通信原理-概论总结

通信原理概论总结

第一章总结

节1通信的发展

1、定义：通信就是由一个池方向另一个地方传递消息。

2、电通信四个发展阶段：电报时代、电子管时代、晶体管时代、集成电路时代节

3、消息及其度量1、数字信号与模拟信号电信号一般为脉冲或正弦波，携带消息的三个参

量：振幅、频率、相位数字信号与模拟信号的区分方法：取值离散时间离散为数字信号取

值连续时间连续为模拟信号取值连续时间离散仍为模拟信号即：由取值的方式确定离散信

号或连续信号2、消息(信号)的度量与消息发生的概率有关。定量计算：信息量

I=loga[l/P(x)]P(x)为消息x出现的概率a=2I的单位为bit[常用]a=cI的单位为nita=10I的

单位为哈特莱3、离散消息(数字信号)信息量的计算等概时信息量的计算：I=loga1/P不

等概时信息量的计算：I=H=E[X]=EP(xi)H结论：等概时，消息的不确定程度最大，烯H最

大，即信息量最大。节3通信系统的构成及特点1、通信系统基本模型通信系统分类与通信

方式主要性能指标为：有效性：描述消息传递的速度(单位时间传输的信息量越大越好)。

可靠性：描述消息传递的质量(收、发差值越小越好)。2、模拟通信系统有效性：(指消

息传输速度)用信息速率衡量.但模拟信号的信息量难求用系统有效传输频带B来衡量。

可靠性：(指消息传输质量)用系统输出信噪比(S/N)o来衡量。3、数字通信系统有效性：

用传输速率来衡量。码元传输速率RB为：多少个码元/秒(单位：波特.B)信息传输速率

Rb为：多少信息量/秒Rb=RBH(单位：比特/秒,bit/s)RbN越大，系统有效性越好频

带利用率h=传码率RBN/传输带宽B(单位：波特/赫兹)h越大，系统有效性越好可靠性：

用误码率来衡量主要技术：编码技术、调制、解调技术。数字通信系统的特点：(略)第

二章总结对随机信号、噪声只能作统计描述。1).统计特性(概率密度与概率分布)；2).

数字特征(均值、方差、相关函数等)。节1随机过程概念随机过程定义随机过程统计

特性的描述1.随机过程的概率分布函数2.随机过程的概率密度函数三、随机过程数字特征的

描述1、数学期望:性质：①E[k]=k②E化⑴+k]=E&t)]+k③E[场⑴]=k电⑴]④

E@(t)+...+4n(t)]=EKl(t)]+...+E[4n(t)]⑤&⑴与③(t)统计独立时，比2(5=E⑷⑴]

E啰⑴]2、方差:性质：①D[k]=0②D映)+k]=D[;(t)]③D[k§(t)]=K2D[&⑴]@1映2(t)

统计独立时，D也l(t)+合⑴]=D[^l(t)]+D[42(t)]3、相关函数和协方差函数节2平稳随机过

程概念定义：狭义平稳、广义平稳广义平稳条件：①数学期望与方差是与时间无关的常

数；②相关函数仅与时间间隔有关。性能讨论1、各态历经性(遍历性)：其价值在于可

从一次试验所获得的样本函数x⑴取时间平均来得到它的数字特征(统计特性)2、相关函

数R⑴性质①对偶性(偶函数)R(T)=E也(*(t+t)]=E[珈俣(tl)]=R(㈤②递减性E{K(t)

±«t+t)]2}=E[12(t)±2以。«t+t)+&2(t+t)卜R(0)±2R(T)+R(0)>0:.R(0)>IR(T)R(0)>|R(T)|即

T=0处相关性最大③R(0)为匕(t)的总平均功率。④R3尸E2砥t)}为直流功率。⑤R(0)

