通信原理總復習資料

1、.第一章 緒論u 教學目標與要求： 1、常用通信術語：通信、消息、信號（模擬信號與數(shù)字信號）、通信系統(tǒng)2、通信系統(tǒng)的一般模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型3、通信系統(tǒng)的分類4、離散信源的信息量5、離散信源的平均信息量6、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標：碼元傳輸速率與信息傳輸速率以及它們的關系、誤碼率與誤信率u 主要知識點、重點與難點：1、 通信系統(tǒng)的一般模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2、 離散信源的信息量、熵的計算3、 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標：碼元傳輸速率與信息傳輸速率以及它們的關系、誤碼率與誤信率u 主要內容1.1 通信的概念及系統(tǒng)模型1.1.1 通信的概念通信：就是將消息從一個地方傳遞到另一個地方。通信的目的

2、：傳遞消息中所包含的信息。消息：是物質或精神狀態(tài)的一種反映，如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動圖像等。信息：是消息中包含的有效內容。實現(xiàn)消息傳遞所需的一切設備、傳輸媒質和通信協(xié)議的總和稱為通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的基本模型信源即原始電信號的來源，其主要作用是將消息轉換成相應的電信號。發(fā)送設備對信源所產生的原始電信號進行各種加工處理和變換，使它適合在信道中傳輸。信道就是發(fā)送設備和接收設備之間用于傳輸信號的傳輸媒質。噪聲源模塊是信道中的噪聲和通信系統(tǒng)其它部件所產生噪聲的集中表示。接收設備的主要作用是從接收到的混合信號中，最大限度的提取有用信號，抑制噪聲，以便恢復出原始信號。信宿即原始信號的最終接收者。

3、它的作用是把接收設備恢復出來的原始電信號轉換成相應的消息， 1.1.3 模擬與數(shù)字通信信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。與模擬通信相比，數(shù)字通信有許多優(yōu)點，歸納起來主要有以下幾點：優(yōu)點：抗干擾能力強，且噪聲不積累傳輸差錯可控便于處理、變換、存儲便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸易于集成，使通信設備微型化，重量輕易于加密處理，且保密性好缺點：需要較大的傳輸帶寬，對同步要求高以電話為例，一路模擬電話通常占據(jù)4 kHz帶寬，而一路數(shù)字電話可能要占據(jù)2060 kHz的帶寬。1.2 通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.2.1 通信系統(tǒng)的分類1）以信道傳輸?shù)男?/p>

4、號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)2）以傳輸媒質分類：有線通信和無線通信。 3）以傳輸?shù)男盘柺欠窠涍^調制分類：通信系統(tǒng)可分為基帶通信系統(tǒng)和頻帶通信系統(tǒng)4）以通信業(yè)務分類：電話通信系統(tǒng)、電報通信系統(tǒng)、電視通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。5）以工作波段分類：長波通信系統(tǒng)、中波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)和微波通信系統(tǒng)等。6）以調制方式分類：根據(jù)載波是正弦波還是周期脈沖信號分為連續(xù)波調制和脈沖調制。根據(jù)基帶信號是模擬信號還是數(shù)字信號，可分為模擬調制系統(tǒng)、數(shù)字調制系統(tǒng)等。根據(jù)調制后信號的頻譜結構是否發(fā)生變化，又可分為線性調制和非線性調制系統(tǒng)。1.2.2 通信的方式通信方式是指通信雙方(或多方)之間的工作形式和

5、信號傳輸方式，它是通信各方在通信實施之前首先要確定的問題。根據(jù)不同的標準，通信方式有多種分類方法。 (1) 按通信對象的不同：點到點通信，點到多點通信，多點到多點通信三種(2) 按信號的傳輸方向和傳輸時間的不同，兩點之間的通信方式可分為單工通信(simplex)：在任何一個時刻，信號只能從甲方向乙方單向傳輸，甲方只能發(fā)信，乙方只能收信。半雙工通信(half-duplex)：在任何一個時刻，信號只能單向傳輸，或從甲方到乙方，或從乙方到甲方，每一方不能同時收發(fā)信息，比如對講機、收發(fā)報機，以及問詢、檢索等之間的通信。全雙工通信(full-duplex)：在任何一個時刻，信號能夠雙向傳輸，每一方都能同

6、時進行收信和發(fā)信工作。如圖 (c)所示。(a) 單工； (b)半雙工； (c)全雙工圖1-6 單工、半雙工和全雙工通信方式示意圖 (3) 按通信終端之間的聯(lián)系方式可分為兩點間直通方式和交換方式。(4) 按數(shù)字信號傳輸?shù)捻樞?，在?shù)據(jù)通信中(主要指計算機通信)，通信方式又有串行通信和并行通信之分。(5) 按同步方式的不同，又分為同步通信和異步通信。1.3 信息的度量及香農公式1.3.1 信息的度量信息：是消息中包含的有效內容度量信息量的方法：事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述：消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。信息量的定義式為 (1-3-1)式中，I為信息量，它是消息x出現(xiàn)的概

7、率P(x)的函數(shù)。當a=e時，信息量的單位是奈特(nit)； 當a=2時，信息量的單位是比特(bit)。通常廣泛使用的單位是bit。因此，n個符號的離散信源，其平均信息量為(1-3-3)式中，H(x)是每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，因與熱力學中的熵的計算公式形式一樣，故稱為信息源的熵。單位是bit/符號。例1.3.1 某信源產生a、b、c、d四個符號，若各符號的出現(xiàn)是相互獨立且出現(xiàn)概率分別為1/2、1/4、1/8、1/8，試求該信源的平均信息量。1.3.2 信道容量與香農公式在信號平均功率受限的高斯白噪聲信道中，通信系統(tǒng)的極限信息傳輸速率(或信道容量)為 (1-3-4)其中， C是信道容量(

