完整word版通信原理期末考試復習重點總結完整版

1、通信原理考試重要知識點第1章緒論掌握內容：通信系統(tǒng)的基本問題與主要性能指標；模擬通信與數(shù)字通信；信息量、平均信 息量、信息速率。熟悉內容：通信系統(tǒng)的分類；通信方式。了解內容：通信的概念與發(fā)展;1.1-1.3 基本概念1、2、消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，電信號是消息傳遞的物質載體。信息的物理表現(xiàn)形式。如語言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等。3、4、信息：消息的內涵，即信息是消息中所包含的人們原來不知而待知的內容。 數(shù)字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負載數(shù)字信息的信號。5、模擬信號是指信號無論在時間上或是在幅度上都是連續(xù)的。數(shù)字通信是用數(shù)字信號作為載體來傳輸消息，或用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調

2、制后再傳輸 的通信方式。它可傳輸電報、數(shù)字數(shù)據(jù)等數(shù)字信號，也可傳輸經過數(shù)字化處理的語聲和圖像6、等模擬信號。7、模擬通信是指利用正弦波的幅度、頻率或相位的變化，或者利用脈沖的幅度、寬度或位置變化來模擬原始信號，以達到通信的目的。8、數(shù)據(jù)通信是通信技術和計算機技術相結合而產生的一種新的通信方式。9、通信系統(tǒng)的一般模型丿又達師V按收端通信系統(tǒng)的一般模型10、按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可相應地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和 數(shù)字通信系統(tǒng)。11、模擬通信系統(tǒng)是傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。模擬信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不 宜直接傳輸，需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號，并

3、可在接收端進 行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調制器和解調器。12、數(shù)字通信系統(tǒng)是傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信涉及的技術問題很多，其中主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調制/解調、數(shù)字復接、 同步以及加密等。13、數(shù)字信道模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型14、通信系統(tǒng)的分類1 、按通信業(yè)務分類分為話務通信和非話務通信。2、根據(jù)是否采用調制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶（調制）傳輸。3、按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字相應地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。4、按傳輸媒質分類，可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。有線通信是用導線（如架空明線、同軸電纜、光導纖維、波導等

4、）作為傳輸媒質完成通信的，如市內電話、有線電視、海底電纜通信等。無線通信是依靠電磁波在空間傳播達到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微15、波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。常見傳輸多路信號有兩種復用方式，即 頻分復用、時分復用。頻分復用是用頻譜搬移的 方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍。時分復用是用脈沖調制的方法使不同信號占據(jù)不同的 時間區(qū)間。1.4 信息及其度量1信號是消息的載體，而信息是消息的內涵。任何信源產生的輸出都是隨機的，信息含量就是對消息中這種不確定性的度量，是用統(tǒng) 計方法來定性的。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。2、信息量的計算 信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關系應

5、為:1I = log,= log, P(X)P(x)i信息量的單位與對數(shù)底數(shù)a有關。a=2 時,信息量的單位為比特(bit)；a=e 時,信息量的單位為奈特(nat)；a=10 時，目前廣泛使用的單位為比特。信息量的單位為哈特萊(Hartley )。3、信源的熵:每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量H為:H(x) = P(x,)I(x )+P(x,)I(x+P(片)1(、)1A=P(xJ-log, P(x )+P(xJHo2 P(x J+P(J-log, P(X )X.Il11=-TXXi)log, F( )(bit /)i=l1單個離散信號的信息量I譏麗吧P* 2.消息序列x1,x2

6、,xn所包含的信息量為:11n2 nJ- = 一 S n* log P(K J .Il1I = 1I = 1-3、算術平均信息量1=場號數(shù)4、統(tǒng)計平均信息量（信源的爛）HH（x）= 一工卩（斗）10 容 2 pg） （bit / 符號）i=l例題：（重點）設二進制離散信源，發(fā)送1的概率是3/4，發(fā)送0的概率是1/4,發(fā)送1或者0是相互獨立的;1、信源每個輸出符號的信息量為多少?3、4、求信息源的熵?2、若信源發(fā)出符號序列：110001,貝吐匕消息序列的信息量是多少?第2步驟中的符號序列的每個符號的平均信息量是多少?例題：書本第11頁，【例1-2】（重點）1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的