-R3)=E[q2(t)]-E2[g(t)]=s2为交流功率3、功率谱密度Px(w)与R(©节3几种常用的随机过

程一、高斯过程定义：任意n维分布服从正态分布的随机过程x⑴称为高斯过程(或正态随

机过程)。①高斯过程统计特性是由一、二维数字特征[ak,3k2,bjk]决定的②若高斯过程满

足广义平稳条件，也将满足狭义平稳条件。③若随机变量两两间互不相关，则各随机变量统

计独立。二、零均值窄带高斯过程定义、零均值平稳高斯窄带过程同相随机分量xc(t),正

交随机分量xs(t)结论：零均值窄带高斯平稳过程x(t),其同相分量xc(t)和正交分量

xs(t)同样是平稳高斯过程，均值为0,方差也相同(sx2),且同一时刻的xc(t),x(t)互不

相关，统计独立。包络a(t)的一维分布服从瑞利分布，相位j(t)的一维分布服从均匀分布，

且同一时刻的a(t),j(t)统计独立。三、宽带随机过程——白噪声定义：功率谱密度Px(w)

在整个频率域范围内都是均匀的噪声称为白噪声。Px(w)=no/2(瓦/赫兹)n。为单边功率谙密度

四、正弦波加窄带高斯过程结论：正弦波加窄带高斯过程r(t),其包络z⑴服从广义瑞利分

布，信噪比很小时，它趋于瑞利分布；信噪比很大时，趋于高斯分布。其相位F(l)分布较复

杂，当信噪比由小变大时，其密度函数变化趋势为：由均匀到一个取值集中于F=0附近的函

数。节4随机过程的线性系统响应1、均值：E[^o(t)]=aH(0)2s自相关函数：输入广义平

稳，则输出广义平稳3、功率谱密度：4、xo⑴的分布：若xi⑴为高斯过程，则无限多个正态

随机变量之和，仍为正态随机变量。高斯随机过程通过线性系统仍为高斯随机过程。第三章

总结节1信道的概念信道定义：狭义信道、广义信道信道模型：调制信道共性：①一

对(或多对)信道输入，必对应有一对(或多对)信道输出。②绝大多数信道是线性的，满

足叠加定理。③信道对信号有延时，还有衰耗(固定或时变)④无信号输入，信道也有输

出。调制信道可用时变线性网络表示恒参信道、随参信道编码信道编码信道模型用码序列

的转移概率描述信道分类节2调制信道特性及对信号传输的影响1、恒参信道1、幅频特

性：2、相频特性：若F(w)=-wtd(td是常数，为线性函数)，无失真。F(w)非线性，

有失真。二、随参信道I、随参信道传输媒质三个特点：①传输衰耗随时间而变；②传输

时延随时间而变；③多径峙播。2、随参信道对信号传输的影响分析：影响结果：①等幅

信号变为有包络变化的信号，即存在幅度快衰落影响；②单一频率信号变为窄带频谱信号，

即存在频率弥散影响。③频率选择性衰落。相关带宽节3加性噪声节4信道容量概念

信道传输信息的最大速率R称为信道容量，C为差错任意小的最高信息速率。待传送的信

源信息速率R源,C,则信道肯定不能正确传送该信息；而R源WC采用适当的方法，该信

道能正确无误的传送该信息。加性高斯白噪声作用下的调制信道(白高斯信道)可由

Shannon公式计算信道的容量：B:信道带宽(Hz)S：信号功率(W)N=nOB：白噪声功

率理想通信系统：以极限速率实现无差错传输的系统第四章总结节1引言1、调制的必

要性①获得有用的，适于信道传输的信号形式。②选择适当的调制方式以提高抗干扰能

力。③有效地利用频段。④合理利用天线尺寸去有效地幅射电磁波。直观地看，调制、解

调就是一种频谱搬移，其使命是传递消息。调制过程就是按原始电信号或基带信号的变化规

律去改变高频信号某些参数的过程。2、模拟调制系统：载波c(t)=Acos(30t+00)若

