通信基本知识总结

1、信号传输是非常复杂的 ：首先，由于发射机和接收机的不同位置使得 信号强度产生衰落现象； 其次，无线信号还将通过衍射、散射、反射、绕射和折射等传播。因 此，无线通信产生三种相互独立，同时存在的传播现象： 多径传输、 阴影衰落和路径损耗 。路径损耗： 主要是由于平方率扩展、 水汽和叶群的的吸收、地面反射 等引起，它与距离有关描述的是大尺度区间（数百米或数千米）内接 信号强度随发射 - 接收距离而变化的特征。对于快速移动的接收机而 言，平均路径损耗变化非常慢，信号的变化主要表现为衰落。阴影衰落： 主要有传输路径中的起伏地形、 建筑物高度和高大的树林 等障碍物的阻塞效应产生，描述的是中等尺度区间（数百

2、个波长）内 信号变化电平中值的慢变化特性。因此成为慢衰落或者长期衰落。 多径衰落 : 主要由于多径传播、 发射机和接收机间的相对运动、 传输 环境中周围物体的运动等物理因素产生， 描述的是小尺度区间 （数十 或者数个波长） 内接受信号场强的瞬时值的快速变化特性。 因此成为 快衰落和短期衰落。香农公式： C Blog（1 S/N） 其中 C 表示信道容量， B 表示带宽， S/N 表示信噪比。对信道模型的基本要求1，经验模型在经验模型中， 将环境造成的所有影响都考虑在内， 而不分别考虑 环境产生各种影响，这是这种模型的的最大优点。另一方面，这种模 型的精确程度不仅取决于测量数据的精度， 而且还取

3、决于应用环境与 测量环境的相似程度。2，确定性模型根据电波传输原理得到的， 因此可以用于不同环境而不会产生影响 精度。实际上， 其实现需要环境中大量的数据库，有事这是不实际的 或者不可能得到的。确定性模型一般很复杂，计算量很大，因此使用 范围有限。建模应该考虑的因素 一，多径损耗，用于预测无线系统的覆盖范围和干扰， 二，信道的波动，这是无线信道的移动效应决定的， 三，多径时延和路径强度， 这是决定系统可实现数据速率的关键因素。 数据处理的目的：1，提取出独立于信道激励信号的信道描述方法； 2，估计传播环境 引起的失真； 3，得出信道参数的统计描述形式，通常与环境相关。 数据处理的主要内容 :从

4、测量到的数据里去除校准数据， 完成数据标准化、 设定噪声电平门 限、将所有的信号同步到一个相同得参考时间（即 t0, 它表示高于噪 声电平的第一个多径分量到达时间） 。同时还要通过对数据的处理和 分析，提取出具体的信道参数。频域加窗 萎了计算多径数量，而且避免个多径分量间能量泄露，在 对信道测量时需要采用不同的信道加窗技术。 在这种情况下， 辨识多 径分量的精度要求比估计其幅度值得误差最小更加重要。 频域加窗不 仅会增加信道估计的均方误差，而且还会使时域中分辨力降低。Rake 技术 基本原理：使用一组相关器，对每个多径分量使用一个相 关接收机，各相关接收机与同一期望（被接受的）信号的一个延迟形

5、 式（即期望信号的多径分量之一）进行相关运算，然后将在这些相关 接收机的输出根据其相对强度进行加权， 并把加权后的各路输出合并 成一个输出信号。无线电信号频谱分析知识点第一章，基础知识基带信号: 。用于一条线路或一个无线电传输系统传输一路信号或者 多路复用信号所占有的频带。 无线电通信情况下， 基带信号构成调制 发射机的信号。基带带宽：用于一条线路或一个无线电传输系统传输一路信号或者多 路复用信号所占有的频带带宽。基带信号分为 : 模拟信号和数字信号。符号 基带信号就是以各种速率出现的码元，可能是二进制或多进制 的码元，统称为符号。Notes ：影响频谱宽度的决定因素是方波的宽度， 而决定方波

