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1、課程名稱課件第1章 通信系統(tǒng)概述第2章 信號(hào)分析第3章 信道與噪聲第4章 模擬調(diào)制第5章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章 數(shù)字基帶傳輸通信原理課件走信息路 讀北郵書第7章 數(shù)字調(diào)制第8章 差錯(cuò)控制編碼第9章 同步原理課程名稱課件第1章 通信系統(tǒng)概述第2章 信號(hào)分析第3章 信道與噪聲第4章 模擬調(diào)制第5章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章 數(shù)字基帶傳輸通信原理課件走信息路 讀北郵書第7章 數(shù)字調(diào)制第8章 差錯(cuò)控制編碼第9章 同步原理 1.1 通信的基本概念1.2 通信系統(tǒng)的組成1.3 信息及其度量1.4 通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信的基本概念1.1 通信（communication

2、），就是信息的傳遞，是指由一地向另一地進(jìn)行信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。 利用“電”來傳遞消息的通信方法稱為電信(Telecommunication)，這種通信具有迅速、準(zhǔn)確、可靠等特點(diǎn)，且?guī)缀醪皇軙r(shí)間、地點(diǎn)、空間、距離的限制，因而得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。 1消息 我國古代就把客觀世界的變化，把它們的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)局，把它們的枯榮、聚散、沉浮、升降、興衰、動(dòng)靜、得失等等變化中的事實(shí)稱之為“消息”。只是到了近代才逐漸成為一種固定的新聞?shì)d體，所以“消息”又叫新聞。 在日常生活中，把關(guān)于人或事物的報(bào)道稱為消息。通信的目的是傳輸含有信息的消息。在通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖歉鞣N各樣的消息，而這些被傳送的

3、消息有著各種不同的形式。例如：文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、語言、音符、圖片、圖像等。 2信息 1948年，美國數(shù)學(xué)家、信息論的創(chuàng)始人仙農(nóng)在題為“通訊的數(shù)學(xué)理論”的論文中指出：“信息是用來消除隨機(jī)不定性的東西”。 1948年，美國著名數(shù)學(xué)家、控制論的創(chuàng)始人維納在控制論一書中，指出：“信息就是信息，既非物質(zhì)，也非能量?！?信息是指消息中包含的有意義的內(nèi)容，它是通過消息來表達(dá)的，消息是信息的載體。 3信號(hào)信號(hào)是消息的物理載體。在通信系統(tǒng)中信號(hào)以電（或光）的形式進(jìn)行處理和傳輸。信號(hào)基本上可分為兩大類：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。如果信號(hào)的幅度隨時(shí)間作連續(xù)的、隨機(jī)的變化，稱為模擬信號(hào)。如果信號(hào)的幅度隨時(shí)間的變化只具有離散

4、的。有限的狀態(tài)，稱為數(shù)字信號(hào)。 4電信 ITU對(duì)電信的定義是：利用有線、無線、光或者其他電磁系統(tǒng)傳輸、發(fā)射或接收符號(hào)、文字、圖像、聲音或其它任何形式的信息。 通信系統(tǒng)的組成 模擬通信系統(tǒng)的模型1.2.1 通信系統(tǒng)的模型1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的模型1.2.11信源信源是指信息源，信息的發(fā)送者。 2發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備是許多電路與系統(tǒng)的總稱，其作用是將信源輸出的信號(hào)進(jìn)行處理，變換成適合在信道上傳送的信號(hào)，送往信道。 3信道和噪聲源信道是信號(hào)傳輸?shù)耐?，其作用是將來自發(fā)送端的信號(hào)發(fā)送到接收端。噪聲來源于三個(gè)方面： 一是通信設(shè)備內(nèi)部由于電子作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱噪聲；二是來自外部的噪聲；三

5、是由于信道特性（幅頻和相頻特性）不理想，使得傳輸?shù)男盘?hào)變形失真而產(chǎn)生的干擾 。4接收設(shè)備 接收設(shè)備的功能正好與發(fā)送設(shè)備相反，它將從收到的含噪信號(hào)中恢復(fù)提取出有用的原始信號(hào)。5信宿 信宿與信源相對(duì)應(yīng)，是信息的接收者。其作用是將由接收設(shè)備復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息， 模擬通信系統(tǒng)的模型1.2.2 模擬通信系統(tǒng)傳輸連續(xù)的模擬信號(hào)，占用帶寬窄，如每路語音信號(hào)帶寬僅為4kHz。在信號(hào)的傳輸過程中，噪聲疊加于信號(hào)之上，并隨傳輸距離的增加而加強(qiáng)，在接收端很難將信號(hào)和噪聲分離，系統(tǒng)的抗干擾能力較弱且不適于長距離信號(hào)傳輸。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型1.2.31信源編碼器與信源譯碼器 信源編碼器是將信源送出的信號(hào)進(jìn)行

6、適當(dāng)處理，產(chǎn)生周期性符號(hào)序列，使其變成合適的數(shù)字編碼信號(hào)。 信源譯碼器實(shí)現(xiàn)信源編碼的逆過程，即解壓縮和數(shù)/模轉(zhuǎn)換。2加密器與解密器 加密器主要用于需要保密的通信系統(tǒng)。加密處理的過程是采用復(fù)雜的密碼序列，對(duì)信源編碼輸出的數(shù)碼序列進(jìn)行人為“擾亂”。 解密器實(shí)現(xiàn)的是加密器的逆過程，即從加密的信息中恢復(fù)出原始信息。3信道編碼器與信道譯碼器 信道編碼是為了提高數(shù)字傳輸?shù)目煽啃裕瑢?duì)傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)采用的差錯(cuò)控制技術(shù)，也稱為差錯(cuò)控制編碼。 信道譯碼器完成信道編碼器的逆過程，即從編碼的信息中恢復(fù)出原始信息。4數(shù)字調(diào)制器與數(shù)字解調(diào)器 數(shù)字調(diào)制器將數(shù)字基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)。 數(shù)字解調(diào)器完成數(shù)字調(diào)