8、b/s)， B是信道帶寬(Hz)， N是噪聲功率(W)， S是信號功率(W)。結論：(1) 信息速率低于信道容量時，一定有辦法實現(xiàn)無誤傳輸。(2) 信息速率高于信道容量時，則無論怎樣努力都不可能可靠地傳輸這些信息。香農公式有著重要的實際應用意義，它表明：信道容量C、傳輸信息所用的信道帶寬B，與信噪比S/N之間存在著互換的關系：(1) 在保持C不變的條件下，可以通過增加信號的傳輸帶寬來降低對信噪比的要求。例1.3.2 計算帶寬B=3000 Hz， S/N=103的低通信道的信道容量。設噪聲是加性高斯白噪聲。例1.3.3 某終端有128個可能的輸出符號，這些符號相互獨立且等概率出現(xiàn)。終端的輸出送給

9、計算機，終端與計算機的連接采用話音級電話線，帶寬為B=3000 Hz，輸出信噪比S/N=10dB。(1) 求終端與計算機之間的信道容量；(2) 求終端允許輸出的最大符號速率。1.4 通信系統(tǒng)的主要性能指標設計或評價一個通信系統(tǒng)時，往往要涉及通信系統(tǒng)的性能指標，否則就無法衡量通信系統(tǒng)質量的優(yōu)劣。通信系統(tǒng)的性能指標歸納起來有以下幾個：(1) 有效性：指信息的傳輸速度或傳輸信息所占用的信道帶寬。(2) 可靠性：指接收信息的準確程度。(3) 適應性：指使用時對環(huán)境的要求。(4) 標準性：指使用的元部件及接口等的標準化程度。(5) 經濟性：指成本的高低。(6) 可維護性：使用維護是否方便等。從信息傳輸?shù)?/p>

10、角度來看，通信系統(tǒng)最主要的性能指標是有效性和可靠性。1.4.1 模擬通信系統(tǒng)的有效性與可靠性1. 有效性 在模擬通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)的傳輸有效性通常用每路信號的有效傳輸帶寬來衡量。 2. 可靠性 模擬通信系統(tǒng)的傳輸可靠性通常用通信系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。1.4.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性1. 有效性數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可以用碼元傳輸速率或信息傳輸速率來衡量。碼元傳輸速率又稱碼元速率或符號速率，簡稱傳碼率，它被定義為單位時間所傳送的碼元數(shù)目，用Rs表示，單位為波特(Baud)，有時簡寫為B。波特就是符號/秒或碼元/秒。傳碼率Rs和碼元間隔(碼元持續(xù)時間)Ts之間有著十分簡單的關系信息傳輸速率或

11、傳信率用Rb表示，定義為單位時間內所傳送的信息量，單位為bit/s(比特/秒)，簡化為b/s。一個二進制碼元攜帶的信息量：“0”和“1”等概率出現(xiàn)(P=0.5)時，有 一個M進制碼元攜帶的信息量：各碼元等概率出現(xiàn)(P=1/M)時，有2. 可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸可靠性通常用差錯率來衡量。差錯率有兩種表述方法：誤碼率及誤信率。誤碼率是指碼元在系統(tǒng)中傳輸時被傳錯的概率，記為Pe，它被定義為誤信率又稱誤比特率，是指錯誤接收的信息量在傳輸?shù)男畔⒖偭恐兴嫉谋壤?，記為Pb，它被定義為誤碼率或誤信率越低，數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃跃驮礁?，通信質量也越好。不同的通信系統(tǒng)，對可靠性指標的要求不同。如對數(shù)字電話，一般

12、要求誤碼率Pe10-3； 對數(shù)據(jù)傳輸，一般要求誤碼率Pe10-510-6。一、填空題1、通信系統(tǒng)的基本組成 、 、 、 、 、 2、數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標碼元速率RB定義是 ，單位 。信息速率定義是 ，單位 。3、在等概條件下，八元離散信源能達到最大熵是 ，若該信源每秒鐘發(fā)送2000個符號，則該系統(tǒng)的信息速率為 。4、通信系統(tǒng)的有效性衡量指標對于模擬通信系統(tǒng)為 ，對于數(shù)字通信系統(tǒng)為 。5、衡量通信系統(tǒng)可靠性的指標對于模擬通信系統(tǒng)為 對于數(shù)字通信系統(tǒng)為 。6、一個M進制基帶信號，碼元周期為TS秒，則傳碼率為 ，若碼元等概出現(xiàn)，一個碼元所含信息量為 。7、根據(jù)信道中所傳輸信號特征的不同，通信系統(tǒng)

13、可分為 通信系統(tǒng)和 通信系統(tǒng)二、畫圖：畫出通信系統(tǒng)的簡化模型。三、計算題1（課后7） 設信道引起的傳輸誤碼率為510-10，若二元數(shù)字序列以2 Mb/s的信息傳輸，求： (1) 同樣的信息速率， 十六進制時的碼元速率；(2) 傳輸中出現(xiàn)1 bit誤碼的平均時間間隔；(3) 若另設有四個消息A、B、C、D，分別以概率1/4、1/8、1/8、1/2傳遞，每一消息出現(xiàn)是相互獨立的，試計算其平均信息量。解：已知：，,則二進制的碼元速率為 (1)十六進制的信息速率為 十六進制的碼元速率為 (2) 由知出現(xiàn)1 bit誤碼即Rs誤=1Baud所傳輸?shù)目偞a元數(shù)為 Rs總 =Rs誤/Pe=1/510-10Bau