7、主要性能指標是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定時間內所傳輸?shù)男畔热莸亩嗌伲蛘哒f是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；有效性 指標：用單位時間傳送的信息量來衡量，傳送信息量越大，有效性越好；可靠性是指接收信息的準確程度，也就是傳輸?shù)摹百|量”問題?？煽啃灾笜耍河媒邮斩俗罱K 輸出信噪比來度量，信噪比越大，可靠性越好。第2章確知信號掌握確知信號的基本概念；了解確知信號的頻域性質和時域性質。2、1基本概念1、系統(tǒng)：一般來講，系統(tǒng)是一個由若干互有關聯(lián)的單元組成的并具有某種功能以用來達到某 些特定目的的有機整體，其意義十分廣泛。分類如下： 連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng) 即時系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)（按照系統(tǒng)內是否含有記憶元件

8、） 無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)（按系統(tǒng)內是否含源）集中參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)（按系統(tǒng)的參數(shù)是集中的或分布的） 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)（按其特性分）時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng)（按其參數(shù)是否隨 t而變） 2、信號的基本概念 信號是消息的一種物理體現(xiàn)，消息則是信號的具體內容。各種傳輸信號的方法：烽火、鼓聲、旗語、電信號。信號按物理屬性分：電信號和非電信號。描述信號的常用方法（1）函數(shù)表達式f（t），（ 2）波形。3、信號的分類:連續(xù)時間信號（時間變量t連續(xù)或稱模擬信號）r確定性信號f抽樣信號I離散時間信號J時間離散 幅值連續(xù)I數(shù)字信號時間離散 幅值離散4、確知信號：可以用確定時間函數(shù)表示的信號，稱為確定信號或規(guī)則信

9、號。如正弦信號。5、隨機信號：不能用確定時間函數(shù)表示的信號，且在任意時刻的取值都具有不確定性，只可 能知道它的統(tǒng)計特性，如在某時刻取某一數(shù)值的概率，這類信號稱為隨機信號或不確定信號。5、確知信號的類型按照周期性區(qū)分：周期信號：，$(/)=$(+幾)00f0非周期信號 按照能量區(qū)分：能量信號：能量有限，0 E = f co功率信號：sj/m一化功率：P = irR=R = L =1-平均功率P為有限正值：1聲/： rP = lini fs t)dtT76 T J-r/2注意：1對于能量信號，能量等于一個有限正值，但平均功率為零；2、對于功率信號，平均功率等于一個有限值，但能量為無窮大;3、能量信

10、號和功率信號的分類對于非確知信號也使用。22 確知信號的頻域性質2.2.1功率信號的頻譜2.2.2能量信號的頻譜密度2.2.1功率信號的頻譜-周期性功率信號頻譜（函數(shù)）的定義(2.2 -1)* 式中，仏=n為整數(shù)，-aon 5函數(shù)的頻譜密度：/!（/）= r 吐聞叫 = 1 f 5 力=1J OCJ 3CAS函數(shù)的物理意義：一個高度為無窮大，寬度為無 窮小.面積為1的脈沖。2.3確知信號的時域性質1能量信號的自相關函數(shù)2-3,1能量信號的自相關函數(shù) 定義.-oor2.自相關函數(shù)風分和時迥無關，只和時間差T有 R(Q) = J F由=E (2.3-2)當r=O時，烈0)等T信號的能量：R(t)二

11、 R(-r)(2,3 - 3)鳳0是書的偶函數(shù)二$(/)冷如M (2J-9A) J -X自相關函數(shù)肌0和其能量譜密度Is(幻12是一對傅里葉變換=4.-Xr r3、功率信號的自相關函數(shù)和性質2. 3.2功率信號的自相關函數(shù)定義：R(t) -limyJ：s(t)s(t + 訕-oo r1.當r = 0時，自相關函數(shù)/?(0)等于信號的平 均功率：A(0) = lim s-(t)dt = P (2.3-11) r-*x 丁 J-T22.功率信號的自相關函數(shù)也是偶函數(shù)3.對于周期性功率信號，自相關函數(shù)定義=1 CR（f） = 一15（r）（r +）ir -oc r 4、斤（?）和功率譜密度尸（刃之間

