通信概論筆記

1、.通信概論筆記第一章：通信基礎(chǔ)（一）課程內(nèi)容第一節(jié)：通信的基本概念通信就是信息的傳遞和交換；消息是信息的物理表現(xiàn)形式，如語音、文字、圖片和數(shù)據(jù)等；信息是消息的內(nèi)涵；信號(hào)是消息或者信息的傳輸載體。第二節(jié)：通信系統(tǒng)的組成1， 通信系統(tǒng)一般模型；信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿 | 噪聲源 通信系統(tǒng)基本模型2， 模擬通信系統(tǒng)模型；模擬信源調(diào)制器信道解調(diào)器信宿 | 噪聲源 模擬通信系統(tǒng)典型模型3， 數(shù)字通信系統(tǒng)模型；信源信源編碼加密信道編碼數(shù)字調(diào)制信道（噪聲源）數(shù)字解調(diào)信道譯碼解密信源譯碼信宿4， 數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：1、 抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累；2、 傳輸差錯(cuò)可控可以采用信道編碼技術(shù)使誤碼率降低

2、，提高傳輸?shù)目煽啃裕?、 便于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)、形成綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)。4、 易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化、且重量輕，成本低。5、 易于加密處理，且保密強(qiáng)度高。缺點(diǎn)：1、 比模擬通信占用更寬的信道帶寬。2、 數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。不過，隨著新的帶寬傳輸媒質(zhì)的采用和超大規(guī)模繼承電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。第三節(jié)：通信系統(tǒng)的分類1、 按照調(diào)制方式分：基帶系統(tǒng)和調(diào)制（帶通）系統(tǒng)2、 按照傳輸媒介有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。3、 按照工作波段分類長(zhǎng)波通信：30300KHZ中波通信：300K-3MHZ短波通信：3-30MH

3、Z微波通信：300M-300GHZ光通信：43T-3000THZ第四節(jié)：通信方式1， 單工、半雙工和全雙工通信；單工：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?；廣播，遙測(cè)，遙控等；半雙工：通信雙方都可以收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式；普通對(duì)講機(jī)；全雙工：通信雙方可以同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式；電話，手機(jī)通信。2， 并行傳輸和串行傳輸。并行：將代表信息的數(shù)據(jù)代碼序列以成組的方式在兩條或者兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸；串行：將數(shù)據(jù)代碼序列以串行方式一個(gè)碼元接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸。第五節(jié)：信號(hào)和頻譜1， 信號(hào)分類；確知信號(hào)和隨機(jī)信號(hào):(確知是指可以預(yù)先知道變化規(guī)律的信號(hào)；隨機(jī)稱為不確知信號(hào))周期

4、信號(hào)和非周期信號(hào)（周期是定義在時(shí)間區(qū)上，每隔一段時(shí)間間隔按相同規(guī)律重復(fù)變化的信號(hào)。非周期是不具有重復(fù)性的信號(hào)）模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)（信號(hào)參量的取值是連續(xù)的（不可數(shù)，無窮多），指信號(hào)的參量指可能取有限個(gè)、可數(shù)個(gè)值，如電報(bào)信號(hào)，計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)）基帶信號(hào)和帶通信號(hào)（基帶指信號(hào)從零頻開始到幾兆赫茲，不適合通過無線信道傳輸；帶通信號(hào)指通過調(diào)制以后的信號(hào)，又稱已調(diào)信號(hào) ）無論模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，都又基帶信號(hào)和帶通信號(hào)之分。因此，相應(yīng)又?jǐn)?shù)字（或模擬）基帶傳輸系統(tǒng)和數(shù)字（或模擬）帶通傳輸系統(tǒng)。2， 信號(hào)舉例；正弦信號(hào)（也稱正弦波） 是一種最基本的周期信號(hào)，3個(gè)參量描述：振幅，周期或頻率，相位。T=1/f

5、T：周期 f：頻率正弦波的公式：s（t）Asin（t）A為信號(hào)的最大振幅，為信號(hào)的角頻率，單位為rad/s，為信號(hào)的初始相位。角度頻率和頻率的關(guān)系為2f 3， 時(shí)域和頻域；時(shí)域角度，描述的是信號(hào)隨時(shí)間變化的特性；頻域角度，描述的是信號(hào)隨頻率變化的特性。在計(jì)算信號(hào)的帶寬時(shí)，用振幅頻率圖。4， 頻譜和帶寬。信號(hào)頻譜是指它所包含的所有頻率分量的集合，并且通過頻域圖表示。換句話說頻譜就是描述信號(hào)幅度（或相位）隨頻率變化的關(guān)系圖周期函數(shù)傅利葉級(jí)數(shù) 非周期函數(shù)傅利葉變換 隨機(jī)信號(hào)功率譜 實(shí)現(xiàn)信號(hào)帶寬是指信號(hào)占有的頻率范圍。等于信號(hào)的最高分量于最低頻分量的頻率差。B=fHfL B為帶寬 fH信號(hào)的最高頻率

6、fL為信號(hào)的最低頻率*模擬信號(hào)，其帶寬應(yīng)該小于它占用的的信道帶寬，即信道帶寬必須大于信號(hào)帶寬 *數(shù)字信號(hào)，它占用的信道帶寬可以小于信號(hào)帶寬，即信道帶寬可以小于信號(hào)帶寬（采樣原理）第六節(jié)：信道和噪聲1， 信道定義和分類；信道（channel）是以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道，根據(jù)信道特征，分為狹義和廣義信道。狹義信道指各種出書媒質(zhì)，如有線信道和無線信道。廣義信道是除了包括傳輸媒質(zhì)外，還包括通信系統(tǒng)有關(guān)的變換裝置，如饋線，放大器等。2， 有線信道明線： 同軸電纜：對(duì)稱電纜（雙絞線電纜）：屏蔽(STP)和非屏蔽（UTP）雙絞線。光纖：優(yōu)點(diǎn)，傳輸頻帶寬，傳輸容量大，抗干擾性好，保密性強(qiáng)，耐腐蝕，成本低傳輸

