通信原理期末復(fù)習(xí)資料new

1、第一章對(duì)于一個(gè)等概率、M進(jìn)制碼元： I = log2 1/P(x) = log2 1/(1/M) 數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)l 取值有限，能正確接收。l 可采用糾錯(cuò)和檢錯(cuò)技術(shù)，大大提高抗干擾性。l 可采用高保密性能的數(shù)字加密技術(shù)。l 可綜合傳輸各種模擬和數(shù)字輸入信號(hào)l 易于設(shè)計(jì)、制造，體積小、重量輕。l 可作信源編碼，壓縮冗余度，提高信 道利用率。輸出信噪比隨帶寬按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。電磁波傳播：地波、天波、視線傳播地波l 頻率：2MHz 以下 通信距離：可達(dá)數(shù)百數(shù)千 km天 波l 電離層高度：60 300 km 頻率：2 30 MHz視線傳播頻率：> 30 MHz 傳播距離: d 2 + r 2 =(h

2、+r)2, 或h » D 2/50 (m)式中 D kml （h為天線長(zhǎng)度，r為地球半徑，D為水平距離，d=1/2D）l數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：有效性和可靠性（速度質(zhì)量）有線信道l 明線l 對(duì)稱電纜l 同軸電纜信道中的噪聲l 按照來源分類：Ø 人為噪聲：電火花、家用電器Ø 自然噪聲：閃電、大氣噪聲、熱噪聲l 按照性質(zhì)分類：Ø 脈沖噪聲Ø 窄帶噪聲Ø 起伏噪聲第四章 模擬信號(hào)的數(shù)字化l 兩類信源：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)l 模/數(shù)變換的三步驟：抽樣、量化和編碼l 最常用的模/數(shù)變換方法：脈沖編碼調(diào)制 (PCM)抽樣定理：若一個(gè)連續(xù)模擬信號(hào)

3、s(t)的最高頻率小于fH，則以間隔時(shí)間為T £ 1/2fH的周期性沖激脈沖對(duì)其抽樣時(shí)，s(t)將被這些抽樣值所完全確定。量化原理l 量化的目的：將抽樣信號(hào)數(shù)字化。l 量化的方法：Ø 設(shè)s(kT) 抽樣值，Ø 若用N位二進(jìn)制碼元表示，則只能表示M = 2N個(gè)不同的抽樣值。Ø 共有M個(gè)離散電平，它們稱為量化電平。用這M個(gè)量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法稱為量化Ø 圖示為均勻量化。平均信號(hào)量噪比：PCM系統(tǒng)的量化噪聲 均勻量化時(shí)的信號(hào)量噪比為S / Nq = M 2 當(dāng)采用N位二進(jìn)制碼編碼時(shí)，M = 2N , 故有 S / Nq = 22N 由抽樣定理

4、，若信號(hào)為限制在 f H的低通信號(hào)，則抽樣速率不應(yīng)低于每秒 2 f H次。 對(duì)于PCM系統(tǒng)，這相當(dāng)于要求傳輸速率 ³ 2NfH b/s，故要求系統(tǒng)帶寬 B = NfH，即要求：N = B/fH，代入上式，得到第五 六章 數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸基帶數(shù)據(jù)傳輸：信號(hào)不經(jīng)過調(diào)制直接傳輸頻帶數(shù)據(jù)傳輸：信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后進(jìn)行傳輸基帶數(shù)據(jù)傳輸：電話，LAN等頻帶數(shù)據(jù)傳輸：廣播，手機(jī)常見基帶信號(hào)的波形：(a) 單極性不歸零碼：（b）雙極性不歸零碼：(c) 單極性歸零碼：(d) 雙極性歸零碼：（e）差分碼： 編碼原則：遇1則變，遇0繼續(xù)（信號(hào)極性） 1 0 0 0 1 1 0 1 + + + + - + + -（

5、f）AMI碼： 編碼原則：0永遠(yuǎn)是0電平，而1則正負(fù)交替跳轉(zhuǎn)（信號(hào)極性） 1 0 0 0 1 1 0 1 + 0 0 0 - + 0 -性能分析：AMI碼含有冗余信息，具有檢錯(cuò)能力。無直流成分缺點(diǎn)：出現(xiàn)連“0”時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間不出現(xiàn)電平跳變，定時(shí)提取困難傳輸碼型的選擇，主要考慮以下幾點(diǎn)：n 無直流分量和只有很小的低頻分量；n 含有碼元的定時(shí)信息；n 傳輸效率高；n 最好有一定的檢錯(cuò)能力；n 適用于各種信源，即要求以上性能和信源的統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)碼間干擾：對(duì)于一個(gè)碼元信號(hào)來說，其他碼元信號(hào)在其抽樣判決時(shí)刻的殘留影響就稱為碼間干擾或碼間串?dāng)_。產(chǎn)生的原因:：一個(gè)碼元信號(hào)經(jīng)過傳輸系統(tǒng)后，其信號(hào)發(fā)生變形, 被極大