12、是傅里葉變換關系： &r）=/W 嚴F （23皿）P（f） = r時F廠（23 -146）J -X4、能量信號的互相關函數(shù)和性質2. 3.3能量信號的互相關函數(shù)定定義=工-oo r 1、2、用2（戒和時間t無關，只和時間差有關。72和兩個信號相乘的前后次序有關：RM）=代 2（ 一廠）2.3-223.里葉變換?；ハ嚓P函數(shù)7乞（r）和互能量譜密度2 S是一對傅心二匸幾（/片切審 23-24兀（/） =匸此必 2.3 = 255、功率信號的互相關函數(shù)和性質2. 3.4功率信號的互相關函數(shù)A定義；1 “功率信號的互相關函數(shù)的性質2.-oc r3.1.1隨機過程的分布函數(shù)/設g表示一個隨機過程，則它在

13、任意時刻耳的值 （切是一個隨機變量，貝!）：/隨機過程&F）的一維分布函數(shù)=巧（尤1）=尸飢心）3.1,2隨機過程的數(shù)字特征均值（數(shù)學期望）:魏 1）二在任意給定時刻的取值e（G是一個隨機變量，其 均值E式中f （旺，G 飢G的概率密度函數(shù)“由于片是任取的，所以可以把a直接寫為1,改這樣上式就變?yōu)椋?=匸燈1（工昇皿A方差方差常記為。站（）=站-。孑所以,方差等于均方值與均值平方之差，它表示隨機過程在時刻t對于均值a （t ）的偏離程度。A相關函數(shù)3C 孟=兀1無2/2（尤”兀2；1，2）必1力2J X JX式中，g仏）和右（對分別是在耳和百時刻觀測得到的 隨機變量.可以看出，Rfi, r,）

14、是兩個變量a和2的確i-Lf 盤曲SStoA協(xié)方差函數(shù)=E （-心）丸）-a（G）二U兀1 心）】心口億） （兩，心；G2 ）亞牝式中呂（t,）召（2）在百和丫2時刻得到的飢1）的均 值積冷忌；G ?2） e的二維概率密度函數(shù)。相關函數(shù)和協(xié)方差函數(shù)之間的關系址厶）=颶山）-亦1）就2）A若盤（右）=撫億），則E（t,瘍=R（嶺陽）互相關函數(shù)J （八2）= （G）7（G） 式中和77（）分別表示兩個隨機過程O 因此，R（q 2）又稱為自相關函數(shù)口3.2平穩(wěn)隨機過程1平穩(wěn)隨機過程及其性質3.2.1平穩(wěn)隨機過程的定義定義=若一個隨機過程Nf）的任意有限維分布函數(shù) 與時間起點無關，也就是說，對于任意的

15、正整數(shù)n 和所有實數(shù)厶有7；（心並山，心；G0A丄）二人（兀1，心0 :?！?十a,a耳+A）則稱該隨機過程是在嚴格意義下的平穩(wěn)隨機過 程，簡稱嚴平穩(wěn)隨機過程.沖嚴平穩(wěn)隨機過程的性質=該定義表明，平穩(wěn)隨機過程的統(tǒng)計特性不隨時間 的推移而改變，即它的一維分布函數(shù)與時間r無關：而二維分布函數(shù)只與時間間隔 - &有關:2、嚴平穩(wěn)隨即過程的數(shù)字特征嚴平穩(wěn)隨機過程的數(shù)字特征=目乳）=匸習久仗I）心= 日勲）火+）可見，（1）其均值與T無關，為常數(shù)血（2）自相關函數(shù)只與時間間隔甫關。結論: 把同時滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機過程。顯然，嚴平穩(wěn)隨機過程必定是廣義平穩(wěn)的，反之不一定成立。在通信系