7、損耗低。3， 無線信道信號(hào)傳輸使用的是電磁波（無線電波）在空間傳播來實(shí)現(xiàn)。地（面）波傳播ground wave：2MHZ以下 幾十到幾千米 調(diào)幅廣播方式天波傳播sky wave：230MHZ 4000km 電離層反射方式傳播視線傳播line of sight：高于30MHZ 視線傳播距離和收發(fā)天線的高度有關(guān)。微波中繼：每50km一個(gè)中繼站，通過接力方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。衛(wèi)星中繼平流層通信 散射傳播：傳播媒體不均勻，使電磁波的傳播產(chǎn)生向許多方向折射的現(xiàn)象。4， 信道噪聲噪聲：是一種不需要的、有害的電信號(hào)。能使模擬信號(hào)失真，數(shù)字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)碼，限制信息的傳輸速率。人為噪聲：由人類的活動(dòng)產(chǎn)生，如電鉆和電氣

8、開關(guān)瞬間造成的電火花；自然噪聲：自然界中存在的各種電磁波輻射，如閃電，大氣噪聲內(nèi)部噪聲：通信設(shè)備中的電子元器件傳輸線等產(chǎn)生的噪聲。熱噪聲是影響通信系統(tǒng)性能的主要因素。5， 信道容量：是指信道能夠無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?。調(diào)制信道：一種連續(xù)的信道（只介紹這種）編碼信道：一種離散的信道香農(nóng)公式：對(duì)于帶寬有限，平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道的信道容量(C bit/s)為CB log 2（1+S/N） B為信道帶寬（HZ） S為信號(hào)功率（W） N為噪聲功率（W）注意*噪聲功率 N (W)*噪聲功率譜密度 n0（W/HZ）N=B* n0 （單位對(duì)應(yīng)換算WHZ * W/HZ）第七節(jié)：多路復(fù)用技術(shù)1，

9、 頻分復(fù)用（FDM）按照頻率來劃分信道的復(fù)用方式。信道帶寬被分割成多個(gè)相互不重疊的頻段（子信道），每路信號(hào)占據(jù)一個(gè)子信道，各路之間必須留有未被使用的頻帶（保護(hù)頻帶）進(jìn)行分隔，以防止重疊。2， 時(shí)分復(fù)用（TDM）是利用分時(shí)方式來實(shí)現(xiàn)在同一信道中傳輸多路信號(hào)的方法。TDM的特點(diǎn)是各路信號(hào)在頻率上是重疊的，在時(shí)間上是分開的。3， 碼分復(fù)用各路信號(hào)碼元在頻譜上和時(shí)間上都是重疊的，但是不同用戶傳輸?shù)男盘?hào)是靠不同的正交編碼序列來區(qū)分。4， 波分復(fù)用光通信的復(fù)用技術(shù)，原理和頻分復(fù)用類似。第八節(jié)：通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)評(píng)論一個(gè)通信系統(tǒng)的優(yōu)劣性能指標(biāo)包括：有效性，可靠性，適應(yīng)性，經(jīng)濟(jì)性，標(biāo)準(zhǔn)性和可維護(hù)性。1， 模擬

10、通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性用傳輸帶寬B來度量。模擬通信系統(tǒng)的可靠性通常用接收端最終輸出信噪比S0/N0來度量，輸出信噪比越高，通信可靠性就越好。2， 數(shù)字通信系統(tǒng)的行能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。1）碼元速率（波特率）：RB1/T T表示周期，單位：波特（Baud）2) 信息速率(比特率)：RbRB*log2M RB表示碼元速率，M表示碼元進(jìn)制數(shù)。單位:bit/s3）頻帶利用率： RB/B RB表示碼元速率，B表示頻帶帶寬 單位：Baud/HZ 頻帶利用率： bRb/B 或者bRB*log2M /B 或 bb *log2M RB表示碼元速率，B表示頻帶帶寬 單位：bi

11、t/(s*HZ)4) 差錯(cuò)率 衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性。 誤碼率Pe：指接收錯(cuò)誤碼元數(shù)占總碼元數(shù)的比例。Pe錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù) 誤信率Pb（誤比特率）：指接受的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例 Pb錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)例1：設(shè)A系統(tǒng)以2000bit/s的比特率傳輸2PSK調(diào)制信號(hào)的帶寬為2000HZ，B系統(tǒng)以2000bit/s的比特率傳輸4PSK調(diào)制信號(hào)的帶寬為1000HZ。試問：哪個(gè)系統(tǒng)更有效？解：兩個(gè)傳輸速率相等的系統(tǒng)其傳輸效率并不一定相同。因?yàn)?，真正衡量?shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)是頻帶利用率A系統(tǒng) bRb/B2000/2000bit/（s*Hz）1bit/（s*Hz）B系統(tǒng)

