通信原理总复习PPT课件

.,1,通信原理复习,2020/6/6,.,2,通信系统的组成系统包括那些部分用方框图表示通信系统的工作原理调制解调原理用时域和频域表达式描述通信系统的性能通信系统所能达到的指标模拟通信系统：带宽，信噪比数字通信系统：频带利用率，误码率,2020/6/6,.,3,一、概述,信号和通信系统分类分析方法,2020/6/6,.,4,1.信号和通信系统分类,信号：携带消息的电信号通信系统：传输信号的技术设备通信的任务：克服距离障碍，准确的传递信息,2020/6/6,.,5,对通信系统的分析方法通信系统的组成发送设备调制部分通信系统接收设备解调部分通信系统的工作原理调制原理原理解调原理,2020/6/6,.,6,2.通信系统的性能指标,通信系统性能：有效性：占用信道资源的多少可靠性：消息传输的准确程度模拟通信系统性能有效性：有效传输带宽可靠性：输出信噪比数字通信系统性能有效性：传输速率可靠性：差错率,1.二进制与多进制情况的换算2.比特率与波特率的关系3.传输速率与传输带宽之间的关系,2020/6/6,.,7,二、信息论初步,信息的度量信息量计算，与出现概率的关系信息熵定义离散信源信息熵的计算最大熵条件信道容量香农公式：C=Wlog2(1+S/N)，物理含义信道容量与信息速率的关系。,2020/6/6,.,8,三、模拟调制系统,模拟调制系统幅度调制角度调制,通过对比两者的共同点和差别，掌握幅度和角度调制特点。,2020/6/6,.,9,1.基本概念,调制信号与已调信号之间的关系调制信号：载波:已调信号:,调相,调频,2020/6/6,.,10,2.调制方式,幅度调制抑制载波双边带调幅DSB常规调幅AM单边带调制SSB残留边带调制VSB,角度调制相位调制FM频率调制PM,2020/6/6,.,11,3.时域表达式,幅度调制,角度调制,2020/6/6,.,12,单频调制情况,幅度调制,2020/6/6,.,13,单频调制情况,角度调制,2020/6/6,.,14,幅度调制,窄带角度调制,宽带角度调制,2020/6/6,.,15,4.频域表达式,幅度调制,线性调制：指调制前后信号频谱的变化。,2020/6/6,.,16,角度调制,单频余弦调制,非线性调制,2020/6/6,.,17,5.带宽,幅度调制：,信号最高频率,角度调制：,用卡森公式计算：,信号最高频率,已调信号最大频偏,2020/6/6,.,18,6.功率分配,幅度调制,调制效率,载波占有较大功率,2020/6/6,.,19,角度调制,2020/6/6,.,20,7.调制,双边带调制相乘器常规调幅叠加直流分量单边带调制滤波法滤波器的过渡带，多级调制相移法希尔波特滤波器，宽带相移90度残留边带调制残留边带滤波器对称互补特性,2020/6/6,.,21,角度调制窄带调制近似于载波分量和正交分量相加，类似线性调制方法宽带调制直接调频法：用调制信号改变电抗元件的参数，从而改变载波频率。倍频法窄带调频倍频混频,2020/6/6,.,22,8.解调,幅度调制相干解调：已调信号与相干载波相乘，通过低通滤波器滤除高频分量。所有幅度调制系统相干载波包络检波常规条幅，有门限效应。载波插入法抑制载波双边带调幅插入幅度远远大于信号幅度的载波后，合成信号的包络和信号成正比，用包络检波检调。,2020/6/6,.,23,角度调制非相干解调宽带调频信号鉴频器对已调信号进行微分，微分信号与调制信号包络成正比。具有门限效应相干解调窄带调频信号，使用相干载波,2020/6/6,.,24,9.抗噪声性能,抗噪声性能分析方法给出分析模型，调制解调方法。