通信原理第六版复习资料

1、1,第1章 绪论,1、概念： 信号的区别、通信系统的组成和分类、数字通信的特点、通信方式、主要性能指标等。 2、计算： 信息量、信源熵、总信息量的计算； 信息速率、码元速率、频带利用率、误码率、误信率的计算。,2,模拟信号：代表消息的信号参量取值连续(不可数、无穷多) 数字信号：信号的参量取值离散（可数的、有限个）。 区别模拟信号和数字信号的关键是看携带消息的信号参量（如幅值、频率、相位）的取值是连续的还是离散的，而不是看时间。,1）模拟信号和数字信号的区别,3,2）比特率和波特率的区别,比特率，即信息速率每秒传送的平均信息量或比特数，用符号Rb表示，它与码元的进制数有关，单位为bit/s,

2、简记为b/s 波特率，即码元速率每秒传送的码元的个数，用符号RB表示，它与码元的进制数无关，仅与码元的宽度有关，单位为波特（Baud），简记为B。 如在运输中，波特类似轿车，比特类似乘客，一辆轿车可载运一个或多个乘客。轿车的辆数（而不是乘客的人数）确定了交通情况，类似的，波特数（而不是比特数）确定了所地求的传带宽。所以波特率比特率。,4,Rb=RBlog2M， RB Rb，当二进制（M=2）时，Rb=RB Rb一定时，增加进制数M。可以降低RB，从而减小信号带宽，节约频带资源，提高系统频带利用率。 RB一定时（即带宽一定时），增加进制数M，可增大Rb，从而在相同的带宽中传输更多的信息量。 从传

3、输的有效性考虑，多进制比二进制好，但从传输的可靠性考虑，二进制比多进制好,5,第2章 确知信号,1、概念 信号的分类与特征；频谱的概率；周期信号的频谱Cn的特点和意义；相关函数的定义和性质；(t)函数 2、计算 常用信号（，方波、三角波、冲激函数序列）的傅里叶变换；卷积定理；能量和功率的计算；相关函数与谱密度的互求。,6,1、信号类型的区别与关系： 所有周期信号（除s(t)0外）都是功率信号，而功率信号不一定都是周期信号； 非周期信号可以是能量信号，或功率信号，或既不是能量信号也不是功率信号（ 如tu(t)）； 能量信号是持续时间有限的非周期信号，而非周期信号不一定就是能量信号； 一个信号不可

4、能既是能量信号也是功率信号。,第2章 确知信号,7,傅里叶级数的物理意义频谱,在信号分析中，傅里叶级数可以将一个周期信号表示为各种频率分量的复指数或三角函数的组合。 把一个时域信号转换为频域表述，从而引出频谱的概念； 揭示了周期信号的实质，即一个周期信号由不同频率的谐波分量所组成，当信号被分解成各次谐波后，就可以从频域来分析问题，因此，傅里叶分析实质上是一种频域分析方法，信号的频域特性是信号的内在本质，而信号的时域波形只是信号的外在形式。显然从本质上分析处理总是将会更深入，更全面，也更直观方便。,第2章 确知信号,8,周期信号频谱的特点： 离散性：周期信号的频谱是以f0为间隔的一系列谱线，其包

5、络形状取决于一个周期内波形的频谱形状。 谐波性：谱线只在信号基频的整数倍（nf0）上出现，称为n次谐波； 收敛性：各次谐波的振幅尽管不一定随谐波次数n 增大作单调减小（可能有起伏），但总的趋势是下降的。,第2章 确知信号,9,周期信号频谱Cn的意义: 若已知信号的频谱(指数傅里叶级数的系数)Cn,则可以重建周期信号; 由频谱Cn可确定信号的有效带宽B(单位Hz)，信号的有效带宽B是指包含主要谐波分量的频率范围。如周期矩形脉冲信号的有效带宽等于单个脉冲持续时间的倒数，即B=1/ ； 由频谱Cn可确定周期信号s(t)的平均功率，即 该式称为周期信号的巴塞伐尔定理。它表明周期信号的平均功率完全可以在

6、频域中用傅里叶系数Cn确定。,第2章 确知信号,10,对于实信号，有 ，则有 该式表明：周期信号的平均功率等于信号所包含的直流、基波以及各次谐波的平均功率之和。 引入冲激函数后，周期信号的功率谱密度也能用Cn表示：,周期信号频谱Cn的意义:,第2章 确知信号,11,单边谱和双边谱的概念： 双边谱(分布在正负频率范围)具有数学上的意义；单边谱是指实际物理信号可测量的频谱。前者便于数学分析，后者便于实验测量。 实能量信号和实功率信号的频谱有一个共同的特性：即其负频谱和正频谱的模是偶对称的，相位是奇对称的； 注意：双边谱中负频谱仅在数学上有意义，在物理上并不存在负频率。 信号的有效带宽是振幅频谱中正