12、bRb/B2000/1000bit/（s*Hz）2bit/（s*Hz）所以，B系統(tǒng)的有效性更好。例2：設(shè)某數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進(jìn)制碼元的速率為1200Baud，試求該系統(tǒng)的信息速率；若該系統(tǒng)改為傳送八進(jìn)制信號(hào)碼元，碼元速率不變，則這時(shí)系統(tǒng)的信息速率為多少？解：二進(jìn)制：RbRB*log2M=1200* log22=1200 bit/s八進(jìn)制：RbRB*log2M=1200* log28=3600 bit/s 例3：已知某四進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的信息速率為2400bit/s，接收端在0。5h內(nèi)共收到216個(gè)錯(cuò)誤碼元，試計(jì)算該系統(tǒng)的誤碼率。解：碼元速率2400/log2 4=1200 Baud誤碼率Pe=

13、216/0.5*60*60*1200=10-4 (0.0001)（二）學(xué)習(xí)目的與要求通過本章節(jié)學(xué)習(xí)，了解通信系統(tǒng)的基本組成，熟悉通信系統(tǒng)中的信號(hào)類型、頻譜與帶寬；了解信道類型、信道噪聲和信道容量；了解多路復(fù)用的基本概念；掌握通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。本章重點(diǎn)：通信系統(tǒng)的組成和性能指標(biāo)。本章難點(diǎn)：信道噪聲和信道容量。（三）考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1、通信系統(tǒng)的組成識(shí)記：通信系統(tǒng)一般模型，各個(gè)組成單元的主要功能數(shù)字通信系統(tǒng)模型，信源編碼的功能數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn)2、通信系統(tǒng)的分類識(shí)記：按通信業(yè)務(wù)分類，按信號(hào)特征分類按傳輸媒體分類，按工作波段分類3、通信方式領(lǐng)會(huì)：?jiǎn)喂?、半雙工和全雙工通信，并能舉例說明。4、信號(hào)和

14、頻譜識(shí)記：周期信號(hào)和非周期信號(hào)的特征模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的區(qū)別基帶信號(hào)和帶通信號(hào)的關(guān)系應(yīng)用：正弦波波的振幅、頻率（或周期）的相位的含義，關(guān)系和計(jì)算。研究正弦的波的意義，研究信號(hào)頻譜的意義信號(hào)帶寬計(jì)算5、信道類型識(shí)記：有線信道的類型，無線信道中電磁波的傳播方式。6、信道噪聲和信道容量領(lǐng)會(huì)：噪聲的種類和危害識(shí)記：香農(nóng)公式7、多路復(fù)用技術(shù)領(lǐng)會(huì)：頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用的概念、特點(diǎn)和應(yīng)用。8、數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)識(shí)記：波特率RB、比特率Rb、頻帶利用率和誤碼率Pe的定義。應(yīng)用：一個(gè)M進(jìn)制碼元所含信息量的計(jì)算波特率RB、比特率Rb、誤碼率Pe的計(jì)算關(guān)系式RbRB*log2M的應(yīng)用。第二章 模擬信號(hào)數(shù)字化及其傳

15、輸（一） 課程內(nèi)容第一節(jié) 概述三個(gè)基本環(huán)節(jié)：1、 模/數(shù)轉(zhuǎn)換 （A/D）：把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)。2、 按數(shù)字傳輸方法數(shù)字基帶傳輸或數(shù)字調(diào)制傳輸3、 數(shù)/模轉(zhuǎn)換 （D/A）：把數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)模/數(shù)（A/D）的3個(gè)步驟：抽樣、量化、編碼 可見抽樣就是以一定的時(shí)間間隔采集模擬信號(hào)的瞬時(shí)值，然后將采集的瞬時(shí)值（抽樣值）進(jìn)行量化并編碼，就形成了數(shù)字信號(hào)。抽樣：將（取值連續(xù)/時(shí)間連續(xù)）的模擬信號(hào)->(取值連續(xù)/時(shí)間離散)的抽樣（PAM）信號(hào)量化：將(取值連續(xù)/時(shí)間離散)的PAM信號(hào) ->(取值離散/時(shí)間離散的)量化信號(hào)（多電平數(shù)字信號(hào)）編碼：將(取值離散/時(shí)間離散的)量化信號(hào) -&

16、gt;二進(jìn)制數(shù)字（PCM）信號(hào)脈沖編碼調(diào)制PCM和增量調(diào)制M是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化的方法。第二節(jié) 抽樣定理抽樣定理為模擬信號(hào)的數(shù)字化和時(shí)分多路復(fù)用（TDM）奠定了理論基礎(chǔ)。1、低通抽樣定理B=fH-fLB> fL 表示低通信號(hào)低通抽樣定理：一個(gè)頻帶限制在（0，fH）內(nèi)的模擬信號(hào)m（t）如果以T<=1/2fH的間隔對(duì)它抽樣，則m（t）將被抽樣值完全確定。抽樣間隔：T<=1/2fH 當(dāng)T=1/2fH稱為奈奎斯特間隔抽樣速率：fs>=2fH如果抽樣速率fs<2fH,會(huì)產(chǎn)生失真，叫混疊失真。3、 帶通抽樣定理fs2B（1k/n）通常fL遠(yuǎn)大于B，所以k/n接近0 fs2B第

17、三節(jié) 脈沖振幅調(diào)制（PAM）模擬脈沖調(diào)制是以時(shí)間上離散的脈沖序列作為載波，用模擬基帶信號(hào)m（t）去控制脈沖序列的莫個(gè)參量（振幅，寬度和位置），使其隨m（t）的規(guī)律變化。（這個(gè)比較好記憶：PAM是脈沖波的幅度隨調(diào)制信號(hào)變化的一種調(diào)制方式，按抽樣定理進(jìn)行抽樣得到的信號(hào)ms（t）就是一個(gè)PAM信號(hào)。）自然抽樣：曲頂抽樣。和原來波形一樣平頂抽樣：瞬間抽樣。脈沖頂部是平坦的，脈沖幅度等于瞬時(shí)抽樣值。實(shí)際中，常用“抽樣保持電路”產(chǎn)生平頂抽樣PAM信號(hào)。第四節(jié) 脈沖編碼調(diào)制（PCM）抽樣是按抽樣定理把時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的抽樣信號(hào)；量化是把幅度上仍連續(xù)（無窮多個(gè)取值）的抽樣信號(hào)進(jìn)行幅度離散化

