通信概论串讲笔记20111210要点

1、通信概论串讲笔记第一章：通信基础（一）课程内容第一节：通信的基本概念通信就是信息的传递和交换；消息是信息的物理表现形式，如语音、文字、图片和数据等；信息是消息的内涵；信号是能够反映或表示信息的传输载体。第二节：通信系统的组成1，通信系统一般模型；信源发送设备信道接收设备信宿|噪声源通信系统基本模型各部分功能：信源是消息的发源地，其作用是通过传感器把消息转换为原始电信号发送设备的功能是将信源和信道匹配起来，其目的是将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号 信源可以分为模拟信源和数字信源。信道是指传输信号的通道，可分为有线和无线两大类。噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集

2、中表示。接收设备的功能是放大和反变换，其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。信宿是传送消息的目的地。其功能与信源相反，即将复原的原始电信号还原成相信的消息，2，模拟通信系统模型；模拟信源调制器信道解调器信宿I噪声源模拟通信系统典型模型两种转换：（1）消息-原始电信号（系带信号），通过信源和信宿完成。（2）基带信号-已调信号（带通信号），通过调制器和解调器完成。3, 数字通信系统模型；信源一信源编码一加密一信道编码一数字调制一信道一数字解调一信道译码一解密一信源译码一信宿I噪声源4, 数字通信的优缺点。优点：1、抗干扰能力强，且噪声不积累；2、传输差错可控。3、便于与各种数字

3、终端接口。4、易于集成化。5、易于加密处理，且保密强度高。缺点：1、比模拟通信占用更宽的信道带宽。2、数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。第三节：通信系统的分类1、按照通信业务分：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统、综合业务数字通信网。2、按照调制方式分：基带系统和调制（带通）系统。3、按照信号特征分：模拟通信系统、数字通信系统。4、按照传输媒介分：有线通信系统和无线通信系统。5、按照工作波段分类长波通信：30 - 300KHZ中波通信：300K-3MHZ短波通信：3-30MHZ微波通信：300M-300GHZ光通信：43T-3000THZ入=c/f第四节：通信方式

4、指通信双方之间的工作方式。1, 单工、半双工和全双工通信;单工通信-指消息只能单方向传输的工作方式；如：广播，遥测，遥控等；半双工通信-指通信双方都可以收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式；如普通对讲机；全双工通信-指通信双方可以同时进行收、发消息的工作方式；如：电话，手机通信。2，并行传输和串行传输。按照数据代码传输的时序，可以分为并行传输和串行传输。并行传输：将代表信息的数据代码序列以成组的方式在两条或者两条以上的并行信道上同时传输； 串行传输：将数据代码序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。第五节：信号和频谱信号是能够反映或表示信息的传输载体。1.5.1、信号分类；1、

5、确知信号和随机信号确知信号-指可以预先知道变化规律的信号；随机信号-也称为不确知信号，其在实际发生前具有一定的不确定性。2、周期信号和非周期信号周期信号-是定义在时间区上，每隔一段时间间隔按相同规律重复变化的信号。非周期信号-是不具有重复性的信号。3、模拟信号和数字信号模拟信号-信号参量的取值是连续的（不可数，无穷多）。数字信号-信号的参量指可能取有限个、可数个值。4、基带信号和带通信号基带指信号-从零频开始到几兆赫兹，不适合通过无线信道传输；带通信号 指通过调制以后的信号，又称已调信号。无论模拟信号还是数字信号，都有基带信号和带通信号之分。因此，相应有数字（或模拟）基带传输系统和数字（或模拟

6、）带通传输系统。1.5.2、信号举例；正弦信号（也称正弦波）是一种最基本的周期信号，3个参量描述：振幅，周期或频率，相位。T=1/f T :周期 f :频率正弦波的公式：s（t） = Asin （3 t + 0 ）A为信号的最大振幅，3为信号的角频率，单位为rad/s , 0为信号的初始相位。角度频率和频率的关系为3 = 2 n f 1.5.3、时域和频域;时域角度，描述的是信号随时间变化的特性；频域角度，描述的是信号随频率变化的特性。频域图有两种类型：振幅-频率图和相位-频率图。在计算信号的带宽时，用振幅一频率图。1.5.4、频谱和带宽。信号频谱是指它所包含的所有频率分量的集合，并且通过频域

7、图表示。换句话说频谱就是描述信号幅度（或相位）随频率变化的关系图周期函数一一傅利叶级数非周期函数一一傅利叶变换随机信号一一功率谱实现信号带宽是指信号占有的频率范围。等于信号的最高频分量与最低频分量的频率差。B=fH fL B为带宽fH信号的最高频率 fL为信号的最低频率*模拟信号，其带宽应该小于它占用的的信道带宽，即信道带宽必须大于信号带宽*数字信号，它占用的信道带宽可以小于信号带宽，即信道带宽可以小于信号带宽（采样原理）对基带信号，fL接近0对带通信号，fL 一般远大于0。第六节：信道和噪声1, 信道定义和分类；信道（channel ）是以传输媒质为基础的信号通道，根据信道特征，分为狭义和广

