码元含有log2M比特的信息量。等概率发送时，信息源的熵有最大值。第二章1、确知信号：是指其取值在任何时间都是确定的和可预知的信号，通常可以用数学公式表示它在任何时间的取值。2、确知信号的类型（1）按照周期性区分：周期信号和非周期信号（2）按照能量区分：能量信号和功率信号：特点：能量信号的功率趋于0，功率信号的能量趋于3、确知信号在频域中的性质有四种，即频谱、频谱密度、能量谱密度和功率谱密度。4、确知信号在时域中的特性主要有自相关函数和互相关函数。5、自相关函数反映一个信号在不同时间上取值的关联程度。能量信号的自相关函数R（0）等于信号的能量；功率信号的自相关函数R（0）等于信号的平均功率。第三章1、随机过程是一类随时间作随机变化的过程，它不能用确切的时间函数描述。2、随机过程具有随机变量和时间函数的特点，可以从两个不同却又紧密联系的角度来描述：随机过程是无穷多个样本函数的集合随机过程是一族随机变量的集合。3、随机过程的统计特性由其分布函数或概率密度函数描述。4、高斯过程的概率分布服从正态分布，它的完全统计描述只需要它的数字特征。5、瑞利分布、莱斯分布、正态分布是通信中常见的三种分布：正弦载波信号加窄带噪声的包络一般为莱斯分布；当信号幅度大时，趋近于正态分布；幅度小时，近似为瑞利分布。6、窄带随机过程：若随机过程x(t)的谱密度集中在中心频率fc附近相对窄的频带范围Df 内，即满足Df fc的条件，且 fc 远离零频率，则称该x(t)为窄带随机过程。 第四章1、信道分类：（1）无线信道 电磁波（含光波）（2）有线信道 电线、光纤2、无线信道（电磁波）的传播主要分为地波、天波和视线传播三种。3、有线信道主要有明线、对称电缆和同轴电缆三种。4、信道模型的分类：调制信道和编码信道。编码信道调制信道5、调制信道数学模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)调制信道数学模型 信道输入端信号电压； 信道输出端的信号电压； 噪声电压 调制信道数学模型u 因k(t)随t变化，故信道称为时变信道。u 因k(t)与e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。u 因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。u 若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。u 乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。6、调制信道分类：随参信道和恒参信道。随参信道：特性随机变化得信道称为随机参量信道，简称随参信道。恒参信道：信道特性基本上不随时间变化，或变化极慢极小。称为恒定参量信道，简称恒参信道。7、编码信道的输入和输出信号是数字序列，编码信道对信号的影响是使传输的数字序列发生变化，即序列中的数字发生错误。用错误概率来描述编码信道的特性。8、编码信道中产生错码的原因以及转移概率的大小主要是由于调制信道不理想造成的。9、恒参信道的主要传输特性通常用振幅频率特性和相位频率特性来描述。10、码间串扰：在传输数字信号时，波形畸变可引起相邻码元波形之间发生部分重叠，造成码间串扰。11、频率失真：指由于信道的振幅频率特性不理想，则信号发生的失真称为频率失真。12、相位失真：指由于信道的相位特性不理想使信号产生的失真称为相位失真。13、频率失真和相位失真都是线性失真；可以用线性网络进行补偿。14、非线性失真：是指信道输入和输出信号的振幅关系不是直线关系。这种失真主要是由于信道中的元器件不理想造成的。15、频率偏移：是指信道输入信号的频谱经过信道传输后产生了平移。主要是由于发送端和接收端中用于调制解调或频率变换的振荡器的频率误差引起的。16、随参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。17、随参信道的特性：（1）衰减随时间变化（2）时延随时间变化（3）多径效应：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。 18、接收信号的分类（1）确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号 （2）随相信号：接收码元的相位随机变化 （3）起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。 通过多径信道传输的信号都具有这种特性 19、将信道中存在的不需要的电信号统称为噪声。20、通信系统中的噪声是叠加在信号上的，没有传输信号时通信系统中也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。21、噪声对于信号的传输时有害的，它能使模拟信号失真，使数字信号发生错码，并限制着信息的传输速率。22、按噪声来源分类（1）人为噪声 例：开关火花、电台辐射（2）自然噪声 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声热噪声：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。23、按噪声性质分类（1）脉冲噪声： （2）窄带噪声： （3）起伏噪声：24、信道容量 指信道能够传输的最大平均信息速率。25、连续信道容量：式中 S 信号平均功率 （W）； N 噪声功率（W）； B 带宽（Hz）设噪声单边功率谱密度为n0，则N = n0B故上式可以改写成：由上式可见，连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。 第六章1、数字基带信号：未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。2、在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输。