通信原理各章小结及习题课.ppt

第一章复习 通信系统组成 三个模型 信息量 主要性能指标 模拟系统 数字系统 有效传输带宽B SO NO 有效性 传输速率 RB Rb 定义 频带利用率 B b 定义 可靠性 Pe Pb 某信源符号集由A B C D E F组成 设每个符号独立出现 其出现概率分别为1 2 1 4 1 8 1 16 1 32 1 32 试求 1 每个符号的信息量分别为多少 2 该信息源符号的平均信息量 3 该信源的最大可能平均信息量 条件是什么 信息量及平均信息量 四进制系统中每秒传输1000个四进制符号 求此系统的码元速率和各符号独立等概时的信息速率 码元速率和信息速率的定义及关系 某信源符号集由A B C D E F组成 设每个符号独立出现 其出现概率分别为1 4 1 4 1 8 1 16 1 4 1 16 已知每0 02ms发出一个符号 系统带宽为50kHz 试求每个符号的信息量信息源的平均信息量 码元速率和信息速率频带利用率 第3章随机过程小结 随机过程的概念 1 2 随机过程的数字特征 数学期望 方差 相关函数 协相关函数 定义式平稳随机过程 广义平稳的判断平稳随机过程自相关函数的性质平稳随机过程的功率谱密度 维纳辛钦关系平稳随机过程经过线性系统的输出过程 平稳窄带随机过程 同相分量 正交分量 包络 相位的统计特性正弦波加窄带高斯噪声的包络的一维分布 随机过程的概念 1 2 t x1 t x2 t xi t t T 是时间的函数 是样本函数的集合 tk x1 tk x2 tk xi tk tk T tk 是一个随机变量 数字特征 平稳随机过程 条件 a t E t aR t t E t t R 1 R 0 E 2 t S 2 18 平均功率 2 R E2 t 2 19 直流功率 3 R R 2 20 的偶函数 4 R R 0 2 21 5 R 0 R 2 2 22 方差 交流功率 平稳随机过程自相关函数的性质 平稳随机过程的PSD 各态历经性 条件 平稳随机过程经过线性系统 E Y t E X t H 0 平稳窄带随机过程 t a t cos ct t a t 0 t c t cos ct s t sin ct c t s t 1 E c t 0 2 E s t 0 3 R 0 Rc 0 Rs 0 2 c2 s2 4 Rc Rs Rcs Rsc 5 同一时刻相互独立 5 fcs c s fc c fs s 包络与相位的一维分布 正弦波加窄带高斯噪声r t Acos 2 fct n t r t Acos nc t cos 2 fct Asin ns t sin 2 fct zc t cos 2 fct zs t sin 2 fct z t cos 2 fct t 习题3 7 随机过程X t 的均值为常数a 自相关函数为RX Y t X t X t T 说明Y t 是否平稳 并求Y t 功率谱密度2 习题3 23 习题3 34 习题3 45 习题3 14 随机过程X t Acos t 其中A 是相互独立的随机变量 A均值为2 方差为4 在 5 5 上均匀分布 在 上均匀分布 X t 是否平稳 是否各态历经 求X t 自相关函数 所以X t 是平稳的 所以不是各态历经的 第4章信道 无线信道 有线信道基本概念信道模型调制信道模型 线性网络恒参信道 随参信道编码信道模型 转移概率信道特性对信号传输的影响恒参信道 幅频畸变 相频畸变随参信道 多径传播信道容量信道容量公式及其意义AWGN信道中最大信息速率 例 1 彩色电视图像有5 105个像素组成 每个像素有64种彩色度 每种色度有16个亮度等级 如果所有才色度与亮度相互独立 且出现机会均等 计算1秒传送100个画面所需要的信道容量 若S N 30dB 传送所需要的带宽是多少 2 