8、义信道。狭义信道指各种传输媒质，如有线信道和无线信道。广义信道是除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置，如馈线，放大器等。2, 有线信道分为： 明线（2） 同轴电缆（3）对称电缆（4） 双绞线（5）光纤光纤主要优点，传输频带宽，传输容量大，抗干扰性好，保密性强，耐腐蚀，成本低传输损耗低。3, 无线信道无线信道中，信号传输利用电磁波（无线电波）在空间的传播来实现。电磁波传播方式：（1）地（面）波传播-2MHZ以下，传播距离几十到几千米，如：调幅广播。（2）天波传播-2 30MHZ 4000km电离层反射方式传播（3）视线传播-高于30MHZ视线传播距离和收发天线的高度有关。h=D2/8

9、r= D 2/50 米h是两天线之间保持视线的最低高度，D为收发天线间的距离，地球半径r=6370km。微波中继：每50km-个中继站，通过接力方式实现远程通信。微波频率300MHz-300GHz。卫星中继平流层通信（4）散射传播：传播媒体不均匀，使电磁波的传播产生向许多方向折射的现象。分为：电离层闪射、对流层闪射和流星余迹闪射。164 信道噪声噪声：是一种不需要的、有害的电信号。它能使模拟信号失真，数字信号发生错码，限制信息的传输速率。根据噪声的来源分类：(1) 人为噪声：由人类的活动产生，如电钻和电气开关瞬间造成的电火花；(2) 自然噪声：自然界中存在的各种电磁波辐射，如闪电，大气噪声(3

10、) 内部噪声：通信设备中的电子元器件传输线等产生的噪声。如热噪声、闪弹噪声等。根据噪声的性质分类：单频噪声-是一种频率单一或频谱很窄的连续波干扰。脉冲噪声-是一种在时间上无规则的突发脉冲波形。起伏噪声-是遍布在时域和频域内的随机噪声。如热噪声、闪弹噪声、宇宙噪声。起伏噪声是影响通信系统性能的主要因素。165信道容量：是指信道能够无差错传输的最大平均信息速率。1、信道分类：调制信道：一种连续的信道编码信道：一种离散的信道2、香农公式：对于带宽有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道的信道容量(C bit/s) 为C= Blog2(1+S/N) B为信道带宽(HZ S为信号功率(W N为噪声功率(W

11、注意*噪声功率N (W)如果噪声功率谱密度为 nO(W/Hz)则噪声功率N=B* nO(单位对应换算 W= Hz * W/Hz )则有香农公式的另一种形式：C= Blog2(1+S/ nOB)3、重要结论由香农公式得出的重要结论(1) 信道容量C受“三要素”，即 B、S no的限制。(2) 提高信噪比(S/N),可以增大信道容量。(3) 若噪声功率趋于零(或噪声功率密度趋于零)，则信道容量趋于无穷大。(4) 增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道无限制增大。(5) 信道容量C一定时，信道带宽 B和信号噪声功率比 S/N之间可以互换。第七节：多路复用技术常用的复用技术主要有：频分复用、时分

12、复用、码分复用、波分复用等。1、频分复用(FDM -按照频率来划分信道的复用方式。信道带宽被分割成多个相互不重叠的频段(子信道)，每路信号占据一个子信道，各路之间必须留有未被使用的频带(保护频带)进行分隔，以防止重叠。FDM勺特点是各路信号在频率上是分开的，在时间上是重叠的。2、 时分复用（TDM -是利用分时方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。TDM勺特点是各路信号在频率上是重叠的，在时间上是分开的。同步时分多路复用，浪费大，利用率低。（固定时隙）异步时分多路复用，根据需要分配时隙，利用率高。3、码分复用各路信号码元在频谱上和时间上都是重叠的，但是不同用户传输的信号是靠不同的正交编码序

13、列来区分。码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。4、波分复用光通信的复用技术，原理和频分复用类似。第八节：通信系统的性能指标评论一个通信系统的优劣性能指标包括：有效性，可靠性，适应性，经济性，标准性和可维护性。1.8.1模拟通信系统的性能指标有效性用传输带宽E来度量。模拟通信系统的可靠性通常用接收端最终输出信噪比SO/N 0来度量，输出信噪比越高，通信可靠性就越好。1.8.2数字通信系统的行能指标数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。1） 码元速率（波特率）-表示每秒传送的码元数目。码元是信息传输的基本单位。八进制一个码元3位。RB = 1/T T 表示码元周期，单位：波特

14、（Baud）2）信息速率（比特率）-表示每秒传送的信息量（或比特数）。Rb = RB*log2M RB表示码元速率， M表示码元进制数。单位 ：bit/s3）频带利用率： n = RB/B RB表示码元速率，B表示频带带宽 单位：Baud/HZ或者n b= Rb/B Rb 表示信息速率。单位：bit/（s*HZ） n读作langmda。于是n b= RB*log2M /B 或 n b= n *log2M4）差错率 用来衡量数字通信系统的可靠性。差错率常用误码率和误信率表示。误码率Pe：指接收错误码元数占总码元数的比例。Pe=错误码元数/传输总码元数误信率R （误比特率）：指接受的错误比特数在传