7、制器的逆過程，即將收到的頻帶信號(hào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) （1）抗干擾、抗噪聲能力強(qiáng)，無噪聲積累。（2）便于加密處理，保密性強(qiáng)。 （3）差錯(cuò)可控。 （4）利用現(xiàn)代技術(shù)，便于對(duì)信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)和交換。（5）便于集成化，使通信設(shè)備微型化。數(shù)字通信系統(tǒng)缺點(diǎn)（1）數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬。（2）對(duì)同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。 1信息量定義傳輸信息的多少用“信息量”來衡量。概率論告訴我們，事件的不確定程度，可以用其出現(xiàn)的概率來描述。即事件出現(xiàn)的可能性越小，則概率就越小，反之，則概率就越大。 信息及其度量1.3設(shè)信源是由q個(gè)離散符號(hào)（事件） 組成的集合。每個(gè)符號(hào)的發(fā)生是相互獨(dú)立的，第i個(gè)符號(hào)

8、出現(xiàn)的概率是 ，且 滿足非負(fù)、歸一性，即 ， ，則第i個(gè) 符號(hào) 含有的信息量為幾點(diǎn)說明：1、信息量是消息的不確定程度2、信息具有可加性3、信息量的單位與對(duì)數(shù)的底數(shù)有關(guān)（比特bit）4、等概率的數(shù)字信號(hào)的信息量2熵的概念若各符號(hào)的出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，即信源是無記憶的，則平均每符號(hào)的信息量為熵的性質(zhì)：1、熵是每符號(hào)的平均信息量2、熵是非負(fù)的3、信源符號(hào)等概率發(fā)生時(shí)，熵具有最大值4、信源符號(hào)不等概率時(shí)，H（S） Hmax （ S）【例1.3.1】一離散信源由0、1、2、3四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8、1/4、1/4、1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某信息1022，0102，0130，2

9、130，2120,3210,1003,2101,0023,1020,0201,0312,0321,0012,0210的信息量。0：23次，1：15次，2：15次，3：7次方法2：方法1：練習(xí) 某信源符號(hào)集由A、B、C、D、E、F組成，設(shè)每個(gè)符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其概率分別為1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，試求該信息源輸出符號(hào)的平均信息量。通信系統(tǒng)的分類及通信方式 通信方式1.4.1 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類1.4.11按信號(hào)特征分類模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)2按通信業(yè)務(wù)分類電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等3按調(diào)制方式分類基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng) 4按傳

10、輸媒介分類有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng) 5按信號(hào)復(fù)用方式分類 頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CDM）和波分復(fù)用（WDM）。 通信方式是指信息在信道上傳送所采取的方式。如按信息碼元傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃椴⑿袀鬏敽痛袀鬏敚蝗绨葱畔鬏數(shù)耐椒绞娇煞譃橥絺鬏敽彤惒絺鬏?；如按信息傳輸?shù)牧飨蚝蜁r(shí)間關(guān)系可分為單工、半雙工和全雙工傳輸。通信方式1.4.21并行傳輸與串行傳輸（1）并行傳輸 并行傳輸指的是信息碼元以成組的方式，在多條并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。 并行傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)是： 系統(tǒng)采用多個(gè)信道并行傳輸，一次傳送一個(gè)字符，因此收、發(fā)雙方不存在字符同步問題，不需要額外的措施來實(shí)現(xiàn)收、發(fā)雙方的

11、字符同步。 傳輸速度快，一位（比特）時(shí)間內(nèi)可傳輸一個(gè)字符。并行傳輸?shù)闹饕秉c(diǎn)是： 通信成本高。每位傳輸要求一個(gè)單獨(dú)的信道支持，因此，如果一個(gè)字符包含8個(gè)二進(jìn)制位，則并行傳輸要求8個(gè)獨(dú)立的信道的支持。 不支持長距離傳輸。由于信道之間的電容感應(yīng)，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，可靠性較低，因此較少使用。適于在一些設(shè)備之間的距離較近時(shí)采用，例如，計(jì)算機(jī)和打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。（2）串行傳輸 串行傳輸指的是組成字符的若干位二進(jìn)制碼排列成數(shù)據(jù)流以串行的方式在一條信道上傳輸。 （1）需外加同步措施。（2）串行傳輸只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，是目前主要采用的遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)一種傳輸方式。 2同步傳輸與異步傳輸（1）異步傳輸 異

12、步傳輸方式一般以字符為單位傳輸，發(fā)送每一個(gè)字符代碼時(shí)，都要在前面加上一個(gè)起始位，長度為1個(gè)碼元長度，極性為“0”，表示一個(gè)字符的開始；后面加上一個(gè)終止位，長度為1、1.5或2個(gè)碼元長度。 異步傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)字符同步比較簡(jiǎn)單，收、發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)不需要嚴(yán)格同步。缺點(diǎn)是對(duì)每個(gè)字符都需加入起始位和終止位（即增加2bit3bit），降低了傳輸效率。 （2）同步傳輸 同步傳輸是以固定的時(shí)鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)的，因此在一個(gè)串行信息流中，各信號(hào)碼元之間的相對(duì)位置是固定的（即同步）。 兩種同步方式，即字符同步和幀同步。 同步傳輸方式與異步傳輸方式相比，由于它發(fā)送每一個(gè)字符時(shí)不需要對(duì)每個(gè)字符單獨(dú)加起始位和終止

13、位，只是在一串字符的前后加上標(biāo)志序列，故具有較高的傳輸效率，但實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜 。3單工、半雙工和全雙工傳輸通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo) 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5.1 模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1有效性指標(biāo) 對(duì)于模擬通信系統(tǒng)來說，信號(hào)傳輸?shù)挠行酝ǔ？捎糜行鬏旑l帶來衡量，即在指定信道內(nèi)所允許同時(shí)傳輸?shù)淖畲笸窋?shù)。 2可靠性指標(biāo) 模擬通信系統(tǒng)中信號(hào)傳輸?shù)目煽啃酝ǔ２捎媒邮斩溯敵鲂旁氡龋⊿/N）來衡量。 模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5.11有效性指標(biāo)（1）碼元傳輸速率（RB） 定義：每秒傳輸信號(hào)碼元的數(shù)目，又稱調(diào)制速率、符號(hào)速率、波特率。單位：波特（Baud），簡(jiǎn)寫為B或Bd，用符號(hào)RB表示。