18、，即指定有限個(gè)（M個(gè)）量化電平，把抽樣值用最近的電平表示；編碼則是用二進(jìn)制碼組表示量化后的信號(hào)電平。1、 量化1） 均勻量化：把輸入信號(hào)的取值域等間隔分割的量化稱為均勻量化。（S0/Nq）dB20lgM6N dB量化噪聲功率Nq只與量化間隔v有關(guān)，對(duì)于均勻量化，v是固定的，因而Nq固定不變。但是，信號(hào)的強(qiáng)度可能隨時(shí)間變換，當(dāng)信號(hào)小時(shí)，量化信噪比也小，所以均勻量化對(duì)于小輸入信號(hào)很不利。特點(diǎn)：量化間隔相等，去電是小信號(hào)時(shí)的量化信噪比低。2） 非均勻量化非均勻量化：量化間隔隨信號(hào)抽樣值的不同而不同。信號(hào)抽樣取值小時(shí)，量化間隔v也小，信號(hào)抽樣取值大時(shí)，量化間隔v也大。實(shí)現(xiàn)方法時(shí)把信號(hào)X先進(jìn)行壓縮處理，

19、然后再把壓縮后的信號(hào)進(jìn)行均勻量化。壓縮器是把一個(gè)非線性變換電路，實(shí)現(xiàn)“壓大補(bǔ)小”作用。A律13折線：設(shè)法用13段折線逼近A=87.6的A律壓縮特性。分成8段，最小的那兩段斜率相同，2段看作為1段。表示分成7段。正負(fù)最小的2段斜率相等，所以，2段看作為1段。公式：2*（8-1）-1=13，所以叫A律13折線：律15折線：設(shè)法用15段折線逼近=255。同一端的2直線的斜率不同，不合并，所以成了15段，2*8-1比較：15折線率對(duì)小信號(hào)的量化信噪比改善程度更好；不過，對(duì)于大信號(hào)來說，律要比A律差。2、 編碼把量化后的有限個(gè)信號(hào)電平值變換成二進(jìn)制碼組的過程稱為編碼。逆過程稱為解碼或譯碼。1）PCM一般

20、使用二進(jìn)制碼，對(duì)M=2N個(gè)量化電平，可以用N位二進(jìn)制碼來表示。二進(jìn)制碼：自然二進(jìn)制碼、折疊二進(jìn)制碼和格雷二進(jìn)制碼。折疊二進(jìn)制碼以7為分界線，對(duì)稱折疊（鏡像）：0000表7 0111表0 11111表示152）碼位選擇和安排我國(guó)采用8位的PCM編碼 介紹結(jié)合我國(guó)采用的13折線法的編碼，說明8位二進(jìn)制碼的安排。極性碼 段落碼 段內(nèi)碼C1 C2C3C4 C5C6C7C8極性碼：C1=1表示正極性; C1=0表示負(fù)極性;段落碼：C2C3C4它的8種可能狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)表示8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。段內(nèi)碼：C5C6C7C8 它的16種可能狀態(tài)對(duì)應(yīng)代表各段內(nèi)的16個(gè)不同的量化級(jí)。通常把按非均勻量化特性的編碼稱為非線

21、性編碼；按均勻量化特性的編碼稱為線性編碼A律13折線編碼的7位非線性與均勻量化的11位線性編碼等效。3）逐次比較法編碼器任務(wù)是：根據(jù)輸入的樣值脈沖編出相應(yīng)的8位二進(jìn)制代碼，除第一位極性碼外，其他7位幅度碼是通過逐次比較確定的。如IS+1270判斷C1是看號(hào)判斷C2: IS>128 為1 段落起始電平 (Ii)(0,16,32,64,128,256,512,1024)判斷C3:IS>512 為1判斷C4:IS>1024 為1段落起始為1024，所以量化間隔i =1024/16=64判斷C5: IS< (1024+64*8=1536) 為0 量化間隔i（1，1，2，4，8，

22、16，32，64）判斷C6: IS< (1024+64*4=1280) 為0 判斷C7: IS> (1024+64*2=1152) 為1 判斷C8: IS> (1024+64*3=1216) 為1 段內(nèi)的量化電平為1216，量化誤差1270121654。如IS-95判斷C1是看號(hào)判斷C2: IS<128 為0 段落起始電平 (Ii)(0,16,32,64,128,256,512,1024)判斷C3:IS>32 為1判斷C4:IS>64 為1段落起始為64，所以量化間隔i =64/16=4判斷C5: IS< (64+4*8=96) 為0 量化間隔i（1，

23、1，2，4，8，16，32，64）判斷C6: IS> (64+4*4=80) 為1 判斷C7: IS> (64+4*6=88) 為1 判斷C8: IS> (64+4*7=92) 為1 段內(nèi)的量化電平為92，量化誤差95923。4)譯碼把PCM信號(hào)還原為相應(yīng)的PAM信號(hào)，電阻網(wǎng)絡(luò)型譯碼器與逐次比較型編碼器種的本地譯碼器基本相同，所不同的是增加了極性控制部分和帶有寄存讀出功能的7/12位碼變換電路。IC編碼電平；IS是樣值；量化誤差：IS IC ；ID 是譯碼電平：ID=ICV8 / 2譯碼后的量化誤差：|IS-ID|3、 PCM信號(hào)的帶寬二進(jìn)制PCM信號(hào)的帶寬取決于數(shù)據(jù)的比特率