14、d=2109Baud所需時間間隔Ts =Rs總/Rs=2109/2106s=103 s（3）=1.75bit2、如果二進制等概信號,碼元寬度為0.5ms，求RB和Rb；有四進制信號，碼元寬度為0.5ms，求傳碼率RB和獨立等概時的傳信率Rb解： 第二章 確知信號分析2.2.2 典型周期信號的頻譜分析1.一個典型的周期矩形脈沖信號f(t)的波形如圖2.2.1所示，脈沖寬度為，高度為A，周期為T0。 2.周期沖激脈沖信號及其振幅譜 圖2.3.1 單個矩形脈沖波形及其頻譜 圖2.3.5 升余弦脈沖信號的波形及頻譜1. 互相關函數(shù)的定義對于兩個能量信號f 1(T)和f 2(T)，其互相關函數(shù)定義為對于

15、一般的功率信號f1(T)和f 2(T)，其互相關函數(shù)定義為對周期功率信號f 1(T)和f 2(T)，其互相關函數(shù)定義為1 頻率卷積定理若f 1(T)的頻譜函數(shù)為F1(f )，f2(T)的頻譜函數(shù)為F 2(f )，則f1(T)、 f 2(T)乘積的頻譜為 主要用在調制和解調的頻率變換中。2. 時域卷積定理若信號f 1(T)的頻譜函數(shù)為F1(f )，信號f 2(T)的頻譜函數(shù)為F2(f )，則F 1(f )F2(f )的傅氏反變換為f 1(T)*f 2(T)。即3(課后) 已知f (t)的頻譜F (f )如圖所示，畫出f (t) cos2f 0t的頻譜函數(shù)圖。設f 0=3f x。第三章 隨機信號分

16、析3.2.1 什么是隨機變量3.2.2 概率分布函數(shù)F(x)用P(Xx) 定義的x的函數(shù)稱之為隨機變量X的概率分布函數(shù)(簡稱分布函數(shù))，記作F(x)，即F(x)=P(Xx) (3-2-1)3.2.3 概率密度函數(shù)F(x)1. 概率密度函數(shù)的定義及性質若存在連續(xù)隨機變量X，其分布函數(shù)F(x)與一個非負函數(shù)F(x)之間有如下關系 (3-2-2)則稱F(x)為X的概率密度函數(shù)(簡稱概率密度)。因為式(3-2-2)表示隨機變量X在(-，x)區(qū)間上取值的概率，故F(x)具有概率密度的含義。式(3-2-2)也可寫成 (3-2-3)因此，概率密度就是分布函數(shù)的導數(shù)。3.2.4 隨機變量的數(shù)字特征經常用到的數(shù)

17、字特征有以下幾個：(1) 隨機變量的數(shù)學期望，也稱為隨機變量的均值。(2) 隨機變量的方差。(3) 兩個隨機變量的相關系數(shù)。3.3 隨機過程3.3.1 隨機過程的定義隨機變量在時間t上的變化過程就是隨機過程。隨機過程可定義為隨機變量和時間t的函數(shù)，記為X(t, )。當隨機變量取某個值，如i時，隨機過程X(t, i)=xi(t)為時間的確定函數(shù)。此時間函數(shù)稱為隨機過程X(t, )的一個樣本函數(shù)或隨機過程X(t, )的一次實現(xiàn)，隨機變量取不同值時得到不同的樣本函數(shù)。另一方面，對于一個特定的時間值，如t0，則X(t0, )是一個隨機變量，此隨機變量的取值與有關。所以，隨機過程任意時刻的取值是一個隨機

18、變量。當=i，t=t0時，隨機過程X(t, )=X(t0, i)為一個確定的值。特征：（1）是時間t的函數(shù)。 （2）隨機過程在某時刻出現(xiàn)的值是隨機變量，3.3.2 隨機過程的統(tǒng)計特性最常用的三個統(tǒng)計平均是數(shù)學期望、方差和相關函數(shù)。數(shù)學期望：方差：相關函數(shù)：3.5 通信系統(tǒng)中的噪聲3.5.1 噪聲的分類1. 人為噪聲和自然噪聲(按噪聲的不同來源)2. 高斯分布噪聲和非高斯分布噪聲(按噪聲幅度瞬時值的概率分布)3. 白噪聲和有色噪聲(按噪聲功率譜)如果噪聲的功率譜在很大頻率范圍內是個常數(shù)，則稱此噪聲為白噪聲，否則稱為有色噪聲。4. 加性噪聲和乘性噪聲(按噪聲對信號作用的方式)一、填空題1、隨機變量

19、X的概率分布函數(shù)(簡稱分布函數(shù))，記作F(x)，即F(x)=P(Xx) ，它表示 。2、隨機過程的基本特征是：它是 和 的函數(shù) ，但是在 某一時刻 上的值卻是不確定的，是一個 。3、與隨機變量一樣，我們也常用統(tǒng)計平均(數(shù)字特征) 、方差和 來描述隨機過程。 4、按噪聲功率譜可將噪聲分成 和 聲兩種。5、按噪聲對信號作用的方式可將噪聲分成 和 兩種。第四章 信道主要知識點、重點與難點：1、調制信道模型及編碼信道模型的特性2、恒參信道的傳輸特性及其對信號的影響3、隨參信道的傳輸媒質的三個特點，多徑傳播對信號的影響4.2 信道的定義及其數(shù)學模型廣義信道按照它包含的功能部件，可以劃分為調制信道與編碼信