调制信号m(l)去改变其嗝度A,称为幅度调制，亦为线性调制。若调制信号m(l)去改

变其相角sOt+00,称为角度调制，亦为非线性调制。节2线性调制基本原理1、基本原理

方框调制：已调信号的谱是以(0=0为轴的基带谱M®)搬移到以30为中心的某个频域上

构成，谱结构不变，为线性搬移，称为线性调制。相干解调：经低通滤波器后，二、各种

线性调制信号的特点调幅信号(AM)调制：解调方式：非相干解调(包络检波)、相干解

调调幅指数：SAM(t)的频谱宽度为调制信号m⑴带宽BS的两倍，有效性：BAM=2BS

2、抑制载波双边带信号(DSB)调制：解调方式：相干解调已调信号带宽与调幅时一致：

BDSB=2BS3、单边带信号(SSB)调制：相干解调SSSB(t)只含有一个边带，其带宽

与调制信号带宽一致，有利于扩展容量，提高系统有效性。BSSB=BS4、残留边带信号

(VSB)要求：各种线性调制的调制解调公式推倒需要了解。特别是SSB节3线性调制系

统的抗噪声性能要求：输入信噪比、输出信噪比调制制度增益：一般是综合考虑输出信噪

比及调制制度增益来描述.比较系统的可靠性性能。一、DSB系统制度增益G=2DSB解调

使信噪比改善一倍，原因在于相干检测使正交分量噪声ns①被滤掉。二、SSB系统制度增益

G=1SSB解调，信噪比没有得到改善，原因在于相干检测使信号、噪声的正交分量均被滤掉

了。DSB与SSB性能比较：输入信号功率相同：SDSBi=SSSBi=Si时DSB与SSB的输

出信噪比相等，亦即解调性能一致。原因：&信道噪声(nO)相同，但进入解调器的噪声不

一样。b.SSB带宽窄，对噪声的滤除能力强，NiSSB=nOBs,只为DSB时的一半。c.DSB

由于G=2,在解调时抑制了一半噪声。SSB有效性好应尽量选用SSB方式。三、AM

系统大信噪比时：G<1,抗噪性能比DSB与SSB差包络检波的门限效应节4非线性

调制原理一、FM原理方框调制：m⑴直接改变决定载波频率的电抗元件的参数.使输出频

率wi(t)随m(t)线性变化。解调原理：采用鉴频器，等效为微分及包络检波的处理过

程。二、FM信号特点I).单一频率的m⑴，调频后含有元穷多个频率分量。2).FM信号的平

均功率P=l/2,亦为载波功率。3).定义：含99%以上功率的频率范围为FM信号有效带

宽BFM。4).多频调制时，FM信号除含载波及各边带频率分量外，还含有各种交叉调制分

量，形成无限宽的频谱结构,(为非线性频谱搬移，非线性调制)，有效带宽仍是有限的。节5

非线性调制系统的抗噪声性能输入信噪比：输出信噪比：制度增益：考虑单一频率调制：

节6频分复用(FDM)原理1.复用是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信

道上传输的复合信号的方法。目前使用的复用方法有频分复用(FDM),时分复用

(TDM),码分复用(CDM),FDM特点：1)每路信号的调制载波不同；2)每路已调

信号的频谱不重迭，且为防止邻路信号间串扰，还应留有一定的防护频带Bg,收端用滤波器

分路。优点：信道复用率高，路数多，分路方便。设备复杂，分路的滤波器要求高，若信

道非线性则产生串扰。n路信号复用后所要求的信道带宽：2.多级调制第五章总结节I

数字基带信号数字基带传输系统框图组成：信道信号形成器、编码信道、接收滤波器、抽样

判决器。时域形式：基带信号：单极性、双极性；归零、不归零。频谱结构：稳态波v(t)

