通信原理复习课.ppt

第一章通信概论 通信系统模型通信系统分类通信方式信息量与熵通信系统的主要性能指标 1 1通信系统模型 模拟模拟模拟数字模拟数字数字数字数字模拟数字模拟 信源 发送设备 信道 接收设备 信宿 调制器 解调器 编码器 解码器 第四章模拟调制系统 第六章数字调制系统 第五章数字基带传输系统 第七章模拟信号的数字传输 噪声 1 2通信系统分类 按消息的物理特征分类按调制方式分类按信号特征分类按传输媒介分类按信号复用方式分类 电话通信系统图像通信系统数据通信系统 基带传输系统频带传输系统 模拟通信系统数字通信系统 有线通信系统无限通信系统 时分复用系统频分复用系统码分复用系统 1 3通信方式 对于点与点之间的通信 按消息传送的方向与时间的关系 通信方式可分为单工通信 半双工通信及全双工通信三种方式 在数字通信中 按照数字信号码元排列方法不同 有串行传输与并行传输之分 1 4信息量与熵 信息量 熵 含义 信源发出消息所带来的信息量 含义 信源每发出一个消息平均带来的信息量 单位 a 2 bit a e nat a 10 hatle 单位 bit 字符 1 5通信系统的主要性能指标 通信系统的性能指标涉及有效性 可靠性 适应性 标准性 可维性 经济性等等 有效性和可靠性是两个主要指标 且互相矛盾 1 5 1模拟通信系统的主要性能指标 速度 有效传输频带衡量 带宽性能 同样消息不同调制方式占有不同的频带宽度 质量 接收端输出信噪比衡量 功率性能 一般电话 20 40db 电视40db 对讲机 10 20db以上 1 5 2数字通信系统的主要性能指标 传输速率传码率RS 每秒钟传送码元的数目 单位 Baud传信率Rb 每秒钟传送的信息量 单位 bit s二者关系 对N进制Rb RSlog2N 对二进制Rb RS 差错率误码率 错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例 误信率 错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例 第二章信号与系统 傅立叶变换定义傅立叶变换的性质常用傅立叶变换系统对信号的作用 2 1傅立叶变换定义 傅立叶变换是时域和频域的桥梁 是通信系统分析设计中最基本的工具 2 2傅立叶变换的性质 设 那么有以下性质成立 线性 时移特性 频移特性 卷积定理 常用性质 2 3常用傅立叶变换 2 4系统对信号的作用 输入 输出 确知信号通过线性系统 第三章通信信道 信道的概念信道的分类调制信道与编码信道恒参信道随参信道信道噪声信道容量 3 1信道的概念 狭义信道 发送设备和接收设备之间用以传输信号的传输媒质 广义信道 除了传输媒质外 还包括有关的部件和电路 3 2信道的分类 信道 狭义信道 广义信道 有线信道 无线信道 调制信道 编码信道 恒参信道 随参信道 有记忆信道 无记忆信道 3 3调制信道与编码信道 3 3 1调制信道模型 调制信道模型恒参信道模型随参信道模型 3 3 2编码信道模型 编码信道的模型可以用信道的转移概率矩阵来描述 转移概率P yj xi 含义 发送符号为xi而接收符号为yj的条件概率 即 P yj xi P y yj x xi 例 无记忆二进制编码信道 P 0 0 P 1 0 P yj xi P 0 1 P 1 1 虚报概率 漏报概率 3 4恒参信道 信道特点 信道参数不随时间变化或变化缓慢 传输特性 可以用幅频特性和相频特性来表征 信道对信号传输的影响 幅频畸变和相频畸变 改善措施 采取均衡措施 3 4 1信号的无失真传输 信号无失真传输的概念 信号输入 输出波形无变化 只有信号幅度大小和出现时间先后的不同 信号无失真传输条件 传输函数的模为常数 复角为的线性函数 3 4 2幅频畸变 无失真时的幅频特性常见恒参信道幅频特性 3 4 3相频畸变 群延迟特性 当 常数时 没有相频畸变 当 的函数时 有相频畸变 3 5随参信道 信道特点 信道参数随时间显著地随机变化 传输特性 可以用幅频特性和相频特性来表征 信道对信号传输的影响 产生多径传播现象 对每条路径的信号而言其衰耗和时延都是随机变化的 改善措施 采用分集接收技术 3 6信道噪声 信道噪声 加性噪声 乘性噪声 按来源 按性质 人为噪声 自然噪声 通信系统内部噪声 单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声 热噪声 散弹噪声 宇宙噪声 外部噪声 高斯白噪声 3 7信道容量 信道容量定义 在信道条件一定的前提下 信道容量为最大的信息传输速率 3 7 1有扰连续信道的信道容量 在有扰连续信道中 假设输入信道的噪声是加性高斯白噪声 功率为N W 信道带宽为B Hz 信号功率为S W 该信道的信道容量为 3 7 2由仙农公式得到的结论 信道容量一定时 带宽B与信噪比S