7、频率部分的宽度，描述的是实信号的带宽。,第2章 确知信号,12,能量信号的频谱密度s(f)和周期性功率信号的频谱Cn的区别,S(f)是连续频谱，Cn是离散频谱。 S(f)的单位是伏/赫(V/Hz)，Cn的单位是伏(V). 式 的物理意义是：能量信号可以分解为无数个频率为f，复振幅为s(f)df的指数信号 的线性组合。 式 的物理意义是周期信号可以分解为谐波频率为nf0，复振幅为Cn的指数信号 的线性组合。,第2章 确知信号,13,第3章 随机过程,1、概念 随机过程的定义；狭义平稳和广义平稳；各态历经的含义与意义；高斯过程的性质；窄带过程的两个结论；正弦波加窄带高斯过程的统计特性；功率谱密度的

8、意义； 2、计算 数字特征（均值、方差、相关函数）；一维概率密度函数和分布函数；平稳过程自相关函数的性质；维纳辛钦定理;随机过程的总（平均）功率；平稳过程、高斯过程、白噪声通过线性系统。,14,第3章 随机过程,1、平稳过程和各态历经性 （1）如何判定一个随机过程(t)是否广义平稳？ 答：只需验证下式成立与否： 含义：均值与t无关，相关函数仅与时间间隔有关。,15,（2）如何判定一个随机过程(t)是否各态历经？ 答：只需验证下式成立与否： 含义：集平均（统计平均）=时间平均,第3章 随机过程,16,2、平稳过程的几个关系,第3章 随机过程,17,3、各态历经性的意义 一般情况下，当求解平稳随机

9、过程(t）的统计特性(均值、自相关函数等数字特征)时，不仅要知道(t)的一维和二维概率密度函数，而且预先要得到(t)的全体样本函数，这实际上是很难办到的。 如果一个平稳过程具有各态历经性，就可用一个样本的“时间平均”来取代过程的“统计平均”，即通过一个样本函数主可求得平稳过程的各数字特征量，从而使测量和计算的问题大大简化。,第3章 随机过程,18,4、自相关函数的意义 自相关函数可用来判定一个随机过程是否广义平稳； 自相关函数的傅里叶变换是功率谱密度，这一对变换沟通了随机过程时域和频域的关系，使我们更深入、更方便和更全面了解随机过程； 由自相关函数可求得平稳过程的平均功率、直流功率和交流功率；

10、 由自相关函数可确定平稳过程的均值、方差等数字特征； 此外，自相关函数的意义还可在数字信号的最佳接收、群同步等系统中体现出来。,第3章 随机过程,19,5、随机过程(t) 是否存在傅里叶变换？ 答：不存在。因任何随机过程或随机信号其时间波形没有确定的规律，即信号的有关参量（振幅、极性、出现时间等）都是不可预测的，所以无法求其傅里叶变换，也就是说随机过程没有确定的频谱密度。 那么如何描述随机过程的频谱特性呢？ 答：可用功率谱密度来描述随机过程的频谱特性，这是因为：1）随机过程属于功率信号而不属于能量信号；2）任何平稳随机过程都存在自相关函数及其傅里叶变换功率谱密度。 可见，自相关函数和功率谱密度

11、是描述平稳随机过程的两个重要数字特征。,第3章 随机过程,20,6、功率谱密度（PSD）的意义 可用来描述随机过程的频域特性； 可用来描述通信系统中的滤波器及其它器件对信号与噪声的影响； PSD的积分面积等于平稳过程的总功率； 与相关函数构成一对傅里叶变换，从而建立频域与时域之间的联系。,第3章 随机过程,21,7、功率谱密度（PSD）的求法 1）直接法：由PSD的定义式求： 式中：E表示统计平均，FT(f)是fT(t)频谱函数，fT(t)是f(t)的截短函数，f(t)是随机过程(t)的任一样本(属于功率型确定信号)。 2）间接法：先求自相关函数R()，再求对应傅里叶变换：,第3章 随机过程,

12、22,8、随机过程(t) （归一化）平均功率的几种求法,第3章 随机过程,23,9、独立、相关和正交和关系：,第3章 随机过程,24,通信原理,第4章 信 道,25,1、概念 信道的分类和特征；恒参和随参信道举例；调制信道和编码信道的定义范围和关系；恒参信道的无失真传输的条件，两种线性失真及其影响；随参信道的3个特点，多径传播及其影响；信道噪声及其通过带通滤波器的结果；香农公式的含义和结论 2、计算 信道容量的计算,26,通信原理,第5章 模拟调制系统,27,1、概念： 调制信号、载波和已调信号；门限效应。 AM、DSB、SSB、VSB和PM、FM的基本概念、特点和应用；产生与解调方法；AM、

