通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)

1、通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)第一章緒論1、通信的目的：傳遞消息中所包含的值息。2、信息：是消息屮包含的有效內(nèi)容 3、模擬信號(hào)信號(hào)的參量取值是連續(xù)（不可數(shù)、無窮多）的（抽 樣信號(hào)未量化仍為模擬信號(hào)）數(shù)字信號(hào)信號(hào)的參量取值是可數(shù)的有限的4、按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信 系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng);按照傳輸媒介、通 信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)5、模擬消息6原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）;基帶信號(hào)6已調(diào)制信 號(hào)（帶通信號(hào)）6、數(shù)字通信系統(tǒng)模型信息源源編碼宿道編碼裁字調(diào)制字解調(diào)宿道譯碼宿源譯碼受信者噪聲源信源編碼及譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行酝瓿赡?數(shù)轉(zhuǎn)信道編碼及譯碼目的：

2、增強(qiáng)抗干擾能力，提高可靠性 基本的數(shù)字調(diào)控方式有振幅鍵控（）、頻移鍵控（）、絕對(duì)相移鍵控0、相對(duì)（差分）相移鍵控0按同步的公用不同，分為載波同步、位同步、群（幀）同步、網(wǎng)同步7、數(shù)字通信的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累 傳輸差錯(cuò)可控 便于用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理、變換、 存儲(chǔ)。（便于將來自不同信源的信號(hào)綜合到一起傳輸） 易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕 易于加密處理，且保密性好缺點(diǎn)： 需要較大的傳輸帶寬 對(duì)同步要求高8、按信號(hào)復(fù)用方式分類：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用按信號(hào)特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)頻分復(fù)用是用頻譜搬移

3、的方法是不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍；時(shí)分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同的信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間；碼分復(fù)用是用正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號(hào)。9、單工、半雙工和全雙工通信單工通信：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞桨腚p工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)收發(fā)的工作方全雙工通信：通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方10、信息及其度量/ = loj = Tog“ P(QP(X)表示信息發(fā)生的概率，I表信息中所含的信息量上式中對(duì)數(shù)的底：若a二2,信息量的單位稱為比特()，可簡(jiǎn)記為b若&二e,信息量的單位稱為奈特()，若a = 10,信息量的單位稱為哈特萊()o 通常廣泛使用的單位為比特，這時(shí)有, = iO

4、8 = -,O8u)【例11設(shè)一個(gè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個(gè)輸出的信息含量為/(O) = /(1) = log2 - = log, 2 = 1(b)在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱作1比特。若有M個(gè)等概率波形(P二1),且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立 的，則傳送M進(jìn)制波形Z的信息量為(b)/ = log2l = log2ll_ = log2M若M是2的整幕次，即M = 2k,則有I log? 2k = k (b)當(dāng)M二4時(shí)，即4進(jìn)制波形，I二2比特,當(dāng)M二8時(shí)，即8進(jìn)制波形，I二3比特?！纠?對(duì)于非等概率情況設(shè):一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合,其中每個(gè)符號(hào)

5、（i二1, 2, 3,，M）按一定的概率P（）獨(dú)立出現(xiàn)，即p（；j. p（j, ：）：，且有 ?P（A；） = 1則xl , x2,x3,，所包含的信息量分別為-log2 P（召），-log2 P（x2），一 log, P（xM）于是，每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為H（X）= P（州）-lOg? P（X）+ PgN-lOg? P（q）| + + P（XM ）|- 10g2 Pg ）J= -p（A；y;g2P（x.）此特/符號(hào)）（1.4-6）i-l由于H（x）同熱力學(xué)屮的爛形式相似，故稱它為信息源的爛【例3】一離散信源由“0” , T , “2”，“3”四個(gè)符號(hào)組成, 它們出現(xiàn)的概率分別為3/8, 1

6、/4, 1/4, 1/8,且每個(gè)符號(hào)的出 現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息20 32120120210的信息量。【解】此消息中，“0”岀現(xiàn)23次，T 出現(xiàn)14次，“2”出現(xiàn)13次，“3”出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量Z = 231og28/3+141og24+131og24+71og28 = 108 (b)每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為缶孝（比特/符號(hào)）若用嫡的概念來計(jì)算:3.31.11 .11 .1=一嚴(yán)弓吧廠玄晦廠嚴(yán)g2g= 1.906 （比特/符號(hào)）則該消息的信息量7=57x1.906=10&64 (b)以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不 同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果

7、可能存在誤差。這種誤差將 隨著消息序列屮符號(hào)數(shù)的增加而減小。當(dāng)消息序列較長(zhǎng)時(shí)，用嫡 的概念計(jì)算更為方便。11、通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：有效性和可靠性有效性：指?jìng)鬏斠欢ㄐ畔⒘繒r(shí)所占用的信道資源（頻帶寬度 和時(shí)間間隔），或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}。可靠性：指接收信息的準(zhǔn)確程度,也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。12、模擬通信系統(tǒng)：有效性：可用有效傳輸頻帶來度量?？煽啃裕嚎捎媒邮斩?最終輸出信噪比來度量。13、數(shù)字通信系統(tǒng)有效性：用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。（1）碼元傳輸速率：定義為單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（），簡(jiǎn)記為B。g式中T 碼元的持續(xù)時(shí)間(秒)(2) 信息傳輸

