通信原理重点知识总结ppt课件

1、通讯原理重点知识总结题型 判别题 10分，10题 选择题 10分，10题 填空题 20分，每空一分 简答题 20分，每题5分 计算题 40分，每题8分第1章知识点 通讯系统的根本模型 模拟信号与数字信号的区别 信息量 数字通讯系统的有效性与可靠性通讯系统的组成通讯系统的组成 1.2 通讯系统的普通模型发端发端收端收端把各种把各种音讯转换音讯转换成原始电成原始电信号信号对原始信号对原始信号完成某种变完成某种变换，使之适换，使之适宜在信道中宜在信道中传输传输信号传输的通信号传输的通道，提供了信源道，提供了信源与信宿之间在电与信宿之间在电气上的联络。分气上的联络。分为有线信道和无为有线信道和无线信道

2、两大类线信道两大类把接纳到把接纳到的信号反的信号反变换，转变换，转换成原始换成原始电信号电信号将复原的将复原的原始电信原始电信号转换成号转换成相应的音相应的音讯讯模拟信号与数字信号的区别模拟信号与数字信号的区别 1.2.2 模拟通讯系统模型和数字通讯系统模型模拟通讯系统模型和数字通讯系统模型 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 模拟信号：代表音讯的信号参量取值延续，例模拟信号：代表音讯的信号参量取值延续，例如麦克风输出电压：如麦克风输出电压： 数字信号：代表音讯的信号参量取值为有限个，数字信号：代表音讯的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：例如电报信号、计算机输入输出信号

3、：信息熵定义信息熵定义设：一个离散信源是由设：一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符号个符号组成的集合，其中每个符号xi (i = 1, 2, 3, , M)按一定的概率按一定的概率P(xi)独立出现，即独立出现，即 且有且有那么那么x1 , x2, x3, xM 所包含的信息量分别为所包含的信息量分别为于是，每个符号所含平均信息量为于是，每个符号所含平均信息量为由于由于H(x)同热力学中的熵方式类似，故称它为信息源的熵同热力学中的熵方式类似，故称它为信息源的熵 1212,MMxxxP xP xP x1()1MiiP x21222log()log()log()MP xP xP x， ，

4、121222221( )( ) log( )() log()() log()( ) g( )(/(1.4 6)MMMiiiH xP xP xP xP xP xP xP x loP x比特 符号）最大信息熵 不同的离散信息源能够有不同的熵值。 信息源的最大熵发生在每一符号等概率出现时即 P(xi) l/n， i l，2，n， 最大熵值等于)/(log2符号bitn信息量 某信息源的符号集由A、B、C、D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4，1/8，1/8，3/16和5/16；信息源以1000B速率传送信息。 1求传送1小时的信息量； 2求传送1小时能够到达的最大信息量。数字通讯系

5、统的有效性与数字通讯系统的有效性与可靠性可靠性 数字通讯系统数字通讯系统 有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。 码元符号传输速率码元符号传输速率RB：定义为单位时间：定义为单位时间每秒传送码元的数目，单位为波特每秒传送码元的数目，单位为波特Baud，简记为，简记为B。 式中式中T 码元的继续时间秒码元的继续时间秒 信息传输速率信息传输速率Rb：定义为单位时间内传送的平：定义为单位时间内传送的平均信息量或比特数，单位为比特均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为秒，简记为 b/s ，或，或bps )B(1TRB数字通讯系统的有效性与数字通讯系统的有效性与可

6、靠性可靠性码元速率和信息速率的关系码元速率和信息速率的关系 或或 对于二进制数字信号：对于二进制数字信号：M = 2，码元速率和信息速率在数量上相等。码元速率和信息速率在数量上相等。 对于多进制，例如在八进制对于多进制，例如在八进制M = 8中，假设码元速率为中，假设码元速率为1200 B，那么信，那么信息速率为息速率为3600 b/s。)b/s(log2MRRBb)B(log2MRRbB数字通讯系统的有效性与数字通讯系统的有效性与可靠性可靠性 频带利用率：定义为单位带宽频带利用率：定义为单位带宽1赫兹内的传输速率，赫兹内的传输速率，即即或或 可靠性：常用误码率和误信率表示。可靠性：常用误码率

