現(xiàn)代通信原理總結與復習ppt課件

1、 重點的、根本的重點的、根本的重要的、了解的重要的、了解的n誤碼率和誤信率的計算誤碼率和誤信率的計算n典型習題典型習題1.21.2，1-41-4，1-61-6，1-71-7，1-81-8常規(guī)雙邊帶調幅常規(guī)雙邊帶調幅(AM)廣播廣播單邊帶調制單邊帶調制(SSB)載波通信、短波無線電通信載波通信、短波無線電通信雙邊帶調制雙邊帶調制(DSB)立體聲廣播立體聲廣播殘留邊帶調制殘留邊帶調制(VSB)電視廣播、傳真電視廣播、傳真頻率調制頻率調制(FM)微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調制相位調制(PM)中間調制方式中間調制方式振幅鍵控振幅鍵控(ASK)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸移頻鍵控移頻鍵控(

2、FSK)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸相移鍵控相移鍵控(PSK;DPSK)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸其它高效數(shù)字調制其它高效數(shù)字調制(QAM;MSK.)數(shù)字微波、空間通信數(shù)字微波、空間通信脈幅調制脈幅調制(PAM)中間調制方式、遙測中間調制方式、遙測脈寬調制脈寬調制(PDM)中間調制方式中間調制方式脈位調制脈位調制(PPM)遙測、光纖傳輸遙測、光纖傳輸脈沖編碼調制脈沖編碼調制(PCM)市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信市話中繼線、衛(wèi)星、空間通信增量調制增量調制(DM)軍用、民用數(shù)字電話軍用、民用數(shù)字電話差分脈碼調制差分脈碼調制(DPCM)電視電話、圖像編碼電視電話、圖像編碼其它編碼方式其它編碼方式(ADPCM等等) 中速數(shù)字

3、電話中速數(shù)字電話bitxPxPI)(log)(log221bitMI2log符號/ 12bitxPogxPxHMiii)(l )()(符號/logmaxbitMH2熵統(tǒng)計平均信息量：熵統(tǒng)計平均信息量： 等概時熵最大：等概時熵最大：統(tǒng)計平均和算術平均存在一定誤差統(tǒng)計平均和算術平均存在一定誤差)/(/)/(/HzsbitBRHzBdBRbbBB或或意義：把帶寬與傳輸速率相聯(lián)絡，以便更好地調查意義：把帶寬與傳輸速率相聯(lián)絡，以便更好地調查有效性有效性 如：四進制，每碼元如：四進制，每碼元2bits信息信息 RB =1200 Baud時，時， Rb=2400 bit/s 特例：特例：M=2，碼元速率等于

4、信息速率數(shù)值一樣，單位，碼元速率等于信息速率數(shù)值一樣，單位不同不同sbitHRRBb/等概時：等概時：符號符號/ )(l )()(bitxPogxPxHMiii12不等概時：不等概時：符號符號/logbitMH2傳輸總的比特數(shù)傳輸總的比特數(shù)錯誤比特數(shù)錯誤比特數(shù)bP傳輸總的碼元數(shù)傳輸總的碼元數(shù)錯誤碼元數(shù)錯誤碼元數(shù)eP1、十六進制符號的碼速率為、十六進制符號的碼速率為1200波特波特 , 那么其信息速率為那么其信息速率為 A、1200b/s；B、2400b/s；C、3600b/s；D、4800b/s 2、數(shù)字通訊和模擬通訊相比，最突出的優(yōu)點是、數(shù)字通訊和模擬通訊相比，最突出的優(yōu)點是 A、設備復雜程

5、度低，易于實現(xiàn)。、設備復雜程度低，易于實現(xiàn)。 B、占用頻帶窄，頻帶利用率高。、占用頻帶窄，頻帶利用率高。 C、便于實現(xiàn)挪動通訊。、便于實現(xiàn)挪動通訊。 D、抗干擾才干強，通話質量高、抗干擾才干強，通話質量高 n一維概率密度函數(shù)和分布函數(shù)一維概率密度函數(shù)和分布函數(shù)n高斯白噪聲經過線性系統(tǒng)高斯白噪聲經過線性系統(tǒng)),(),(nnnnnntttxxxftttxxxf21212121)();,(),;,(:)(),(:12212212121111時時間間間間隔隔有有關關二二維維分分布布僅僅與與無無關關一一維維分分布布與與ttxxfttxxfxftxft)(),(:)(:21ttRttRatat=有關有關自