8、速率：定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量 或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡(jiǎn)記為，或。(簡(jiǎn)稱傳信率、比 特率)碼元速率和信息速率的關(guān)系Rb =k)g2M (b/s)或?qū)τ诙M(jìn)制數(shù)字信號(hào)：M二2,碼元速率和信息速率在數(shù)量 上相等。對(duì)于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制(M二8)中，若碼元速率為1200 B,則信息速率為3600 o(3) 頻帶利用率：定義為單位帶寬(1赫茲)內(nèi)的傳輸速 率，即=等(B/Hz)或口,=電 b/(sHz)可靠性：用差錯(cuò)率來衡量，差錯(cuò)率常用誤碼率和誤信率表示。(1)誤碼率P _錯(cuò)誤碼元數(shù)r傳輸總碼元數(shù)(2)誤信率(又稱誤比特率)錯(cuò)誤比特?cái)?shù)”一傳輸總比特?cái)?shù)在二進(jìn)制屮有Pb=Pe第二章確知信號(hào)1

9、、確知信號(hào):是指其取值在任何時(shí)間都是確定的可預(yù)知的信號(hào)2、確知信號(hào)的類型 按照周期性：周期信號(hào)非周期信號(hào)按照能量是否有限：能量信號(hào)功率信號(hào)若信號(hào)s (t)的能量等于一個(gè)有限正直，且平均功率為零，則 稱s (t)為能量有限信號(hào)，簡(jiǎn)稱能量信號(hào),其特征：信號(hào)的振 幅和持續(xù)時(shí)間均有限，非周期性。若信號(hào)s (t)的平均功率等于一個(gè)有限正值，且能量為無窮大, 則稱s (t)為功率有限信號(hào)，簡(jiǎn)稱功率信號(hào),其特征：信號(hào)的 持續(xù)時(shí)間無限。第三章隨機(jī)過程1、通信系統(tǒng)中常見的熱噪聲近似為白噪聲，且熱噪聲的取值恰 好服從高斯分布。2、白噪聲n (t)定義：功率譜密度在所有頻率上均為常數(shù)的噪聲，即P號(hào)Yv/+s)雙邊功

10、率譜密度 或P“(f) = n (0/ 30距離：和天線高度有關(guān)D28rD1=50(4.13)式中，-收發(fā)天線間距離()。例若要求0二50 ,則由式(4. 1-3)8r 5050=503、多徑效應(yīng)：信號(hào)經(jīng)過幾條路徑到達(dá)接收端，而且每條路 徑的長(zhǎng)度(時(shí)延)和衰減都隨時(shí)間而變，即存在多徑傳播現(xiàn)彖。多徑傳播對(duì)信號(hào)的影響稱為多徑效應(yīng)。4、信號(hào)包絡(luò)因傳播有了起伏的現(xiàn)彖成為衰落；多徑效應(yīng)引 起的衰落成為快衰落,由季節(jié)天氣引起的衰落成為慢衰落。5、衰落和頻率相關(guān)，稱其為頻率選擇性衰落,將(1/t )稱為次兩條路徑的相關(guān)帶寬。6、為使信號(hào)基本不受多徑傳播的影響，要求信號(hào)的帶寬小于多徑信道的相關(guān)帶寬(1/5)。

11、7、連續(xù)信道容量(1)可以證明 CBlogJl + Aj(b/s)N丿式中一信道的容量s 信號(hào)平均功率(W)；N 噪聲功率(W)；B 帶寬()。設(shè)噪聲單邊功率譜密度為心,則N二念氏故上式可以改寫成：C,=Blog, 1 + -(b / 5)I訕丿由上式可見，連續(xù)信道的容量和信道帶寬B.信號(hào)功率S及噪 聲功率譜密度處三個(gè)因素有關(guān)。(2)當(dāng) S f 或 N 丨，t , t當(dāng)S，或刀0時(shí) ，。9/52通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)當(dāng)*時(shí)，將趨向何值?令：X -上式可以改寫為：C嚴(yán)丄牛log2% S1+: 心B n0=log2(l + x)b利用關(guān)系式limln(l + x),/x=l上式變?yōu)閘og2 a =

12、log? f ln assslim Cj = lim log7(l + x)1 1 = log, 0 a 1.44 002()佻 一如B 圖4-24信道容雖和帶寬關(guān)系 上式表明，當(dāng)給定S/ n0時(shí)，若帶寬 趨于無窮大，信道容量不會(huì)趨于無限大，而只是S/nO的1.44 借。這是因?yàn)楫?dāng)帶寬增大時(shí)，噪聲功率也隨之增大。(3)和帶寬E的關(guān)系曲線：G=Blog2(i +二(b/s)上式還可以改寫成如下形式:G = Blog2f, S 1 +=B log21+S=B log 21 +空心B,咖7式屮一每比特能量;二1 每比特持續(xù)時(shí)間。上式表明，為了得到給定的信道容量，可以增大帶寬B以換 取的減??；另一方面