24、以及用于表示數(shù)據(jù)的脈沖波形的形狀。PCM的比特率為：RbfSN fS為抽樣頻率，N每個(gè)樣值脈沖的二進(jìn)制編碼位數(shù)PCM信號(hào)的第一零點(diǎn)帶寬為：B=RbNfS脈沖形狀為sinx/x類型時(shí)，PCM所需要的最小傳輸帶寬（奈奎斯特帶寬）為BminRb/2NfH4、 PCM系統(tǒng)的抗噪聲性能。噪聲又兩種：量化噪聲和傳輸信道種的加性噪聲。5、 自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制（ADPCM）通常把話路速率低于64kbit/s的編碼方法稱為語音壓縮編碼技術(shù)。語音壓縮編碼方法有DPCM（差分脈碼調(diào)制）、ADPCM、M等，壓縮編碼的目的是降低數(shù)字電話信號(hào)的比特率、減小傳輸帶寬。差分脈碼調(diào)制:是一種預(yù)測(cè)編碼方法；對(duì)當(dāng)前抽樣值與預(yù)測(cè)值的

25、差值進(jìn)行編碼并傳輸。ADPCM比DPCM引入量化和預(yù)測(cè)過程第五節(jié) 增量調(diào)制（M）1、 基本原理是電平數(shù)為2（對(duì)預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行1位編碼）的DPCM。利用相鄰抽樣值的相對(duì)大?。ú钪担┓从衬M信號(hào)的變化規(guī)律。利用差值編碼進(jìn)行通信的方式，稱為增量調(diào)制（Delta Modulation）。2、 不過載條件和編碼范圍階梯臺(tái)階的斜率k為：k/T=fS 為縱軸臺(tái)階高度 T為抽樣周期 fs抽樣頻率。不發(fā)生過載條件為：|d/dt * m(t)|maxfS 不發(fā)生過載的信號(hào)臨界振幅為AmaxfS/k編碼范圍：/2AfS /k /2是起始編碼電平3、 M系統(tǒng)的抗噪聲性能第六節(jié) PCM與M的比較1、PCM和M都是模擬信號(hào)

26、數(shù)字化的基本方法。M實(shí)際上是PCM的一種特例。PCM是對(duì)樣本本身編碼，M是對(duì)相鄰樣值的差值極性編碼，這是本質(zhì)區(qū)別。2、PCM適用于要求傳輸質(zhì)量高，且頻帶資源豐富的場(chǎng)合，一般用于大容量的干線通信。M 具有編譯碼簡(jiǎn)單，低比特率時(shí)的量化信噪比高，抗誤碼特性好等優(yōu)點(diǎn)。一般用于專用通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信中。 第七節(jié) 基帶傳輸1、 數(shù)字基帶信號(hào)的碼型1） 二元碼單極性碼：用正電平和零電平表示1和0，需要直流傳輸能力。雙極性碼：用正電平和負(fù)電平表示1和0，不存在零電平，有利于在信道中傳輸，不易受信道特性影響，抗干擾能力較強(qiáng)，RS232接口使用的是該標(biāo)準(zhǔn)。單極性歸零碼雙極性歸零碼差分碼：1表示電平跳變；0表示電平不

27、變。（傳號(hào)跳變）數(shù)字雙相碼（曼徹斯特碼）：用一個(gè)周期的正負(fù)對(duì)稱方波表示0，110；001。Miller碼（密勒碼）：是雙相碼的一種變形，當(dāng)1時(shí)跳變，當(dāng)0時(shí)不跳，當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)0時(shí)跳一次，用00或者11表示（注，當(dāng)0臨接下一個(gè)1時(shí)，邊界處不躍變）最初用于氣象衛(wèi)星和磁帶記錄系統(tǒng)，現(xiàn)在也用于低速基帶數(shù)傳機(jī)中CMI碼：傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼的簡(jiǎn)稱比較：?jiǎn)螛O性碼的頻譜中含有直流分量和豐富的低頻分量，不利于傳輸。雙極性碼的頻譜中無直流分量，有利于在信道中傳輸，且抗干擾能力也較強(qiáng)。單極性歸零碼中含有位定時(shí)頻率分量，是其他碼型提取位同步信息時(shí)常采用的一種過渡波形。歸零（RZ）的含義時(shí)脈沖寬度小于碼元寬度TS，非歸零（NRZ）

28、的含義時(shí)脈沖寬度等于碼元寬度TS,即占空比/TS1。半占空的含義時(shí)占空比/TS1/2 。2） 三元碼（1，0，1）1） AMI碼AMI碼：傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。編碼規(guī)則是將二進(jìn)制消息代碼“1”（傳號(hào)）交替地變換維線路碼的“1”和“1”，而“0”（空號(hào)）保持不變。（1使用的是歸零脈沖。）優(yōu)點(diǎn)：由于1與1交替，AMI碼的頻譜中不含直流成分，且高低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處。缺點(diǎn)：當(dāng)原信號(hào)出現(xiàn)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難。解決連“0”碼問題的有效方法之一是采用HDB3碼。代碼： 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1AMI碼： 0+10 0 0-