分别计算解调器：,2020/6/6,.,25,双边带信号相干解调:单边带信号相干解调:常规调幅包络检波：,幅度调制系统抗噪声性能比较双边带信号和单边带信号抗噪声性能相同常规调幅信号抗噪声性能最差,单频调制情况,幅度调制系统抗噪声性能：,2020/6/6,.,26,角度调制抗噪声性能分析模型宽带调频信号非相干解调,单频调制时：,2020/6/6,.,27,角度调制改善信噪比的方法：输出信噪比：预加重/去加重技术改善门限效应技术锁相技术,与信号频率的三次方成反比,2020/6/6,.,28,幅度调制系统和宽带调频系统抗噪声性能比较,抗噪声性能的结论,2020/6/6,.,29,幅度调制系统和宽带调频系统抗噪声性能比较,宽带调频系统的抗噪声性能优于幅度调制系统宽带调频系统的抗噪声性能与调制过程有关，通过增加传输带宽可以换取信噪比改善。,2020/6/6,.,30,10频分复用,复用的定义和方式复用：多路信号在同一信道中传输，可以提高信道的利用率。方式：频分复用模拟通信时分复用数字通信频分复用原理用信号对不同频率的载波进行调制，得到占有不同频带的多路信号。,2020/6/6,.,31,四、模拟信号的波形编码,PCM（脉冲编码调制）编码过程：抽样量化编码,2020/6/6,.,32,1.抽样,抽样的定义：对时间连续的模拟信号进行时间离散化的过程。抽样定理：低通抽样定理:带通抽样定理,2020/6/6,.,33,抽样方式理想抽样抽样脉冲使用理想的冲击脉冲，已抽样的频谱是信号频谱在频率轴上的重复。自然抽样抽样脉冲是窄脉冲平顶抽样,孔径失真,2020/6/6,.,34,2.量化,量化定义：对信号的幅度进行离散化的过程。量化特性和量化特性曲线量化器的输入与输出特性，用量化特性曲线描述量化特性曲线是阶梯形曲线。量化误差和量化误差的平均功率输入和输出之间存在误差，量化误差，对信号的恢复，等效于噪声干扰量化噪声用平均功率度量,2020/6/6,.,35,均匀量化量化间隔=常数量化噪声的平均功率：量化信噪比：,均匀量化的量化噪声平均功率只与量化间隔有关，与信号出现统计特性无关。,2020/6/6,.,36,均匀量化量化信噪比：,信号动态范围,2020/6/6,.,37,非均匀量化量化间隔常数目的是使量化信噪比趋于常数量化过程：非线性压缩+均匀量化对数压缩特性A律压缩特性律压缩特性A律13折线近似逼近A=87.6的A律对数压缩特性,压缩特性选择,2020/6/6,.,38,3.PCM编码,一般PCM编码抽样、量化、编码,2020/6/6,.,39,A律PCM编码参数：,折叠码：第一位表示信号极性，后七位表示信号绝对值优点：小信号的误码误差电平小；极性码用判决电路产生，编码电路简化样值用归一化电平表示：归一化值1表示为4096个归一化电平编码表解码规则：分层电平量化误差输出信噪比特性,2020/6/6,.,40,4.DPCM,DPCM的原理预测预测增益DPCM与PCM比较的优点编码位数减少，传输带宽减少,2020/6/6,.,41,5.增量调制,增量调制原理误差：颗粒噪声斜率过载与PCM比较优点低比特率时，量化信噪比高于PCM抗误码性能优于PCM编译码器简单,2020/6/6,.,42,6.时分复用,时分复用原理各路信号占用不同的时隙，形成多路信号。每路信号都要满足抽样定理要求。数字电话应用体制数字复接系列PDH:准同步数字系列SDH:同步数字系列A律PCM基群帧结构30/32系统,2020/6/6,.,43,五、数字信号基带传输,数字基带信号码型用电脉冲表示数字信息得到数字基带信号，电脉冲的形式称为码型。码型设计原则：有利于信号传输，是信号的频域特性与信道的频域特性相适应。便于接收端提取位定时抗噪声能力强,2020/6/6,.,44,1.数字基带信号码型,常用码型单极性非归零码（NRZ）双极性非归零码单极性归零码（RZ）传号差分码：相对码传号反转码：（CMI）传号交替反转码（AMI码）HDB3码（三阶高密度双极性码）数字双向码,HDB3码的波形、优点、编码原则,2020/6/6,.,45,2.