13、，在接收功率受限的情況下，由于二，可 以增大以減小S來保持和不變?！纠?. 6.2已知黑白電視圖像信號(hào)每幀有30萬個(gè)像素；每個(gè) 像素有8個(gè)亮度電平；各電平獨(dú)立地以等概率出現(xiàn)；圖像每秒發(fā) 送25幀。若要求接收?qǐng)D像信噪比達(dá)到30,試求所需傳輸帶寬?！窘狻恳?yàn)槊總€(gè)像素獨(dú)立地以等概率取8個(gè)亮度電平，故每 個(gè)像素的信息量為二 2(1/ 8)二 3()(4.6-18)并且每幀圖像的信息量為二 300,0003 二 900,000()(4.619)因?yàn)槊棵雮鬏?5幀圖像，所以要求傳輸速率為二 900, 00025 二 22, 500, 000 二 22. 510飛 ()(4. 6-20)信道的容量必須不小于

14、此值。將上述數(shù)值代入式：C； =31og,l + S/N)得到 22. 5106 二 $ 2 (1 + 1000)9. 97 B最后得出所需帶寬B 二(22. 5106) / 9. 972. 26()第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)1基本概念 調(diào)制一把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道屮傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義調(diào)制_分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制(也稱載波調(diào)制)。狹義調(diào)制一僅指帶通調(diào)制。在無線通信和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào) 制一詞均指載波調(diào)制。調(diào)制信號(hào)一指來自信源的基帶信號(hào)載波調(diào)制一用調(diào)制信號(hào)去控制載波的參數(shù)的過程，使載波的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化。波一未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)，它可以是正弦波，也可以 是非正弦波。

15、已調(diào)信號(hào)一載波受調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)。解調(diào)（檢波）一調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號(hào)屮的調(diào)制 信號(hào)恢復(fù)出來。2、調(diào)制的目的 提高無線通信時(shí)的天線輻射效率。 把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路 復(fù)用，提高信道利用率。 擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實(shí)現(xiàn)傳輸 帶寬及信噪比Z間的互換。3、調(diào)制方式模擬調(diào)制數(shù)字調(diào)制常見的模擬調(diào)制幅度調(diào)制：調(diào)幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶角度調(diào)制：頻率調(diào)制、相位調(diào)制在頻譜結(jié)構(gòu)上，幅度調(diào)制的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的 簡(jiǎn)單搬移（精確到常數(shù)因子）。由于這種搬移是線性的，因此，幅度調(diào)制通常又稱為線性調(diào)制。 調(diào)幅時(shí)域表達(dá)式畑=人）+加（/）

16、COS0/ = A） COS + /（/） cos 雙邊帶調(diào)制時(shí)域表達(dá)式SDSB （r） = m（r）cos coct 單邊帶調(diào)制時(shí)域表達(dá)式sB（0 = - A” cose詁cos + - Am sin om rsiniy./2 2式中，“一”表示上邊帶信號(hào)，“+”表示下邊帶信號(hào)。希爾伯特變換：上式屮可以看作是相移2的結(jié)果。把這 一相移過程稱為希爾伯特變換，記為“八”，則有An c6s%/ = Arsine”/這樣，上式可以改寫為SSSB（/）= 4. cos 叫 cos coj +14 co s coj sin coet把上式推廣到i般情況，則得到sSSB(t)=丄m(t)cosa)ct +

17、 sin co t2 2 殘留邊帶濾波器的特性:H3在處必須具有互補(bǔ)對(duì)稱（奇對(duì)稱） 特性，相干解調(diào)時(shí)才能無失真地從殘留邊帶信號(hào)屮恢復(fù)所需的 調(diào)制信號(hào)。 相干解調(diào)器原理：為了無失真地恢復(fù)原基帶信號(hào)，接收端必須 提供一個(gè)及接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱 為相干載波）,它及接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取岀 低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。 小信噪比時(shí)的門限效應(yīng) 當(dāng)（）低于一定數(shù)值時(shí)，解調(diào)器的輸出信噪比（）急劇惡化，這種 現(xiàn)象稱為調(diào)頻信號(hào)解調(diào)的門限效應(yīng)。門限值岀現(xiàn)門限效應(yīng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸入信噪比值稱為門限值， 記為（）bo4非線性調(diào)制（角度調(diào)制）原理 角度調(diào)制及幅度調(diào)制不同的