6、相關函數(shù)只與自相關函數(shù)只與無關無關數(shù)學期望與數(shù)學期望與 必未必狹義平穩(wěn)廣義平穩(wěn)留意：由式留意：由式3.2-33.2-3和和3.2-43.2-4、5 5可知可知設設x(t) 是平穩(wěn)過程的任一個實現(xiàn)，它的時間平均值為：是平穩(wěn)過程的任一個實現(xiàn)，它的時間平均值為：/2/2/2/21( )lim( )1( )lim( ) ()TTTTTTax tx t dtTRx t x tdtT( )( )aaRR 任一樣本閱歷了平穩(wěn)過程的一切能夠形狀任一樣本閱歷了平穩(wěn)過程的一切能夠形狀。遍歷遍歷使計算大為簡化 統(tǒng)計平均值統(tǒng)計平均值=時間平均值時間平均值替代 必是未必遍歷過程平穩(wěn)過程留意：留意：意義：意義：含義：含義

7、：)()0()()5)()()()4)(,)()0()3)()()()2)()()0() 12222有有上上界界是是偶偶函函數(shù)數(shù)的的交交流流功功率率方方差差的的直直流流功功率率的的平平均均功功率率RRRRRRtRRtatERtstERR( )R(0 )R( )a2 2 自相關函數(shù)大致圖形自相關函數(shù)大致圖形)()()(ttER)()(RP 輸輸入入過程過程 輸輸出出過程過程 概率分布 均 值 功率譜密度自相關函數(shù)i ( )Etao( )(0)Eta Hi( )P f2oi( )( )( )P fH fP fii( )( )RP foo( )( )RP f 是線性系統(tǒng)的直流增益； 2( )H f0

8、)()0(dtthHo( ) t( )it平穩(wěn)、高斯平穩(wěn)、高斯平穩(wěn)、高斯平穩(wěn)、高斯常數(shù)常數(shù)常數(shù)常數(shù)是功率增益0( )( )( )( ) ()iitth th td dffPdPSRStES)()(21) 3 () 0() 2()() 1 (2為信號載頻為信號帶寬；cccfffff0l波形和頻譜表示：波形和頻譜表示：l物理含義：包絡和相位相物理含義：包絡和相位相對于載頻均為緩慢變化對于載頻均為緩慢變化( )( )( )cossincsccttttt根據(jù)上式和窄帶過程的統(tǒng)計特性，可推出：平穩(wěn)、高斯正交分量同相分量同樣也是)()(ttsc222cs0)0(SCR且相互關函數(shù)且相互關函數(shù) 互不相關互不

9、相關統(tǒng)計獨立高斯均值均值 0平均功率一樣平均功率一樣結論1且且 均值為均值為0 0，方差也一樣，方差也一樣： 均值0 、方差為 2 的平穩(wěn)高斯窄帶過程 ，它的包絡瑞利分布： 相位均勻分布： 且 222()exp(0)2aaf aa1()(02 )2f(,)()()f af af 統(tǒng)計獨立統(tǒng)計獨立結論2 )2()(0HHfSanfR,0,2)(0HHffffnfP才才不不相相關關樣樣值值上上得得到到的的隨隨機機變變量量低低通通白白噪噪聲聲只只有有在在)(), 3 , 2 , 1(2/kfkHL.P.F假設按抽樣定理對帶限白噪聲抽樣，各抽樣值是互不相關的隨機變量其其他他0221)(BffBffHc

10、c其他其他0222)(0BffBfnfPccncfBBSanR2cos)()(0dfendfendfefPRfjfjfjnBcfBcfBcfBcf20202222222)()(20-)(nnBndffPNsbitNSBC/)1 (log2信道容量信道容量C是實現(xiàn)無過失是實現(xiàn)無過失傳輸時的最高信息速率傳輸時的最高信息速率HzsbitNSRBb32421049. 4)10001 (log/1048. 4)1 (log習題習題3 某一待傳輸?shù)膱D片約含某一待傳輸?shù)膱D片約含2.25106個像元。為了很好的重個像元。為了很好的重現(xiàn)圖片，需求現(xiàn)圖片，需求12個亮度電平。假假設一切這些亮度電平獨立個亮度電平。