数字基带信号的功率谱,功率谱的组成规律由连续谱和离散谱构成连续谱P(f)一定存在，与单个脉冲波形频谱函数的平方成正比离散谱P(f)不一定存在直流分量，位定时分量，位定时分量的n次谐波离散谱中的位定分量关系到为定时信号的提取方法,2020/6/6,.,46,基带信号功率谱的一般关系时域波形和频带的关系NRZ码：B=f=RSRZ:B=2f=2RS时域波形和离散谱的关系RZ有位定时分量AMI、HDB3码无离散谱，但较容易变换为RZ码提取位定时信号,B:谱零点带宽，f位定时频率，R码元速率,2020/6/6,.,47,3.无码间串扰的传输波形,码间串扰：前面的码元对后面的码元波形有干扰。原因：信道的频带受限无码间串扰的传输波形传输波形在抽样点上无失真奈奎斯特第一准则无串扰波形判决规则等效理想低通特性,2020/6/6,.,48,典型无串扰波形：,理相低通信号频域时域,码元周期的整倍数,2020/6/6,.,49,理想低通信号的传输指标,理想低通信号的最小传输带宽是码元速率的一半奈奎斯特速率、奈奎斯特带宽,2020/6/6,.,50,升余弦滚降信号,2020/6/6,.,51,4.二元码基带传输的差错率,数字信号的传输过程叠加信道噪声再生判决可以去掉噪声基带信号抗噪声性能分析过程由传输过程建立抗噪声性能的分析模型列出接受波形的幅度概率密度函数高斯噪声画出幅度概率密度函数曲线误比特率的计算,2020/6/6,.,52,误比特率的结论单极性NRZ码双极性NRZ码,当信噪比S/N相同时，单极性二进制码的误码率大于双极性的误码率。码元数越多，误比特率越高,2020/6/6,.,53,5.部分响应系统,部分响应系统的含义利用码间串扰，使频带利用率达到极限值2用相隔多个码元周期的信号合成一个传输信号部分响应系统的波形类部分响应波形预编码：误码扩散意义压缩传输带宽,2020/6/6,.,54,6.m序列,m序列的产生m序列的性质：n级移位寄存器产生的m序列，周期为2n-1。各种状态各出现一次，“1”“0”的出现概率大致相同。游程自相关特性扰码和解扰码,2020/6/6,.,55,7均衡,均衡的作用均衡的实现方法,2020/6/6,.,56,七.数字信号的频带传输,二进制数字调制多进制数字调制,2020/6/6,.,57,1.二进制数字调制,二进制幅度键控2ASK二进制频移键控2FSK二进制相移键控2PSK同频同相载波恢复二进制差分相移键控2DPSK差分编码,各种调制方式的调制解调方法,2020/6/6,.,58,2.数字调制的时域特性,时域表达式时间波形图2ASK信号：载波的幅度不同，是数字调制信号的基础调制信号为单极性脉冲的幅度调制2ASK信号：载波的频率不同2个2ASK信号的叠加2PSK信号：载波的相位不同调制信号为双极性脉冲的双边带调制,2020/6/6,.,59,3.数字调制信号的频域特性,功率谱：2ASK:,2ASK调制信号的功率谱是基带二进制序列的线性搬移。,2020/6/6,.,60,ASK调制的带宽：B2ASK=2BBBB由基带信号g(t)的波形带宽决定,矩形波:近似带宽取为谱零点带宽fsBB=fB,B2ASK=2fBfS=RS,B2ASK=2RS,信号传输速率,2020/6/6,.,61,调频信号功率谱分解为两个不同载频的幅度键控信号功率谱调信号的叠加。,2FSK,2PSKP2PSK(f)中无载波分量形状与2ASK信号的功率谱相同,2020/6/6,.,62,抗噪声性能的分析过程建立模型列出接收波形的幅度概率密度函数画出幅度概率密度函数曲线误比特率计算数字抗噪声系统性能比较同一调制方式：相干解调优于非相干解调不同调制方式：误码率相同时：信道要求(信噪比）2PSK2FSK2ASK信道条件相同：误比特律2PSK2FSK2ASK,4.数字调制信号的抗噪声性能,2020/6/6,.,63,5.数字调制信号最佳接收,最佳接收的意义误比特最小的接受信噪比最大的接受最佳接收机的形式匹配滤波器匹配滤波器的特性相关接收机最佳接收机的抗噪声性能误码率相同时：信道要求(信噪比）2PSK2FSK