一幅图像在电话线上实现传真传输 大约2 25 105个像素 每个像素有12个亮度等级 亮度等概率 电话电路具有3kHz的带宽和30dB的信噪比 试求在该电话线上传输一张传真图片需要的最小时间 分析 一幅传真图的信息量是多少 I 信息速率是多少 不超过信道容量 C 所需时间等于多少 t I Rb 第5章模拟调制系统 幅度调制原理幅度调制抗噪声性能分析角调制原理调频系统抗噪声性能分析FDM及应用 AM信号的产生与解调 相干解调包络检波 包络检波器 sAM t mo t 双边带调制 解调 载波 基带信号 DSB信号及它们的频谱 滤波法产生SSB信号及相干解调 SSB SC的频谱边带滤波器 残留边带调制 对于具有低频分量及直流分量的调制信号 很难使用滤波法来产生单边带信号 残留边带调制是介于抑制载波双边带调制和单边带调制之间的一种调制方式 在残留边带调制中除了传送一个边带外 还保留了另外一个边带的一部分 VSB 调制解调 线性调制一般模型 DSB SSB VSB 滤波法相移法 幅度调制信号的表示 角调制 PM波 KP 由调制电路结构确定的每输入单位幅度信号所引起的已调波相位偏移量 单位为rad VFM波 Kf 由调制电路结构确定的每输入单位幅度信号所引起的已调波频率偏移量 单位为rad s V 或Hz V FM频谱 带宽 NBFM带宽 近似为2fmWBFM带宽 卡森公式 有效性与可靠性 1 对于AM 双边带信号 单边带信号 FM信号的解调 f0 BBPF BL 2 n t 是高斯白噪声 ni t 是窄带高斯噪声 带宽与BPF的带宽相等3 BPF带宽等于已调信号带宽 LPF带宽等于基带信号带宽4 对于相干解调来说 输出信号与噪声都是低通型的信号解调器输入端的信号与噪声都是带通型的信号 或窄带信号 中心频率f0 带宽B 带宽BL 1 某通信系统发送部分如下图a所示 其中f1 t 和f2 t 是要传送的两个基带调制信号 他们的频谱如图b 1 写出合成信号f t 的频域表达式 并画出其频谱图 2 写出已调波s t 的频域表达式 并画出频谱图 图a 图b 2 下图的系统是以同一个载波被两个消息进行SSB调幅的一种方式 LPF HPF分别为低 高通滤波器 截至频率均为wc 1 当f1 t cosw1t和f2 t cosw2t时 推导s t 的表达式 3 一AM信号具有如下形式 其中fc 105Hz画出频谱图确定每个频率分量的平均功率确定边带功率 总功率和调制效率 4一个消息信号调制载波 其中fc 106Hz 产生一DSB信号m t c t 确定上边带信号的表达式 确定上边带信号的频谱 并画图 5将模拟基带信号与载波相乘得到双边带抑制载波调幅信号 设 请画出信号波形图 请写出信号的傅氏频谱式 并画出它的振幅频谱图 画出解调框图 并加以简单说明 解 1 2 3 6某调频波 求 已调信号平均功率 调制指数 最大频偏 调频信号宽度 解 1 2 3 4 由卡松公式可知 7一双边带调幅信号 具有如题4 11图所示功率谱密度 在传输中受到均值为零 双边功率谱密度为的加性白高斯噪声干扰 其解调框图如图所示 请求出解调器LPF输出的信噪比 解 由图示 则输入信噪比对于双边带调幅信号解调输出信噪比是输入信噪比的两倍 第6章数字基带传输系统要点 数字基带传输系统的组成 模型 数字基带信号的表达式 常用的数字系带信号信号 单双极性的RZ NRZ 差分 多电平 如何表示数字基带信号数字基带信号的功率谱密度分析 功率谱密度的基本特点 特点及带宽线路码型的目的 AMI HDB3码 Manchester码的编解码规则 信号特点 时域 频域 编码与译码码间干扰的概念 奈奎斯特准则 奈奎斯特极限 理想低通系统 升余弦滚降系统 基本定理 判有无ISI方法数字基带信号的接收原理 利用低通滤波器接收时的误码率分析 