16、統(tǒng)中所遇到的信號及噪聲，大多數(shù)可視為平穩(wěn)的隨機過程。因此，研究平穩(wěn)隨機過 程有著很大的實際意義。3、各態(tài)歷經性問題的提出：能否從一次試驗而得到的一個樣本函數(shù)x（t ）來決定平穩(wěn)過程的數(shù)字特征呢？回答是肯定的。平穩(wěn)過程在滿足一定的條件下具有一個有趣而又非常有用的特性，稱為 各態(tài) 歷經性”（又稱 遍歷性”）。具有各態(tài)歷經性的過程，其數(shù)字特征（均為統(tǒng)計平均）完全可由隨機過程中的任一實現(xiàn)的時 間平均值來代替。4、各態(tài)；歷經性的條件冬呑歷經性峯件設;劉）是平穩(wěn)過程自。的任意一次實現(xiàn)（樣本），則 其時間均值和時間相關函數(shù)分別定義為=日十f） = lim +O（f）刃7-a: T J-7 2= w（f）;v

17、（f+） = lim |i x（r）j（r + r）dta = aR（r） = R（Tj則稱該平穩(wěn)過程具有各態(tài)歷經性O如果平穩(wěn)過程使下式成立各態(tài)歷經”的含義：隨機過程中的任一次實現(xiàn)都經歷了隨機過程的所有可能狀態(tài)。具有各態(tài)歷經的隨機過程一定是平穩(wěn)過程，反之不一定成立。在通信系統(tǒng)中所遇到的隨機信號和噪聲，一般均能滿足各態(tài)歷經條件。5、（重點，書本：第 41頁）例3-11 例3邛設一個隨機相位的正弦波為 彳（）=A cos（aZ + 0）其中，人和均為常數(shù)；0是在0,2h）內均勻分布的 隨機變量。試討論是否具有各態(tài)歷經性?！窘狻浚?）先求ar）的統(tǒng)計平均值= 數(shù)學期望戶2曲1a（t） = E蘭（F）

18、 = + B）亍= （cos（Djcos-sineajsind）dd=cosrzj CQ30d3 -sinsm6d6=0【解】自相關函數(shù)=EA cQ3(coji + Sy A cos(3.2.3平穩(wěn)過程的自相關函數(shù)/定義：設為實平穩(wěn)隨機過程，則它的自相關函數(shù) 為：7?(r) = (t)(t+r)/自相關函數(shù)可以用來描述平穩(wěn)隨機過程的數(shù)字特征, 還可以與平穩(wěn)隨機過程的頻譜特性產生聯(lián)系。/平穩(wěn)過程自相關函數(shù)的性質仁7?(0)二日嚴富t)的平均功率2、R(t) = A(-r) -T的偶函數(shù) 3.的上界即自相關函數(shù)尺阿在T = 0有最大值04、7?(00)= E郭)=屛 一敏的直流功率5. R(OS)

19、 = fT* 表示平穩(wěn)過程NO的交 流功率.當均值為0時，有R(0) =.3.3高斯隨機過程(正態(tài)隨機過程)定義：如果隨機過程 Mt)的任意n維(n =1,2,.)分布均服從正態(tài)分布，則稱它為正態(tài)過程 或高斯過程。高斯隨機過程的重要性質1、高斯過程的n維分布只依賴各個隨機變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。2、廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴平穩(wěn)的。3、因為，若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時間無關，協(xié)方差函數(shù)只與時間間隔有關， 而與時間起點無關，則它的n維分布也與時間起點無關，故它也是嚴平穩(wěn)的。所以，高斯過 程若是廣義平穩(wěn)的，則也嚴平穩(wěn)。4、高斯過程經過線性變換后生成的過程仍是高斯過程。也可以說，若線

20、性系統(tǒng)的輸入為 高斯過程，則系統(tǒng)輸出也是高斯過程。333高斯隨機變量/定義=高斯過程在任一時刻上的取值是一個正態(tài) 分布的隨機變量，也稱高斯隨機變量，其一維概 率密度函數(shù)為/(X)= 了一 exp曲線如右圖,v式中，a 均值,高斯隨機變量的性質/仁f P0對稱于直線x= a,即 /G + X)= f(a -X)2、f(x)dx = l fWx = f(x)dx = I高斯隨機變量的性質/3丹表示分布中心，b稱為標準偏差，表示集中 程度，圖形將隨著7的減小而變高和變窄.當3=0和b=1時，稱為標準化的正態(tài)分布：補充：線性系統(tǒng)1定義：由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的，具有穩(wěn)定功能的整體。系統(tǒng)