6、宽度的 是符号的速率。 因此符号速率是数字通信中重要的指标， 对信号的频 谱特性有决定的作用。信号的调制 模拟信号调制有三种： AM PM FM数字信号的调制有： ASK PSK FSK选择调制的依据是：频谱利用率，功率利用率，误码率发送滤波器的作用：减小旁瓣， 偏离越大，产生误差概率越大。消息中包含的信息量 ： I loga 1 , 其中 p（x） 表示事件发生的概率。p（x）a=2 单位就是比特。通信方式： 1. 按信息传输的方向和时间分：单工通信（只能单方向传 输） ，半双工通信（不能同时传输，例如对讲机） ，全双工通信（例如 电话）。2. 按数字信号排序分：串序和并序，一般通信采取串序

7、通信， 但是时间较长，并序传输占的带宽大，但是传输时间段。 模拟通信系统的组成：数字通信系统的组成：信源编码的作用主要有两个： 其一是当信息源给出的是模拟信号时， 信源编码器将其转化成 数字信号， 以实现模拟信号的数字化传输； 其二是设法减少码元数目及降低码元速率也就是数据压缩。码元速率决定信号传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性。 数字通信的优点：1，抗干扰能力强； 2差错可控； 3 易加密 4 易于与现代技术结合 数字通信的缺点：1，频率利用率不高； 2 需要严格的同步系统 模拟通信系统的可靠性指标 通常用信噪比，或者均方误差来衡量。 数字通信系统的有效性和可靠性指标 通常是用传输

8、速率和误码率来 衡量。数字信号系统的有效性指标的具体表述1 码元传输速率RB 1/TB 其中 TB表示码元宽度。2 信息传输速率 信息传输速率是指单位时间内传输的信息量的多少。3 消息传输速率 单位时间内传输的信息数 数字通信系统可靠性指标的具体表述 1，码元差错率简称误码率，误码率是指码元在传输中被传输错误的概率。2，信息差错率 简称误信率或者误比特率，码元信息量被丢失的概率。多径衰落的作用 ;1, 从波形上看，多径传输的结果使单一载频信号变成了包络和相位 都变化的窄带子信号。2 从频谱来看，多径传输引起了频率色噻，3 多径传播会引起选择性衰落。快衰落的有效抑制方法：分集接收技术。分集接收技

9、术的基本思想： 分散得到几个合成信号并集中这些信 号。分集方式：（1）空间分集：多天线间隔架设（ 100 间隔）接收独 立的信号。（2）频率分集：不同载波传输同一个消息，各分散信息 独立。（3）角度分集：利用天线波束指向不同方向的信号（4）计划分集：分别接收水平和垂直极化波。合成：（1）最佳选择式：信噪比最好的作为接收信号。（2）等增益想加式：几个分散信号以相同的支路增益直接相加（3）最大比值想加式：控制各支路增益，使其与本支路信噪 比成正比 。信号的分类：（1）确知信号和随机信号（ 2）连续信号和离散信号 （3）周期信号和非周期信号 （4）实信号和复信号（5）功率信号和能量信号T/2 T /

10、2E x（t）2dt S T1 x（t） 2dt-T/ 2T T/2当T,E 存在， S=0为能量信号当TE不存在， S存在为功率信号周期信号一定是功率信号， 非周期信号可以是功率信号， 也可以是能量信号 系统的分类：1）线性系统和非线性系统2）时变系统和时不变系统3）因果系统和非因果系统4）稳定系统和不稳定系统自相关函数 ：反应随机过程在任意两个时刻见的内在联系数学表达式为：Rx(t1,t2) E X(t1)X(t2)x1.x2. f1(x;t)dx平稳随机过程：任何 n 维分布不函数和概率密度函数和时间起点无各态历经性：帕塞瓦尔定理：1Tm E X (t) m lim x(t) dt T