15、输总比特数中所占的比例P b =错误比特数/传输总比特数例1:设A系统以2000bit/s的比特率传输2PS碉制信号的带宽为2000HZ, B系统以2000bit/s的比特率传输4PSK调制信号的带宽为1000H乙试问：哪个系统更有效?解：两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。因为，真正衡量数字通信系统的有效性指标是频带利用率A系统n b = Rb/B= 2000/2000bit/(s*Hz )= 1bit/ (s*Hz)B系统n b = Rb/B= 2000/1000bit/(s*Hz )= 2bit/ (s*Hz)所以，B系统的有效性更好。例2：设某数字传输系统传送二进制码元的速率

16、为1200Baud,试求该系统的信息速率；若该系统改为传送八进制信号码元，码元速率不变，则这时系统的信息速率为多少？解：二进制：Rb= RB*log2M=1200* Iog22=1200 bit/s八进制：Rb= RB*Iog2M=1200* Iog28=3600 bit/s例3:已知某四进制数字传输系统的信息速率为2400bit/s ，接收端在0。5h内共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率。解：码元速率=2400/log2 4=1200 Baud误码率 Pe=216/0.5*60*60*1200=10 -4 (0.0001)第二章模拟信号数字化及其传输第一节概述数字通信系统传输模拟信

17、号的三个基本环节：(1) 模/数转换(A/D)-把模拟信号转换为数字信号。(2) 按数字传输方法-数字基带传输或数字调制传输。(3) 数/模转换(D/A)把数字信号变换为模拟信号。1、模/数(A/D)的3个步骤：抽样、量化、编码抽样就是以一定的时间间隔采集模拟信号的瞬时值，然后将采集的瞬时值(抽样值)进行量化并编码，就形成了数字信号。数字微波通信系统由天馈设备、微波分路系统、微波发信机、中频调制解调器、基带切换设备、勤务及监控和PCM设备组成。量化：将抽样信号幅值进行离散化处理的过程。编码：把量化后的有限个信号电平值变换成二进制码组的过程。2、编码方法和分类编码技术分为波形编码和参量编码两类。

18、目前使用最普遍的波形编码方法有：脉冲编码调制PCM和增量调制厶M。第二节抽样定理抽样定理为模拟信号的数字化和时分多路复用( TDM奠定了理论基础。带宽 B=fH-fL如果B> fL表示低通信号。如果BW fL表示带通信号。1、低通抽样定理低通抽样定理：一个频带限制在(0, fH)内的模拟信号m(t)，如果以T< 1/2f h的间隔对它抽样，贝U m(t)将被抽样值完全确定。抽样间隔：T<=1/2f h 当T=1/2f h称为奈奎斯特间隔抽样速率：fs>=2f h 当fs=2f h称为奈奎斯特速率。如果抽样速率fs<2f h,会产生失真，叫混叠失真。2、带通抽样定理

19、带通抽样定理：一个频带限制在fL- f h内，带宽为B=fH-fL的带通信号m(t)，如果对它进行抽样的最小抽样频率满足fs= 2B(1 + k/n)则m(t)将被抽样值完全确定。其中 n为商f h/B的整数部分，k为商f h/B的小数部分。通常f l远大于B,所以k/n接近0 fs = 2B2.3脉冲振幅调制(PAM1、 模拟脉冲调制-是以时间上离散的脉冲序列作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲序列的某个参量(振幅，宽度和位置)，使其随 m(t)的规律变化。PAMH脉冲波的幅度随调制信号变化的一种调制方式，按抽样定理进行抽样得到的信号m(t)就是一个PAM 信号。)脉宽调制PDM 脉位

20、调制PPM用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想情况，一般用窄脉冲序列代替冲激脉冲。用窄脉冲序列进行抽样的两种PAM方式是：自然抽样和平顶抽样。2、自然抽样： 又称曲顶抽样，抽样后信号的脉冲顶部与原模拟信号波形相同。时域波形的脉冲顶部和原模拟信号波形相同，频谱包络按sa函数随频率增加而下降，带宽有限，可通过低通滤波器直接分离出原始模拟信号。3、理想抽样理想抽样-用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想情况。PAM信号波形冲激大小等于瞬时抽样值，频谱的包络是一条水平线，信号带宽无穷大。可通过低通滤波器直接分离出原始模拟信号。4、平顶抽样 又称瞬时抽样。脉冲顶部是平坦的，脉冲幅度等于瞬时抽样值。频谱复杂，不能直