29、1+10 0 0 0 -10+1 加V碼： 0+10 0 0-1+10 0 0V-10+1加B碼：0+10 0 0-1+10 0 0V-10+12） HDB3碼3階高密度雙極性碼，AMI碼的改進(jìn)型。編碼規(guī)則：1、當(dāng)0小于或者等于3時(shí)，與AMI碼相同；2、當(dāng)0數(shù)超過3時(shí)，將第4個(gè)0化作一小節(jié)，定義為000V或B00V，稱為破壞節(jié)，其中V為破壞脈沖，B稱為調(diào)節(jié)脈沖。3、V與前一個(gè)相臨的非0脈沖的極性相同，且相臨的V碼之間極性必須交替。V的取值為1或1；4、B的取值（1或1）應(yīng)使V同時(shí)滿足3中的兩個(gè)要求；5、V碼后面的傳號(hào)碼極性也要交替。在AMI碼和HDB3碼中，每位二進(jìn)制碼都被變換成1位三電平取值

30、（1、0、1）的碼，因而也把這類碼稱位1B/1T碼。3)多元碼4）塊編碼nBmB碼：把原信碼流的n位二進(jìn)制碼分為一組，并置換成m位二進(jìn)制碼的新碼組，其中m>n。前面介紹的雙相碼、密勒碼和CMI碼都可以看做1B2B碼。nBmB碼提供勒良好的同步和檢錯(cuò)功能，但也為之付出一定代價(jià)，所需的帶寬隨之增加。nBmT碼：將n個(gè)二進(jìn)制碼變換成m個(gè)三進(jìn)制碼的新碼組，且m<n。例如4B3TnBmT信息容量大于1B1T，提高勒頻帶利用率。*選擇數(shù)字基帶信號(hào)的碼型時(shí)，應(yīng)該考慮以下選碼原則：1） 對(duì)于低頻傳輸特性差的信道，基帶信號(hào)的頻譜中應(yīng)不含直流分量，且低頻分量要小。2） 便于從基帶信號(hào)中提取定時(shí)信息。因

31、為數(shù)字通信系統(tǒng)都需要碼元同步或位同步、某些線路碼（如雙相碼、CMI碼）本身具有定時(shí)信息，將有助于從中恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)。3） 高頻分量盡量少，以節(jié)省傳輸頻帶，如多電平碼。4） 抗噪聲性能號(hào)。如雙極性碼的抗噪聲性能就比單極性碼好。5） 具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力。線路碼具有一定規(guī)律性，以便利用這以規(guī)律性進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)。6） 編譯碼設(shè)備要盡可能簡(jiǎn)單等?？偨Y(jié)：無直流分量，且低頻分量??；含有豐富的定時(shí)信息；占用帶寬窄；抗噪聲性能好；具有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力；編譯碼簡(jiǎn)單。2、 數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜頻譜分析的意義在于，可以確定信號(hào)的帶寬，還可以明確能否從信號(hào)中直接提取定時(shí)分量。矩形脈沖譜的第1個(gè)零點(diǎn)帶寬位B=1/3、 碼間串?dāng)_（

32、ISI）數(shù)字基帶信號(hào)在傳輸過程中，會(huì)受到兩種干擾：一個(gè)是碼間串?dāng)_，另外一個(gè)是信道加性噪聲。碼間串?dāng)_（ISI）是指前面脈沖的拖尾蔓延到相鄰碼元的抽樣時(shí)刻上，從而干擾勒信號(hào)檢測(cè)過程。4、 眼圖眼圖是一種估計(jì)和觀察系統(tǒng)性能的試驗(yàn)手段?？梢远ㄐ缘胤从炒a間串?dāng)_的程度，當(dāng)“眼睛”張大時(shí)，表示碼間串?dāng)_小，當(dāng)眼睛閉合時(shí)，表示碼間串?dāng)_大。當(dāng)存在噪聲時(shí)，眼圖的線跡變成了比較模糊的帶狀的線，噪聲越大，線條越粗，越模糊，“眼睛”張開也就越小。（二） 學(xué)習(xí)目的和要求通過本章的學(xué)習(xí)熟悉抽樣定理；掌握脈沖編調(diào)制和增量調(diào)制的基本原理，了解模擬信號(hào)數(shù)字化的過程；熟悉單極性碼，雙極性碼，差分碼，雙相碼，CMI碼，AMI,HDB3

33、碼；了解碼間串?dāng)_的概念，熟悉眼圖的應(yīng)用。本章重點(diǎn)：脈沖編碼調(diào)制原理；本章難點(diǎn)：抽樣原理（三） 考核知識(shí)點(diǎn)與考核要求1， 抽樣定理和脈幅調(diào)制（PAM）識(shí)記：低通抽樣定理，抽樣速率應(yīng)滿足的條件領(lǐng)會(huì)：自然抽樣PAM和平頂抽樣PAM的特點(diǎn)。2， 脈沖編碼調(diào)制（PCM）識(shí)記：PCM信號(hào)的比特率和傳輸帶寬領(lǐng)會(huì)：數(shù)字化過程的三個(gè)步驟均勻量化的特點(diǎn)和缺點(diǎn)非均勻量化特點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用：A律13折線PCM編碼3， 增量調(diào)制（M）識(shí)記：不過載條件和編碼范圍領(lǐng)會(huì)：M的基本原理4， 數(shù)字基帶信號(hào)的碼型識(shí)記：?jiǎn)螛O性碼和雙極性碼的特點(diǎn)非零（RZ）和非歸零（NRZ）的區(qū)別差分碼的優(yōu)點(diǎn)領(lǐng)會(huì)：選碼原則應(yīng)用：雙相碼，CMI碼的編碼方法