21、模型：系統(tǒng)物理 特性的數(shù)學抽象。在電子技術領域中，“系統(tǒng)”、“電路”、“網(wǎng)絡”三個名詞在一般情況下可以通用。2、信號與系統(tǒng)的描述信號與系統(tǒng)的描述輸入信肯 激勵系統(tǒng)輸出信號響應系統(tǒng)的表示:數(shù)學表達式：系統(tǒng)物理特性的數(shù)學抽象。系統(tǒng)圖：形象地表示其功能。3、線性系統(tǒng)r定義線性系統(tǒng)：指具有線性特性的系統(tǒng)。線性：指均勻性，疊加性。均勻性（齊次性）:et) -r(/)= 辰(f) - kr(t 疊加性：勺(0qJ勺（0 + 勺（0 T /!（） + 巧3.4平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)由平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)之后的數(shù)學特征可知:若線性系統(tǒng)的輸入是平穩(wěn)的，則輸出也是平穩(wěn)的。如果線性系統(tǒng)的輸入過程是高斯型的，則

22、系統(tǒng)的輸出過程也是高斯型的。復習題:P61，思考題：3-1，3-3, 3-4;（重點）第4章信道1、信道的基本概念連接發(fā)送端和接受端的通信設備,其功能是將信號從發(fā)送端傳送到接收端。信道分類:無線信道-電磁波（含光波）有線信道-電線、光纖信道中的干擾:有源干擾-噪聲無源干擾-傳輸特性不良 本章重點：介紹信道傳輸特性和噪聲的特性，及其對于信號傳輸?shù)挠绊憽?.1 無線信道無線信道利用電磁波在空間的傳播來實現(xiàn)。要求天線的尺寸不小于電磁波波長的1/10 。根據(jù)通信距離分類：地波、天波、視波1、地波頻率 2 MHz有繞射能力距離：數(shù)百或數(shù)千千米2、天波頻率：2 - 30 MHz特點：被電離層反射一次反射距

23、離： 4000 km寂靜區(qū):3、視線傳播:頻率 30 MHz距離：和天線高度有關裁0式中，D -收發(fā)天線間距離（km）。4、增大視線傳播距離的其他途徑中繼通信：無線電中繼衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動衛(wèi)星平流層通信：位于平流層的高空平臺電臺4.2有線信道分類：明線、對稱電纜、同軸電纜1、明線是指平行架設在電線桿上的架空線路。4.3信道的數(shù)學模型信道模型的分類:調制信道、編碼信道信息信道編碼r-開制tI噪聲源數(shù)字解調信道許碼信源誹碼受信者調制信道編碼信道4. 3.1調制信道模型/)=/) 5)式中勺信道輸入端信號電壓； g 信道輸出端的信號電壓; 啲-噪聲電壓.通常假設：/) = g勺 這時上式變?yōu)?

24、乞=底r)q+押信道數(shù)學模型4.3.1調制信道模型 (0 = UX (0 + 2A因趙力隨陵，故信道稱為時變信道.A因斤()與e, (t)相乘，故稱其為乘性干擾.A因以十)作隨機變化，故又稱信道為隨參信道.A若以刃變化很慢或很小，則稱信道為恒參信道。乘性干擾特點=當沒有信號時，沒有乘性干擾。4, 3.1調制信道模型喲（r）/喲圖調制信道數(shù)學模型（） = /& + 嗆）噪聲信道中存在的不需要的電信號。又稱加性干擾。按噪聲來源分類人為噪聲一例：開關火花、電臺輻射 自然噪聲例：閃電、大氣噪聲、宇宙噪聲、熱噪聲熱噪聲來源：來自一切電阻性元器件中電子的熱運動。按噪聲性質分類脈沖噪聲：是突發(fā)性地產生的，幅