20、道，圖4.2.1所示為信道的模型。1. 調制信道調制信道的含義是指調制器輸出到解調器輸入這部分的信道，它是模擬信道。對研究調制解調性能而言，不管在調制信道中作何變換、通過何種媒質，只需知道通過調制信道的輸出信號與輸入信號間的關系即可。圖4.2.2 調制信道模型 (1) 恒參信道：當eo(t)=k0ei(t-)+n(t)，即k(t)k0近似為常數(shù)時，信道對信號的影響是：振幅是固定的或緩變的，時延(=d(f )/df )是固定的。(2) 隨參信道：當k(t)是一個復雜的隨機函數(shù)，信道對信號產生線性、非線性失真，時延和振幅隨時間變化，如快衰落等。2. 編碼信道編碼信道是指編碼器輸出到譯碼器輸入這部分

21、的信道。圖4.2.3 二進制編碼信道模型4.3 恒參信道特點及其對信號傳輸?shù)挠绊?.理想恒參信道的沖激響應為 若輸入信號為，則理想恒參信道的輸出為) 由此可見，理想恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯?1) 對信號在幅度上產生固定的衰減；即引起幅頻失真(2) 對信號在時間上產生固定的遲延。即引起相頻失真2. 產生失真的傳輸1) 幅頻失真 幅度-頻率失真是由實際信道的幅度頻率特性的不理想所引起的，這種失真又稱為頻率失真，屬于線性失真信道的幅度-頻率特性不理想會使通過它的信號波形產生失真，若在這種信道中傳輸數(shù)字信號，則會引起相鄰數(shù)字信號波形之間在時間上的相互重疊，造成碼間干擾。2) 相頻失真相頻失真是指信道

22、的相位-頻率特性偏離線性關系所引起的失真。當信道的相位-頻率特性偏離線性關系時，將會使通過信道的信號產生相位-頻率失真，屬于線性失真。如果傳輸數(shù)字信號，相頻失真同樣會引起碼間干擾，特別當傳輸速率較高時，相頻失真會引起嚴重的碼間干擾，使誤碼率性能降低。3. 克服失真的措施對模擬通信系統(tǒng)，克服失真的常用方法是采用頻域均衡技術，使信道、均衡器聯(lián)合傳輸特性在信號頻率范圍內滿足無失真?zhèn)鬏敆l件，消除失真。對數(shù)字通信系統(tǒng)，克服失真的常用方法是合理設計收、發(fā)濾波器，消除信道產生的碼間串擾。當信道特性緩慢變化時，采用時域均衡器，使碼間串擾降到最小，且能夠自適應隨著信道特性的變化而變化。4.4 隨參信道特性及其對

23、信號傳輸?shù)挠绊戨S參信道的傳輸媒質具有以下三個特點： (1) 對信號的衰耗隨時間隨機變化； (2) 信號傳輸?shù)臅r延隨時間隨機變化； (3) 多徑傳播。 4.4.1 常見的隨參信道隨參信道包括電離層反射信道，超短波流星余跡散射信道，超短波電離層散射以及超短波視距繞射等傳輸媒質所分別構成的調制信道。4.4.2 短波電離層反射信道短波是指波長為10100 m(頻率為330 MHz)的電磁波。短波主要靠電離層反射(天波)來進行傳播，也可以和長、中波一樣靠地波進行短距離傳播。4.4.3 對信號傳輸?shù)挠绊?. 造成信號衰落2. 相位起伏(多普勒頻移)4.5 隨參信道特性的改善技術目前，在短波電離層隨參信道上

24、廣泛采用的抗多徑、抗衰落的技術措施有以下四種。(1) 自適應技術。包括頻率自適應、速率自適應、功率自適應、自適應均衡等。其中頻率自適應是目前抗多徑和抗干擾最有效的措施。(2) 抗衰落性能良好的調制鍵控技術。如時頻調制技術、擴頻調制技術等等。 (3) 差錯控制技術。在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中加入某種類型的差錯控制系統(tǒng)，使接收端具有檢測和糾正信息部分錯誤的能力，從而提高系統(tǒng)的通信質量。(4) 分集接收技術。在給定信號形式的條件下，接收端通過對接收信號的某些處理來提高系統(tǒng)的抗衰落和抗干擾能力。按廣義信道的含義來說，分集接收可看做是隨參信道的組成部分或是一種改造形式，改造后的隨參信道，衰落特性將得到改善。 分集

25、接收技術包括兩個方面的內容：一是信號的分散傳輸。二是信號合并。1. 分集方式分集的方式就是指信號分散傳輸?shù)姆绞?，常用的方式有?1) 空間分集。(2) 頻率分集。(3) 時間分集(4) 時頻分集(5) 角度分集和極化分集等。2. 合并方式: (1) 選擇式合并(2) 等增益合并 (3) 最大比值合并一填空題1、 狹義信道是指 。2、 廣義信道按照它包含的功能可分為： 和 。調制信道是指從 到 的部分。3、 當無信號時，加性噪聲是否存在？ 乘性噪聲是否存在？ 4、 根據(jù)乘性干擾的特性，調制信道可分為 信道 和 信道，其中，光纖信道（無線電視距中繼、衛(wèi)星中繼信道）是一種 信道，短波電離層反射信道（

26、對流層散射信道）是一種 信道。5、 分集接收技術包括兩個方面的內容：一是信號的分散傳輸。二是信號合并。一、簡答：2、隨參信道對所傳信號有何影響？4、何謂恒參信道？何謂隨參信道？5、理想恒參信道對信號傳輸?shù)挠绊懯牵康谖逭?模擬調制系統(tǒng)l 基本概念n 調制 把信號轉換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。n 廣義調制 分為基帶調制和帶通調制（也稱載波調制）。 l 狹義調制 僅指帶通調制。在無線通信和其他大多數(shù)場合，調制一詞均指載波調制。n 調制信號 指來自信源的基帶信號 n 載波調制 用調制信號去控制載波的參數(shù)的過程。 n 載波 未受調制的周期性振蕩信號，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。l 已調信