6、地展寬，超過一個(gè)碼元寬度，從而對(duì)其他碼元的傳輸造成影響。問題的解決：無法回避的事實(shí)：由于包含信道在內(nèi)的系統(tǒng)帶寬有限，碼元信號(hào)展寬是不可避免的，因此各個(gè)碼元受到其他碼元的影響不可避免。解決問題的關(guān)鍵：想方設(shè)法令抽樣判決時(shí)刻各個(gè)碼元受到其他碼元的影響為0。部分響應(yīng)技術(shù)理論基礎(chǔ)：奈奎斯特第二準(zhǔn)則：有控制地在某些碼元的抽樣時(shí)刻引入碼間干擾，而在其余碼元的抽樣時(shí)刻無碼間干擾，那么就能使頻帶利用率提高到理論上的最大值，同時(shí)又可以降低對(duì)定時(shí)精度的要求。這種波形稱為部分響應(yīng)波形。利用部分響應(yīng)波形進(jìn)行傳送的基帶傳輸系統(tǒng)稱為部分響應(yīng)系統(tǒng)。部分響應(yīng)技術(shù)精髓：在發(fā)送端有意引入一定的碼間干擾來實(shí)現(xiàn)A 高的頻帶利用率；

7、B 寬松的定時(shí)要求接收端通過特定的處理來完成信息的提取基帶傳輸?shù)恼`碼性能：二進(jìn)制傳輸下：Pe=P(1)Pe1+P(0)Pe0數(shù)學(xué)分析的假設(shè)條件：A 無碼間干擾B 系統(tǒng)特性理想C 信道中為高斯白噪聲無碼間干擾基帶系統(tǒng)的抗噪聲性能：信道噪聲: 平穩(wěn)高斯白噪聲,零均值,方差，信道噪聲的瞬時(shí)值為V，則雙極性基帶信號(hào),在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi),抽樣判決器輸入端波形GSM通信系統(tǒng)(2G)：我國(guó)GSM通信系統(tǒng)采用900MHz頻段： 890M915M（手機(jī)發(fā)、基站收） 935M960M（基站發(fā)、手機(jī)收） 1.8GHz頻段的GSM1800 1710M1785M（手機(jī)發(fā)、基站收） 1805M1880M（基站發(fā)、手機(jī)收

8、） CDMA通信系統(tǒng)(3G)：中國(guó)電信獲得1920-1935MHz和2110-2125MHz頻段中國(guó)聯(lián)通1940-1955MHz和2130-2145MHz頻段而中國(guó)移動(dòng)獲得的頻段是1880-1900MHz和2010-2025MHz2ASK信號(hào)時(shí)間波形：2FSK信號(hào)時(shí)間波形：2PSK信號(hào)波形：2ASK信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式：2ASK調(diào)制兩種典型方法：相乘法 開關(guān)法相乘器cosw0ts(t)A(t)cosw0ts(t)A(t)2ASK解調(diào)兩種典型方法：2ASK信號(hào)非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形：2FSK信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式：2FSK信號(hào)時(shí)間波形：2FSK調(diào)制原理框圖：2FSK解調(diào)原理框圖(a) 非相干解調(diào) (b) 相

9、干解調(diào)2PSK信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式：2PSK信號(hào)波形：2PSK調(diào)制原理框圖：2PSK解調(diào)原理框圖：2PSK信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形：“倒”現(xiàn)象：當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時(shí)，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。第7章 數(shù)據(jù)信號(hào)的同步同步分類 ：載波同步、位同步、群同步、網(wǎng)同步。載波同步：實(shí)現(xiàn)同頻同相的相干載波的準(zhǔn)確提取。相干載波有偏差，結(jié)果將會(huì)怎樣？位同步：位同步又稱碼元同步。實(shí)現(xiàn)碼元的準(zhǔn)確定位。群同步：群同步也稱幀同步 實(shí)現(xiàn)幀的準(zhǔn)確定位。網(wǎng)同步：在獲得了以上討論的載波同步、位同步、群同步之后， 兩點(diǎn)間的數(shù)字通信就可以有序、準(zhǔn)確、可靠

10、地進(jìn)行了。然而， 隨著數(shù)字通信的發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展，多個(gè)用戶之間的通信和數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成了數(shù)字通信網(wǎng)。顯然，為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通信和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，這就是網(wǎng)同步的問題。實(shí)現(xiàn)方法: 可分為外同步法和自同步法。外同步法：由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導(dǎo)頻），接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來作為同步信號(hào)的方法。自同步法：發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號(hào)中提取同步信息的方法。以群同步為例，主要采用外同步法實(shí)現(xiàn)通過插入特殊碼組實(shí)現(xiàn)群同步：集中式插入法和分散式插入法集中與分散 (a) 分散插入法 群同步序列群同步碼元群同步碼元群同步碼元信號(hào)