21、接用低通滤波器恢复原信号，必须在低通前加一个修正滤波器。实际中，常用“抽样保持电路”产生平顶抽样PAMW号。2.4脉冲编码调制(PCM脉冲编码调制本质上是一种模 /数转换方式，它是将模拟信号变换成二进制信号的常用方法。抽样是按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换为时间上离散的抽样信号；量化是把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散化，即指定有限个量化电平，把抽样值用最接近的电平表示; 编码则是用二进制码组表示量化后的信号电平。OCI信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”3各步骤实现的。2.4.1量化将抽样信号幅值进行离散化处理的过程。量化误差-在量化过程中，量化输出电平和量化前信号的抽样值之间

22、产生的误差。也叫做量化噪声。1):把输入信号的取值域等间隔 分割的量化称为均匀量化。假设模拟抽样信号的取值范围在a和b之间，量化电平数为 M则量化间隔为 v=(b-a)/M，最大量化误差为v/2。量化信噪比：(SO/Nq) dB= 20lgM = 6NdB量化噪声功率NqH与量化间隔 v有关，对于均匀量化， v是固定的，因而Nq固定不变。但是，信号的强 度可能随时间变换，当信号小时，量化信噪比也小，所以均匀量化对于小输入信号很不利。特点：量化间隔相等，缺点是小信号时的量化信噪比低。2)非均匀量化非均匀量化：量化间隔随信号抽样值的不同而不同。信号抽样取值小时，量化间隔v也小，信号抽样取值大时，量

23、化间隔v也大。实现方法是把信号先进行压缩处理，然后再把压缩后的信号进行均匀量化。压缩器是一个非线性变换电路，实现“压大补小”作用。非均匀量化优点：在保证编码位数不变时， 减小大信号的量化信噪比（仍能满足要求），提高小信号的量化信噪比。 A律 13折线：设法用13段折线逼近压缩特性。A律选择A=87.6。分成8段，最小的那两段斜率相同，2段看作为1段。表示分成7段。正负最小的2段斜率相等，所以，2段看作为1段。公式：2*（ 8-1）-1=13，所以叫A律 13折线： 律15折线：设法用15段折线逼近压缩特性。卩=255。同一端的2直线的斜率不同，不合并，所以成了15段，2*8-1比较：15折线率

24、对小信号的量化信噪比改善程度更好；不过，对于大信号来说，律要比A律差。2.4.2编码把量化后的有限个信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码。逆过程称为解码或译码。1、常用二进制编码PCM 一般使用二进制码，对 M=2个量化电平，可以用 N位二进制码来表示。常用二进制编码有3种二进制码：自然二进制码、折叠二进制码和格雷二进制码。（1）折叠二进制码以7为分界线，对称折叠（镜像）：0000表示7 0111表示0 11111表示15。优点：编码过程简单，误码对于小电压的影响较小。有利于减小语音信号的平均量化噪声。2、码位选择和安排我国的PCI编码采用8位的13折线法的编码，8位二进制码的安排。极性码

25、 段落码 段内码C1 C2C3C4 C5C6C7C8极性码：C仁俵示正极性;C1=0表示负极性；段落码：C2C3C它的8种可能状态分别对应表示 8个段落的起点电平。段内码：C5C6C7C8它的16种可能状态对应代表各段内的 16个不同的量化级。通常把按非均匀量化特性的编码称为非线性编码；按均匀量化特性的编码称为线性编码A律 13折线编码的7位非线性与均匀量化的11位线性编码等效。由于非线性编码的码位数较少，因此设备简单，所需传输系统带宽减小。3、逐次比较法编码器任务是：根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进制代码，除第一位极性码外，其他7位幅度码是通过逐次比较确定的。如 I S= +1270判断

26、C1是看+''-'号判断 C2: I s>128 为 1上半区段 5-8 段落段落起始电平（liA ）（0,16,32,64,128,256,512,1024）判断C3:l s>512为17-8 段落判断C4:l s>1024为1 第8段落段落起始为1024，所以量化间隔厶 v i =1024/16=64判断C5: IS< (1024+64*8=1536)为0处于前8级内 量化间隔厶v i (1 , 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64)判断C6: Is< (1024+64*4=1280)为0处于前4级内判断C7: Is> (

27、1024+64*2=1152)为1处于2-3级判断C8: Is> (1024+64*3=1216)为1处于3级内。所以PCM编码为1 111 0011段内的量化电平为 1216,量化误差=1270- 1216 = 54。4、译码把PCM信号还原为相应的PAMW号，电阻网络型译码器与逐次比较型编码器种的本地译码器基本相同，所不同的是 增加了极性控制部分和带有寄存读出功能的7/12位码变换电路。lc编码电平；Is是样值；量化误差：Is - I c ； I d是译码电平：Id=Ic+A V8 / 2译码后的量化误差：|I s-I d|2.4.3PCM信号的带宽二进制PC信号的带宽取决于数据的比