7、和误信率表示。 误码率误码率 误信率，又称误比特率误信率，又称误比特率在二进制中有在二进制中有)B/Hz(BRBHz)b/(sBRbb传输总码元数错误码元数eP传输总比特数错误比特数bPebPP 第2、3章知识点 能量信号和功率信号的定义 广义平稳与严平稳的关系 高斯随机过程 高斯白噪声能量信号和功率信号的定义信号分成两类：信号分成两类：能量信号：能量等于一个有限正值，能量信号：能量等于一个有限正值，但平均功率为但平均功率为0.0.功率信号：平均功率是一个有限值，功率信号：平均功率是一个有限值，但能量为无限大。但能量为无限大。把同时满足把同时满足1和和2的过程定义为的过程定义为广义平稳随机过程

8、。显然，严平稳随机过程广义平稳随机过程。显然，严平稳随机过程必定是广义平稳的，反之不一定成立。必定是广义平稳的，反之不一定成立。 在通讯系统中所遇到的信号及噪声，大在通讯系统中所遇到的信号及噪声，大多数可视为平稳的随机过程。因此，研讨平多数可视为平稳的随机过程。因此，研讨平稳随机过程有着很大的实践意义。稳随机过程有着很大的实践意义。 广义平稳与严平稳的关系高斯随机过程高斯随机过程 3.3 高斯随机过程正态随机过程 3.3.1 定义 高斯过程(正态随机过程)：通讯领域中最重要的一种过程，大多数噪声都是高斯型的。 假设随机过程 (t)的恣意n维n =1,2,.分布均服从正态分布，那么称它为正态过程

9、或高斯过程，n维正态概率密度函数表示式为：式中 njnkkkkjjjjknnnnnaxaxBBBtttxxxf112/1212/2121)(21exp.)2(1),.,.,(；22)(),(kkkkkatEtEa高斯随机过程性质高斯随机过程性质 3.3.2 重要性质重要性质 由高斯过程的定义式可以看出由高斯过程的定义式可以看出,高斯过程的高斯过程的n维维分布只依赖各个随机变量的均值、方差和归一分布只依赖各个随机变量的均值、方差和归一化协方差。因此，对于高斯过程，只需求研讨化协方差。因此，对于高斯过程，只需求研讨它的数字特征就可以了。它的数字特征就可以了。 广义平稳的高斯过程也是严平稳的。广义平

10、稳的高斯过程也是严平稳的。 由于，假设高斯过程是广义平稳的，即其均由于，假设高斯过程是广义平稳的，即其均值与时间无关，协方差函数只与时间间隔有关，值与时间无关，协方差函数只与时间间隔有关，而与时间起点无关，那么它的而与时间起点无关，那么它的n维分布也与时维分布也与时间起点无关，故它也是严平稳的。所以，高斯间起点无关，故它也是严平稳的。所以，高斯过程假设是广义平稳的，那么也严平稳。过程假设是广义平稳的，那么也严平稳。白噪声定义 白噪声n (t) 定义：功率谱密度在一切频率上均为常数的噪声，即 双边功率谱密度或 单边功率谱密度式中 n0 正常数 白噪声的自相关函数：对双边功率谱密度取傅里叶反变换，

11、得到相关函数：2)(0nfPn)(f0)(nfPn)(0 f)(2)(0nR 白噪声的功率白噪声的功率由于白噪声的带宽无限，其平均功率为无穷大，由于白噪声的带宽无限，其平均功率为无穷大，即即或或 因此，真正因此，真正“白的噪声是不存在的，它只是构造的一白的噪声是不存在的，它只是构造的一种理想化的噪声方式。种理想化的噪声方式。 实践中，只需噪声的功率谱均匀分布的频率范围远远大实践中，只需噪声的功率谱均匀分布的频率范围远远大于通讯系统的任务频带，我们就可以把它视为白噪声。于通讯系统的任务频带，我们就可以把它视为白噪声。 假设白噪声取值的概率分布服从高斯分布，那么称之为假设白噪声取值的概率分布服从高