最佳门限问题 基本方法 如何分析数字基带传输系统的误码率 思路 结论的含义 眼图的测量方法 眼图所体现的信息部分响应系统的目的 相关编码和预编码的原理和作用 第I类和第IV类部分响应系统中具体的编码规则 频域及时域特性 了解均衡的目的 时域线性均衡的基本原理 几种常见的基带信号波形 差分编码 传号差分 设bk为差分码 ak为原始数据 编码规则 ak 1001111 bk 1 0 0 0 1 0 1 0 1 变 0 不变 1 由连续谱和离散谱组成 2 连续谱总存在 为什么 3 离散谱是否存在取决于g1 t 和g2 t 及其出现概率 连续谱 离散谱 总结数字基带信号PSD特点 P 140最下面两段 1 2 1 二进制基带信号的带宽主要依赖于G1 f 和G2 f 占空比越小 占有频带越宽 通常用谱的第一零点带宽来近似信号带宽 2 根据离散谱线中m 1时分量是否存在 可以判断能否从信号中直接提取位定时分量 提取位同步信号 用于抽样判决 6 3什么是ISI 产生原因 d t 设输入基带信号 系统总特性 r t 在第K个码元抽样时刻的取值 ISI 6 4抽样时刻无ISI条件 奈奎斯特第一准则 频域条件 奈奎斯特第一准则 时域条件 理想低通系统奈奎斯特带宽和奈奎斯特速率 若理想低通数字基带系统的带宽为fN 则最高码元速率为2fN 这个传码率叫做奈奎斯特速率 码元速率为2fN的基带信号在理想低通系统中无ISI传输需要的最小带宽为fN 这个带宽叫做奈奎斯特带宽 理想低通系统最大频带利用率 2B Hz 或2log2Mb s Hz 最大码元速率 2W 单位B W为带宽 单位Hz 最大信息速率 2Wlog2M 单位b s 理想低通系统的优缺点 优点 频带利用率高 缺点 不易实现 时域波形拖尾长 衰减慢 对位定时误差敏感 寻找易实现 衰减快的传输特性余弦滚降系统直线滚降系统 余弦滚降系统的最大传输速率和最大频带利用率 最大传输速率 W为带宽最大频带利用率在这样的系统中以多大的速率进行传输无ISI 余弦滚降系统的优缺点 优点 易实现时域波形衰减快 对位定时误差的敏感性低 缺点 频带利用率低 有效性低 已知H 怎么求RB max 根据频域条件求解 根据H 求等效的奈奎斯特带宽fNH fN 0 5 H f max f kHz 2 2 1 如何判断抽样时刻有无码间串扰 1 已知h t 与RB 直接利用P 148公式 6 4 2 时域条件判断 码元宽度Ts 1 RB 已知H 与RB 利用P 149公式 6 4 11 频域条件判断 判断抽样时刻有无码间串扰的其他方法2 已知H 与RB 首先求出系统等效的奈奎斯特带宽fN Hz 判断以下关系式是否满足 RB 2fN n n为正整数 满足 则抽样时刻有无码间串扰 否则 有ISI 已知滚降系数 带宽W及RB 如何比较基带传输系统性能 从四个方面比较 1 有无码间串扰 2 频带利用率 3 时域波形衰减速度 4 实现的难易程度 6 5无ISI基带系统的误码率分析 抗噪声性能分析模型 n t AWGNnR t 是什么随机过程 瞬时值的一维概率密度函数抽样时刻x t 的值x kTs 如何表示 分发送 0 发送 1 两种情况 采用双极性传输时抽样时刻接受信号的值 基带传输系统总的误码率可表示为 最佳判决门限及0 1等概时的系统误码率 6 6眼图的应用 眼图只是部分统计了信号 可以估计噪声强弱 1 最佳抽样点 时刻 位于 眼睛 张开最大处 2 判决门限电平 横轴位置 3 对定时误差的灵敏度 斜边的斜率 越陡越灵敏 4 畸变范围 眼图的阴影区域 垂直高度 5 噪声容限 在抽样时刻上 上下阴影区间隔距离的一半 6 7 1部分响应系统 1 问题提出 理想低通系统和升余弦滚降系统的优缺点部分响应系统的基本思想 通过合理地设计时域波形 人为的 有规律的在抽样时刻引入码间干扰 