11、假假設一切這些亮度電平獨立等概出現(xiàn)，試計算用等概出現(xiàn)，試計算用3min傳送一張圖片時所需的信道帶寬傳送一張圖片時所需的信道帶寬設信道中信噪功率比為設信道中信噪功率比為30dBbitxPH585. 312log)(1log:22息量息量一個像元所含的平均信一個像元所含的平均信bitI6610066. 8585. 31025. 2:每幀的平均信息量每幀的平均信息量sbitTIRb/1048. 460310066. 8:min346傳傳一一張張圖圖片片的的傳傳信信率率bRNSBC)1 (log2比值sCIt15401041.10101636傳傳輸輸時時間間：習題習題4教材教材4-7 設一幅黑白數(shù)字相

12、片有設一幅黑白數(shù)字相片有400萬像素，每個像萬像素，每個像素有素有16個亮度等級。假設用個亮度等級。假設用3kHz帶寬的信道傳輸它，且信號帶寬的信道傳輸它，且信號噪聲功率比等于噪聲功率比等于10dB,試問需求傳輸多少時間。試問需求傳輸多少時間。bitxPH416log)(1log:22息量息量一個像素所含的平均信一個像素所含的平均信bitI6610164104:一張相片的平均信息量一張相片的平均信息量bpsNSBC32321041.10101log103)1 (log）（傳傳輸輸速速率率：n典型習題典型習題:5-8,5-10,5-11,5-15ooNSboiBnSboiBnSboiBnS31b

13、oifBnSm 22312102max)(,/)(,)(,)(tmtmtmtm且且為正弦型信號為正弦型信號1抗噪聲性能：抗噪聲性能：FM最好，最好，DSB/SSB、 VSB次之，次之，AM最差；最差；2頻譜利用率：頻譜利用率：SSB最高，最高，VSB較高，較高， DSB/AM次之，次之，F(xiàn)M最差；最差；3功率利用率：功率利用率：FM最高，最高，DSB/SSB、 VSB次之，次之，AM最差；最差； 4設備復雜度：設備復雜度：AM最簡，最簡，DSB/ FM次之，次之， VSB較復雜，較復雜， SSB最復雜。最復雜。1 1、濾波器特性、濾波器特性1 1帶寬帶寬B=2fm=10kHzB=2fm=10k

14、Hz2 2中心頻率中心頻率fc=100kHzfc=100kHz所以，所以，otherkHzfkKH105|950)(2 2、輸入信噪比、輸入信噪比Si=10kW, Ni=B Si=10kW, Ni=B 2Pn(f)=10W2Pn(f)=10WSi/Ni=1000Si/Ni=10003 3、輸出信噪比、輸出信噪比GDSB=2,GDSB=2,所以，所以，So/No=2So/No=2Si/Ni=2000Si/Ni=20004 4、輸出的噪聲功率譜密度、輸出的噪聲功率譜密度由由DSBDSB的噪聲功率關系的噪聲功率關系No= fmNo= fm2Pno2Pno雙雙(f) =Ni/4=2.5W(f) =Ni

15、/4=2.5W所以，所以，PnoPno雙雙(f)=0.25 (f)=0.25 10-3W/Hz 10-3W/Hz (|f|5kHz)(|f|5kHz)解：解：假設發(fā)射功率為假設發(fā)射功率為STST，損耗損耗K=ST/Si=100dB=1010K=ST/Si=100dB=1010知，知，So/No=20dB=100So/No=20dB=100，No=10-9WNo=10-9W1 1、DSB-SCDSB-SCG=2G=2Si/Ni=(So/No)/2=100/2=50Si/Ni=(So/No)/2=100/2=50Ni=4NoNi=4No Si=50Ni=200No=2Si=50Ni=200No=2

16、10-7W10-7W ST =K ST =KSi=1010Si=10102 210-710-7 =2 =2103W103W2 2、SSB-SCSSB-SCG=1 Si/Ni=So/No=100G=1 Si/Ni=So/No=100Ni=4NoNi=4No Si=100Ni=400No=4 Si=100Ni=400No=4 10-7W10-7W ST = K ST = KSi=4Si=4103W103W闡明一樣信噪比下闡明一樣信噪比下DSBDSB的發(fā)的發(fā)射功率小于射功率小于SSBSSB習題5-13設某信道具有均勻的單邊功率譜密度Pn(f )=10-7 W/Hz，在該信道中傳輸振幅調制AM信號，并