12、斯分布，那么称之为高斯白噪声。高斯白噪声。 高斯白噪声在恣意两个不同时辰上的随机变量之间，不高斯白噪声在恣意两个不同时辰上的随机变量之间，不仅是互不相关的，而且还是统计独立的。仅是互不相关的，而且还是统计独立的。 f2n)0(0dR)0(2)0(0nR高斯白噪声定义第4章知识点 信道的数学模型 信道容量与香农公式信道数学模型信道数学模型 4.3.1 调制信道模型调制信道模型 式中式中 信道输入端信号电压；信道输入端信号电压； 信道输出端的信号电压；信道输出端的信号电压； 噪声电压。噪声电压。 通常假设：通常假设： 这时上式变为：这时上式变为： 信道数学模型信道数学模型f ei(t)e0(t)e

13、i(t)n(t)图图 调制信道数学模型调制信道数学模型)()()(tntefteio)(tei)(teo)(tn)()()(tetktefii)()()()(tntetkteio信道数学模型阐明信道数学模型阐明因因k(t)随随t变，故信道称为时变信道。变，故信道称为时变信道。因因k(t)与与e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。相乘，故称其为乘性干扰。因因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。作随机变化，故又称信道为随参信道。假设假设k(t)变化很慢或很小，那么称信道为恒参信道。变化很慢或很小，那么称信道为恒参信道。乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。乘性干扰特点：当没有信号时，没有

14、乘性干扰。)()()()(tntetkteio信道容量信道容量信息容量是指信道可以传输的最大平均信息速率。表示信道的极限传输才干 l从信息论观念，各种信道分二大类：从信息论观念，各种信道分二大类： 离散信道离散信道编码信道其模型用转移概率表示编码信道其模型用转移概率表示延续信道延续信道调制信道其模型用时变线性网络表示调制信道其模型用时变线性网络表示1. 1. 离散信道容量离散信道容量编码信道是一种离散信道，可以用离散信道的信道编码信道是一种离散信道，可以用离散信道的信道容量来表征。容量来表征。23香农公式香农公式 对于带宽有限、平均功率有限的高斯白噪声延续信道，对于带宽有限、平均功率有限的高斯

15、白噪声延续信道，可证，其信道容量为可证，其信道容量为假设白噪声单边功率谱密度为假设白噪声单边功率谱密度为n0(w/Hz)，那么，那么Nn0B(w)，故，故log( / )21 tSCBb sN骣=+桫B为带宽为带宽(Hz)，S为信号平均功率为信号平均功率(w)，N为噪声功率为噪声功率(w)。Ct的单位为的单位为b/s。log( / )201 tSCBb sn B骣=+桫上式是信息论中具有重要意义的香农上式是信息论中具有重要意义的香农shannon公式公式 24关于信道容量公式的几个重要结论：关于信道容量公式的几个重要结论：假设提高信噪比假设提高信噪比S/N，那么信道容量，那么信道容量Ct也提高

16、。也提高。 假设假设n00，那么，那么Ct ，意味着无干扰信道容量为无穷大。，意味着无干扰信道容量为无穷大。 假设假设S/N坚持不变，但添加带宽坚持不变，但添加带宽B，那么，那么Ct也添加，但添加的也添加，但添加的幅度很小，这因带宽添加的同时，噪声功率也随之添加。当幅度很小，这因带宽添加的同时，噪声功率也随之添加。当 时，由洛必塔法可求出时，由洛必塔法可求出 Ct1.44S/n0，即带宽趋于无，即带宽趋于无限时，信道容量仍坚持有限值。限时，信道容量仍坚持有限值。S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)log21 tSCBN骣=+桫254. 假设信息速率假设信息速率Rt，那么实际上可实现无误差