27、號 載波受調制后稱為已調信號。解調（檢波） 調制的逆過程，其作用是將已調信號中的調制信號恢復出來。 l 5.1.1 調制的作用1. 有效輻射：提高無線通信時的天線輻射效率。2. 實現(xiàn)信道復用：把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率。3. 提高系統(tǒng)的抗噪聲性能：擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。 5.1.2 線性調制與非線性調制 1.線性調制 ：前后線性搬移關系，結構沒變，位置改變 ，如AM,DSB,SSB,VSB2.非線性調制：前后非線性關系，結構改變變， 如FM,PM n 調制方式 u 模擬調制u 數(shù)字調制 n

28、常見的模擬調制u 幅度調制：調幅、雙邊帶、單邊帶和殘留邊帶u 角度調制：頻率調制、相位調制 5.2 線性調制系統(tǒng)在模擬調制系統(tǒng)中幅度調制包括標準調幅(AM)、抑制載波的雙邊帶調制(DSB)、單邊帶調制(SSB) 以及殘留邊帶調制(VSB)，它們都屬于線性調制。幅度調制是用調制信號m(t)控制高頻載波c(t)的振幅，使載波的振幅隨調制信號作線性變化。數(shù)學模型如圖5.2.1所示。 c(t)=A0 cos(2f ct+0)，設A0=1，0=0，則 調幅(AM)：這時H(f )1為全通網絡，且m(t)含有直流成分。雙邊帶(DSB)：這時H(f )1為全通網絡，且m(t)不含有直流成分。單邊帶(SSB)

29、：這時H(f )是截止頻率為載頻f c的高通或低通濾波器。殘留邊帶(VSB)：這時H(f )為滿足特定互補特性的濾波器。1. AM信號的時域表示式和波形圖5.2.4 AM信號頻譜調幅度m(調幅系數(shù))，調幅度m的定義為BAM=2f m(Hz)載頻功率 ，邊帶功率調制效率5.2.2 抑制載波雙邊帶調制(DSB)圖5.2.6 DSB調制器模型 圖5.2.8 DSB信號頻譜BDSB=2fm5.2.3 單邊帶調制(SSB)設單頻調制信號m(t)=Am cos2f mt，載波c(t)=cos2f ct，兩者相乘得到DSB信號的時域表示式為 式中，“”表示上邊帶信號，“”表示下邊帶信號。單邊帶調制的優(yōu)點：(

30、1) 節(jié)省了發(fā)射功率。因為只發(fā)射一個邊帶，相比較其它幅度調制，節(jié)約了發(fā)射功率。(2) 減少了占用的信道帶寬。SSB信號的帶寬BSSB=f m，即與基帶信號的帶寬相同，比AM和DSB信號的帶寬減少了一半。5.4 角度調制5.4.1 角度調制的基本概念頻率調制簡稱調頻(FM)，它使載波信號的頻率隨基帶調制信號的瞬時值作線性變化。因此，F(xiàn)M信號是頻率隨基帶信號變化的等幅高頻振蕩信號。相位調制簡稱調相(PM)，它使載波信號的相位隨基帶調制信號的瞬時值作線性變化。因此，PM信號是相位隨基帶信號變化的等幅高頻振蕩信號。未調載波c(t)=A0 cosct+0=A0 cos2fct+0，瞬時相位(t)=ct+

31、0=2f ct+0，瞬時頻率為式中，f c是載波的頻率，由于沒有被調制，因此(t)為常數(shù)。FM信號FM信號的瞬時角頻率為FM信號的時域表達式為圖5.4.1 FM信號波形FM波形實際是一個疏密在變化的等幅波，其疏密的變化反映調制信號的變化規(guī)律。PM信號調相就是使高頻載波的瞬時相位隨基帶信號線性變化的調制方式。PM信號的瞬時相位為(t)=2fct+Kpm(t) PM信號的時域表達式為sPM(t)=A0 cos2f ct+Kpm(t)+0PM信號的瞬時頻率為PM波也是一個疏密變化的等幅波，但它的疏密變化不直接反映基帶信號的變化規(guī)律，而是反映導數(shù)dm(t)/dt的變化規(guī)律。3. 角度調制信號的參量不論

32、是PM還是FM，其調制程度都可由頻率偏移和調制指數(shù)這兩個參量衡量。1) 頻率偏移f () 頻率偏移的定義：調角信號瞬時頻率偏離未調載波頻率的最大偏移量。即=|(t)-c|max或f =|f (t)-fc|max 對FM信號有=Kf |m(t)|max對PM信號有 2) 調制指數(shù)m 調制指數(shù)的定義：調角信號的總相角偏離未調載波總相角的最大偏移量。即m=|(t)|max對FM信號有對PM信號有5.5.3 角度調制系統(tǒng)與幅度調制系統(tǒng)的抗噪聲性能比較調制方式 傳輸帶寬 設備復雜程度 特點主要應用 AM2fm簡單 優(yōu)點是接收設備簡單；缺點是功率利用率低，抗干擾能力差。中短波無線電廣播 DSB 2fm 中

33、等 優(yōu)點是功率利用率高，且?guī)捙cAM相同，但設備較復雜。應用較少 SSB fm復雜 優(yōu)點是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優(yōu)于AM，而帶寬只有AM的一半；缺點是發(fā)送和接收設備都復雜。短波無線電廣播、話音頻分復用、載波通信、數(shù)據(jù)傳輸 VSB 略大于fm復雜 VSB的訣竅在于部分抑制了發(fā)送邊帶,同時又利用平緩滾降濾波器補償了被抑制部分?？乖肼曅阅芎皖l帶利用率與SSB相當 。電視廣播、數(shù)據(jù)傳輸 FM 中等 FM的抗干擾能力強，缺點是頻帶利用率低，存在門限效應。超短波小功率電臺（窄帶FM）；調頻立體聲廣播等高質量通信（寬帶FM）廣泛應用于長距離高質量的通信系統(tǒng)中。5.6 頻