18、是，已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信 號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生及頻譜搬移 不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。 及幅度調(diào)制技術(shù)相比，角度調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是其較高的抗噪 聲性能；代價(jià)是角度調(diào)制占用比幅度調(diào)制信號(hào)更寬的帶寬。531角度調(diào)制的基本概念 FM和PM信號(hào)的一般表達(dá)式角度調(diào)制信號(hào)的一表達(dá)式為式中載波的恒定振幅；叫+如=如）信號(hào)的瞬時(shí)相位；-瞬時(shí)相位偏移。d9+久二熒）稱為瞬時(shí)角頻率 W/dz 稱為瞬時(shí)頻偏。相位調(diào)制（PM）:瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化,即 勿）二疋嚴(yán)（f）式中禺調(diào)相靈敏度，含義是單位調(diào)制信號(hào)幅度引起PM 信號(hào)的相位偏移量,單位是rad/V。將上式代

19、入一殳表達(dá)式%（ =月 cosq/+血得至lPM信號(hào)表達(dá)式Spm=刃cos陽十Kp刃頻率調(diào)制(FM):瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)成比例變化,即 竽=岌網(wǎng)CCI式中心-調(diào)頻靈敏度,單位是rad/sV。這時(shí)相位偏移為魏)=疋/ m(T)dr將其代入一般表達(dá)式*每(/) = A cos(vj +得到FM信號(hào)表達(dá)式珈(了)二月 cos叫m(r)drPM與FM的區(qū)別葉m = Acosa)ct + Kpm(t)畑(/)二 A cosa + X j m(r)dT比較上兩式可見，PM是相位偏移隨調(diào)制信號(hào)加(0線性變 化，F(xiàn)M是相位偏移隨加的積分呈線性變化。如果預(yù)先不知道調(diào)制信號(hào)Q的具體形式，則無法判斷 已調(diào)信號(hào)是

20、調(diào)相信號(hào)3S調(diào)頻信號(hào)。單音調(diào)制FM與PM設(shè)調(diào)制信號(hào)為單的正弦波，即m( f)=4 cos 昭=& cos Itv/j用它對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制時(shí)，將上式代入 咖(!)=月 COS 丿 + Kp m(l)得到5PM(t) = z4cosd#斗血4 COS烏f = A COSd)Z + mpcos coj 式中,m尸&編-調(diào)相指數(shù)，表示最大的相位偏移。用它對(duì)載波進(jìn)行頻率調(diào)制時(shí)，將楓7)=4 cos 如=& cos 2jrfj 代入(0 =4cos69.Z + mT)dT得到FM信號(hào)的表達(dá)式加(f) = /CO環(huán)砂+ K/4J COS加可=A cos/ + rtijSi n式中二勺生二冬二墅調(diào)癡旨數(shù)，表

21、示最大的相位偏移KfA最大角頻偏 =加廠最大頻偏。調(diào)頻信號(hào)的帶寬理論上調(diào)頻信號(hào)的頻帶寬度為無限寬。實(shí)際上邊頻幅度隨看斤的增大而逐漸減小，因此調(diào)頻信號(hào) 可近似認(rèn)為具有有限頻譜。通常采用的原則是,信號(hào)的頻帶寬度應(yīng)包括幅度大于未 調(diào)載波的10%以上的辺頃分量。當(dāng)“ 1以后，取邊頻數(shù)用=my+ 1即可。因?yàn)?2 mf+ 1以 上的邊頻幅度均小于0.1。 被保留的上、下邊頻數(shù)共有2“2仞+1)個(gè)，相鄰邊頻之 間的頻率間隔為九，所以調(diào)頻波的看效帶寬為2 = 2(W/+1K = 2(Y+)它稱為卡森(Carson )公式。23 / 52% = 2（旳44）九=2（涉+九）當(dāng)1時(shí)，上式可以近似為Bfm劉2人這

22、就是窄帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)mr時(shí)，上式可以近似為u 2V這就是兗帶調(diào)頻的帶寬。當(dāng)任意限帶信號(hào)調(diào)制時(shí),上式枕是調(diào)制信號(hào)旳最咼頻率，加是最大頻偏4/與fm之比。例如,調(diào)頻廣播中規(guī)定的最大頻偏如為75kHz ,最高調(diào)制頻瓠為15kHz ,故調(diào)頻指數(shù)加嚴(yán)5 ,由上式可計(jì)算出此FM信號(hào)的頻帶蠱度為180kHzo7Q5、去加重就是在解調(diào)器輸出端接一個(gè)傳輸特性隨頻率增加而滾 降的線性網(wǎng)絡(luò)（f）,將調(diào)制頻率高頻端的噪聲衰減，使總的噪 聲功率減小。但是，由于去加重網(wǎng)絡(luò)的加入，在有效地減弱輸出 噪聲的同時(shí)，必將使傳輸信號(hào)產(chǎn)生頻率失真。因此，必須在調(diào)制 器前加入一個(gè)預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)（f）,人為地提升調(diào)制信號(hào)的高頻分 量，以抵