3、研究数字基带传输系统的原因：（1）近程数据通信系统中广泛采用（2）基带传输方式也有迅速发展的趋势（3）基带传输中包含带通传输的许多基本问题（4）任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。 4、传输码的码型选择原则：（1）不含直流，且低频分量尽量少；（2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；（3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；（4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。（6）编译码简单，以降低通信延时和成本。5、AMI码：全称传号交替反转码；编码规则：将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。AMI码的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况AMI码的缺点：当原信码出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。6、HDB3码：全称3阶高密度双极性码它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。 编码规则：（1）检查消息码中“0”的个数。当连“0”数目小于等于3时，HDB3码与AMI码一样，+1与-1交替；（2）连“0”数目超过3时，将每4个连“0”化作一小节，定义为B00V，称为破坏节，其中V称为破坏脉冲，而B称为调节脉冲；（3）V与前一个相邻的非“0”脉冲的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以V称为破坏脉冲)，并且要求相邻的V码之间极性必须交替。V的取值为+1或-1； （4）B的取值可选0、+1或-1，以使V同时满足（3）中的两个要求； （5）V码后面的传号码极性也要交替。 7、码间串扰的原因：（1）码间串扰 （2）信道加性噪声8、码间串扰：是指由于系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾，从而对当前码元的判决造成的干扰。 9、码间串扰和信道噪声是影响基带传输系统性能的两个主要因素。10、眼图：是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。 P172页小结第七章1、数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。2、数字解调：在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。3、数字调制技术有两种方法：（1）利用模拟调制的方法去实现数字式调制；（2）通过开关键控载波，通常称为键控法。4、基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控。 振幅键控 频移键控 相移键控5、振幅键控（2ASK）：是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。6、2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法。7、2ASK信号解调方法 ：非相干解调（包络检波法） 和 相干解调（同步检测法）8、频移键控：是利用载波的频率变化来传递数字信息。9、2FSK信号的产生方法：（1）采用模拟调频电路来实现： （2）采用键控法来实现。10、2FSK信号的解调方法：非相干解调和相干解调。11、相移键控（2PSK）：利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。12、二进制绝对相移方式：以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式。13、二进制差分相移键控（2DPSK）：是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。相应的2DPSK信号的波形如下：14、通信系统的抗噪声性能是指：系统克服加性噪声影响的能力。15、在数字通信系统中可能使码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。16、二进制调制系统的性能比较 （1） 误码率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解调相干解调在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2PSK其次，2ASK最差（2）频带宽度2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度.2FSK系统的频带宽度（3）对信道特性变化的敏感性如果抗噪声性能是最主要的：则考虑相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；如果要求较高的频带利用率：则应选择相干2PSK、2DPSK及2ASK，而2FSK最不可取；如果要求较高的功率利用率：则应选择相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；若传输信道是随参信道：则2FSK具有更好的适应能力；若从设备复杂程度考虑：则非相干方式比相干方式更适宜。P234小结第九章1、数字化过程包括三个步骤：抽样、量化和编码。抽样信号抽样信号量化信号t011011011100100100100编码信号2、模拟信号抽样、量化、编码过程。（1）模拟信号首先被抽样。（通常抽样是按照等时间间隔进行的，）模拟信号被抽样后，成为抽样信号，它在时间上是离散的，但其取值仍然是连续的，是离散模拟信号。（2）