28、特率以及用于表示数据的脉冲波形的形状。PC啲比特率为：R,= fsN f s为抽样频率，N每个样值脉冲的二进制编码位数PCMH号的第一零点带宽为：B=Fb = NfS脉冲形状为sinXx类型时，PCM所需要的最小传输带宽（奈奎斯特带宽）为Bmin= R/2 = Nh2.4.4PCM系统的抗噪声性能。噪声有两种：量化噪声和传输信道种的加性噪声。2.4.5自适应差分脉码调制（ADPCM通常把话路速率低于64kbit/s的编码方法称为语音压缩编码技术。13语音压缩编码目的是降低数字电话信号的比特率、减小传输带宽。语音压缩编码方法有：差分脉码调制DPCM自适应差分脉冲编码 ADPCM增量编码厶M等，1

29、、差分脉码调制-是一种预测编码方法；对当前抽样值与预测值的差值进行编码并传输。2、自适应差分脉冲编码 ADPCM将自适应技术引入量化和编码过程，以改善DPCI的性能。自适应量化是指量化台阶随信号的变化而变化，使量化误差减小。自适应预测是指预测器系数可以随信号的统计特性而自适应调整。2.5、增量调制(1、基本原理是电平数为2 (对预测误差进行1位编码)的DPCM利用相邻抽样值的相对大小(差值)反映模拟信号的变化规律。利用差值编码进行通信的方式，称为增量调制(Delta Modulation )。2、不过载条件和编码范围阶梯台阶的斜率k为：k /T= d fsc为纵轴台阶高度 T为抽样周期fs抽样

30、频率。不发生过载条件为：|d/dt * m(t)|maxW d fs不发生过载的信号临界振幅为 Amax= d fs/ 3 k编码范围：d /2 w Aw d f s / 3 k d /2是起始编码电平3、 M系统的抗噪声性能增大抽样频率能显著提高最大量化信噪比。2.6、PCMfA M的比较PCMA M都是模拟信号数字化的基本方法。PCMI对样本本身编码， M是对相邻样值的差值极性编码，这是本质区别。1、抽样速率PCM fs > 2fH M fs > 32Kbps2、数码率和传输带宽DPCM R b= fsN=64kbps (f s=8khz , N=8)ADPCM Ro= fsN

31、=32kbps (f s=8khz , N=4) M R b= fsN=32kbps (f s=32khz , N=1)最先带 宽 Bmin=Rb/2实际传输带宽B=Rb。123、量化信噪比如果PC啲编码位数NA 4时，PCM勺量化性能好；如果PC啲编码位数N< 4时， M系统的量化性能好。PCM适用于要求传输质量高，且频带资源丰富的场合，用于大容量的干线通信。 M具有编译码简单，低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点。用于专用通信网和卫星通信中。2.7、基带传输码型变换-电脉冲存在的形式称为码型，消息代码的电脉冲表示过程称为码型变换或者线路编码。 常用的线路码型由四类：二元码、三

32、元码、多元码和块编码。2.7.1、数字基带信号的码型1、二元码-波形为矩形波，幅度取值只有两种电平。(1) 单极性码：用正电平和零电平表示1'和 0 '，需要直流传输能力。(2) 双极性码：用正电平和负电平表示1'和 0'，不存在零电平，有利于在信道中传输，不易受信道特性影响，抗干扰能力较强，RS232接 口使用的是该标准。单极性归零码：归零(RZ的含义是脉冲宽度 t小于码元宽度Ts,即信号电平在一个码元终止时刻前总 要回到零电平。通常，归零波形的占空比为50%(4) 双极性归零码：双极性码的归零形式。以上四种码型属于绝对码波形。(5) 差分码：电平跳变表示1;

33、电平不变表示0。(传号跳变)。差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称为相对码。(6) 数字双相码(曼彻斯特码)：用一个周期的正负对称方波表示0,用其反向波形表示1编码规则：1 10; 0-01。Miller 码(密勒码)：又称为延迟调制码，是双相码的一种变形。编码规则：“1”码用码元间隔中心点出现跃变来表示，即用10或者01表示。“ 0”码有两种情况：(1)单个0时码元间隔内不跳变，与相邻码元的边界处也不跳变。(2) 连0时，在两个0码的边 界处出现跳变。密勒码最初用于气象卫星和磁带记录系统，现在也用于低速基带数传机中(8)CMI码：传号反转码的简称，是一种双极性二电平码。编码规则

34、：“ 1 ”码交替用“ 11”和“ 00”两位码表示，“ 0”码固定用“ 01表示”。双相码、密勒码和 CM码中，每个元二进制信号码都用一组2位二进制码表示，所以又称为1 B2B码。比较：单极性码的频谱中含有直流分量和丰富的低频分量，不利于传输。双极性码的频谱中无直流分量，有利于在信道中传输，且抗干扰能力也较强。单极性归零码中含有位定时频率分量，是其他码型提取位同步信息时常采用的一种过渡波形。归零（RZ）的含义时脉冲宽度 t小于码元宽度Ts,半占空的含义时占空比 t /Ts= 1/2 。非归零（NRZ的含义时脉冲宽度 t等于码元宽度Ts,即占空比t /Ts= 1。2、三元码三元码中的信号幅度取