17、恣意小的过失率，那么实际上可实现无误差恣意小的过失率传输。传输。 假设假设RCt，那么不能够实现无误传输。，那么不能够实现无误传输。 假设假设R=Ct ，那么称为理想通讯系统。，那么称为理想通讯系统。 007410.7400ttS nBKHzCbit sS nBKHzCbit s: 0900 10.0988例，时，时，例题：计算电视中视频图像信号传输的带宽。设每帧例题：计算电视中视频图像信号传输的带宽。设每帧电视图像有电视图像有30000030万个像素组成，每个像素用万个像素组成，每个像素用10个亮度电平表示。个亮度电平表示。 26假设对于任何像素，假设对于任何像素，1010个亮度电平等概出现

18、。每秒个亮度电平等概出现。每秒发送发送 30 30帧图像，要求信噪比帧图像，要求信噪比S/N=1000(S/N=1000(即即30dB)30dB)，计，计算传播信号所需求的最小带宽。算传播信号所需求的最小带宽。解：每个像素的信息量解：每个像素的信息量= = bit32310101122.log/log每帧图像信息量每帧图像信息量= = 300000 3.32996()Kbit每秒传送的每秒传送的(30(30帧帧) )信息量信息量 = = 996 3029.90.()Mb为了传输为了传输29.9Mb29.9Mb的电视图像，信道容量的电视图像，信道容量必需必需 Ct 29.9Mb/s Ct 29.

19、9Mb/s27知：知：()1000 30S NdB=图像通讯系统的带宽约需求图像通讯系统的带宽约需求3MHz()loglog.22110009 9529 929 9 39 95tSCBBNBMMBM=+=郴第5章知识点 根本概念 调制与解调原理 调制与解调性能比较 门限效应模拟调制的根本概念模拟调制的根本概念调制的本质是频谱搬移，其作用和目的是：调制的本质是频谱搬移，其作用和目的是：将调制信号基带信号转换成适宜于信道将调制信号基带信号转换成适宜于信道传输的已调信号频带信号传输的已调信号频带信号,提高无线通提高无线通讯时的天线辐射效率；讯时的天线辐射效率；实现信道的多路复用，提高信道利用率；实现

20、信道的多路复用，提高信道利用率；减少干扰，提高系统抗干扰才干；减少干扰，提高系统抗干扰才干；实现传输带宽与信噪比之间的互换。实现传输带宽与信噪比之间的互换。非线性调制非线性调制)(2) 1(2mmfFMfffmB:1fmmFMfB2:1fmfBFM 2:10fm卡森公式卡森公式窄带调频的带宽窄带调频的带宽大调频指数情况，带宽由最大频偏决议大调频指数情况，带宽由最大频偏决议调频信号的带宽：调频信号的带宽：设设fm是调制信号的最高频率，是调制信号的最高频率， mf是最大频偏是最大频偏 f 与与 fm之比。之比。相关解调与包络检波相关解调与包络检波相关解调相关解调相关解调器的普通模型相关解调器的普通

21、模型 相关解调器原理：接纳端必需提供与接纳的已调相关解调器原理：接纳端必需提供与接纳的已调载波严厉同步同频同相的本地载波称为载波严厉同步同频同相的本地载波称为相关载波，它与接纳的已调信号相乘后，经相关载波，它与接纳的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。带调制信号。相关解调与包络检波相关解调与包络检波包络检波包络检波适用条件：适用条件：AM信号，且要求信号，且要求|m(t)|max A0 ，包络检波器构造：包络检波器构造：通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如，通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。例如，检波器的输

22、出为检波器的输出为隔去直流后即可得到原信号隔去直流后即可得到原信号m(t)。 0( )dstAm t门限效应门限效应此时，此时，E(t)E(t)中没有单独的信号项，有用信号中没有单独的信号项，有用信号m(t)m(t)被被噪声扰乱，只能看作是噪声。噪声扰乱，只能看作是噪声。这时，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下这时，输出信噪比不是按比例地随着输入信噪比下降，而是急剧恶化，通常把这种景象称为解调器降，而是急剧恶化，通常把这种景象称为解调器的门限效应。开场出现门限效应的输入信噪比称的门限效应。开场出现门限效应的输入信噪比称为门限值。为门限值。 调制方式信号带宽制度增益设备复杂度主要运用DSB2