的功率谱密度Pv(w)：2.交变波u(i)的功率谱密度Pu(w)：3.基带信号S(l)的功率谱密度

Ps(w)=Pv(w)+Pu(w)三、常用码型：对传输码的码型结楂要求：①能从相应的基带信号中

获取定时信息。(减少连0,连1的可能)②相应的基带信号无直流成份和只有很小的低频

成份。③适应性强，不受信息源统计特性［P、1-可的影响。④尽可能提高传输速率(传输

效率)。AMI码(传号交替反转码)：编码规则、AMI码特点。1B/1T码型基本码

HDB3码(三阶高密度双极性码)：编码规则、HDB3码特点。1B/1T码型改进码节2性

能分析一、数字基带传输系统模型：发送滤波器、恒参信道、噪声叠加、接收滤波器、抽样

判决器。二、码间串扰无噪分析1.时域无码间串扰条件：2.频域无码间串扰条件：

3.理想低通系统：频带利用率二码元速率/传输带宽有效性指标最高2波特/Hz4.理想特性

的逼近一“滚降”特性滚降系数频带利用率优点：“尾巴”衰减振荡幅度小，对定时信号的

要求可降低。缺点：无码间串扰的最高频带利用率较低。三、抗噪分析误码率PePe=

P(l)P(0/l)+P(0)P(l/0)在均值为0高斯白噪声、双极性基带信号条件下：在均值为0高斯白

噪声、单极性基带信号条件下：sn为接收滤波器输出噪声方差(交流功率)四、同时存在码

间串扰、噪声性能分析一眼图法1.方法原理2.眼图模型一描述眼图与系统性能之间的关

系希望：眼睛张开越大越好(噪声容限大)；迹线越细越好(码间串扰小)节3性能改善

1.部分响应系统解决高的频带利用率与h⑴“尾巴”衰减振荡幅度小、收敛快(定时误差造成

码间串扰小)的矛盾。通过人为引入确定串扰的方式。原理框图。部分响应系统的优点：无

码间串扰，频带利用率高：2波特/HZ)。h(l)的“尾巴”振荡幅度小，收敛快(对定时精度要

求可降低)。缺点：抽样判决前的电平数〉L(如第I类，L=2进制，Ck为3电

平OL2)易受噪声影响，即抗加性噪声能力弱。一般形式：若有L进制序列{ak},则预

编码:ak=Rlbk+R2bk-l+...+RNbk-(N-l)模L加确定bk,相关编码：ck=Rlbk+R2bk-

l+...+RNbk-(N-l)算术加。模L判决：ckmolL掌握第I、IV类部分响应系统的预编码、相

关编码2.均衡补偿实际系统与理论设计的偏差，从而减少码间串扰。频域均衡：若插入的

滤波网络为T(co),则系统函数改变为通过调整T(co)的参数，最终使

H'(3)?T((D)=H(W)(无码间串扰)。时域均衡：在数字基带系统中，码间串扰对系统的

影响，体现在对样值的影响，引入的滤波器可着重对样值的均衡，使抽样点的码间串扰为00

横向滤波器峰值畸变：定义峰值畸变D表示所有抽样时刻上得到的码间干扰最大可能值与

k=0时刻上的样值之比。第六章总结一、二进制数字调制解调I.时域波形及表达式

2ASK、2FSK、2PSK(倒兀现象)2.调制与解调方法2ASK：键控法、模拟幅度调制方

法；相干解调、非相干解调(包络检波)2FSK：键控法、模拟频率调制方法；鉴频法、过零

检测法、分路相干或非相干解调、差分检波法差分检波法适用于信道存在延迟失真的情况。

由于输入信号与相邻的延迟信号均受到延迟失真的影响，它们进行相乘比较时(相位相减)，

可抵消延迟失真的影响。2PSK：键控法、模拟方法、码变换+PSK调制产生2DPSK；极性比

较法(相干解调)、差分相干解调2DPSK*3.频谱特性2ASK：功率谱由连续谱与载波处的