14、 如果信號(hào)碼元持續(xù)時(shí)間（時(shí)間長度）為T（單位為s），那么，碼元傳輸速率公式為：數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.5.2（2）信息傳輸速率（Rb） 定義：每秒傳輸?shù)男畔⒘俊挝唬罕忍?秒（bit/s），用符號(hào)Rb表示。 （3）頻帶利用率（ ）【例1.5.1】某二進(jìn)制系統(tǒng)1分鐘傳送了18000bit信息。問：（1）其碼元傳輸速率和信息傳輸速率各為多少？（2）若改用八進(jìn)制傳輸，則碼元傳輸速率和信息傳輸速率各為多少？練習(xí) 某一數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸二進(jìn)制碼元的速率為2400B，該系統(tǒng)的信息傳輸速率是多少？若改為十六進(jìn)制信號(hào)傳輸，碼元傳輸速率不變，則此時(shí)的信息傳輸速率是多少？2可靠性指標(biāo)（1）誤碼率（Pe） 定義

15、：通信過程中系統(tǒng)傳錯(cuò)的碼元數(shù)目與所傳輸?shù)目偞a元數(shù)目之比，即傳錯(cuò)碼元的概率。記為：（2）誤比特率（Pb） 定義：通信過程中系統(tǒng)傳錯(cuò)的信息比特?cái)?shù)目與所傳輸?shù)目傂畔⒈忍財(cái)?shù)之比，即傳錯(cuò)信息比特的概率，也稱誤信率。記為：（3）誤字符率或誤碼組率 定義：通信過程中系統(tǒng)傳錯(cuò)的字符（碼組）數(shù)與所傳輸?shù)目傋址ùa組）數(shù)之比，即傳錯(cuò)字符（碼組）的概率。記為：【例1.5.2】在強(qiáng)干擾環(huán)境下，某電臺(tái)在5min內(nèi)共接收到正確信息量355kbit，假設(shè)系統(tǒng)信息傳輸速率為1200bit/s。問：（1）系統(tǒng)的誤信率 是多少？（2）若具體指出系統(tǒng)所傳數(shù)字為四進(jìn)制信號(hào)，其誤信率 是否改變？為什么？練習(xí) 已知某四進(jìn)制數(shù)字傳輸系統(tǒng)的

16、信息傳輸速率為2400bit/s，接收端在半小時(shí)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。 謝 謝！http:/ 通信系統(tǒng)概述第2章 信號(hào)分析第3章 信道與噪聲第4章 模擬調(diào)制第5章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章 數(shù)字基帶傳輸通信原理課件第7章 數(shù)字調(diào)制第8章 差錯(cuò)控制編碼第9章 同步原理課程名稱課件第1章 通信系統(tǒng)概述第2章 信號(hào)分析第3章 信道與噪聲第4章 模擬調(diào)制第5章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?章 數(shù)字基帶傳輸通信原理課件第7章 數(shù)字調(diào)制第8章 差錯(cuò)控制編碼第9章 同步原理 2.1 信號(hào)概述2.2 確知信號(hào)分析2.3 隨機(jī)信號(hào)分析信號(hào)概述 信號(hào)的概念2.1.2 信號(hào)的分類2.1.3 幾種

17、常見信號(hào)2.1.4 信號(hào)的時(shí)域分析和頻域分析 “信號(hào)”來源于拉丁文“signum(記號(hào))”一詞，其含意甚廣。 “信號(hào)”這一術(shù)語不僅出現(xiàn)于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之中，而且在日常生活之中每時(shí)每刻幾乎都與信號(hào)打交道，人們對(duì)信號(hào)并不陌生。 上課的鈴聲就是一種信號(hào)，火車、船舶的汽笛聲，汽車的喇叭聲也都是一種信號(hào)，這些都是聲信號(hào)。信號(hào)的概念2.1.1 道路交叉路口和鐵路軌道旁設(shè)置的紅綠燈光是一種信號(hào)，發(fā)射信號(hào)彈的閃爍亮光也是一 種信號(hào)，這些都是光信號(hào)。 收音機(jī)和電視機(jī)天線從天空中接收到的電磁波是信號(hào)，它們每一級(jí)電路的輸入、輸出電壓(voltage)或電流(current)也是信號(hào)，這都是電信號(hào)。 除此之外，還有電視

18、機(jī)和計(jì)算機(jī)顯示器屏幕上的圖像文字信號(hào)，交警指揮的手勢(shì)信號(hào)，軍艦使用的旗語信號(hào)等等。 所有這些五花八門的信號(hào)，雖然它們的物理表現(xiàn)形式各不相同，但是它們卻存在兩個(gè)共同特點(diǎn)： （1）無論是聲信號(hào)、光信號(hào)、電信號(hào)，還是其它形式的信號(hào)，其本身都是一種變化著的物理量 ； （2）另一個(gè)特點(diǎn)則表現(xiàn)為，信號(hào)都包含有一定意義 。 信號(hào)就是用于描述、記錄或傳輸?shù)南?或者說信息)的任何對(duì)象的物理狀態(tài)隨時(shí)間的變化過程。簡(jiǎn)單而言，信號(hào)就是載有一定信息(或消息)的一種變化著的物理量。也可說，信號(hào)就是載有一定信息的一種物理體現(xiàn)。 人們用來傳遞信息的信號(hào)主要是電信號(hào)。電信號(hào)傳播速度快，日常許多非電的物理量如壓力、流速、聲音、