17、設調制信號m(t)的頻帶限制于5kHz，載頻是100kHz，解調器輸入端信號的邊帶功率為1W，載波功率為4W。假設接納機的輸入信號先經過一個適宜的理想帶通濾波器，然后再加至包絡檢波器進展解調。試求： 1解調器輸入端的信噪功率比； 2解調器輸出端的信噪比； 3制度增益G。500010105210)(51422| )(|,cos)() 1 (3-37-22iiniscimaxcAMNSWBfPNWPPmAStmAtwtmASAM輸入信噪比：率：解調器輸入端的噪聲功已調信號功率為：其中信號：設解：4 . 050002000)3()33(200010)( 212P2)( )()()()(E )2(32

18、os2iiooooic0ccNSNSGdBNSWNtnNWtmStntmAtntmA(t)制度增益：所以信噪比為：是：解調器輸出的噪聲功率率是：則解調器輸出的信號功為噪聲是有用信號，是直流信號可以去除，其中，包絡檢波器的輸出為：在大信噪比的條件下，習題5-15 知某單頻調頻波的振幅為10V，瞬時頻率為試求： 1此調頻波的表達式； 2此調頻波的最大頻偏、調頻指數(shù)和頻帶寬度； 3假設調制信號頻率提高到2103Hz，那么調頻波的頻偏、調頻指數(shù)和頻帶寬度如何變化? 4假設最大頻偏加倍，調制信號的幅度怎樣變化？解：)(10cos21010)(346Hzttf)102sin10102cos(10)(36t

19、ttsFMkHzfmBffmKHzfmfmf2210110(2) 1(2101010102334）（ttdttctftt36346102sin10102)()(10os2102102)(2)() 1 (信號的帶寬變化很小。調制信號頻率加倍，但）（FM2410215(2) 1(2510210103334kHzfmBffmKHzfmfmf的幅度加倍。）頻偏加倍，調制信號（4n輸入信號 碼型變換 傳輸波形 信道輸出 接納濾波輸出 位定時脈沖恢復的信息 錯誤碼元 引言1 10 0)(41)(4)(2ffTSaTfPBBs)()(B2BfTSaTfPs)()2(161)2(16)(22BmBBBsmff

20、fTmSafTSaTfP)2(4)(B2BfTSaTfPs編碼規(guī)那么：編碼規(guī)那么：“1 1 +1 +1、-1-1交替交替 “0 0 0 0 譯碼規(guī)那么：一切譯碼規(guī)那么：一切+1+1、-1-1均改為均改為1 1，即可恢復信碼，即可恢復信碼1 AMI 碼碼 傳號極性交替碼傳號極性交替碼尋覓兩個相鄰的同極性碼，后者即為尋覓兩個相鄰的同極性碼，后者即為V V碼；碼；把把V V碼連同其前碼連同其前3 3位碼均改為位碼均改為0 0；一切一切1 1均改為均改為1 1，即恢復信碼，即恢復信碼1nnnbab1nnnabb差分編碼差分編碼差分譯碼差分譯碼信碼：信碼： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0

21、 0 1 0 1 AMI： +1 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 +1 HDB3： +1 0 -1 + 1 0 0 0 V+ B- 0 0 V- 0 +1 0 -1 HDB3： +1 0 -1 + 1 0 0 0 +1 -1 0 0 -1 0 +1 0 -1 譯碼：譯碼： 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 基帶傳輸系統(tǒng)組成 基帶傳輸系統(tǒng)模型數(shù)字序列數(shù)字序列數(shù)字信號數(shù)字信號and(t)y(t)an( )( ) ( )( )TRHGCG1( )( )2j th tHed不含噪聲不含噪聲( )()nBnd tatnTanan對應的基帶信號對

22、應的基帶信號( )()nBnd tatnT 基帶傳輸總特性基帶傳輸總特性1( )( )2j th tHed( )( ) ( )( )TRHGCGand(t)y(t)an為其它整數(shù)為其它整數(shù)kkCkThs00)(snsTCTiH2i = 0，1；22snsffCiffHnn優(yōu)點：優(yōu)點：B高；高；n缺陷：缺陷：h(t)“尾巴長，對位定時要求高，不可實現(xiàn)尾巴長，對位定時要求高，不可實現(xiàn)HzBdTTfRBRssNBBB/2211HzBdKB/2 故又稱為最故又稱為最小實際帶寬小實際帶寬HzBdffBRBB/)()(1212111211fffB)(10NNff N為無滾降時的截止為無滾降時的截止頻率。對