离散谱构成；带宽BA=2BS=2fS(Hz)；频带利用率2FSK：功率谱由连续谱与离散谱构

成，离散谱出现在两个载频(门、粒)位置上；连续谱谱结构：<fs单峰，|t2fli

>fs双峰B2FSK=|f2-fl|+2fs较宽。频带利用率2PSK：一般情况下，2PSK的功率谱与

2ASK的功率谱相同(仅差系数)即：含连续谱与离散谱。B2PSK=B2ASK=2BS当0、1等

概时(P=l/2),无离散谱。4.抗噪声性能解调方式误码性能相干OOK非相干OOK相

干2FSK非相干2FSK相干2PSK差分相干2DPSK*结论：若r相同，PcA>PcF>PeP要

求Pe相同，reA=2reF=4reP二、最佳接收最佳接收理论(也即统计、检测与估值理论)是

研究构造一个怎样的接收机，使其在信号接收检测中有最好的性能。1•统计判决模型：统

计接收第一数据一先验概率，第二数据一似然概率密度函数*2.匹配滤波器是满足瞬时输出

信噪比最大的最佳线性滤波器。3.最小错误概率的最佳凄收机与实际接收机的性能比较

r=E/nO4.基带系统最佳化要求：无码间串扰、瞬时输出信噪比最大(使用匹配滤波器)理

想信道、非理想信道下的最佳基带系统组成三、现代调制技术।,MSK：包络恒定、相位连

续、信号频带窄、带外能量小，频带利用率高；抗噪性能：2.4PSK：频带利用率比2PSK

高，有效性提高；抗噪性能：第七章总结一、PCM原理I.抽样：满足抽样定理；理想

抽样、自然抽样、平顶抽样2.量化a.基本概念：可能消除随机噪声的影响，可对各个电平

确定相应的编码量化是利用预先规定的有限个电平来表示每一个模拟样值的过程。量化间

隔、量化电平、量化区间b.均匀量化设m⑴值域[a,b],量化间隔(量化区间长度)aV.则量

化电平数M=(b-a)/△V,对于第i个区间(i=1,2…M)：起点mi-1=a+(i-1)△V

终点mi=a+i△V量化电平qi=a+iAV-AV/2最大量化误差△max=△V/2c.非均匀

量化好处：使量化噪声对大、小信号的影响大致相同，从而改善小信号时的量化信噪比。实

现：先对抽样值x=ms(kTs)压缩，输出y=g(x),然后对y均匀量化，等效为对x非均匀

量化；非均匀量化的关键是压扩技术。口压缩律的压扩技术、A压缩律的压扩技术*d13折

线A律压扩技术起点：Vi-l=E/28-(i-l)i=2,...,8V0=0终点：Vi=E/28-Ii=2,...,8V1=E/128

量化区间长度:△Vi=(Vi-Vi-l)/16=E/213-Ii=2,...,8△V1=AV2=E/21I3.编码编码就是将量

化后的多进制数字信号变换成二进制数字代码(逆过程为译码)a.位数N的选择：保证可靠

性指标(量化信噪比)前提下最小值。b.编码码型：自然二进制码与折叠二进制码折叠码特

点：①对双极性信号，用最高位表示信号的极性，其余各位码表示信号的绝对值，可简

化编码过程。②大信号时，误码影响大；小信号时，误码影响小。*c.编码方法13折线A

律非均匀量化(M=256),一般采用折叠码(N=8),其PCM码构成为：极性码(C1),段

落码(C2C3C4),段内码(C5C6C7C8)量化单位=13疔线A律非均匀量化中最小量化间隔

线性码：以量化单位为量化间隔进行均匀量化后的编码；正值区域应有M=2048个量化区间

二、△M原理表示相邻样值变化规律的码为△M码1.原理：编码器、译码器2.量化噪

声：一般量化噪声、过载量化噪声K=6/Ts=8fs,为译码器的最大跟踪斜率。|dm(t)/dt|<K,不