19、圖像等都可以利用轉(zhuǎn)換器變換為電信號(hào)進(jìn)行處理、傳輸。 上課電鈴聲的這種聲信號(hào)和指揮交通的紅綠燈這種光信號(hào)，都是由電信號(hào)控制和推動(dòng)而得到的。 作為聲信號(hào)的語言通過話筒變換成電信號(hào)，放大之后推動(dòng)揚(yáng)聲器又將其復(fù)原成語言信號(hào)，使之在較遠(yuǎn)處也能聽到。 景物圖像的光信號(hào)通過電視攝像機(jī)變成電信號(hào)，電視發(fā)射臺(tái)加工處理之后以電磁波形式輻射到空間，遠(yuǎn)處的電視接收機(jī)收到輻射的電磁波后再一次加工處理使之在電視機(jī)屏幕上顯示原景物的圖像信號(hào)。 所謂電信號(hào)(以后簡(jiǎn)稱為信號(hào))，一般指載有信息的隨時(shí)間而變化的電壓或電流，也可以是電容上電荷、線圈中的磁通及空間中的電磁波等電量。1確知信號(hào)和隨機(jī)信號(hào) 確知信號(hào)是指能夠表示為確定的時(shí)間

20、函數(shù)的信號(hào)，也稱確定性信號(hào)。確知信號(hào)分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)。 隨機(jī)信號(hào)不是時(shí)間t的確定函數(shù)，它在每一個(gè)確定時(shí)刻的分布值是不確定的，只能通過大量試驗(yàn)測(cè)出它在某些確定時(shí)刻上取某些值的可能性的分布(概率分布)，也稱不確定性信號(hào)。 信號(hào)的分類2.1.2信號(hào)的分類確知信號(hào)的分析是隨機(jī)信號(hào)分析的基礎(chǔ)，本書重點(diǎn)分析確知信號(hào)的特性。（1）周期信號(hào) 周期信號(hào)是指經(jīng)過一定時(shí)間間隔周而復(fù)始重復(fù)出現(xiàn)，無始無終的信號(hào)，可表達(dá)為（2）非周期信號(hào) 非周期信號(hào)是指時(shí)域上不周期重復(fù)，但仍能用數(shù)學(xué)表達(dá)式表達(dá)的確定性信號(hào)。2連續(xù)（時(shí)間）信號(hào)和離散（時(shí)間）信號(hào)連續(xù)信號(hào)是指對(duì)每個(gè)實(shí)數(shù) t （有限個(gè)間斷點(diǎn)除外）都有定義的函數(shù)，連續(xù)信號(hào)

21、的幅值可以是連續(xù)的，也可以是離散的 。 離散信號(hào)是指僅在某些不連續(xù)的時(shí)刻有定義的信號(hào)，其幅值可以是連續(xù)的也可以是離散的。 離散時(shí)間信號(hào)數(shù)字信號(hào)抽樣信號(hào)3能量信號(hào)和功率信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)，R消耗的能量 平均功率可表示為設(shè)i(t)為流過電阻R的電流，v(t)為R 上的電壓 瞬時(shí)功率為討論上述兩個(gè)式子，只可能出現(xiàn)兩種情況：(有限值) (有限值) 滿足式的稱為能量信號(hào)，滿足式稱功率信號(hào)。定義：一般說來，能量總是與某一物理量的平方成正比。令R = 1 ，則在整個(gè)時(shí)間域內(nèi)，實(shí)信號(hào)f(t)的平均功率能量一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號(hào)是能量信號(hào)。一般持續(xù)時(shí)間無限的信號(hào)都屬于功率信號(hào):1正弦信號(hào)幾種常見信號(hào)2.1.3

22、正弦信號(hào)的三要素：A 為振幅，為角頻率（弧度/秒）， 為初始相角（弧度）2矩形脈沖信號(hào)3抽樣信號(hào)Sa（t）4單位階躍信號(hào)例1：Et所以，矩形脈沖G(t)可表示為因?yàn)镋ttE5單位沖激信號(hào)用極限定義單位沖激信號(hào)(t)t(1)t例如：用矩形脈沖取極限定義單位沖激信號(hào)的性質(zhì) 篩選特性 是偶函數(shù) 與單位階躍信號(hào)的關(guān)系 沖激函數(shù)可以把沖激所在位置處的函數(shù)值抽?。êY選）出來。（3）（1）t01t0u(t)計(jì)算 (1) cost(t)； (2) (t-1)(t)； 解 (1) cost(t)=(t)， 因?yàn)閏os0=1。 (2) (t-1)(t)=-(t)， 因?yàn)?t-1)|t=0=-1。練習(xí)信號(hào)的時(shí)域分析

23、和頻域分析2.1.4表2-1 信號(hào)的時(shí)域描述與頻域描述定義： 時(shí)域分析：描述信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化規(guī)律，可直接檢測(cè)或記錄到的信號(hào)。頻域分析：以頻率作為獨(dú)立變量的方式，也就是信號(hào)的頻譜分析。 特點(diǎn)： 直觀、可以反映信號(hào)隨時(shí)間變化過程，但不能揭示信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)特征。 可以反映信號(hào)的各頻率成分的幅值和相位特征。 確知信號(hào)分析 非周期信號(hào)及其頻譜2.2.1 周期信號(hào)及其頻譜1信號(hào)分解為正交函數(shù) 周期信號(hào)及其頻譜2.2.1正交函數(shù)和正交函數(shù)集若滿足 則稱和在區(qū)間（t1,t2）內(nèi)正交。正交函數(shù)集 如有n個(gè)函數(shù)構(gòu)成一個(gè)函數(shù)集，當(dāng)這些函數(shù)在區(qū)間（t1,t2）內(nèi)滿足三角函數(shù)集在區(qū)間（t0，t0+T）組成正交函數(shù)

24、集。傅里葉1768年生于法國1807年提出“任何周期信號(hào)都可用正弦函數(shù)級(jí)數(shù)表示”1829年狄里赫利第一個(gè)給出收斂條件拉格朗日反對(duì)發(fā)表1822年首次發(fā)表在“熱的分析理論”一書中1830年去世傅立葉的兩個(gè)最主要的貢獻(xiàn)“周期信號(hào)都可表示為諧波關(guān)系的正弦信號(hào)的加權(quán)和”傅里葉的第一個(gè)主要論點(diǎn)“非周期信號(hào)都可用正弦信號(hào)的加權(quán)積分表示”傅里葉的第二個(gè)主要論點(diǎn)2傅里葉級(jí)數(shù)（1）傅里葉級(jí)數(shù)的三角函數(shù)展開式基波角頻率n次諧波角頻率 直流分量幅度 余弦分量幅度 正弦分量幅度 令 則 稱為n次諧波，是n次諧波的振幅，是其初相角。周期信號(hào)可以分解為各次諧波分量?！纠?.2.1】將圖2-12所示的正弦周期的方波信號(hào)展開為