23、消去加重網(wǎng)絡(luò)的影響。顯然，為了使傳輸信號(hào)不失真， 應(yīng)該有這是保證輸出信號(hào)不變的必要條件。6、各種模擬調(diào)制系統(tǒng)的比較調(diào)制 方式傳輸帶寬S/N 碼間串?dāng)_ 信道加性噪聲碼間串?dāng)_原因：系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導(dǎo)致前后 碼元的波形畸變、展寬并使前面波形出現(xiàn)很長(zhǎng)的拖 尾，蔓延到當(dāng)前碼元的抽樣時(shí)刻上，從而對(duì)當(dāng)前碼元 的判決造成干擾。碼間串?dāng)_嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成錯(cuò)誤判決。 6.4.2無碼間串?dāng)_的條件時(shí)域條件如上所述，只要基帶傳輸系統(tǒng)的沖激響應(yīng)波形加廣)僅在 本碼元的抽樣時(shí)刻上有最大值，并在其他碼元的抽樣時(shí)刻上均為0,則可消除碼間串?dāng)_。也就是說，若對(duì)力（r）在時(shí)刻廣二（這里 假設(shè)信道和接收濾波器所造成的延遲o = O）

24、抽樣，則應(yīng)有下式 成立_J1,k=0伙”0, R為其他整數(shù)上式稱為無碼間串?dāng)_的時(shí)域條件。也就是說，若力（份的抽樣值除了在十二0時(shí)不為零外，在其 他所有抽樣點(diǎn)上均為零，就不存在碼間串?dāng)_。由理想低通特性還可以看出，對(duì)于帶寬為B=l/27； （Hz）的理想低通傳輸特性：若輸入數(shù)據(jù)以二1波特的速率進(jìn)行傳輸，則在抽樣時(shí)刻上不存在碼間串?dāng)_。若以高于1波特的碼元速率傳送時(shí)，將存在碼間串?dāng)_。通常將此帶寬B稱為奈奎斯特帶寬，將稱為奈奎斯特速率。此基帶系統(tǒng)所能提供的最高頻帶利用率為rj = RB / B = 2 （B/Hz）極限傳輸速率2,極限頻帶利用率（2）眼圖眼圖可以定性反映碼間串?dāng)_的大小和噪聲的大小，眼圖還

25、可以用來指示接收濾波品器的調(diào)整，以減小碼間串?dāng)_，改善系29 / 52通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)統(tǒng)性能。同時(shí)，通過眼圖我們還可以獲得有關(guān)傳輸性能的許 多信息。最佳抽樣時(shí)刻是“眼睛”張開最大的時(shí)刻；定時(shí)誤差靈敏度是眼圖斜邊的斜率。斜率越大，對(duì) 位定時(shí)誤差越敏感；圖的陰影區(qū)的垂直高度表示抽樣時(shí)刻上信號(hào)受噪聲 干擾的畸變程度；圖屮央的橫軸位置對(duì)應(yīng)于判決門限電平；抽樣時(shí)刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲 容限，若噪聲瞬時(shí)值超過它就可能發(fā)生錯(cuò)判；圖屮傾斜陰影帶及橫軸相交的區(qū)間表示了接收波形 零點(diǎn)位置的變化范圍，即過零點(diǎn)畸變，它對(duì)于利用信 號(hào)零交點(diǎn)的平均位置來提取定時(shí)信息的接收系統(tǒng)有 很犬影響。第7章數(shù)字帶通

26、傳輸系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸。28 / 52通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)數(shù)字調(diào)制：把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)(已 調(diào)信號(hào))的過程。數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)：通常把包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù) 字傳輸系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法：利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制； 通過開關(guān)鍵控載波，通常稱為鍵控法。.基本鍵控方式：振幅鍵控()、頻移鍵控0、相 移鍵控0要求會(huì)畫2 2波形7二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理 7.1.1二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK )基本原理：通斷鍵控(OOK)”信號(hào)表達(dá)式：_ Acost, 以概率P發(fā)送 T時(shí)波形ecK(二 0，以概率1 - P發(fā)送“0”時(shí)1 0 0 12ASK信號(hào)的一般表達(dá)式

27、（。二 W）COS砂其中曲）=工化啟-曲）MT廠碼元持續(xù)時(shí)間；郭）-持續(xù)時(shí)間空9S帶脈;中波形,通常假設(shè)是高 康為1,兗康等于兀的矩形脈沖；給-第N個(gè)符號(hào)的電平取值,若取 =J A概率為卩% 0,概率為1 - P貝U相應(yīng)的2ASK信號(hào)就是00K信號(hào)。2信號(hào)解調(diào)方法 非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）相干解調(diào)（同步檢測(cè)法）7.1.2二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK ）基本勰表達(dá)式：在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在 和人兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為g Q)=A COS(4-軸)，發(fā)送 “1” 時(shí)Acos(2Z + 0發(fā)送 “0” 時(shí)33 / 52由圖可見，2FSK信號(hào)的波形（a）可以分解為波形（b）和波