13、DSB波形和频谱；VSB边带滤波特性；各种模拟调制系统的比较；门限的概念；频分复用的概念； 2、计算： AM、DSB、SSB、FM、PM的表达式、功率和带宽的计算；单音调频的调频指数、相偏和频偏；卡森公式；,第5章 模拟调制系统,28,调制信号 指来自信源的基带信号 载波 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。 已调信号 载波受调制后称为已调信号。,29,相干解调是否存在门限效应 相干解调不存在门限效应，原因是相干解调器由相乘器和低通滤波器组成，信号与噪声分开处理，故不存在门限效应 包络检波器由整流器和低通滤波器组成，信号与噪声无法分开处理，当（Si/Ni）低于一定数值时

14、，解调器的输出信噪比（s0/N0）急剧恶化门限效应，这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的。,30,通信原理,第6章 数字基带传输系统,31,1、概念 数字基带系统原理框图；单/双、单归零/双归零、差分、多电平的波形（会画）和主要特点；选码原则；AMI码、HBD3码、CMI码的编/译、对应基带波形和主要特点；码间干扰及其产生原因；观察眼图的方法，眼图模型的6个指标；部分响应技术解决的问题。 2、计算 无ISI的时/频域条件，理想低通传输系统的奈奎斯特带宽和频带利用率；余弦滚降系统的滚降系数、传码率、带宽和频带利用率；有无ISI验证；二进制/双极性系统的最佳判决门限；第I类部分响应系

15、统的预编码、相关编码和模L判决；均衡前后峰值失真；均衡效果的评价准则。,第6章 数字基带传输系统,32,无ISI的最高传码率的求法： 方法1、由给定的基带传输特性H()等效成最宽的矩形门（理想LPF）系统无码串的最高传码率Rmax=双边谱的门宽值。 方法2、由H()找出滚降段的中心频率，即奈奎斯特带宽fN系统无码串的最高传码率Rmax=2fN。与方法1实质一样。,第6章 数字基带传输系统,33,验证能否实现无ISI传输的方法 方法1、当实际传输速率RB小于(必须是整数倍)或等于RBmax（基带系统无ISI的最高传码率）时，即满足 RBmax=nRB n=1,2,3 时表示以实际速率RB进行数据

16、传输，将满足抽样点上无码间串扰的条件 方法2、用无ISI的时域条件来验证。麻烦。,第6章 数字基带传输系统,34,方法3、将实际传输速率RB代入奈奎斯特第一准则（无ISI的频域条件），若仍能使H()等效成一个理想(矩形)低通滤波器，则可实现无ISI传输。 注意：奈奎斯特第一准则，即 所对应的无ISI的最高传码率RBmax=1/Ts波特，若实际传输速率为RB=2/Ts，则基带系统的总特性H()应满足：,第6章 数字基带传输系统,35,通信原理,第7章数字带通传输系统,36,1、概念 调制类型与特点、多进制数字调制的特点和目的，数字调制与模拟调制的区别； 2、计算 二进制调制信号的表示式、时域波形

17、和调制器(会画),各种解调器(接收机)原理框图及各点波形(会画)；二进制调制信号的传输带宽和频带利用率；最佳判决门限；差分编码和差分译码；二进制数字调制系统的性能(带宽、频带利用率等)比较；4PSK、4DPSK信号的相位关系、矢量图和时间波形；4PSK、4DPSK信号的调制解调器。,第7章数字带通传输系统,37,通信原理,第9章模拟信号的数字传输,38,1、概念 低通信号和带通信号的抽样定理；理想抽样、自然抽样和平顶抽样的波形和频谱特点；均匀量化和非均匀量化的概念；逐次比较型编码器原理；PCM与增量编码的比较,DPCM的基本原理；TDM原理和特点； 2、计算 A律13折线编码、译码；编码信号和

18、数码率和传输带宽PCM30/32路系统的数码率和帧结构,39,通信原理,第10章 数字信号最佳接收,40,第10章 数字信号最佳接收,概念： 最大似然准则的含义；匹配滤波器和相关器的关系；相关系数与误码率及最佳信号形式的关系；基带系统最佳化的两个条件。 计算： 各种最佳接收机原理框图、工作原理和各点波形；匹配滤波器的传输函数、单位冲激响应、输出信号、t0的选择和最大输出信噪比；最佳基带系统中的滤波器特性的设计；,41,通信原理,第13 同步原理,42,第13章 同步原理,13.6 小结 载波同步、码元同步、帧同步和网同步的目的和实现方法；,43,第13章 同步原理,数字通信系统中的同步种类：载波同步、码元同步、群同步和网同步。 载波同步：又称载波恢复。 目的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频、同相的本地振荡，用于相干解调。 方法： 接收信号中有载频分量时：需要调整其相位。 接收信号中无载频分量时：需从信号中提取载波，或插入辅助同步信息。,44,第13章 同步原理,码元同步：又称时钟同步或时钟恢复。 对于二进制信号，又称位同步。 目的：使每个码元得到最佳的解调和接收，即得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决定积分和判决时刻，以及对接收码元能量正确积分。 码元