35、值有 3个：+ 1 , 0, 1。（1）AMI 码AMI码：传号交替反转码。编码规则：将二进制消息代码“ 1”（传号）交替地变换为线路码的“+ 1”和“1 ” （1使用的是归零脉冲）。“ 0” （空号）用零电平表示，保持不变。优点：由于+ 1与1交替，AM码的频谱中不含直流成分，且高低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处。缺点：当原信号出现连“ 0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连“ 0”码问题的有效方法之一是采用HDB码。（2）HDB3 码3阶高密度双极性码，AMI码的改进型。编码规则：（1）、当0小于或者等于3时，与AMI码相同；（2）、当0数超过3时，将第4

36、个0化作一小节，定义为000V或B00V,称为破坏节，其中V为破坏脉冲，B称为调节脉冲。（3）、V与前一个相临的非0脉冲的极性相同，且相临的 V码之间极性必须交替。V的取值为+ 1或一1;（4）、B的取值（+ 1或一1）应使V同时满足3中的两个要求；（5）、V码后面的传号码极性也要交替。列子：消息代码：1 000 0 1 0000 1 1 0 00 0 000 0 1 1DHB3码 -1 000 V- +1000V+ -1 +1 B-00V- B+00V+ -1 +1在AMI码和HDB码中，每位二进制码都被变换成1位三电平取值（+ 1、0、一 1）的码，因而这类码称为 1B/1T码。183、多

37、元码为了提高频带利用率，可以采用多电平码。4、块编码为了提高线路编码性能和同步、检错能力，可以进行块编码。nBm码：把原信码流的n位二进制码分为一组，并置换成m位二进制码的新码组，其中 m>r。前面介绍的双相码、密勒码和 CM码都可以看做1B2B码。nBm码提供了良好的同步和检错功能。nBm码：将n个二进制码变换成 m个三进制码的新码组，且 m<r。例如4B3TnBmT信息容量大于1B1T，提高了频带利用率。*选择数字基带信号的码型时，应该考虑以下选码原则：1）对于低频传输特性差的信道，基带信号的频谱中应不含直流分量，且低频分量要小。2）便于从基带信号中提取定时信息。3）高频分量尽

38、量少，以节省传输频带，如多电平码。4）抗噪声性能好号。5）具有内在的检错能力。6）编译码设备要尽可能简单等。总结：（1）无直流分量，且低频分量小；（2）含有丰富的定时信息；（3）占用带宽窄；（4）抗噪声性能好；（5）具有内在的检错能力；（6）编译码简单。2.7.2、数字基带信号的频谱频谱分析的意义在于，可以确定信号的带宽，信号包含的频谱成分，有无直流分量，有无定时分量等。 结论：（1）时间波形的占空比越小，信号占用频带越宽。（2）单极性RNt号中有定时分量，可以直接提取。（3）单极性信号的频谱中含有直流分量和丰富的低频分量。（4）等概的双极性信号没有离散谱，无直流分量和定时分量。2.7.3、码

39、间串扰（ISI ）数字基带信号在传输过程中，会受到两种干扰：一个是码间串扰，另外一个是信道加性噪声。码间串扰（ISI）-是指前面脉冲的拖尾蔓延到相邻码元的抽样时刻上，从而干扰了信号检测过程。眼图是一种估计和观察系统性能的实验手段。它通过在示波器上观察接收到的信号可以看出码间串扰和噪声对信号的的影响程度。当“眼睛”张大时，表示码间串扰小，当眼睛闭合时，表示码间串扰大。最佳抽样时刻是眼睛张开最大的时刻当存在噪声时，眼图的线迹变成了比较模糊的带状的线，噪声越大，线条越粗，越模糊，“眼睛”张开也就越小。第三章调制和解调3.1调制的概念1、调制的含义调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。

40、广义的调制分为基带调制和带通调制（也称载波调制）。在无线通信中和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。载波调制就是用基带信号去控制载波的参数，使其按照基带信号的规律而变化。把基带信号的频谱搬移至较高的载频附近。载波是指未受调制的周期性高频振荡信号，载波受调制后称为已调信号或带通信号。2、调制的目的和作用1）将基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号。2）实现信道的多路复用。3）改善系统抗噪声性能。3、调制的分类（1）按照调制信号分类：模拟调制和数字调制。（2）按照载波分类：连续波调制和脉冲调制。（3）按照被调参数分类：幅度调制、频率调制和相位调制。（4）按照已调信号频谱结构分类：线性调制和非线

41、性调制。模拟调制分为幅度调制和角度调制。幅度调制包括调幅（AM，双边带（DSB，单边带（SSB和残留边带（VSB。角度调制包括调频（FM和调相（PM。3.2、幅度调制（线性调制）幅度调制中，载波的振幅随基带信号振幅而变化。3.2.1、调幅（AM-AM（Amplitude Modulatio n）是常规双边带调制的简称。1、特点与应用：1） 由时间波形可以看出，当满足条件：|m（t）| maxW Ao时，AM波的包络与基带信号m（t）的形状完全一样, 故可采用简单的包络检波进行解调2） AM勺频谱由载频分量和上、下对称的两个边带组成，因此，AM言号时含有载波的双边带信号，它的带宽是基带信号带宽的