25、傅里葉級(jí)數(shù)。解：（2）傅里葉級(jí)數(shù)的指數(shù)形式3周期信號(hào)的頻譜（1）周期信號(hào)的頻譜 為了直觀地表示出信號(hào)所含分量的振幅，以頻率（或角頻率）為橫坐標(biāo)，以各諧波的振幅 或虛指數(shù)函數(shù)的幅度 為縱坐標(biāo)，可畫出如圖2-14所示的線圖，稱為幅度（或振幅）頻譜，簡(jiǎn)稱幅度譜。圖中每條豎線代表該頻率分量的幅度，稱為譜線。 類似地，也可畫出各諧波初相角 與頻率（或角頻率）的線圖，如圖2-14（c）、（d）所示，稱為相位頻譜，簡(jiǎn)稱相位譜。幅度頻譜：以頻率f（或角頻率w）為橫坐標(biāo)，An或Fn為縱坐標(biāo)。相位頻譜：以頻率f（或角頻率w）為橫坐標(biāo)， 為縱坐標(biāo)。（2）周期矩形脈沖的頻譜單邊和雙邊幅度頻譜和相位頻譜脈沖寬度與頻譜的

26、關(guān)系 當(dāng)周期T不變，脈寬 減小時(shí)，譜線間隔不變，零點(diǎn)位置右移，頻寬B增大，頻譜幅度相應(yīng)減小 信號(hào)的頻寬與脈寬成反比。周期與頻譜的關(guān)系 當(dāng)脈寬 不變，周期T增大時(shí)，譜線間隔減小，譜線變密，零點(diǎn)位置不變，諧波分量增加，諧波幅度相應(yīng)減小。當(dāng)T=2,5,10時(shí)周期矩形波的頻譜周期信號(hào)頻譜具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 第一為離散性，此頻譜由不連續(xù)的譜線組成，每一條譜線代表一個(gè)正弦分量，所以此頻譜稱為不連續(xù)譜或離散譜。 第二為諧波性，此頻譜的每一條譜線只能出現(xiàn)在基波頻率的整數(shù)倍頻率上，即含有的各次諧波分量，而決不含有非的諧波分量。 第三為收斂性，此頻譜的各次諧波分量的振幅雖然隨n的變化有起伏變化，但總的趨勢(shì)是隨著n

27、的增大而逐漸減小。 當(dāng)n時(shí)，|Fn|0。 非周期信號(hào)及其頻譜2.2.2 非周期信號(hào)是指在時(shí)域上不按周期重復(fù)出現(xiàn)，但仍可用準(zhǔn)確的解析數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)的信號(hào)。 非周期信號(hào)包括準(zhǔn)周期信號(hào)和瞬變非周期信號(hào)兩類。 （1） 準(zhǔn)周期信號(hào) 若各正(余)弦信號(hào)的頻率比不是有理數(shù)，正(余)弦信號(hào)間找不到公共的周期，它們?cè)诤铣珊蟛豢赡芙?jīng)過某一周期重復(fù)，所以合成后不可能是一個(gè)周期信號(hào)，但是這樣的一種信號(hào)在頻域表達(dá)上卻是離散頻譜，這種信號(hào)稱之為準(zhǔn)周期信號(hào)。 （2） 瞬變非周期信號(hào) 瞬變非周期信號(hào)是指除準(zhǔn)周期信號(hào)以外的非周期信號(hào)。圖2-19 瞬變非周期信號(hào)1傅里葉變換從傅里葉級(jí)數(shù)到傅里葉變換 若將非周期信號(hào)看作是周期信號(hào)T的

28、極限情況， 非周期信號(hào)就可以表示為以周期矩形脈沖為例， 當(dāng)T時(shí)， 周期信號(hào)就變成單脈沖信號(hào)的非周期信號(hào)。 隨著T的增大， 離散譜線間隔 就變窄； 當(dāng)T， 0時(shí)， 離散譜就變成了連續(xù)譜。2傅里葉變換與非周期信號(hào)的頻譜非周期信號(hào)的頻譜具有兩大特點(diǎn)：連續(xù)性密度性 圖2-20 非周期信號(hào)的幅值譜密度【例2.2.1】求圖2-21（a）所示的單個(gè)矩形脈沖的頻譜，其中(a) 門函數(shù)； (b) 門函數(shù)的頻譜； (c) 幅度譜； (d) 相位譜 F(jw)wt2pt4pt2pt4pt(b)ogt(t)t221(a)F(w)wt2pt4pt(c)2pt4pto (w)wp2pt4pt(d)2pt4ptopjo3傅

29、里葉變換的性質(zhì) 3傅里葉變換的性質(zhì) （1）線性疊加 （2）對(duì)稱性 （3） 脈沖展縮與頻帶變化（尺度變換）時(shí)域壓縮，頻域展寬；時(shí)域展寬，頻域壓縮。 （4） 信號(hào)的延時(shí)與相位移動(dòng)（時(shí)移特性）即信號(hào)時(shí)延后，其幅度譜不變，各分量相位變化。 （5）信號(hào)的調(diào)制與頻譜搬移（調(diào)制定理） （6）時(shí)域卷積定理 （7）頻域卷積定理例如則應(yīng)用：系統(tǒng)響應(yīng)的頻譜 即系統(tǒng)響應(yīng)的頻譜等于輸入信號(hào)頻譜F( )與系統(tǒng)頻率特性H( )的乘積。時(shí)域內(nèi)的卷積對(duì)應(yīng)為頻譜的相乘 h( t )H( )f( t )y( t )= f( t ) h( t )F( )Y( ) = F( ) H( ) 4幾種典型信號(hào)的頻譜（1）單位階躍信號(hào)的頻譜（