N之间可以彼此互换 提高信号与噪声功率比 简称信噪比 S N 能增加信道容量 当噪声功率N 时 信道容量C 这意味着无干扰信道容量为无限大 增加信道带宽B 并不能无限地使信道容量增大 3 7 3香农公式的物理意义 信道容量C是信道能传输的极限信息速率 通常把实现上述速率的通信系统称为理想通信系统 香农公式只证明了理想系统的 存在性 却没有给出这种通信系统的实现方法 因此 理想系统只能作为实际系统的理论极限 上述公式都在信道噪声为高斯白噪声下得到的 对于其他类型的噪声 香农公式需要修正 第四章模拟调制系统 AMDSB SCSSBVSBPMFM 4 1调制分类 调制 模拟调制 数字调制 幅度调制 角度调制 双边带调幅DSB 单边带调幅SSB 残留边带条幅VSB 常规AM 抑制载波DSB SC 频率调制FM 相位调制PM 二进制调制 幅移键控ASK 频移键控FSK 相移键控PSK DPSK 多进制调制 4 2常规双边带调幅AM 从时域看 载波信号 通常假设 0 调制信号 AM调幅信号 从频域看 载波信号 调制信号 AM调幅信号 欧拉公式 AM调制的波形及频谱 AM调制方法 AM相干解调 高频分量被LPF滤掉 AM非相干解调 包络检波法 AM的调制指数与带宽 调制指数带宽 AM调制信号的带宽是基带信号的最高频率fH的二倍 即BAM 2fH 4 3抑制载波双边带调幅DSB SC 从时域看 载波信号 通常假设 0 调制信号 DSB SC调幅信号 从频域看 载波信号 调制信号 DSB SC调幅信号 DSB SC调制的频谱 AM频谱 DSB SC频谱 DSB SC调制与解调方法 调制 相干解调 4 4单边带调幅SSB 从时域看 载波信号 通常假设 0 调制信号 SSB调幅信号 从频域看 载波信号 调制信号 SSB调幅信号 SSB调制的频谱 AM DSB SC SSB 下 SSB 上 SSB调制与解调方法 调制 相干解调 4 5残留边带调幅VSB 从时域看 载波信号 通常假设 0 调制信号 VSB调幅信号 从频域看 载波信号 调制信号 VSB调幅信号 VSB调制的频谱 VSB调制与解调方法 使用滤波器 从DSB信号里滤波得到VSB信号 VSB也是先抑制载波调制 需要采用相干解调 调制 相干解调 VSB解调原理及对滤波器的要求 乘法器的输出为 VSB解调原理及对滤波器的要求 续 低通滤波器输出为 为了恢复信号 发送端滤波器的要求为 要求具有特殊滚降要求的滤波器残留边带滤波器的截止特性在载频处具有互补对称特性 VSB解调原理及对滤波器的要求 续 角度调制的基本概念 角调波的一般表示 瞬时相位瞬时相位偏移瞬时频率瞬时频率偏移角度调制后信号占据的近似带宽为 B 2 1 fm 卡森公式 4 6相位调制PM 载波信号 调制信号 PM调相信号 相位调制指数 4 7频率调制FM 载波信号 调制信号 FM调频信号 频率调制指数 调制信号最高频率 第五章数字基带传输系统 基带传输系统构成数字基带信号常用波形基带传输常用码型无码间串扰传输条件 5 1基带传输系统构成 5 2数字基带信号常用波形 5 3基带传输常用码型编码规则 AMI 将原信息码的0编成0 原信息码的1交替编成 1和 1 Manchester 将原信息码的0编成01 原信息码的1编成10 Miller 将原信息码的1用跳变沿表示 原信息码的0分两种情况 单个0时 保持0前的末电平不变 连续0时 连续两个0的中间边界处发生电平跳变 CMI 将原信息码的1交替编成11和00 将原信息码的0编成01 基带传输常用码型编码规则 续 HDB 是AMI码的一种改进型 其编码规则为 当信码的连 0 个数不超过3时 仍按AMI码的规则编 即传号极性交替 当连 0 个数超过3时 则将第4个 0 改为非 0 脉冲 记为 V或 V 称之为破坏脉冲 相邻V码的极性必须交替出现 以确保编好的码中无直流 为了便于识别 V码的极性应与其前一个非 0 脉冲的极性相同 否则 将四连 0 的第一个 0 更改为与该破坏脉冲相同极性的脉冲 并记为 B或 B 破坏脉冲之后的传号码极性也要交替 基带传输常用码型实例 5 4无码间串扰传输条件 在实际的传输网络中 无码间串扰的传输条件 含义 抽样的间隔时间 提供检验一个给定的系统特性H 是否产生码间串扰的一种方法 将H 在 轴上移位2i Ts i 0 1 2 然后把各项移至在 TS TS 区间内叠加 如果能叠加出一根水平线 为常数 并要求一定为TS 则系统在抽样时刻没有码间串扰 无码间串扰传输网络特性实例1 系统传递函数为理想低通滤波器 无码间串扰传输网络特性实例2 第六章数字调制系统 ASKFSKPSKDPSK 6 1振幅键控ASK 振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号变化而变化的数字调制 载波信号 调制信号 ASK信号 即 6 2频移键控FSK 频移键控是