11、碼元群信號(hào)碼元群群同步碼元信號(hào)碼元群(a) 集中插入法群同步碼組群同步碼組群同步碼組群同步碼組信號(hào)碼元群信號(hào)碼元群信號(hào)碼元群 目前常用的群同步碼組是巴克碼N巴克碼12或34或571113群同步性能n 漏同步概率Pl ：將正確同步位置漏過的概率。設(shè)： 接收碼元錯(cuò)誤概率為p，需檢驗(yàn)的同步碼元數(shù)為n，檢驗(yàn)時(shí)容許錯(cuò)誤的最大碼元數(shù)為m，則未漏判定為同步碼的概率等于所以，漏同步概率等于當(dāng)不允許有錯(cuò)誤時(shí)，即設(shè)定m = 0時(shí)，則上式變?yōu)榧偻礁怕蔖f ：將錯(cuò)誤同步位置當(dāng)作正確同步位置捕捉到的概率。設(shè)： 信息碼元 “1”和“0”出現(xiàn)的先驗(yàn)概率相等，假同步是由某個(gè)信息碼組被誤認(rèn)為同步碼組造成的，同步碼組長(zhǎng)度為n，

12、 則n位的信息碼組有2n種排列。它被錯(cuò)當(dāng)成同步碼組的概率和容許錯(cuò)誤碼元數(shù)m有關(guān)。 若不容許有錯(cuò)碼，即m = 0，則只有一種可能，即信息碼組中的每個(gè)碼元恰好都和同步碼元相同。 若m = 1，則有C1n種可能。 因此假同步的總概率為 式中，分母2n是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)。 第10章 信道編碼和差錯(cuò)控制產(chǎn)生錯(cuò)碼的原因n 碼間串?dāng)_n 信道中的噪聲 根據(jù)錯(cuò)碼不同，信道分類n 隨機(jī)信道：錯(cuò)碼隨機(jī)出現(xiàn)n 例如由白噪聲引起的錯(cuò)碼 n 突發(fā)信道：錯(cuò)碼相對(duì)集中出現(xiàn)n 例如由脈沖干擾引起的錯(cuò)碼。 n 混合信道 信道編碼n 目的：提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。n 方法：增加多余比特，以發(fā)現(xiàn)或糾正錯(cuò)誤。差錯(cuò)控制技術(shù)的種類

13、n 檢錯(cuò)重發(fā) ARQn 前向糾錯(cuò) FECn 混合糾錯(cuò) HEC檢錯(cuò)重發(fā)n 能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，但是不能確定錯(cuò)碼的位置。n 通信系統(tǒng)需要有雙向信道。 前向糾錯(cuò)(FEC)n 利用加入的差錯(cuò)控制碼元，不但能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，而且能夠確定錯(cuò)碼的位置，因此能夠糾正錯(cuò)碼。混合糾錯(cuò) 前兩者的結(jié)合n 當(dāng)錯(cuò)碼數(shù)量少時(shí)，系統(tǒng)按前向糾錯(cuò)方式工作n 當(dāng)錯(cuò)碼數(shù)量多時(shí)，超出糾錯(cuò)能力，系統(tǒng)按反饋重發(fā)的方式工作基本概念信息碼元、監(jiān)督碼元、碼字、碼重、碼距、碼集、最小碼距編碼基本原理碼長(zhǎng)為k編碼前 編碼后碼長(zhǎng)為k- 碼長(zhǎng)為n=k+r編碼效率R=k/n最小碼距;dmin 糾錯(cuò)碼的抗干擾能力完全取決于許用碼字之間的距離，碼的最小距離越大，說明碼字

14、間的最小差別越大，抗干擾能力就越強(qiáng)n 數(shù)字通信系統(tǒng)中送入信道的信息都是“0”“1”組合的數(shù)字信號(hào)n 用“1”表示“晴”，“0”表示“雨”。糾檢錯(cuò)能力與最小碼距n 如果用兩位編碼“11“表示“晴”, “00”表示“雨”n 許用碼組：“晴” 00 ， “雨” 11n 禁用碼組 ：10，01n 接收端就能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，但此時(shí)并不能判斷出差錯(cuò)是第一比特還是第二比特，因此不能自動(dòng)糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力與最小碼距n 若繼續(xù)增加冗余碼位數(shù)，用“111”表示“晴”，“000”表示“雨”n 許用碼組：000， 111n 禁用碼組：001 010 011 100 101 110n 接收端都能檢測(cè)到，并能確定只有1位碼差錯(cuò)時(shí)錯(cuò)誤碼位的位置，此時(shí)這種編碼方式可以檢測(cè)1位或2位差錯(cuò)，并能糾正單個(gè)的誤碼。dmin與和糾檢錯(cuò)錯(cuò)能力之關(guān)系任一(n,k)分組碼，若要在碼字內(nèi)n 檢測(cè)e個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，要求dmine+1n 糾正t個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤， 要求dmin2t+1n 糾正t個(gè) 同時(shí)檢測(cè)e(t)個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤，要求dmint+e+1。 檢測(cè)e個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤糾正t個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤糾正t個(gè) 同時(shí)檢測(cè)e(t)個(gè)錯(cuò)誤常用的幾種簡(jiǎn)單分組碼 一維奇偶監(jiān)督碼性能 可發(fā)現(xiàn)所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤二維奇偶監(jiān)督碼性能有很強(qiáng)的檢錯(cuò)能力有一定的糾錯(cuò)能力第十三章 通信網(wǎng)1 電話網(wǎng)由交換設(shè)備、傳輸線路