23、中等较少运用SSB1复杂短波无线电广播，话音频分多路VSB略大于 近似SSB近似SSB复杂商用电视广播AM2/3简单中短波无线电广播FM中等超短波小功率电台(窄带FM)，微波中继，调频立体声广播(宽带FM)各种模拟调制方式的性能各种模拟调制方式的性能-5mffm) 1(2) 1(32ffmmmfmiffnSm0223mifnS031mifnS0mfooNSmf2mifnS0mf2第6章知识点 常用码型：直流分量，定时分量常用码型：直流分量，定时分量 误码率与判决电平的关系误码率与判决电平的关系 码间串扰码间串扰单极性码 单极性波形： 特点：电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL、CMOS电路

24、产生； 缺陷：有直流分量，要求传输线路具有直流传输才干，因此不顺应有交流耦合的远间隔传输，只适用于计算机内部或极近间隔的传输。 直流分量和定时分量 二进制随机脉冲序列的功率谱二进制随机脉冲序列的功率谱Ps(f)能够包含延续谱第能够包含延续谱第一项和离散谱第二项。一项和离散谱第二项。 延续谱总是存在的，这是由于代表数据信息的延续谱总是存在的，这是由于代表数据信息的g1(t)和和g2(t)波形不能完全一样，故有波形不能完全一样，故有G1(f) G2(f) 。谱的外形。谱的外形取决于取决于g1(t)和和g2(t)的频谱以及出现的概率的频谱以及出现的概率P。 离散谱能否存在，取决于离散谱能否存在，取决

25、于g1(t)和和g2(t)的波形及其出现的的波形及其出现的概率概率P。对于双极性信号。对于双极性信号 g1(t) = - g2(t) = g(t) ，且概率，且概率P=1/2时，那么没有离散分量时，那么没有离散分量(f - mfs)。根据离散谱可。根据离散谱可以确定随机序列能否有直流分量和定时分量。以确定随机序列能否有直流分量和定时分量。 码间串扰的条件 信号s(t)经过信道时会产生波形畸变，同时还要叠加噪声。因此，假设设信道的传输特性为G()，接纳滤波器的传输特性为GR()，那么接纳滤波器输出信号r(t)可表示： r(t)被送入识别电路，假定识别电路是一个抽样判决电路，那么对信号抽样的时辰普

26、通在(kTs+t0)，其中，k是相应的第k个时辰，t0是能够的时偏。 nRsRntnnTtgatr deGCGtgtjRTR21 knSRsRnRksnRssRnstkTntTnkgatgatkTnnTtkTgatkTr000000恢复信息恢复信息码间干扰码间干扰随机干扰随机干扰由理想低通特性还可以看出，对于带宽为由理想低通特性还可以看出，对于带宽为假设输入数据以假设输入数据以RB = 1/Ts波特的速率进展传输，那么波特的速率进展传输，那么在抽样时辰上不存在码间串扰。在抽样时辰上不存在码间串扰。假设以高于假设以高于1/Ts波特的码元速率传送时，将存在码间串波特的码元速率传送时，将存在码间串扰

27、。扰。通常将此带宽通常将此带宽B称为奈奎斯特带宽，将称为奈奎斯特带宽，将RB称为奈奎斯称为奈奎斯特速率。特速率。 此基带系统所能提供的最高频带利用率为此基带系统所能提供的最高频带利用率为 B=1/2 (Hz)ST/2(B/Hz)BRB理想低通传输函数的频带利用率为理想低通传输函数的频带利用率为2Baud/Hz 。这是最大的频带利用率，由于假设系统用高于的码这是最大的频带利用率，由于假设系统用高于的码元速率传送信码时，将存在码间串扰。假设降低传元速率传送信码时，将存在码间串扰。假设降低传码率，那么系统的频带利用率将相应降低。码率，那么系统的频带利用率将相应降低。但理想低通系统在实践运用中存在两个