34、分復用(FDM) 頻分復用(Frequencydivision Multiplexing-FDM) 是信道按照頻率區(qū)分信號，即將信道劃分成若干個相互不重疊的子頻帶，每個子頻帶占用不同的頻段，如圖所示，然后將需要在同一信道上同時傳送的多個信號調制到不同的頻帶上 目的：充分利用信道的頻帶資源，提高信道利用率調制方式可以是任意連續(xù)波調制，但最常用的是SSB調制，則n路復用信號的帶寬為Bn=nf m+(n-1)fg=(n-1)(f m+f g)+fm=(n-1)B1+f m fm為每路信號的最高截止頻率； fg為鄰路間隔防護頻帶。一填空題1、在AM、DSB、SSB、FM中， SSB 的有效性最好， F

35、M 的可靠性最好， AM 與DSB的有效性相同， SSB 與DSB的可靠性相同。2、設調制信號為載波經調制信號調制后的表達式為：其中為載波角頻率，為載波初相位。若為常數(shù)，隨成比例變化，則稱為 調制；若為常數(shù)， 隨成比例變化，則稱為 調制；若為常數(shù)，的導數(shù)隨成比例變化，則稱為 調制。3、對最高頻率為fH的調制信號m（t）分別進行AM、DSB和SSB調制，相應已調信號的帶寬分別為 、 、 。 二簡答題 ：1簡述常規(guī)幅度調制（AM）、抑制載波雙邊帶調制（DSB）和單邊帶調制（SSB）的優(yōu)點與缺點。 2什么是調制？調制在通信系統(tǒng)中的作用是什么？ 3什么是幅度調制？ 常見的幅度調制方式有哪些？ 4什么是

36、頻率調制？什么是相位調制？寫出頻率調制和相位調制已調信號的一般表示式。 習 題5 已知調制信號m(t)=cos2000t+cos4000t，載波為cos104t，進行單邊帶調制，試確定該上邊帶信號的表示式，并畫出其頻譜圖。 9 有一角度調制信號，其表達式為(t)=10 cos108t+6 sin2103t (V)，求(1) 頻偏、調制指數(shù)。(2) 如果(t)為調相波，且Kp=2 rad/s，求基帶信號f (t)。(3) 如果(t)為調頻波，且Kf =2000 rad/sv，求基帶信號f (t)。第六章 模擬信號的數(shù)字化傳輸將模擬信號轉換成數(shù)字信號，一般需經三個步驟： 把模擬信號數(shù)字化，即模數(shù)轉

37、換(A/D)； 進行數(shù)字方式傳輸； 把數(shù)字信號還原為模擬信號，即數(shù)模轉換(D/A)。模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)如圖6.1.1所示。6.2 脈沖編碼調制(PCM)PCM是模擬信號數(shù)字化的一種典型方法， PCM包括取樣、量化和編碼三個步驟：取樣是把在時間上連續(xù)的模擬信號m(t)轉換成一系列時間上離散的取樣值；量化是把幅度上連續(xù)的模擬信號轉換成幅度上離散的量化信號；編碼是把時間離散且幅度離散的量化信號用若干位二進制表示，由此得到的二進制序列稱為PCM信號。PCM信號經數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)竭_接收端，接收端對它們進行適當?shù)姆纸M，重建量化值，然后經低通濾波器，便可得到重建信號m(t)。6.2.1 取樣1. 低通

38、信號的取樣定理低通信號的取樣定理：一個頻帶限制在0fH內的連續(xù)信號m(t)，如果取樣速率fs大于或等于2fH，則可以由樣值序列m(nTs)無失真地重建原始信號m(t)。在該定理中需要注意如下三個要點：(1) m(t)是低通信號，最高頻率為fH。(2) 取樣速率fs2fH，fs的單位為次/秒，有時fs也被稱為取樣頻率，其單位為赫茲。(3) 本書討論的是等間隔取樣，也稱為均勻取樣。如果滿足上述三點，m(t)一定能由樣值序列完全確定。fs=2fH為奈奎斯特速率，它是取樣的最低速率；Ts=1/fs為奈奎斯特取樣間隔，它是所允許的最大取樣間隔。3. 帶通取樣定理帶通取樣定理：一個帶通信號m(t)具有帶寬

39、B和最高頻率fH，如果取樣頻率fs=2fH/m， m是一個不超過fH/B的最大整數(shù)，那么m(t)可以用取樣值m(kTs)來表示。(1) 當最高頻率是帶寬的整數(shù)倍，即fH=nB，此時fH/B=n是整數(shù)，m=n，所以 fs=2fH/m=2B，即取樣頻率為2B。(2) 當最高頻率不等于帶寬的整數(shù)倍時，即fH=nB+kB 其中，0k1。此時，fH/B=n+k，m是不超過(n+k)的最大整數(shù)，顯然取m=n，所以當n很大時，k/n趨近于0，此時fs2B。6.2.2 量化1. 量化及量化噪聲所謂量化，就是用預先規(guī)定的有限個電平來表示取樣值。這些預先規(guī)定的電平稱為量化電平。相鄰兩個量化電平之間的間隔稱為量化臺