28、形（c）,也就皐說一個(gè)2FSK信號(hào)可以看成皐兩個(gè)不同載頻的2ASK信號(hào)的普WL閔此,2FSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式又可寫成7.1.3二進(jìn)制相移鍵控（2PSK ） 2PSK信號(hào)的表達(dá)式:在2PSK中f通常用初始相位0和冗分別表示二迸制1“和0。因此，2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為&2PSK 0）二 Acos（dV 十軸）式中表示第個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：0,發(fā)送“ 0”時(shí)弘=1,叭發(fā)送“1”時(shí)因此，上式可以改寫為,Acosty,槻率為 P勺psk -卜A eg増，槻率為i_p波形圖屮，假設(shè)相干載波的基準(zhǔn)相位及2信號(hào)的調(diào)制載波的基準(zhǔn) 相位一致（通常默認(rèn)為0相位）。但是，由于在2信號(hào)的載波恢 復(fù)過程中存在著的相位模

29、糊，即恢復(fù)的本地載波及所需的相干載 波可能同相，也可能反相，這種相位關(guān)系的不確定性將會(huì)造成解 調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)及發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好相反，即“1” 變?yōu)椤?”，“0”變?yōu)椤?”，判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。這種 現(xiàn)彖稱為2方式的“倒?！爆F(xiàn)象或“反相工作”。7.1.4二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK ） 2DPSK原理2DPSK是利用前后相鄰碼元的載波相對(duì)相位變化傳遞 數(shù)字信息,所以又稱相對(duì)相移鍵控。假設(shè)4卩為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，定義數(shù) 字信息與/卩之間的關(guān)系為=JQ表示數(shù)字信息“o”卩一斥表示數(shù)字信息“1”于是可以將一組二進(jìn)制數(shù)字倍息與其對(duì)應(yīng)的2DPSK倍號(hào)的載波相位關(guān)系示例如下

30、：二進(jìn)制數(shù)字信息；11010011 02DPSK信號(hào)相位：（0）00石兀7C07C K或W0兀0000 0通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)相應(yīng)的2DPSK信號(hào)的波形如下：“）絕對(duì)碼0Io35 / 52由此例可知,對(duì)于相同的基帶信號(hào),由于初始相位不同, 2DPSK信號(hào)的相位可以不同。即2DPSK信號(hào)的相位并不直接 代表基帶信號(hào)而前后碼元的相對(duì)相位才決走信息符號(hào)。33 73二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能比較誤碼率r/dB非和干FSKI相干OOK:同步檢測(cè)DPSK 湘干FSK水分相十PPSK1怡相Took相干解調(diào)非相干解調(diào)2ASK22FSK丄嚴(yán)22PSK22DPSKerfc4r-er2對(duì)同一解調(diào)方式，釆用相干解調(diào)方式

31、的誤碼率低于非相干解調(diào)方通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)在抗加行高斯白噪聲方面，相干2性能最好，2次之，2最差頻帶寬度 2ASK系統(tǒng)和2PSK（2DPSK）系統(tǒng)的頻帶寬度B - - 2 ASK - 丁 2FSK系統(tǒng)的頻帶寬度22PSK = A例7. 2. 2采用2方式在等效帶寬為2400的傳輸信道上傳輸二 進(jìn)制數(shù)字。2信號(hào)的頻率分別為遲二980 ,鳥二1580，碼元速 率二300B。接收端輸入（即信道輸岀端）的信噪比為6。試求:（1）2信號(hào)的帶寬；（2）包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率；（3）同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率?！窘狻浚?）根據(jù)式（7. 1-22）,該2信號(hào)的帶寬為Bqfsk =伍一/； | + 2

32、 =1580 - 980 + 2x300 = 1200Hz（2）由于誤碼率取決于帶通濾波器輸出端的信噪比。由于 接收系統(tǒng)中上、下支路帶通濾波器的帶寬近似為B = 2fs= 2心=600Hz 它僅是信道等效帶寬（2400）的1/4,故噪聲功率也減小了 1/4, 因而帶通濾波器輸岀端的信噪比比輸入信噪比提高了 4倍。又由 于接收端輸入信噪比為6,即4倍，故帶通濾波器輸出端的信噪 比應(yīng)為7=4x4 = 16將此信噪比值代入誤碼率公式，可得包絡(luò)檢波法解調(diào)時(shí)系統(tǒng) 的誤碼率=-f/2=- = 1.7xlO_12 2（3）同理可得同步檢測(cè)法解調(diào)時(shí)系統(tǒng)的誤碼率例7. 2. 3假設(shè)采用2方式在微波線路上傳送二進(jìn)