30、2）單位沖激信號(hào)的頻譜（3）正（余）弦函數(shù)的頻譜（4）矩形脈沖的頻譜函數(shù) （a） 矩形脈沖波形（b） 矩形脈沖的頻譜（5）門函數(shù)頻譜函數(shù)的傅氏反變換（a） 矩形脈沖波形（b） 矩形脈沖的頻譜5傅里葉變換應(yīng)用于通信系統(tǒng)（1）濾波 無失真?zhèn)鬏?無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的幅頻特性及相頻特性 圖2-26 無失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的幅頻特性及相頻特性 濾波器 改變信號(hào)中各個(gè)頻率分量的相對(duì)大小，或者抑制，甚至全部濾除某些頻率分量的過程稱為濾波，完成濾波功能的系統(tǒng)稱為濾波器。 根據(jù)濾波器通、阻帶所處的不同位置，可分為低通濾波器、高通濾波器和帶通濾波器等基本濾波器。 理想低通濾波器 理想低通濾波器的沖激響應(yīng) （2）調(diào)制 所謂調(diào)制

31、，就是用一個(gè)信號(hào)（基帶信號(hào)也稱調(diào)制信號(hào)）去控制另一個(gè)信號(hào)（載波信號(hào)）的某個(gè)參量，從而產(chǎn)生已調(diào)制信號(hào)。 調(diào)幅，使載波的幅度隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。 調(diào)頻，使載波的瞬時(shí)頻率隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。 調(diào)相，使載波的相位隨著調(diào)制信號(hào)的大小變化而變化的調(diào)制方式。以模擬調(diào)幅中的抑制載波的雙邊帶調(diào)制為例 （3）抽樣通常稱為抽樣角頻率。 隨機(jī)信號(hào)分析 隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)參數(shù)2.3.1 基本概念2.3.4 功率譜分析2.3.3 相關(guān)分析1隨機(jī)過程基本概念2.3.1 隨機(jī)過程的基本特性可以從幅值域、時(shí)差域和頻率域進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。主要的統(tǒng)計(jì)參數(shù)有均值、方差、均方值、概率密度函數(shù)、自相關(guān)函數(shù)

32、、互相關(guān)函數(shù)、功率譜密度函數(shù)和互譜密度函數(shù)等。 2平穩(wěn)隨機(jī)過程 平穩(wěn)隨機(jī)過程就是統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)不隨時(shí)間變化而改變的隨機(jī)過程。 3各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程 若從平穩(wěn)隨機(jī)過程中任取一樣本函數(shù)，如果該單一樣本在長時(shí)間內(nèi)的平均統(tǒng)計(jì)參數(shù)(時(shí)間平均)和所有樣本函數(shù)在某一時(shí)刻的平均統(tǒng)計(jì)參數(shù)(幾何平均)是一致的，則稱這樣的平穩(wěn)隨機(jī)過程為各態(tài)歷經(jīng)隨機(jī)過程。 1均值、方差、均方值隨機(jī)過程的統(tǒng)計(jì)參數(shù)2.3.22概率密度函數(shù)1相關(guān)相關(guān)分析2.3.3相關(guān)系數(shù) 2自相關(guān)函數(shù)3互相關(guān)函數(shù)1功率譜密度函數(shù)功率譜分析2.3.42互譜密度函數(shù)課程名稱課件第1章 通信系統(tǒng)概述第2章 信號(hào)分析第3章 信道與噪聲第4章 模擬調(diào)制第5章 模擬信號(hào)

33、的數(shù)字傳輸?shù)?章 數(shù)字基帶傳輸通信原理課件第7章 數(shù)字調(diào)制第8章 差錯(cuò)控制編碼第9章 同步原理 3.1 信道概念及分類3.2 信道容量3.3 信道中的噪聲信道概念及分類 信道分類3.1.1 信道概念信道概念通俗地說，信道指以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路。 具體地說，信道一般指由有線或無線電線路提供的信號(hào)通路。 抽象地說，信道實(shí)質(zhì)是一段頻帶，允許信號(hào)通過，同時(shí)又給信號(hào)以限制和損害。 3.1.1信道特性的好壞直接影響通信系統(tǒng)的總特性信道特點(diǎn)信道的特點(diǎn)包括以下兩個(gè)方面：（1）通信系統(tǒng)重要的傳輸環(huán)節(jié)；（2）通信系統(tǒng)中噪聲的主要來源。信道分類 根據(jù)信道的定義，如果信道僅是指信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，這種信道稱為狹義信

34、道； 如果信道不僅是傳輸媒質(zhì)，而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置，這種信道稱為廣義信道。 3.1.2信道的分類信道分類狹義信道1廣義信道23.1.2狹義信道 有線信道包括架空明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜及光纖等。 無線信道包括短波、地面微波接力、衛(wèi)星通信等。 狹義信道是廣義信道十分重要的組成部分，通信效果的好壞，在很大程度上將依賴于狹義信道的特性。 有線信道明線 雙絞線（對(duì)稱電纜） 同軸電纜光導(dǎo)纖維明線概念：架空明線是指平行而相互絕緣的架空裸線線路。優(yōu)點(diǎn)：傳輸損耗低 缺點(diǎn)：易受氣候和天氣的影響，并且對(duì)外界噪聲干擾較敏感 。明線現(xiàn)已逐步淘汰。 雙絞線概念：雙絞線由兩根彼此絕緣的銅線組成，這兩根線按照規(guī)

35、則的螺線狀絞合在一起（也稱為對(duì)稱電纜）。絞合目的：將線對(duì)絞合起來是為了減輕同一根電纜內(nèi)的相鄰線對(duì)之間的串?dāng)_，且相鄰線對(duì)通常具有不同的絞合長度。雙絞線實(shí)物及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 雙絞線雙絞線又分為非屏蔽雙絞線UTP和屏蔽雙絞線STP。除某些特殊場(chǎng)合(如受電磁輻射嚴(yán)重、對(duì)傳輸質(zhì)量要求較高等)在布線中使用STP外，一般情況下我們都采用UTP。 UTP與STPUTPSTPUTP分類3類：3類UTP用于傳統(tǒng)電話線，另外還用于10Mbps以太網(wǎng)，是早期網(wǎng)絡(luò)中重要的傳輸介質(zhì)4類：4類UTP因標(biāo)準(zhǔn)的推出比3類晚，而傳輸性能與3類UTP相比并沒有提高多少，所以一般較少使用5類：五類UTP因價(jià)廉質(zhì)優(yōu)而成為快速以太網(wǎng)(100