40、階(或稱為量化間隔)。量化的具體過程是：將取樣值與各個量化電平比較，用最接近于取樣值的量化電平來表示此取樣值。2. 均勻量化等間隔設置量化電平的量化稱為均勻量化。在均勻量化中量化臺階是相同的，通常用表示。由圖6.2.7也可以看出，均勻量化時，量化誤差最大不會超過/2。在均勻量化中必然有這樣的結果：大信號時，量化信噪比很高，遠遠高出26 dB的通信要求；小信號時，量化信噪比卻很低，不能滿足正常通信的要求。為克服均勻量化存在的不足，提出了非均勻量化。3. 非均勻量化非均勻量化的基本思想是：不等間隔地設置量化電平，大信號時用大臺階，小信號時用小臺階。這樣，在保持量化電平數(shù)不變的情況下，提高了小信號時

41、的量化信噪比，擴大了量化器的動態(tài)范圍。當然，由于大信號時采用了較大的臺階，所以使大信號時的量化信噪比有所下降。4. 對數(shù)壓縮特性的折線近似數(shù)字壓擴技術采用折線逼近壓縮特性有兩種國際標準，一種是用13根折線逼近A=87.6的A律壓縮特性，稱為13折線A律特性；另一種是用15根折線來逼近=255的律特性，稱為15折線律特性。由于兩種技術在原理上是一樣的，下面以13折線為例介紹用數(shù)字技術實現(xiàn)非均勻量化的方法。 1) 13折線A律特性采用13根折線來逼近A律特性如圖6.2.13所示。輸入信號幅度歸一化范圍為(-1，1)，圖中只畫出了輸入信號為正時的情形。把輸入信號的(0，1)區(qū)間分成8段：首先將(0，

42、1)區(qū)間二等分，分成兩個等長區(qū)間(0，1/2)和(1/2，1)，再將(0，1/2) 區(qū)間二等分，分成(0，1/4)和(1/4，1/2)兩個等長區(qū)間，然后將(0，1/4)區(qū)間二等分，繼續(xù)下去，直到將(0，1/64)區(qū)間二等分，得到(0，1/128)和(1/128，1/64)兩個區(qū)間。圖6.2.13 13折線A律特性2) 13折線非均勻量化由圖6.2.13可見，在信號的輸入范圍內非等間隔地分割成16個段(正負)，我們可在每個段的中間點設置量化電平，輸入信號落入哪個段內，就將其量化到此段內的量化電平，這樣共有16個非均勻設置的電平，每個量化電平可以用4位二進制編碼來表示。使用數(shù)字技術很容易實現(xiàn)這種非

43、均勻量化。但需明確的是：這種量化方式相當于輸入信號經圖6.2.13所示的壓縮特性壓縮后，再量化到等間隔設置的16個電平上，即壓縮后再均勻量化。例6.2.1 設輸入信號最大值為5 V，現(xiàn)有樣點值3.6 V，采用13折線量化，求此樣點值的量化電平(以為單位)。解 首先將樣點值歸一化。3.6 V電壓的歸一化值為3.65=0.72第八段的止電平為2048，它對應歸一化值1，所以歸一化值0.72對應0.7220481475 表6-2-1可見，此樣點值落入第八段，由于第八段還分了十六個級，每個級長度為64，由此可算出此樣點值落入的級數(shù)(1475-1024) 64=7余3 可見，樣點值1475落在第八段的第

44、八級，量化電平設置在第八級的中間點，為1024+(8-1)64+642=1504所以，樣點值1475的13折線量化電平為1504，量化誤差為1504-1475=29第八段各級的量化臺階為64，最大量化誤差為量化臺階的一半，為32。6.2.3 編碼1. 常用的二進制碼但常用的是自然二進制碼、格雷碼(反射二進制碼)和折疊二進制碼。折疊碼因誤碼產生的噪聲功率最小。另外，折疊碼的極性碼可由極性判決電路決定。這樣，在編碼位數(shù)相同時，折疊碼編碼器與其它編碼器相比少編一位碼，使編碼電路更為簡單。由于這些原因，在PCM系統(tǒng)中采用折疊碼編碼方法。但自然二進制碼是折疊二進制碼的基礎，因為當信號的極性由折疊二進制碼

45、第一位表示后，信號的絕對值就按自然二進制碼編碼了。2. 13折線編碼用8位二進制碼表示13折線量化電平的過程稱為13折線編碼。前面已講過，13折線量化共設置量化電平256個，所以每個量化電平要用8位二進制碼表示。設8位二進制碼為x1x2x3x4x5x6x7x8，在13折線編碼時，這8位碼的安排如下： (1) x1表示量化電平的極性，稱為極性碼。x1=1表示極性為“正”； x1=0表示極性為“負”。當然，也可采用相反的表示方法。(2) x2x3x4表示最化電平絕對值所在的段落號，稱為段落碼。三位二進制共有8種組合，分別表示8個段落號。三位二進制與段落號的對應關系如表6-2-3所示。(3) x5x

46、6x7x8表示段落內的16個量化級，稱為段內量化級碼。每一段落內等間隔分成16個量化級，每個量化級設置一個量化電平，共16個量化電平，落在某一級內的所有樣值都量化成同一個量化電平，所以編碼時只要知道樣值落在哪個量化級就可以。16個量化級要用四位二進制表示。四位二進制與16個量化級之間的關系如表6-2-4所示。極性碼 段落碼 段內碼X1 X2X3C4 X5X6X7X8 13折線編碼取樣一次編8位碼，需經三個步驟： (1) 確定樣值的極性。(2) 確定樣值的段號。(3) 確定樣值在某段內的級號。例6.2.2 設某樣值為+843， 若進行13折線編碼，求所編的8位碼組。解 (1) 首先求極性碼。由于