23、應理想低通頻率。對應理想低通的截止頻率，又稱奈的截止頻率，又稱奈奎斯特帶寬奎斯特帶寬BB2TCTiHi疊加區(qū)間為例例, 3 , 2 , 1maxnnRRBB或利用：T21maxBR）（T12maxBR）（T33maxBR）（T24maxBR）（)2,2(TT例例解解BaudTTfRNN122222BmaxT1N）（或HzBaudTTBRB/111maxmaxHzBaud /111212max可實現(xiàn)無碼間干擾傳輸滿足的最高傳碼率與無當實際速率）（, 3 , 2 , 1ISI2maxmaxnnRRRRBBBB,1maxnTRB速率不可以。速率可以TTT/3 ,2/3;/1 ,1/2TnNRZtst

24、tsc單極性單極性:)(cos)(NRZtsttstts單極性單極性:)(cos)(cos)(21NRZtsttsc雙極性雙極性:)(cos)(NRZtsttsc雙極性雙極性:)(cos)(| f2- f1 |+2fs2fs)(221rerfc)(221rerfcrerfc21421re221re)(rerfcrerfc211re210180BPFLPF抽抽樣樣判判決決cos cte2PSK(t)輸輸出出定定時時脈脈沖沖abcdettstecPSKcos)()(2nnnabb1作用？作用？2DPSK信號的信號的帶寬帶寬B=?nbna 2PSK信號的解調信號的解調nnnbba1相對碼相對碼絕對碼

25、絕對碼算算n典型習題：典型習題：10-2,10-4,10-5,10-10,10-11,10-15,10-181001110010019.632512819.2 32110819.21024819.2512 02 .91920484 . 04 . 064 . 2:87644321輸出碼組為：）（段內碼：量化間隔處于第七段，段落碼：極性碼：量化單位解：輸入信號歸一化cccccccc0110000000110120000011001100222232645121024163213009375V. 06V20483.23.2819.2-816-8162/3293251256910位線性碼：線性碼：位線

26、性碼：即：量化單位）（量化誤差為：量化電平為：kHzfTTfTTlogMlogNsbbssb24311,313; 388122頻率為：所以基帶信號第一零點，得出脈寬由占空比為每比特寬度為：級量化編碼，由）抽樣后進行解：（過零點頻率又為多少？二進制基帶信號第一級量化，）若抽樣信號按（點頻率；基帶信號頻譜的第一零級量化，求）抽樣信號按（：且占空比為，寬為的波形為矩形脈沖，帶方式傳輸。設傳輸信號以，抽樣速率為率為單路話音信號的最高頻例PCMPCMPCMkHzkHz1282811,84kHzfTTfTTlogMlogNsbbsb56711,717; 71288222頻率為：所以基帶信號第一零點，得出脈

27、寬由占空比為每比特寬度為：級量化編碼，由）抽樣后進行（題題。系系統(tǒng)統(tǒng)傳傳輸輸，重重做做上上得得的的脈脈沖沖用用抽抽樣樣和和時時分分復復用用，將將所所進進行行每每路路信信號號最最高高頻頻率率均均為為路路話話音音信信號號若若PCMkHz)4(12159kHzfTfTTNkHzfTfTTNsbssbsbssb672841,84112772288361,36112331為：為：基帶信號第一零點頻率基帶信號第一零點頻率，比特寬度為：，比特寬度為：）由）由（為：為：基帶信號第一零點頻率基帶信號第一零點頻率，比特寬度為：，比特寬度為：）由）由解：（解：（由由PCM、復用、滾降、數(shù)字調制組、復用、滾降、數(shù)字調制組成的系統(tǒng)的綜合計算成的系統(tǒng)的綜合計算最小抽樣頻率最小抽樣頻率= =？與？與低通濾波器關系？低通濾波器關系？數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)速率Rb=？(比比特數(shù)特數(shù)/幀幀fs無無ISI，fH=？HzBdfRBRHbBB/)(122PSK信號