34、和主要特點(diǎn) AMI，HDB3碼的編碼方法方法和主要特點(diǎn)5， 數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜領(lǐng)會(huì)：研究基帶信號(hào)頻譜的意義單極性和雙極性信號(hào)的頻譜6， 碼間串?dāng)_（ISI）領(lǐng)會(huì)：碼間串?dāng)_現(xiàn)象7， 眼圖應(yīng)用：觀察眼圖的方法，眼圖的主要用途第三章 調(diào)制和解調(diào)（一）課程內(nèi)容第一節(jié) 調(diào)制的概念調(diào)制就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱載波調(diào)制）。在無線通信中和其他大多數(shù)場(chǎng)合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。載波調(diào)制就是用記嗲信號(hào)取空盒子載波的參數(shù)，使其按照基帶信號(hào)的規(guī)律而變化。把基帶信號(hào)的頻譜搬移至較高的載頻附近。目的和作用：1）通過調(diào)制，把基帶信號(hào)的頻譜搬至較高的頻率上，以較短

35、的天線獲得較高的發(fā)射效率；2）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；3）擴(kuò)展信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾和抗衰落能力。模擬調(diào)制分為幅度調(diào)制和角度調(diào)制。幅度調(diào)制包括調(diào)幅（AM），雙邊帶（DSB），單邊帶（SSB）和殘留邊帶（VSB）。角度調(diào)制包括調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）。第二節(jié) 幅度調(diào)制（線性調(diào)制）幅度調(diào)制中，載波的振幅隨基帶信號(hào)振幅而變化。1、 調(diào)幅（AM）AM(Amplitude Modulation)是常規(guī)雙邊帶調(diào)制的簡(jiǎn)稱。特點(diǎn)和應(yīng)用：1） 由時(shí)間波形可以看出，當(dāng)滿足條件：|m（t）|maxA0時(shí)，AM波的包絡(luò)與基帶信號(hào)m（t）的形狀完全一樣，故可采用簡(jiǎn)

36、單的包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)2） AM的頻譜由載頻分量和上、下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成，因此，AM信號(hào)時(shí)含有載波的雙邊帶信號(hào)，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的兩倍，即： BAM=2fH FH是基帶信號(hào)的帶寬3） AM的優(yōu)點(diǎn)在于解調(diào)器簡(jiǎn)單，（廣泛應(yīng)用，中短波調(diào)幅廣播）4） AM的缺點(diǎn)是調(diào)制效率很低（即功率利用率很低），因?yàn)樗妮d波分量并不攜帶信息，卻要占用一半以上的信號(hào)功率2、 雙邊帶調(diào)制（DSB）（去直流分量）將AM中的載波分量去掉，即得到一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式抑制載波雙邊帶（雙邊帶）特點(diǎn)與應(yīng)用：1） DSB信號(hào)的包絡(luò)不與m（t）成正比，不能用包絡(luò)檢波，要用相干解調(diào)。2） DSB信號(hào)帶寬與AM相同 BDSB=

37、BAM=2fH3） 調(diào)制效率高（100）（不存在載波分量，全部功率用于信息傳輸）4） 應(yīng)用場(chǎng)合較少。（用于調(diào)頻立體聲廣播中的差信號(hào)調(diào)制，彩色電視系統(tǒng)中的色差調(diào)制）3、 單邊帶調(diào)制（SSB）（去一邊帶）DSB信號(hào)的上下兩個(gè)邊帶中攜帶著相同的信息，通過濾波器濾掉其中一個(gè)邊帶。這方式稱為單邊帶調(diào)制。特點(diǎn)與應(yīng)用：1）優(yōu)點(diǎn)1：SSB對(duì)頻譜資源的有效利用。所需的帶寬為DSB的一半：BSSB=1/2BDSB=fH2）優(yōu)點(diǎn)2：SSB低功耗和設(shè)備重量減輕 （由于不傳送載波和另一個(gè)邊帶所節(jié)省的功率）3）缺點(diǎn)：SSB由于節(jié)省帶寬，需要復(fù)雜的技術(shù)。濾波法的技術(shù)難點(diǎn)是陡峭的邊帶濾波特性難于實(shí)現(xiàn)。相移法的技術(shù)難點(diǎn)在于寬帶

38、相移網(wǎng)絡(luò)的制作。4）SSB信號(hào)的解調(diào)也不能采用簡(jiǎn)單的包絡(luò)檢波，仍需采用相干解調(diào)。4、 殘留邊帶調(diào)制（VSB）介于SSB與DSB之間的一種折中方法，使其殘留一部分。特點(diǎn)與應(yīng)用：1） VSB方式既克服了DSB信號(hào)占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又解決了SSB信號(hào)實(shí)現(xiàn)上的難題；2） VSB信號(hào)的帶寬介于SSB和DSB之間，即fH<BVSB<2fH;調(diào)制效率為100。3） VSB比SSB所需求的帶寬僅有很小的增加，但卻換來了電路實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)化。4） VSB在商業(yè)電視廣播中的電視信號(hào)得到廣泛應(yīng)用，占用06MHz的頻帶范圍。5、 相干解調(diào)與包絡(luò)檢波1） 相干解調(diào)也叫同步檢波。關(guān)鍵是接收端是必須提供一個(gè)與接收的已