25、度很大，其持續(xù)時間比間隔時間 短得多。其頻譜較寬。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。窄帶噪聲：來自相鄰電臺或其他電子設備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或可以測知的?？梢钥醋魇且环N非所需的連續(xù)的已調正弦波。起伏噪聲：包括熱噪聲、電子管內產生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。注：討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。復習題:P84，思考題：4-1 ，4-9，4-14 ，4-16第9章模擬信號的數(shù)字傳輸掌握內容：抽樣定理；脈沖振幅調制（PAM）原理；脈沖編碼調制（PCM）原理；增量調制（ M） 原理；均勻量化；非均勻量化；了解內容：十三折現(xiàn)非均勻量化；十五折線非均勻量化；增量脈沖編

26、碼調制（DPCM）原理。A模擬信號的數(shù)字化分為3步.抽樣、量化和編碼擬1號-ror2Z-八才=-J.1 t三r一 命=T11V|_ JrI1l1J1t1nJiB1 ii1 J1 rI.1抽樣信號 _ / IB J 1 UarzronoiliQOrmTHrr-nirlOOFIT；100RT；lOfl-POil9.1模擬信號的抽樣-抽樣定理抽樣定理：設一個連續(xù)模擬信號 m(t)中的最高頻率 fH，則以間隔時間為T PAM調制過程的波形和頻譜圖J-f-4（C）廣 r/9.3抽樣信號的量化量化原理設模擬信號的抽樣值為 m（kT）,其中T是抽樣周期，k是整數(shù)。此抽樣值仍然是一個 取值連續(xù)的變量。若僅用N

27、個不同的二進制數(shù)字碼元來代表此抽樣值的大小，則N個不同的二進制碼元只能代表M = 2N個不同的抽樣值。因此，必須將抽樣值的范圍劃分成 M個區(qū)間，每個區(qū)間用一個電平表示。這樣，共 有M個離散電平，它們稱為量化電平。用這 M個量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法 稱為量化。量化過程圖M個抽樣值區(qū)間是等間隔劃分的，稱為均勻量化。M個抽樣值區(qū)間也可以不均勻劃分，稱為非均勻量化。9.3,2均勻量化設模擬抽樣信號的取值范圍在a和b之間，量化電平數(shù)為 M,則在均勻量化時的量化間隔為 b-aAv =且量化區(qū)間的端點為M卑=d+jAv z = o,i,少A9.3.2均勻量化若量化輸出電平場取為量化間隔的中點，則 二+如

28、弘_2顯然，量化輸出電平和量化前信號的抽樣值一般不同，即量化輸出電平有誤差。這個誤差常稱為量化噪 聲，并用信號功率與量化噪聲之比衡量其對信號影響的 大小。9.3.3非均勻量化1非均勻量化的目的: 在實際應用中，對于給定的量化器， 量化電平數(shù)M和量化間隔Av都是確定的，量化噪聲Nq 也是確定的。但是，信號的強度可能隨時間變化(例如，語音信號)。當信號小時，信號量噪 比也小。所以，這種均勻量化器對于小輸入信號很不利。為了克服這個缺點，改善小信號時的信號量 噪比，在實際應用中常采用非均勻量化。2、非均勻量化原理 實際中，非均勻量化的實現(xiàn)方法通常是在進行量化之前，先將信號抽樣值壓縮，再進行均勻 量化。

29、這里的壓縮是用一個非線性電路將輸入電壓x變換成輸出電壓y:y = f(x)y = 1 + 丄 In X k3、壓縮特性 關于電話信號的壓縮特性，ITU制定了兩種建議，即A壓縮律和卩壓縮律，以及相應的近似 算法-13折線法和15折線法。我國大陸、歐洲各國以及國際間互連時采用 A律及相應的13折線法。北美、日本和韓國等少數(shù)國家和地區(qū)采用卩律及15折線法。4、13折線壓縮特性 -A律的近似A律表示式是一條平滑曲線，用電子線路很難準確地實現(xiàn)。這種特性很容易用數(shù)字電路來近 似實現(xiàn)。13折線特性就是近似于 A律的特性。在下圖中示出了這種特性曲線：圖中橫坐標X在0至1區(qū)間中分為不均勻的8段。1/2至1間的線

