通信原理知识点

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 信 息 源 信 源 编 码 信 道 译 码 信 道 编 码 信 道 数 字 调 制 加 密 数 字 解 调 解 密 信 源 译 码 受 信 者 噪声源 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 1 需要较大的传输带宽 2 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 可用有效传输频带来度量 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 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 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 秒秒 6 通信的目的 传递消息中所包含的信息通信的目的 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 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 广义平稳随机过程广义平稳随机过程 1 均值与 t 无关 为常数 2 自相关函数只与时间间隔有关 4 高斯过程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 窄带随机过程窄带随机过程 若随机过程 t 的谱密度集中在中心频率 fc 附近相对窄的频带范围 f 内 即满足 f fc 的条件 且 fc 远离零频率 则称该 t 为窄带随机过程 7 白噪声白噪声 n t 功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声 即功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声 即 双边功率谱密度双边功率谱密度 单边功率谱密度单边功率谱密度 第 3 章 1 信道分类 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 调制信道数学模型调制信道数学模型 因 k t 随 t 变化 故信道称为时变信道 因 k t 与 e i t 相乘 故称其为乘性干扰 tntetkte io 0 2 n n P 因 k t 作随机变化 故又称信道为随参信道 若 k t 变化很慢或很小 则称信道为恒参信道 乘性干扰特点 当没有信号时 没有乘性干扰 5 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 恒参信道 恒参信道 幅频特性 相频特性 群时延特性 无失真条件 无失真条件 当恒参信道的幅频特性为常数 相频特性是一条过原点的直线或群时延特性 为常数时可以实现无失真传输 恒参的影响 恒参的影响 幅频失真 信道的幅频特性在信号频带范围内不是常数 相频失真 信道的相频特性在信号频带范围内不是线性函数的 群时延失真 群时延特性在信号频带范围内不是常数 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 随参信道的特性 1 衰减随时间变化 衰减随时间变化 2 时延随时间变化 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 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 时间而变 即存在多径传播现象 多径传播使信号产生了瑞利型衰落瑞利型衰落 多径传播引起了频频 率弥散现象率弥散现象 频率选择性衰落 频率选择性衰落 频率选择性衰落是指随参信道对信号的衰落与频率有关 信号 中的某些频率分量被信道衰落掉了 这是多径传播的另一重要特征 19 将信道中存在的不需要的电信号统称为噪声噪声 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 1 2 DSBcc SMM cos DSBc stm tt 2 222 cos 2 DSBDSBc mt Pstmtt 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 信道容量信道容量 指信道能够传输的最大平均信息速率 指信道能够传输的最大平均信息速率 香农公式香农公式 第 4 章 AM 时域 时域 00 coscos cos AMccc StAm ttAtm tt AM 调幅指数 调幅指数 max AM 0 m t A 调制效率 调制效率 频谱 频谱 0 1 2 AMcccc SAMM 功率 功率 22 0 22 AM Amt P DSB 时域 时域 频频域 域 功率 功率 1log2sb N S BCt 1log 0 2 sb Bn S BCt 2 22 0 S AM AM Pmt P Amt 包络检波包络检波 相干解调相干解调 SSB 滤波法 滤波法 相移法 相移法 第 5 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 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载波调制而直接进行传输输 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 功率谱 功率谱 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 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 现很长的拖尾 从而对当前码元的判决造成的干扰 9 码间串扰码间串扰和信道噪声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 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 抽抽样样信信号号畸畸变变最最佳佳判判决决时时刻刻 噪噪声声容容限限 判判决决门门限限电电平平 过过零零点点失失真真 定定时时误误差差灵灵敏敏度度 最佳抽样时刻最佳抽样时刻是 眼睛 张开最大的时刻 定时误差灵敏度定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率 斜率越大 对位定时误差越敏感 图的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度 信号受噪声干扰的畸变程度 眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平 判决门限电平 抽样时刻上 上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限噪声容限 若噪声瞬时值超过它就可能发生 错判 图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范围 即过零点畸变 接收波形零点位置的变化范围 即过零点畸变 它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大影响 第 6 章 3 数字调制技术有两种方法 1 利用模拟调制模拟调制的方法去实现数字式调制 2 通过开关键控载波 通常称为键控法键控法 在抗加性高斯白噪声方面 相干相干 2PSK 性能最好 性能最好 2DPSK 其次 其次 2ASK 最差最差 误码率误码率 3 对信道特性变化的敏感性 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 则考虑相干 2PSK 和和 2DPSK 而 而 2ASK 最不可取 最不可取 如果要求较高的频带利用率 则应选择相干 则应选择相干 2PSK 2DPSK 及及 2ASK 而 而 2FSK 最不可取 最不可取 如果要求较高的功率利用率 则应选择相干 则应选择相干 2PSK 和和 2DPSK 而 而 2ASK 最不可取 最不可取 若传输信道是随参信道 则 则 2FSK 具有更好的适应能力 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 则非相干方式比相干方式更适宜 第第 7 章章 1 数字化过程包括三个步骤 抽样抽样 量化量化和编码编码 s PSKASK T BB 2 22 s FSK T ffB 2 122 同步检测同步检测 同步检测同步检测 极性比较极性比较 法法 极性比较极性比较 法法 包络检波包络检波 包络检波包络检波 法 过零法 过零 检测检测 差分相干差分相干 调解调解 振幅键控是利用载波的幅度变化载波的幅度变化 来传递数字信息 而其频率和初 始相位保持不变 频移键控 是利用载波的频率变载波的频率变 化化来传递数字信息 相移键控利用载波的相位变化载波的相位变化来 传递数字信息 而振幅和频率保 持不变 二进制绝对相移方式 以载波的载波的 不同相位直不同相位直 接去表示接去表示 相应二进制数字信号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 e2PSKe2DPSKe2FSKe2ASK PPPP 抽样的分类抽样的分类 根据抽样间隔分 均匀抽样均匀抽样和非均匀抽样非均匀抽样 根据抽样脉冲分 理想抽样理想抽样和实际抽样实际抽样 3 抽样定理 设一个连续模拟信号 设一个连续模拟信号 m t 中的最高频率中的最高频率