可以达到压缩频带 改善陡截止传输特性 使频带利用率达到2B Hz 并加速时域波形的衰减速度 2 如何实现3 系统组成 第I类部分响应系统 预编码 相关编码的原理 作用及编译码4部分相应系统的优缺点易实现 波形衰减快 频带利用率达到2B Hz 误码率增加 可靠性降低 对多进制而言 第I类部分响应系统组成 部分响应系统的一般形式 预编码 模L加 相关编码 算术加模L判决 相关电平数 分段 判断以1000B的速率传输是否有ISI 4000 2 1000 1000 12345 平移叠加 从做到右依次为 i 2 i 1 i 0 i 1 i 2时 平移叠加的结果 在 1000 范围内等于2 满足奈奎斯特第一准则 1000 1000 0 2 RB 2000 2000 2000 1 某基带系统的频率特性是截止频率为1MHz 幅度为1的理想低通滤波器 1 试根据系统无码间串扰的时域条件求此基带系统无码间串扰的码速率 2 设此系统传输信息速率为3Mbps 能否能实现无码间 2 设基带传输系统的发送滤波器 信道和接收滤波器的总传输特性H f 如图所示 其中 试确定该系统无码间干扰传输时的最高码元速率和频带利用率 解 无码间干扰传输的最高码元速率为4M波特频带利用率为 3 设 1升余弦滚降码间干扰基带传输系统的输入时十六进制码元 其码元速率是1200波特 求此基带传输系统的截止频率值 该系统的频带利用率 写上单位 该系统的信息传输速率 写上单位 解 1的升余弦滚降的频带利用率为1波特 Hz 第七章数字频带传输系统 二进制数字调制的原理基本概念时域表示 表达式及波形 PSD及带宽调制与解调 原理框图及波形 误码率 抗AWGN噪声性能 分析模型 噪声模型及表示分析方法 步骤P 1 0 P 0 1 f0 x f1 x 利用第三章结论及概率论知识分析结果 误码率公式多进制调制的原理及特点 若采用OOK方式传送二进制数字信息 已知码元速率RB 4 106B 接收端解调器输入信号振幅a 100 V 信道噪声为加性高斯白噪声 其单边功率谱密度n0 2 5 10 17W Hz 求 1 非相干接收时 系统的误码率 2 相干接收时 系统的误码率 数字调制系统误码率 设发送的绝对码序列为011010 采用2DPSK系统传输 已知载波频率为2400Hz 码元速率为1200Baud 数字调制与解调过程中的时域波形 调制原理 1 将绝对码转化成相对码 并画出2DPSK已调信号波形 2 接收端采用差分相干解调 画出解调系统原理图 3 画出解调系统的各点波形 设发送的绝对码序列为10110 采用2DPSK方式传输 已知码元速率为3600B 载波频率为3600Hz 1 画出一种调制原理框图 并画出已调波形 表示 1 2 若采用相干解调 码反变换方式进行解调 画出解调原理框图 3 若接收端信号功率为1mW 信道噪声单边功率谱密度为10 8W Hz 计算系统误码率 已知数字信息1011010 码元速率为1200波特 载波频率为1200Hz 解调器输入端信噪比r 10dB 1 请分别画出2PSK 2DPSK的波形 2 采用2PSK传输时的系统误码率 3 采用2DPSK传输 差分相干解调时的系统误码率 现代调制技术 了解QAM的基本原理了解MSK的优点 基本原理 第九章模拟信号的数字传输 抽样定理的内容及证明 模拟脉冲调制理想抽样实际抽样 自然抽样和平顶抽样PAM PPM PWM PDM量化 均匀量化和非均匀量化的原理及实现 量化噪声A律13折线和mu律15折线逼近对数特性的法PCM系统组成码型选择 位数选择 码位安排编码 译码抗噪声性能增量调制原理及改进时分复用TDM 原理及应用 已知信号s t 10cos 200 t cos 2000 t 对s t 以fs的速率进行理想采样得到抽样信号 将通过一个 1 截