36、Mbps)的首選介質(zhì)超5類：超五類UTP的用武之地是千兆位以太網(wǎng)(1000Mbps)。 各類非屏蔽雙絞線電氣特性電纜類型 數(shù)據(jù)速率（Mbit/s） 用 途 1類UTP 2.4 模擬電話線/數(shù)字電話線 2類UTP 4 數(shù)字電話線/ISDN和T1線路 3類UTP 16 4Mbit/s令牌環(huán)網(wǎng)、10BAST-T以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、ISDN數(shù)字話音線路4類UTP 20 16Mbit/s令牌環(huán)網(wǎng)和10BAST-T以太網(wǎng) 5類UTP 100 16Mbit/s以上令牌環(huán)網(wǎng)、10100Mbit/s以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸 6類UTP 550 16Mbit/s以上令牌環(huán)網(wǎng)、100Mbit/s以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸、600Mbit/s

37、以上的全息圖像7類UTP 1000 吉比特以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸 8類UTP 1000 吉比特以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸 9類UTP 10000 10吉比特以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸 雙絞線優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：由于其結(jié)構(gòu)上的雙絞特點(diǎn)，與外界間相互干擾小（抗電磁干擾）； 帶寬較寬，傳輸特性比較穩(wěn)定。缺點(diǎn)：雙絞線的傳輸損耗比明線大得多。同軸電纜概念：同軸電纜由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，外導(dǎo)體是一個(gè)圓柱形的空管（在可彎曲的同軸電纜中，它可以由金屬絲編織而成），內(nèi)導(dǎo)體是金屬線（芯線）。同軸電纜分類50歐姆的細(xì)纜：細(xì)纜（基帶同軸電纜）用于基帶信號(hào)傳輸，主要用于數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)。 75歐姆的粗纜：粗纜（寬帶同軸電纜）用于寬帶信號(hào)傳輸，可以用于數(shù)字/模

38、擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)，如CATV有線電視信號(hào)傳輸，能夠同時(shí)傳輸幾百套電視節(jié)目。 同軸電纜實(shí)物同軸電纜優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 與外界間相互干擾小（外導(dǎo)體接地，屏蔽作用）；帶寬大。缺點(diǎn)： 成本較高（與雙絞線比較）。光纖概念：光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)是光纖通信系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)。是一種纖細(xì)（2125m）柔韌能夠傳導(dǎo)光線的介質(zhì)（光導(dǎo)纖維），以光波作為載波的信道。 結(jié)構(gòu)：光纖呈圓柱形，由纖芯、包層和護(hù)套三部分組成。 光纖實(shí)物內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 光纖優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 低傳輸損耗（長距離無中繼），高帶寬（容量大），抗干擾能力強(qiáng)等。缺點(diǎn)： 成本較高（完整系統(tǒng)），部分器件技術(shù)問題尚需解決。無線信道無線信道主要由無線電波和光波作為傳輸載體。 光波：

39、在光波中，紅外線、激光是常用的信號(hào)載體。短距離：紅外線。如電視機(jī)遙控器。遠(yuǎn)距離：光波?？捎糜诮ㄖ镏g的局域網(wǎng)連接 。無線電波：絕大多數(shù)無線通信都采用無線電波作為信號(hào)傳輸?shù)妮d體。無線電波頻率資源劃分表幾種主要無線信道短波地面微波接力衛(wèi)星通信短波短波是指頻率為330MHz的無線電波。短波的基本傳播途徑有兩個(gè)：一個(gè)是地波，一個(gè)是天波。短波的主要傳播途徑是天波。 地球大氣層的結(jié)構(gòu)對(duì)流層：地面上 0 10 km平流層：約10 60 km電離層：約60 600 km地 面對(duì)流層平流層電離層10 km60 km0 km對(duì)流層地球010 km電離層60600 km平流層電磁波傳播：地波、天波、視距傳播多徑傳

40、播多徑傳播：電波經(jīng)由不同的路徑到達(dá)接收點(diǎn)。多徑傳播有以下幾種形式: (1) 電波從電離層的一次反射和多次反射； (2) 電離層反射區(qū)高度所形成的細(xì)多徑； (3) 地球磁場(chǎng)引起的尋常波和非尋常波； (4) 電離層不均勻性引起的散射現(xiàn)象。 圖 3 - 16多徑形式示意圖 (a) 一次反射和兩次反射； (b) 反射區(qū)高度不同； (c) 尋常波與非尋常波； (d) 散射現(xiàn)象短波優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：抗毀能力和自主通信能力強(qiáng)；在山區(qū)、戈壁、海洋等地區(qū)，主要依靠短波； 運(yùn)行成本低。 缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，噪聲較大。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于電報(bào)、電話、低速傳真通信和廣播等方面。地面微波接力概念：由于微波是按照近似直線的方式

41、進(jìn)行傳播的，如果兩個(gè)站點(diǎn)間相距太遠(yuǎn)，那么地球本身就會(huì)阻礙電磁的傳輸，因此在中間每隔一段距離就需要安裝一個(gè)中繼器來使電磁波傳輸?shù)酶h(yuǎn)。中繼距離：中繼器間的距離大約與站高的平方根成正比，如果站高為100m，則中繼器之間的距離可以約為80km（距離一般在50100km之間）。 地面微波接力傳輸?shù)孛嫖⒉ń恿?yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：容量大；質(zhì)量高；投資小。缺點(diǎn)：容易失真。 易受環(huán)境因素影響。 安全性差。 維護(hù)難度大。應(yīng)用：傳輸電話、電報(bào)、圖像、數(shù)據(jù)等信息。 衛(wèi)星通信人造衛(wèi)星中繼信道可視為無線電中繼信道的一種特殊形式。 衛(wèi)星中繼信道由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路構(gòu)成。 同步衛(wèi)星離地面高度為35860km。衛(wèi)星