42、两倍，即：BA2fH f H是基带信号的带宽3）AM勺优点在于解调器简单，（广泛应用，中短波调幅广播）4）AM勺缺点是调制效率很低。3.2.2、 双边带调制（DSB（去直流分量）将AM中的载波分量去掉，即得到一种高调制效率的调制方式一一抑制载波双边带（双边带）信号。特点与应用：1）DSB言号的包络不与m（t）成正比，不能用包络检波，要用相干解调。2）DSB言号带宽与 AMf 同，BDs=BAM=2fH。3）调制效率高（100 %）。不存在载波分量，全部功率用于信息传输。4）应用场合较少。用于调频立体声广播中的差信号调制，彩色电视系统中的色差调制。3.2.3、 单边带调制（SSB（去掉一个边带）

43、DSB言号的上下两个边带中携带着相同的信息，通过滤波器滤掉其中一个边带。这方式称为单边带调制。实现方法是滤波法和相移法。特点与应用：1） 优点1 : SSB寸频谱资源的有效利用。所需的带宽为DSB勺一半：ESsE=1/2BDSEFfH2）优点2 : SSB氐功耗和设备重量减轻，（由于不传送载波和另一个边带所节省的功率）。3）缺点：SS囲于节省带宽，需要复杂的技术。滤波法的技术难点是陡峭的边带滤波特性难于实现。相移法的技术难点在于宽带相移网络的制作。4）SSB言号的解调也不能采用简单的包络检波，仍需采用相干解调。3.2.4、残留边带调制（VSB介于SSBf DS之间的一种折中方法，使其中一个边带

44、残留一部分。特点与应用:1） VSBT式既克服了 DSB言号占用频带宽的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题；2）VSB言号的带宽介于 SS朿DSB>间，即f H<BsB<2fH；调制效率为100%。3）VSB：匕SSB所需求的带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现的简化。4） VSB在商业电视广播中的电视信号得到广泛应用，占用0 6MHZ勺频带范围。3.2.5、相干解调与包络检波解调是调制的逆过程，其作用是从接受的已调信号中恢复出基带信号。1、相干解调- 也叫同步检波。关键是接收端是必须提供一个与接收的已调载波严格同步的本地载波（称为相干载波）,否则解调后将会使原始基带信号

45、衰减，甚至会带来严重失真。2、包络检波包络检波器：通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。包络检波器是从已调波的幅度中直接提取原基带信号，属于非相干解调，不需要相干载波，所以电路简单。 因此AM言号几乎都采用包络检波。3.3、角度调制由于频率和相位的变化都表现为载波角度的变化，故把调频和调相统称为角度调制。3.3.1、角度调制概念包括调频（FM和调相（PM）。它们的关系：FM帜分+ PM（叫间接调频）PM微分+ FM （叫间接调相）fm是基带信号的频率， f是最大频偏，m是调频指数。 f= m ff m。FMW制一般用于模拟调制中，PMH般应用在数字通信中3.32、调频信号的频谱与带宽FM划分

46、为：窄带调频和宽带调频。窄带调频是指FM言号的调频指数<<1，称为NBFM其带宽是基带信号最高频率的两倍。频谱宽度比较宽时称为宽带调频 WBFM宽带调频频带计算公式:卡森(carson ) 公式:B=M=2(mf + 1)f m= 2( f+f m)f m是基带信号的调制频率， f是最大频偏，m是调频指数。当基带信号不是单一频率时，FM言号的宽度仍然可以用卡森公式计算。此时fm表示基带信号的最高频率， f是最大频偏，m是最大频偏 f与fm的比值。333、调频信号的产生与解调1、调频方法：直接调频法和间接调频法直接调频法：利用压控振荡器作为调制器；基带信号直接去控制压控振荡器的频率，

47、使其按照基带信号的规律线性变化，产生FM言号。间接调频法：先将基带信号积分，然后对载波进行调相，即可产生一个窄带调频信号。若在后面加以一个n次倍频器，就可得到宽带调频信号。这种方法称为阿姆斯特朗法。2、鉴频方法调频信号的解调(也称鉴频)就是要产生一个与调频信号的频率呈线性关系的输出电压，这个输出电压就是所要恢复的基带信号。鉴频器：振幅鉴频器(非相干解调)，对窄带调频和宽带调频均适用。NBFM1可以采用相干解调。3.3.4、频率调制的特点与应用与幅度调制相比，频率调制最突出的优势是具有较高的抗噪声性能，但代价是占用比幅度调制信号更宽的带宽。FM用于：调频广播，电视伴音，卫星通信，移动通信，微波通