33、制數(shù)字信息。已知碼元速率二ICT B,信道屮加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度心二 2IO-10 o今要求誤碼率不大于101試求（1）采用差分相干解調(diào)時(shí)，接收機(jī)輸入端所需的信號(hào)功率；（2）采用相干解調(diào)-碼反變換時(shí)，接收機(jī)輸入端所需的信號(hào)功率?！窘狻浚?）接收端帶通濾波器的帶寬為B =2x106 Hz其輸出的噪聲功率為 cr;=noB = 2xl0-,ox2xl06=4xl0-4 W 所以，2采用差分相干接收的誤碼率為弓宀10一 求解可得48.52又因?yàn)樗裕邮諜C(jī)輸入端所需的信號(hào)功率為8.52xct; =8.52x4xl04 =3.4x103W2 ”（2）對(duì)于相干解調(diào)-碼反變換的2系統(tǒng)，哄2匕=-

34、吋（罰 根據(jù)題意有巴因而 1-砒即-IO-1 =0.9999查誤差函數(shù)表，可得2 2.75 r7.56由/二才/ 2可得接收機(jī)輸入端所需的信號(hào)功率為49 / 52簡(jiǎn)單地采用一個(gè)相干載波進(jìn)行相干解調(diào)。例如，若用2 f.t作 為相干載波時(shí)，因?yàn)榕?2 - J,使解調(diào)存在模糊。這時(shí)需 要用兩個(gè)正交的相干載波解調(diào)。正交相移鍵控() 4常稱為正交相移鍵控()格雷()碼 4信號(hào)每個(gè)碼元含有2比特的信息，現(xiàn)用代表這兩個(gè)比特。兩個(gè)比特有4種組合，即0()00、01、10和11。它們和相位上之間的關(guān)系通常：按格雷碼的規(guī)律安排,如下)110 一參考相位11圖7-35QPSK信號(hào)的矢昴圖表所示。信號(hào)的編碼ab仇0

35、0900101127010180表7.4.2格雷碼編碼規(guī)則信號(hào)矢量圖(A方工弋圖7-35,序號(hào)格雷碼二進(jìn)碼0 0:0:00000B方式圖7-39)120 0：0：10 0;1;10001 0010300：1；00011格雷碼的好處在于相鄰相位450 1!1!00 1：1：10100 ()10160 1：0：10110所代表的70 1 ：0：0011181 1：0 01000兩個(gè)比特僅1)/II9101 1;0 1 11;111001 1010/111 1：1 011011只有一位0(0) 121 0：1 011100Z131 0：1 i1101不同。由141 0：0 11110151 0；0

36、01111(0丁于因相位 圖9 QPSK矢量的產(chǎn)生誤差造成錯(cuò)判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使Z僅造成 一個(gè)比特誤碼的概率最大。多位格雷碼的編碼方法：格雷碼又稱反射碼。第9章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸1、數(shù)字化3步驟：抽樣、量化、編碼2、抽樣定理：設(shè)一個(gè)連續(xù)模擬信號(hào)m(t)中的最高頻率， 則以間隔時(shí)間為T 1/2的周期性沖激脈沖對(duì)它抽樣時(shí)，m(t) 將被這些抽樣值所完全確定。帶通模擬信號(hào)的抽樣定理設(shè)帶通模擬信號(hào)的頻帶限制在和之間，如圖所示。即其頻譜最低頻率大于，最高頻率 小于，信號(hào)帶寬-o可以證 明，此帶通模擬信號(hào)所需最小抽樣 頻率等于/v=2B（l + -）n式中，B 信號(hào)帶寬；商（/的整數(shù)部分

37、，n二1, 2,；R 商（/ Q的小數(shù)部分，0 R 1。當(dāng)二0時(shí)，=2B,就是低通模擬信號(hào)的抽樣情況；當(dāng)很 大時(shí)，趨近于2B。很大意味著這個(gè)信號(hào)是一個(gè)窄帶信號(hào)。許 多無線電信號(hào)，例如在無線電接收機(jī)的高頻和屮頻系統(tǒng)中的 信號(hào)，都是這種窄帶信號(hào)。所以對(duì)于這種信號(hào)抽樣，無論是 否為3的整數(shù)倍，在理論上，都可以近似地將取為略大于22。均勻量化器對(duì)于小輸入信號(hào)很不利，為改善小信號(hào)時(shí)的信號(hào)量噪比，常采用非均勻量化，非均勻量化不能改善大信號(hào)比較13折線特性和15折線特性的第一段斜率可知，15折線特性第一段的斜率（255/8）大約是13折線特性第一段斜率（16）的兩倍。所以，15折線特性給出的小信號(hào)的信號(hào)量噪

38、比約是13折線特性的兩倍。但是，對(duì)于大信號(hào)而言，15折線特性給出的信號(hào)量噪比 要比13折線特性時(shí)稍差。這可以從對(duì)數(shù)壓縮式看出，在A律 中A值等于87. 6；但是在 律中，相當(dāng)A值等于94. 18。 值越大，在大電壓段曲線的斜率越小，即信號(hào)量噪比越差。我國(guó)用13折線。（必會(huì)）【例P256設(shè)輸入電話信號(hào)抽樣值的歸一化動(dòng)態(tài)范圍在 -1至+1之間,將此動(dòng)態(tài)范圍劃分為4096個(gè)量化單位，即將1/2048 作為1個(gè)量化單位。當(dāng)輸入抽樣值為+1270個(gè)量化單位時(shí)，試用 逐次比較法編碼將其按照13折線A律特性編碼?！窘狻吭O(shè)編岀的8位碼組用Cl C2 Cz Ci 5C-, Cs表示，貝Ij:1）確定極性碼s因?yàn)?/p>