11、T TT2 E X(t) m(t)22 lim x(t) m2dtTTTRx( ) Rx(t,t ) Rx( ) Tlim x(t)x(t )dtEx2(t)dtX ( ) d2平均功率和功率谱之间的关系：2E X( ) 2d2TT1 2 1S ETlim 21T X(t)2dt 21 TlimTP( ) lim2E| X ( )|22T噪声的来源： 自然噪声、人为噪声和电路噪声。噪声的特性 ：脉冲性噪声和连续性噪声 噪声的功率谱 ; 白噪声和有色噪声。噪声对信号的作用 ：加性噪声和乘性噪声。 在通信系统理论分析时， 特别在分析系统在抗噪声性能时， 经常假设 系统内的噪声为高斯白噪声。主要原因

12、是： （ 1）高斯白噪声有具体的 数学表达式，便于分析和计算。 （2）高斯白噪声能够真实的反应信道 内噪声的特征。调制的作用：1，实现有效辐射 2 ，实现频率分配 3 ，实现多路复用 4 ，提高系统 抗噪声能力。调制的分类：1，根据输入调制信号 m（t） 的不同分类（1）模拟调制（ 2）数字调制2，根据载波才 c（t） 的类别不同分类（1）连续波调制（ 2）脉冲调制3 ，根据载波 c（t） 的参数变化不同分类（1）幅度调制（ 2）频率调制（ 3）相位调制4，根据调制器频谱特性 H（w）的不同分类（ 1）线性调制（ 2）非线性调制振幅调制1) 时域表示 SAM (t) A0 m(t ) cos(

13、 ct 0) 其中吗 m(t) 为调制信号， c 为载波频率 并使 |m(t) |max A0 否则会引起极大失真模拟通信系统可靠性指标：信噪比或着均方误差。信噪比：接收机解调器输出端调制信号平均功率 S 和噪声平均功率之 比。信噪比增益 G： 输出信噪比与输入信噪比之间的比值。 分析模型系统抗噪声性能时： 输入信噪比，输出信噪比， 和噪声增益。 G越大抗噪声性能越好。S(t)B P FS0(t) LPFn(t) cosw(t)相干解调分析模型DSB调制系统的性能(1)输入信噪比1 2 1 2 1 2Si SDSB(t)m2(t) m2(t ) cos2 ctm2(t)2)2 2 22Ni n

14、i (t) n02.fm输入信噪比 (Si )DSBNim2(t)4n0 fm2)输出信噪比输出端信号为：信号平均功率噪声平均功率：11 m(t)nc(t)2 2 c12S0m2(t)41nc2(t)4m2(t)S0(t) n0(t)n0S0输出信噪比： ( 0 )DSBN02n0 fm调制制度增益 GDSB 2AM1)输入信噪比信号：Si 1 A20212m2(t)噪声： Nin0.BAM2n0 fm信噪比：S0N0 AM22A02 m2(t)4n0 fm2)输出信噪比输出信号为： S0(t) n0(t) 1 A0 1m(t) 1nc(r)12S0 m2(t)41N0n0 f m0 2 0

15、mm2(t)输出端平均功率：噪声平均功率：信噪比：S0N0 AM2n0 fmm2(t)/2n0 fm调制制度增益： GAM2 2A02 m2(t)/4n0fm2m2(t)22A02 m2(t)最大为： Gmax2Am2 /2222A0 Am /2单边调制系统系统性能1)输入信噪比Sim2(t)Ni ssB 4n0 fm2)输出信噪比 ：(S0 )m2(t)N0 SSB 4n0 fm3)单边调制信号的增益：GSSBm (t ) / 4n0 fmm2 (t ) / 4n0 fm 1结论：虽然双边调整的增益是单边调制的二倍， 但是由于它的实际调制性能不会优于单边调制的性能。如果解调器输入噪声功率密度