48、信，蜂窝电话系统。性能比较：(1)抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB,VSB,AMt差(2)频谱利用率：SSBt 高,VS战高，DSB/AM次 之，FMt差；(3)功率利用率：FM最咼，DSB/SSB VS欧之，AM差；(4)设备复杂度：AMft简，DSB/FM次之，VSB较复杂,SSE最复杂。3.4、二进制数字调制数字调制-把数字基带信号变换为数字带通信号的过程。数字解调-通过解调器吧带通信号还原成数字基带信号的过程。数字调制技术有两种：(1)利用模拟调制方法实现数字式调制。(2)通过开关键控载波，从而实现数字调制。称为键控法。包括振幅键控ASK频移键控FSK和相移键控PSK341、二进制

49、幅移键控（2ASK1、2ASK勺基本原理幅移键控是利用在波的幅度变化来传递数字信息，载波的频率和初始相位保持不变。2、2ASK的调制与解调2ASK /00K（On-Of Keying，00通断键控）信号产生的方法有两种：模拟调制法和键控法00K2ASK /00K（0n-0ff Keying，00通断键控）信号也有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。3、ASK勺频谱与带宽B 2ASK=2f S是码元速率fs的两倍。码元速率fs= 1/T S3.4.2、二进制频移键控（2FSK1、2FSK的基本原理二进制频移键控，利用载波的频率变化来传递数字信息，而载波的幅度和初

50、始相位保持不变。2、2FSK勺调制与解调2FSK信号的产生方法主要有两种：（1）采用模拟调频电路来实现，（2）采用键控法实现。2FSK信号常用的解调方法是非相干解调和相干解调。3、2FSK勺频谱与带宽B 2FSK=（f 2-f 1） + 2f Sfs= 1/TS是基带信号的带宽。fC=（f1+f2）/2 为两个载频的中心频率。f1和f2是两个载波的频率。若|f 2-f 1|<fs连续谱在fc处出现单峰；若|f 2-f 1|>fs连续谱出现双峰；3.4.3、二进制相移键控（2PSK1、2PSK勺基本原理二进制相移键控，利用载波的相位变化来传递数字信息，而载波的幅度和频率保持不变。在2

51、PSK中，通常用初始相位0和n分别表示二进制符号“ 0”和“ 1”。（绝对相位）。2、2PSK勺调制与解调2PSK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法（相乘法）和键控法。2PSK信号的解调通常采用相干解调法。相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好反相，即1变为0, 0变为1，这种现象称为2PS防式的“倒n ”或者“反相工作”。3、2PSK频谱与带宽B 2PS=2f Sf S= 1/T S是码兀速率比较：（2ASK和 2PSK两者表示形式完全一样，区别仅在于2ASK为单极性，2PSK为双极性。所以功率谱和带宽都相等。不同的是2PSK没有离散谱（即载波分量），此时2

52、PSK言号实际上相当于抑制载波的双边带信号。344、二进制差分相移键控（2DPSK1、2DPSK勺基本原理二进制差分相移键控，利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息。而载波的幅度和频率保持不变。又称为相对相移键控。0同相，n反相。2DPS信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位的差才是唯一决定信息符号的因素。2、2DPSK勺调制与解调（1）调制：2DPSK信号的调制器由差分编码（也称码变换）和2PS碉制器组成。an是原信息代码，称为绝对码，bn为相对码（也称差分码）。差分编码的作用就是把绝对码变换成相对码，编码规则bn = an® bn-1曲为模2加，也称异或运算，

53、相同为 0,相异为1。（2）解调：2DPS信号的一种解调器由相干解调和差分译码（也称码反变换）组成。相对码还原称绝对码，编码规则：an= bn 辻 bn-12DPS信号的另一种解调方法是差分相干解调，即相位比较法3、2DPSK勺频谱与带宽B 2DPSK=B 2PSK=2f S 是码兀速率f S的两倍。例题：设发送的二进制信息为10101，码元速率为1200 Baud :1）当载波频率为2400Hz时，试分别画出2ASK（ook） , 2PSK及2DPSKI号的波形。2）2FSK的两个载波频率分别为1200Hz和2400Hz时，画出其波形。3）计算2ASK,2PSK,2DPSI和2FSK言号的带

54、宽和频带利用率。解：1） 2ASK:2PSK:2DPSK:2) 2FSK: 3)B2ask=B2psk=B2DPSK=2f s=2*1200=2400Hz BAsK=|f1-f2|+2fs=1200+2400=3600Hz频带利用率 2ASK/2PSK/2DPSK= 1200/2400=0.5 Baud/Hz=0.5 bit/s.Hz频带利用率 2fsk=1200/3600=0.33 Baud /Hz =0.33 bit/s.Hz（波特率baud并不会因为搬到更高的频谱上就改变）3.4.5、二进制数字调制系统性能比较数字通信系统性能的好坏可以从可靠性、有效性、对信道的适应能力、设备的复杂程度等方面进行比较。2FSK 系统的频带利用率最低，有效性最差。非相干方式的设备比相干方式简单。3.5、多进制数字调制3.5.1、特点与类型1、 特点：多进制的 M增加，相应的可以降低带宽B,和提高了频带利用率 n，但同时也需要增大发送信号功率。R b= RBIog 2M目的：二进制数字调制