39、調(diào)載波嚴(yán)格同步的本地載波（稱為相干載波）。否則解調(diào)后將會(huì)使原始基帶信號(hào)衰減，甚至?xí)韲?yán)重失真。2） 包絡(luò)檢波 AM信號(hào)在滿足|m（t）|maxA0的條件下，其包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)m（t）形狀完全一樣。包絡(luò)檢波器：通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。 包絡(luò)檢波器是從已調(diào)波的幅度中直接提取原基帶信號(hào)，屬于非相干解調(diào)，不需要相干載波，所以電路簡(jiǎn)單。因此AM信號(hào)幾乎都采用包絡(luò)檢波。第三節(jié) 角度調(diào)制1、 角度調(diào)制概念包括調(diào)頻（FM）和調(diào)相(PM)。它們的關(guān)系：FM=積分PM（叫間接調(diào)頻） PM=微分FM（叫間接調(diào)相） FM調(diào)制一般用于模擬調(diào)制中，PM一般應(yīng)用在數(shù)字通信中2、 調(diào)頻信號(hào)的頻譜與帶寬卡森（c

40、arson）公式：BFM=2(mf 1)fm2（f+fm）fm是基帶信號(hào)的調(diào)制頻率，f是最大頻偏，mf 是調(diào)頻指數(shù)。3、 調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào)1）調(diào)頻方法：直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法直接調(diào)頻法：利用壓控振蕩器作為調(diào)制器；間接調(diào)頻法：先將基帶信號(hào)積分，然后對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相，即可產(chǎn)生一個(gè)窄帶調(diào)頻信號(hào)。2）鑒頻方法調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)(也稱鑒頻)就是要產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)頻信號(hào)的頻率呈線性關(guān)系的輸出電壓，這個(gè)輸出電壓就是所要恢復(fù)的基帶信號(hào)。鑒頻器：振幅鑒頻器（非相干解調(diào)），4、 頻率調(diào)制的特點(diǎn)與應(yīng)用與幅度調(diào)制相比，頻率調(diào)制最突出的優(yōu)勢(shì)是具有較高的抗噪聲性能，但代價(jià)是占用比幅度調(diào)制信號(hào)更寬的帶寬。用于：調(diào)頻廣播，電視伴音

41、，衛(wèi)星通信，移動(dòng)通信，微波通信，蜂窩電話系統(tǒng)。性能比較：1）抗噪聲性能：FM最好，DSB/SSB,VSB,AM最差2）頻譜利用率：SSB最高，VSB較高，DSB/AM次之，F(xiàn)M最差；3） 功率利用率：FM最高，DSB/SSB，VSB次之，AM最差；4） 設(shè)備復(fù)雜度：AM最簡(jiǎn)，DSB/FM次之，VSB較復(fù)雜，SSB最復(fù)雜第四節(jié) 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制1、 二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）識(shí)記：二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的傳輸帶寬領(lǐng)會(huì)：二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制的基本原理應(yīng)用：會(huì)畫2ASK,2PSK和2DPSK信號(hào)的調(diào)制器會(huì)畫二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的時(shí)域波形比較2PSK,2DPSK,2FSK,2ASK的有效性和可靠性1）B2ASK=2

42、fS fS1/TS是碼元速率的兩倍。2）2ASK：二進(jìn)制幅移鍵控，利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而載波的頻率和初始相位保持不變。3）產(chǎn)生方法通常由兩種：模擬調(diào)制法（相乘法）和鍵控法（on-off keying OOK 通-斷鍵控）2、 二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）1）B2FSK=(f2-f1)2fS fS1/TS是碼元速率的兩倍。fC為兩個(gè)載頻的中心頻率。若|f2-f1|<fs 連續(xù)譜在fc處出現(xiàn)單峰；若|f2-f1|>fs 連續(xù)譜出現(xiàn)雙峰；2）2FSK：二進(jìn)制頻移鍵控，利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息，而載波的幅度和初始相位保持不變。3）產(chǎn)生方法通常由兩種：模擬調(diào)頻法（相乘法）

43、和鍵控法。3、 二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）1）B2PSK=2fS fS1/TS是碼元速率的兩倍。2）2PSK：二進(jìn)制相移鍵控，利用載波的相位變化來傳遞數(shù)字信息，而載波的幅度和頻率保持不變。3）產(chǎn)生方法通常由兩種：模擬調(diào)制法（相乘法）和鍵控法。解調(diào)通常采用相干解調(diào)法。比較：（2ASK和2PSK）兩者表示形式完全一樣，區(qū)別僅在于2ASK為單極性，2PSK為雙極性。所以功率譜和帶寬都相等。不同的是2PSK沒有離散譜（即載波分量），此時(shí)2PSK信號(hào)實(shí)際上相當(dāng)于抑制載波的雙邊帶信號(hào)。4、 二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）1）B2DPSK =B2PSK=2fS fS1/TS是碼元速率的兩倍。2）2DPSK

44、：二進(jìn)制差分相移鍵控，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。而載波的幅度和頻率保持不變。3）產(chǎn)生方法通常由兩種：差分編碼（也稱碼變換）和2PSK調(diào)制器組成。an是原信息代碼，稱為絕對(duì)碼，bn為相對(duì)碼（也稱差分碼）。差分編碼的作用就是把絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼，編碼規(guī)則bn=anbn-1 為模2加解碼器由：相干解調(diào)和差分譯碼（也稱碼反變換）組成。 差分相干解調(diào)5、 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較例：設(shè)發(fā)送的二進(jìn)制信息為10101，碼元速率為1200 Baud：1）當(dāng)載波頻率為2400Hz時(shí)，試分別畫出2ASK(ook)，2PSK及2DPSK信號(hào)的波形。2）2FSK的兩個(gè)載波頻率分別為1200Hz和2400Hz時(shí)，畫出其波形。3）計(jì)算2ASK,2PSK,2DPSK和2FSK信號(hào)的帶寬和頻帶利用率。解：1）2ASK: 2PSK: 2DPSK:2) 2FSK:3)B2ASK=B2PSK =B2DPSK =2fS=2*1200=24