28、问题：但理想低通系统在实践运用中存在两个问题：一是理想矩形特性的物理实现极为困难；一是理想矩形特性的物理实现极为困难；二是理想的冲激呼应二是理想的冲激呼应h(t) 的的“尾巴很长，衰减很慢，尾巴很长，衰减很慢，当定时存在偏向时，能够出现严重的码间串扰。当定时存在偏向时，能够出现严重的码间串扰。 余弦滚降特性余弦滚降特性 为理处理理想低通特性存在的问题，可以使理想低为理处理理想低通特性存在的问题，可以使理想低通滤波器特性的边沿缓慢下降，这称为通滤波器特性的边沿缓慢下降，这称为“滚降。滚降。 一种常用的滚降特性是余弦滚降特性，如以下图所一种常用的滚降特性是余弦滚降特性，如以下图所示：示：相应的相应

29、的h(t)为为 式中，式中，为滚降系数，用于描画滚降程度。它为滚降系数，用于描画滚降程度。它定义为定义为其中，其中，fN 奈奎斯特带宽，奈奎斯特带宽， f 超出奈奎斯特带宽的扩展量超出奈奎斯特带宽的扩展量 2 22sin/cos/14/SSSSt Tt Th tt TtT/Nff滚降系数滚降系数越大，越大，h(t)的拖尾衰减越快的拖尾衰减越快滚降使带宽增大为滚降使带宽增大为 ?余弦滚降系统的最高频带利用率余弦滚降系统的最高频带利用率 ? /Nff(1)NNBfff22Bd/Hz(1)(1)NBNfRBf 二进制基带传输系统的总误码率为二进制基带传输系统的总误码率为 将上面求出的将上面求出的P(

30、0/1)和和P(1/0)代入上式，可以看出，代入上式，可以看出，误码率与发送概率误码率与发送概率P(1) 、 P(0) ，信号的峰值，信号的峰值A，噪声功，噪声功率率 n2，以及判决门限电平，以及判决门限电平Vd有关。有关。 在在A和和 n2一定条件下，可以找到一个使误码率一定条件下，可以找到一个使误码率最小的判决门限电平，称为最正确门限电平。假设令最小的判决门限电平，称为最正确门限电平。假设令 那么可求得最正确门限电平那么可求得最正确门限电平 (1) (0/1)(0) (1/0)ePPPPP0deVP) 1 ()0(ln22PPAVnd第7章知识点 2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK信

31、号的原理与产生方法 2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK信号的波形概述 数字调制：把数字基带信号变换为数字带通讯号已调信号的过程。 数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。 数字调制技术有两种方法： 利用模拟调制的方法去实现数字式调制； 经过开关键控载波，通常称为键控法。 根本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控 数字调制可分为二进制调制和多进制调制。 振幅键控 频移键控 相移键控2ASK非相关解调过程的时间波形 第9章知识点 模拟信号数字化的步骤 抽样定理 13折线法均匀量化与非均匀量化模拟信号数字化的步骤 数字化数字化3步骤：抽样、量化和编码步骤：抽样、量化和编码抽样信号抽样信号抽样信号抽样信号量化信号量化信号t011011011100100100100编码信号编码信号抽样定理恢复原信号的条件是：恢复原信号的条件是：即抽样频率即抽样频率fs应不小于应不小于fH的两倍。这一最低抽样速率的两倍。这一最低抽样速率2fH称为奈奎斯特速率。与此相应的最小抽样时间间称为奈奎斯特速率。与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。隔称为奈奎斯特间隔。Hsff213折线法 13折线紧缩特性折线紧缩特性 A律的近似律的近似 A律表示式是一条平滑曲线，用电子线路很难准确地实律表示式是一条平滑曲线，用电子线路很难准确地实现。这种特性很