30、段稱為第8段；1/4至1/2 間的線段稱為第7段；1/8至1/4間的線段稱為第6段；依此類推，直到0至1/128間的線段 稱為第1段。圖中縱坐標y則均勻地劃分作8段。將與這8段相應的座標點（X, y）相連，就得到了一條折線。由圖可見，除第1和2段外，其他各段折線的斜率都不相同。在下表中列出了這些斜率:折線段號12345678斜率161684211/21/4因為語音信號為交流信號，所以，上述的壓縮特性只是實用的壓縮特性曲線的一半。在第 象限還有對原點奇對稱的另一半曲線，如下圖所示:X卩壓縮律和15折線壓縮特性 卩壓縮律是指符合下式的對數(shù)壓縮規(guī)律:ln(l + /zr)ln(l + A)將這些轉折

31、點用直線相連，就構成了8段折線。由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并為一條直線，故當考慮到信號的正負電壓 時，僅正電壓第一段和負電壓第一段的斜率相同，可以連成一條直線。所以，得到的是 段折線，稱為15折線壓縮特性。159.4編碼經過抽樣、量化，得到了數(shù)字信號。最后經過編碼，就可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸了。把從模擬信號抽樣、量化，直到變換成為二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調制（PCM）， 簡稱脈碼調制。941脈沖編碼調制（PCM）的基本原理例：在下圖中，模擬信號的抽樣值為3.15，3.96, 5.00，6.38，6.80和6.42。011、100、101、110、若按照 四舍五入”的原則量

32、化為整數(shù)值，則抽樣值量化后變?yōu)?3, 4, 5, 6, 7和6。在按照二進制數(shù)編碼后，量化值（quantized value就變成二進制符號: 111 和 110。3,153.9S5X06,386,806.42童化值345676縮碼后011100101110111110PCM系統(tǒng)的原理方框圖IT抽樣保持a化一編碼PfM信號出沖激脈沖 伍)編碼器(b)譯碼器圖9-17 PCM原理方框圖942自然二進制碼和折疊二進制碼(1)自然二進制碼(2)折疊二進制碼。折疊碼的優(yōu)點:因為電話信號是交流信號，故在此表中將 16個雙極性量化值分成兩部分。第 0至第7個量化值對應于負極性電壓；第 8至第15個量化值對

33、應于正極性電壓。顯然，對于自然二進制碼，這兩部分之間沒有什么對應聯(lián)系。但是，對于折疊二進制碼，除了其最高位符號相反外，其上下兩部分還呈現(xiàn)映像關系,或稱折疊關系。這種碼用最高位表示電壓的極性正負， 而用其他位來表示電壓的絕對值。折疊碼的另一個優(yōu)點是誤碼對于小電壓的影響較小。折疊碼對于小信號有利。由于語音信號小電壓出現(xiàn)的概率較大，所以折疊碼有利于減小語音信號的平均量化噪聲。在語音通信中，通常采用8位的PCM編碼就能夠保證滿意的通信質量。9.6差分脈沖編碼調制(DPCM )1預測編碼簡介預測編碼的目的：降低編碼的比特率預測編碼原理：在預測編碼中，先根據(jù)前幾個抽樣值計算出一個預測值， 再取當前抽樣值和

34、預測值之差。將此差值編碼并傳輸。此差值稱為預測誤差。利用減小冗余度的辦法，降低了編碼比特率。線性預測原理:DPCM。若利用前面的幾個抽樣值的線性組合來預測當前的抽樣值，則稱為線性預測。若僅用前 面的1個抽樣值預測當前的抽樣值，則就是將要討論的嚴線性預測編碼原理方框圖抓樣(a)編碼器(b)譯碼器 * 962差分脈沖編碼調制(DFCM)的原理及性能/DP CM原理*k-i在DPCM中，只將前4個抽樣值當作預測值，再取當前 抽樣值和預測值之差進行編碼并傳輸.這相當于在下 式P叫=工心山1中，p = 1,站=4,故S； = SkJ.補充：哈夫曼編碼(重點)第11章差錯控制編碼11.1概述11.2糾錯編