16、相 同，且输入信号功率相同， 则单边带解调性能和双边带解调性能是相 同的。残边调制系统性能(1)输入信噪比： Sim (t)Ni VSB 4n0 BVSB( 2)输出信噪比： S0m (t)N0 VSB 4n0BVSB( 3)残边调制增益： GVSB 1非相干解调系统性能分析1, 输入信噪比NSiiAM22A02 m2(t)/22n0 fm22A0 m2(t)4n0 f m2 输出信噪比：大输入信噪比：N0 AMm2(t)2n0 fm， GAM , 非22m2(t)22A02 m2 ()数据通信中主要的技术指标：1）数据传输速率。每秒传输二进制信息的位数，单位为位 / 秒，记 作 bps 或

17、b/s 。1S log2 N（bps）式中，T 为一个数字脉冲信号的带宽 （全宽码）或重复周期（归零吗）， 单位秒； N为一个码元所取的离散值的个数。通常 N 2K ,K 为二进制 信息的位数， K log 2NN=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复周期（2）信息传输速率。单位时间内通过信道传输的码元数，单位为博 野，记作 Baud.B 1/ T ( Baud )式中， T为信号码元的宽度，单位为秒。 信号传输速率，也成码元速率、调制速率或波特率。 由以上两个式子可得：S Blog 2 N （bps）或B S/log2 N（Baud）（ 3）信道容量。表示一个信道的最大数据传

18、输速率，单位为位/ 秒 （ bps）。信道容量与数据传输速率的区别是， 前者表示信道的最大数 据传输速率， 是信道传输数据能力的极限， 而后者是设计的数据传输 速率。（4）离散的信道容量。奈奎斯特无噪声下的码元速率极限值B 与信道带宽 H的关系式是B 2H （Baud）无噪声信道传输能力公式，即麦奎斯特公式为C 2H log2 N（bps）式中， H 是信道的宽度，即信道传输上、下限频率的差值· ，单位为 Hz；N是一个码元所取的离散值个数。（ 5）连续的信道容量。 表示带噪信道容量， 有著名的香浓公式表示， 即C H log 2 （1 S/N） （bps）式中， S是信号功率， N

19、 是噪声功率， S/N 为信噪比，通常把信噪比 表示为 10lg（S/N）分贝。（6）误码率。二进制数据位传输时出错的概率。它是衡量数据通信 系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。 在计算机网路中， 一般 要求误码率低于 10-6 ，若误码率达不到这个标准，则可以通过差错控 制方法检错和纠错。误码率公式为P Ne/ N式中， Ne 是二进制数据位传输位错的位数， N为传输的数据总数。 零中频接收机： 零中频是指传统的调制解调方式是无线电信号 RF（射 频）进入天线，转换为 IF （中频）, 再转换为基带（ I ，Q信号）。而 零中频就是信号直接由 RF变到基带，不经过中频的调制解调方法。 时

20、间反演的“空间、时间”聚焦性。信道冲击响应是进行 TR 电磁波信号无线传输研究的一个重要概念。 假设两个普通传感器节点之间的信道冲击响应为Mh(t,ra,rb)l (t l )n1ra ,rb分别为普通传感器节点 a和 b的空间位置； l和 l分别为对应的第l 条可分辨多径空间的损耗系数和时间延迟， M为多径总数。 在 TR 传 输模式下，普通传感器节点 a 与节点 b 之间的等效信道冲击响应hTR（t,ra,rb） 可表示为：1hTR(t,ra,rb)h( t,ra,rb)* h(t,ra,rb)2-10pM M M1 2 1l 2 (t) l k (t l k) p n 1 p l 1 k 1,k l式 2-10 中， h t,ra,rb 为信道冲击响应的时间反演波形， “* ”为时间 卷积符号 plM1 2L 为信道的能量归一化因子。 式 2-10 中的第一项 表示信道中原有的多径信号同时