会过载；Am=6fb27rfk为最大不过载幅度；同时A>8/2三、PCM与^M性能比较1.有效性

PCM：抽样速率fs>2fm,每一样值用N位码表示，码速率tB=NfsM：码速率tB=fs(-

般fs取得很大)2.可靠性量化信噪比：*PCM；△M一般信噪比：PCM；△M3.比

较相同信道带宽条件，即具有相同的信道传输速率由：fB=fsA=Nfsp=2Nfm统计看，

△M抗加性噪声性能优于PCM只考虑量化噪声的影响PCM总性能优于AM四、TDM将相

邻样值间的空闲时间有规律地安排传送其它样值，以实现许多路信号互不干扰地在同一信道中

传送，此即为时分复用，可提高信道的利用率。1.特点：各路信号时间分开，频域混迭。

2.基群：30路PCM电话复用、60路AM电话复用，信息速率为2.048Mbit/s四个基犀合成

一个二次群，二次群码速率：8.448Mb/s3.时分复用优点：复用率高，路数多。缺点：设备

复杂，同步要求高。概念、目的：获取本地相干载波方法：插入导频法、直接法性能：高

效率、高精度、同步建立时间快、同步保持时间长*4.相差中的影响：DSB解调，输出信噪

比下降为cos2(p倍；SSB解调，输出信号能量(功率)降为cos2(p倍，且出现串扰二、位同

步1.概念、目的：获取同频同相时钟2•方法：插入导频法、直接法3.性能：相位误差、

同步建立时间、同步保持时间、同步带宽*4.相差影响：最佳接收时，有效积分时间减少，

E/nO变小。三、群(帧)同步1.概念、目的：正确识别码组2.方法：自同步；插入特殊

码组法(*连贯式插入法、间隔式插入法)3.性能：漏同步概率、假同步概率、平均建立时

间4.同步保护：减少漏同步、假同步*概念：捕捉态、维持态二.有单频信号

m⑴=2cos20(X)pi,采用AM方式传送，载频fo=lMHz,调幅指数().5,请写出该AM信号的表示

式，并画出频谱示意图。若传输信道的特性为接收到的信号是否存在失真？相干解调后的输

出信号是否存在失真？2.若12路具有3KHz最高频率的信号进行多路频分复用，采用

SSB/FM复合调制，设每路SSB信号间的保护带宽2KHz,FM时最大调制频偏Df=lOOKHz,

则传送此复用信号的最小信道带宽为多少？二.设最高频座为3KHz的话音信号经DSB调制

后，在f0=30MHz的高频信道上传送10km。信道传输的力率衰耗为10dB/km,信道中存在高

斯白噪声，其双边功率谱密度为n0/2=10-16W/Hz,要求接收输出信噪比SO/NO%OdB。1.请画

出解调方框图(应注明各方框主要参数)。2.试确定输出噪声功率谱密度。3.试确定最小平

均发送功率。八.某模拟通信系统，单路模拟调制信号最高频率为4KHz,采用FM方式，最

大调制频偏6KHz,则已调信号带宽为多大？若此FM信号多路复用，保护带宽为单路已调信

号带宽的50%,系统无线传输频段宽度为1MHz,则该系统能容纳多少路信号？若需传输的

模拟调制信号达120路，保护带宽仍为单路已调信号带宽的50%,请选择模拟调制方式，并确

定实际复用带宽为多大？三.一个滚降系数为05带宽为30kHz的数字基带系统，无码间串

扰的最高传码率为多少？若传送的HDB3码为-1+10()0+1-1+1-100-1+1-1,则译码输出的信息

码为何？五.设数字基带传输系统的频带宽度为6KHZ,若分别采用理想低通和a=0.5的滚降

特性，请确定各自无码间串扰的最高传码率及频带利用率(RB/B)。四.对2ASK信号进行相干

解调，在解调器输入信号功率为S时，输出误码率P-10-5,若相干载波存在相位误差

A