35、碼的基本原理11.4簡單實用的糾錯編碼11.1概述1、信道分類：從差錯控制角度看隨機信道：錯碼的出現(xiàn)是隨機的 突發(fā)信道：錯碼是成串集中出現(xiàn)的混合信道：既存在隨機錯碼又存在突發(fā)錯碼差錯控制技術的種類：檢錯重發(fā)、前向糾錯、反饋校驗、檢錯刪除 差錯控制編碼-常稱為糾錯編碼監(jiān)督碼元：上述4種技術中除第3種外，都是在接收端識別有無錯碼。所以在發(fā)送端需要在信息碼元序列中增加一些差錯控制碼元，它們稱為監(jiān)督碼元。不同的編碼方法，有不同的檢錯或糾錯能力。多余度：就是指增加的監(jiān)督碼元多少。例如，若編碼序列中平均每兩個信息碼元就添加一個監(jiān)督碼元，則這種編碼的多余度為1/3。編碼效率（簡稱碼率）:設編碼序列中信息碼元

36、數(shù)量為k,總碼元數(shù)量為n則比值k/n就是碼率。冗余度：監(jiān)督碼元數(shù)（n-k）和信息碼元數(shù)k之比。理論上，差錯控制以降低信息傳輸速率為代價換取提高傳輸可靠性。4、自動要求重發(fā)（ARQ）系統(tǒng)采用檢錯重發(fā)的通信系統(tǒng)一般稱為自動要求重發(fā)系統(tǒng)。共3種ARQ系統(tǒng): 1、停止等待ARQ系統(tǒng)；2、拉后ARQ系統(tǒng)；3、選擇重發(fā)ARQ系統(tǒng)1.停止等待ARQ系統(tǒng)發(fā)送瑪組鉄數(shù)據(jù)按分組發(fā)送.每發(fā)送一組數(shù)據(jù)后發(fā)送端等待接收 端的確認（ACK）答復，然后再發(fā)送下一組數(shù)據(jù).A圖中的第3組接收數(shù)據(jù)有誤，接收端發(fā)回一個否認 （NAK）答復.這時，發(fā)送端將重發(fā)第3組數(shù)據(jù).系統(tǒng)是工作在半雙工狀態(tài)，時間沒有得到充分利用， 傳輸效率較低.

37、重發(fā)瑪組重發(fā)碼組有錯碼組有錯碼組2.拉后ARQ系統(tǒng)A發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)組，接收端對于每個接收到的數(shù)據(jù) 組都發(fā)回確認(ACK)或否認(NAK)答復。A例如，圖中第5組接收數(shù)據(jù)有誤，則在發(fā)送端收到第5組 接收的否認答復后，從第5組開始重發(fā)數(shù)據(jù)組.A在這種系統(tǒng)中需要對發(fā)送的數(shù)據(jù)組和答復進行編號，以 便識別。顯然，這種系統(tǒng)需要雙工信道3.選擇重發(fā)ARQ系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)12367S 91011121314k丘r*1rflfack,r4H*揍收數(shù)據(jù)135rr r0r重發(fā)碼組重發(fā)碼組有錯碼組有錯碼組A它只重發(fā)出錯的數(shù)據(jù)組，因此進一步提高了傳輸效率。ARQ的主要優(yōu)點：和前向糾錯方法相比監(jiān)督碼元較少即能使誤碼率降到很低，即碼率較高;檢錯的計算復雜度較低；檢錯用的編碼方法和加性干擾的統(tǒng)計特性基本無關，能適應不同特性的信道。ARQ的主要缺點:需要雙向信道來重發(fā)，不能用于單向信道，也不能用于一點到多點的通信系統(tǒng)。 因為重發(fā)而使ARQ系統(tǒng)的傳輸效率降低。ARQ 法。在信道干擾嚴重時，可能發(fā)生因不斷反復重發(fā)而造成事實上的