39、輸入抽樣值+1270為正極性，所以 C1 1 O2）確定段落碼6 C3 5由段落碼編碼規(guī)則表可見，G值決 定于信號(hào)抽樣值大于還是小于128,即此時(shí)的權(quán)值電流=128。 現(xiàn)在輸入抽樣值等于1270,故6=1。在確定=1后，Q決定于信號(hào)抽樣值大于還是小于512,即 此時(shí)的權(quán)值電流= 512。因此判定=1。同理，在Q =11的條件下，決定6的權(quán)值電流= 1024。將其 和抽樣值1270比較后,得到這樣，就求出了 6 6 6=111,并且得知抽樣值位于第8段 落內(nèi)。3）確定段內(nèi)碼6 a o cs：段內(nèi)碼是按量化間隔均勻編碼的， 每一段落均被均勻地劃分為16個(gè)量化間隔。但是，因?yàn)楦鱾€(gè)段 落的斜率和長(zhǎng)度不

40、等，故不同段落的量化間隔是不同的。對(duì)于第 8段落，其量化間隔示于下圖中。由編碼規(guī)則表可見，決定G等于“1”還是等于“0”的權(quán)值 電流值在量化間隔7和8之間，即有二1536o現(xiàn)在信號(hào)抽樣值二 1270,所以c5=0o同理，決定冼值的權(quán)值電流值在量化間隔3 和4之間，故二1280,因此仍有 ,所以c-=lo最后， 決定G值的權(quán)值電流二1216,仍有 ,所以cs二1。IIo, I I 2,丸 4 , 5 I 67 I 8 , 9 I IQ II I 12 13| 14,吋1024 1152 1216 ；|280153648抽誹值1270這樣編碼得到的8位碼組為Ci 6 C3 Ci C5 C& C C

41、s =,它表示 的量化值應(yīng)該在第8段落的第3間隔屮間，即等于（1280-1216）/2 二1248 （量化單位）。將此量化值和信號(hào)抽樣值相比，得知量化 誤差等于1270 - 1248二22 （量化單位）。順便指出，除極性碼外，若用自然二進(jìn)制碼表示此折疊二進(jìn) 制碼所代表的量化值（ 1248 ）,則需要11位二進(jìn)制數(shù) （lOOUlOOOOO）o信源編碼，減少碼元數(shù)目，提高有效性 信道編碼，增加冗余度，提高可靠性準(zhǔn)同步數(shù)字體系() 提出的兩個(gè)建議： E體系一我國(guó)大陸、歐洲及國(guó)際間連接采用 T體系一北美、日本和其他少數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用 E體系的速率：基本層(1)： 30路數(shù)字電話信號(hào)，每路信號(hào)的比特率

42、為64。由于需要加入群同步碼元和信令碼元等額外開 銷()，所以實(shí)際占用32路信號(hào)的比特率。故其輸出總 比特率為2.048 ,此輸出稱為一次群信號(hào)。 2層：4個(gè)一次群信號(hào)進(jìn)行二次復(fù)用，得到二次群信 號(hào)，其比特率為8.448 o 3層:按照同樣的方法再次復(fù)用，得到比特率為34. 368 的三次群信號(hào) 4層：比特率為139. 264 o由此可見，相鄰層次群之間路數(shù)成4倍關(guān)系，但是比 特率之間不是嚴(yán)格的4倍關(guān)系。 E體系的一次群結(jié)構(gòu)1復(fù)幀=16幀 1幀：由于1路電話信號(hào)的抽樣頻率為8000 ,抽樣周 期為125 s,即幀的時(shí)間。時(shí)隙():將1幀分為32個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙容納8比特。 在32個(gè)時(shí)隙中，30個(gè)時(shí)隙傳輸30路語音信號(hào)，另外 2個(gè)時(shí)隙可以傳輸信令和同步碼。其中時(shí)隙0和16規(guī) 定用于傳輸幀同步碼和信令等信息；其他30個(gè)時(shí)隙， 即115和1731,用于傳輸30路語音抽樣值的8比 特碼組。時(shí)隙0的功能：在偶數(shù)幀和奇數(shù)幀不同。規(guī)定在偶數(shù) 幀的時(shí)隙0發(fā)送一次幀同步碼。幀同步碼含7比特， 為“0011011”，規(guī)定占用時(shí)隙0的后7位。時(shí)隙0的 第1位“*”供國(guó)際通信用；若不是國(guó)際鏈路，則它也 可以給國(guó)內(nèi)通信用。0的奇數(shù)幀留作告警()等其他用 途。在奇數(shù)幀中，0第1位的用途和偶數(shù)幀的