47、+843為“正”，所以極性碼x1=1。(2) 再求段落碼。由表6-2-1可知，第七段的起、止電平分別為512和1024。所以，樣值+843落在第七段，即樣值+843所在的段號為7。由表6-2-3可知，三位段落碼為x2x3x4=110。(3) 最后求段內量化級碼。由于第七段的量化臺階(即每級的間隔)為32，起電平為512，有(843-512)32=10余11由此式可知，樣值位于第(10+1)=11級，根據(jù)表6-2-4可得段內量化級碼x5x6x7x8=1010。所以，樣值+843經13折線編碼后所得碼組為x1x2x3x4x5x6x7x8=11101010。由于第七段第十一級的量化電平(這一級的中間

48、電平)等于第十一級的起始電平加上第七段量化臺階的一半，即(512+1032)+322=848接收端收到碼組11101010后，將其譯碼為編碼時的量化電平值848。所以樣值+843的量化誤差的絕對值為|843-848|=5 6.3 增量調制(M)M的基本思想是：對語音信號進行過取樣 (取樣速率遠大于奈奎斯特速率，如對語音信號的取樣速率為32 k次/秒)，使相鄰兩個樣點的相關性增強，相鄰兩個樣值的差值減小，然后將此差值量化成兩個電平+或-，用“1”表示+，用“0”表示-。 具體地說，在M系統(tǒng)中，如果當前取樣值大于前一取樣值的量化電平，則差值量化為+，編碼輸出為“1”，當前取樣值的量化電平等于前一取

49、樣值的量化電平加上，也就是在前一取樣值量化電平的基礎上上升一個臺階。 如果當前取樣值小于前一取樣值的量化電平，則差值量化為-，編碼輸出為“0”，當前取樣值的量化電平等于前一取樣值的量化電平減去，也就是在前一取樣值量化電平的基礎上下降一個臺階。 一、填空題1、抽樣是把時間 、幅值 的信號變換為時間 ，幅值 的信號，量化是把幅值 的信號變換為幅值 的信號。2、非均勻量化的目的是提高小信號的 ，其代價是減少了大信號的 。4、若量化電平數(shù)為64需要的編碼位數(shù)是 ，若量化電平數(shù)為128，需要的編碼位數(shù)為 。5、非均勻量化的對數(shù)壓縮特性采用折線近似時，A律對數(shù)壓縮特性采用 折線近似，律對數(shù)壓縮特性采用 折

50、線近似。6、常見信道的復用方式有 復用、 復用和碼分復用。二簡答題1、 什么是低通抽樣定理？什么是帶通型信號的抽樣定理？2、 什么是增量調制？習題11 簡單增量調制系統(tǒng)，已知輸入模擬信號m(t)=AcoS2f0t，取樣速率為fs，量化臺階為。(3) 如果收到碼序列為11011110001，按階梯信號方式畫出譯碼器輸出信號的波形(設初始電平為0)。第七章 數(shù)字基帶傳輸7.2 數(shù)字基帶系統(tǒng)的構成典型的數(shù)字基帶系統(tǒng)主要由信道信號形成器、信道、接收濾波器、位定時提取電路和取樣判決器五個功能部件組成，系統(tǒng)的輸入信號是數(shù)字基帶信號。7.3 數(shù)字基帶信號的碼型和波形7.3.1 數(shù)字基帶信號的碼型1. 單極性

51、不歸零碼(單極性全占空碼)符號“1”用持續(xù)時間為一個碼元寬度的正電平表示，符號“0”用持續(xù)時間為一個碼元寬度的零電平表示。2. 雙極性不歸零碼(雙極性全占空碼)符號“1通常用持續(xù)時間為一個碼元寬度的正電平表示，符號“0”通常用持續(xù)時間為一個碼元寬度的負電平表示。 3. 單極性歸零碼4. 雙極性歸零碼5. 差分碼差分碼是用相鄰碼元的變化與否來表示原數(shù)字信息。通常采用這樣的編碼規(guī)則：差分碼相鄰碼元發(fā)生變化表示信息“1”，差分碼相鄰碼元不發(fā)生變化表示“0”。根據(jù)這個編碼規(guī)則，得到的差分碼bn與原數(shù)字信息an之間有這樣的關系 (7-3-1)其中，為異或運算或模2運算。 接收端收到相對碼bn后，可由bn

52、恢復絕對碼an。根據(jù)式 (7-3-1)可得 (7-3-2)例7.3.1 求數(shù)字信息序列 1010110的差分碼。解 根據(jù)給定的數(shù)字序列，我們知道a1=1, a2=0, a3=1, a4=0, a5=1, a6=1, a7=0根據(jù)式(7-3-1)，得到所以，數(shù)字信息的差分碼為。圖7.3.5 絕對碼與差分碼在編碼時，差分碼中的第一位即b0自己設定，可設為“0”也可設為“1”。本例中我們設b0 為“0”。 6. 極性交替碼極性交替碼又稱AMI碼。它用無脈沖表示“0”，而“1”則交替地用正、負極性的脈沖(可以為歸零，也可以為不歸零)表示。如圖7.3.6所示，第一個“1”用正脈沖表示還是用負脈沖表示自己設定，一旦設定，后面的“1”則依次極性交替。顯然，極性交替碼沒有直流分量，不管“1”與“0”是否等概。所以極性交替碼可以看做是雙極性碼的一種改進。7 三階高密度雙極性碼HDB3改進的基本思想是：不讓AMI碼連“0”太多，當連續(xù)出現(xiàn)四個“0”，即在輸入的二進制數(shù)字信息中出現(xiàn)0000時，用一個包含有極性破壞脈沖“V”的特殊序列來代替0000序列。HDB3使用的特殊序列是000V和100V兩種。那么到底是用000V還是