42、通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：傳輸距離遠(yuǎn)；覆蓋地域廣；傳播穩(wěn)定可靠；傳輸容量大。缺點(diǎn)：技術(shù)要求高；一次性投入大。應(yīng)用：目前廣泛用來傳輸多路電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)和電視。缺點(diǎn)衛(wèi)星發(fā)射和控制技術(shù)復(fù)雜地球兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，地球高緯度地區(qū)通信效果不好存在星蝕和日凌中斷衛(wèi)星使用壽命短，可靠性要求高傳輸延遲大，回波干擾往返傳播延遲約為0.54s 星蝕和日凌中斷地球太陽地球太陽 當(dāng)?shù)厍蛱幱谛l(wèi)星與太陽之間時(shí)，地球把陽光遮擋，此時(shí)衛(wèi)星的太陽能電池不能正常工作，星載電池只能維持衛(wèi)星自轉(zhuǎn)而不能支持轉(zhuǎn)發(fā)器正常工作，這種現(xiàn)象造成的通訊中斷稱為星蝕。 每年春分、秋分時(shí)，地球、衛(wèi)星、太陽在同一直線上。當(dāng)衛(wèi)星在地球與太陽之間

43、時(shí)，地球上的小站在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，受到太陽輻射的影響， 使通訊中斷，此現(xiàn)象稱為日凌。 常用傳輸介質(zhì)的比較廣義信道通信系統(tǒng)中，凡信號(hào)經(jīng)過的一切通道統(tǒng)稱為廣義信道。 廣義信道不但包括傳輸媒介，還包括饋線、天線、調(diào)制/解調(diào)器、編碼/譯碼器等各種形式的轉(zhuǎn)換、耦合等設(shè)備。廣義信道主要用于通信系統(tǒng)性能分析。 廣義信道從消息傳輸?shù)挠^點(diǎn)分析問題，把信道范圍擴(kuò)大了。其意義在于僅關(guān)注傳輸結(jié)果，不關(guān)心傳輸過程，使通信系統(tǒng)模型及其分析大為簡(jiǎn)化。 廣義信道分類廣義信道通?？煞譃檎{(diào)制信道和編碼信道兩大類。調(diào)制信道概念： 調(diào)制信道是指從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有電路設(shè)備和傳輸介質(zhì)，調(diào)制信道主要用來研究模擬通信系統(tǒng)

44、的調(diào)制、解調(diào)問題，故調(diào)制信道又可稱為連續(xù)（信號(hào)）信道。調(diào)制信道中傳輸?shù)氖且颜{(diào)信號(hào)，為模擬信道。 編碼信道概念： 編碼信道的范圍是從編碼器輸出端至譯碼器輸入端，編碼器的輸出和譯碼器的輸入都是數(shù)字序列，故編碼信道又稱為離散信道。主要用于研究數(shù)字通信系統(tǒng)。編碼信道中傳輸?shù)氖且丫幮盘?hào)，為數(shù)字信道。 信道模型調(diào)制信道模型1編碼信道模型23.1.3調(diào)制信道模型 調(diào)制信道對(duì)信號(hào)的影響是由信道的特性及外界干擾造成的，可以用一個(gè)二對(duì)端（或多對(duì)端）的時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)來表示 。圖3-9 調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)圖3.2.2 調(diào)制信道模型加性干擾乘性干擾調(diào)制信道模型恒參信道：當(dāng)k(t) =常數(shù)時(shí)，稱為恒參信道

45、，例如，同軸電纜。隨參信道：當(dāng)k(t)常數(shù)，稱為隨參信道，例如，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)通信信道。恒參信道恒參信道指信道的乘性干擾k(t)隨時(shí)間緩變或不變，可以等效為線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)。各種有線信道和部分無線信道，如衛(wèi)星通信鏈路信道，微波中繼鏈路信道、中長波、地面波傳播信道都屬于恒參信道。若信道特性為h(t)，則輸出信號(hào)可表示為 信號(hào)無失真?zhèn)鞑l件要使任意一個(gè)信號(hào)通過線性網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生波形失真，網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性應(yīng)該具備以下兩個(gè)理想條件： 系統(tǒng)函數(shù)的幅頻特性H()是一個(gè)不隨頻率變化的常數(shù)。系統(tǒng)函數(shù)的相頻特性()為一過原點(diǎn)的直線，即群時(shí)延為常數(shù)。網(wǎng)絡(luò)的傳輸系統(tǒng)函數(shù)信號(hào)無失真?zhèn)鞑l件兩種失真及其影響（1）幅頻失真也稱為頻率

46、失真，使信號(hào)的不同頻率分量受到不同衰減，從而導(dǎo)致信號(hào)波形失真。（2）相頻失真也稱群時(shí)延失真，使信號(hào)的不同頻率分量產(chǎn)生不同的時(shí)延，從而導(dǎo)致信號(hào)波形失真。（1）幅頻失真圖3.3.9典型音頻電話信道的衰耗頻率特性曲線35008002000280030006(a)0300A(f)/dB 3020100120024003600f/Hz (b)A(f)/dBf /Hz （2）相頻失真wt (w)O理想特性j (w)Ow理想特性圖3.3.11典型音頻電話信道的相頻特性及群時(shí)延頻率特性隨參信道隨參指信道的乘性干擾k(t)隨時(shí)間快變化，如短波電離反射、超短波流星余跡散射、多徑效應(yīng)和選擇性衰落均屬于變參信道。 表

47、達(dá)式頻率選擇性衰落：信號(hào)中不同頻率成分受到不同程度的衰減，結(jié)果是引起信號(hào)波形失真。編碼信道模型編碼信道是包括調(diào)制信道、調(diào)制器以及解調(diào)器的信道，主要研究信道對(duì)所傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)的產(chǎn)生影響。編碼信道所關(guān)心的是：在經(jīng)過信道傳輸之后數(shù)字信號(hào)是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及出現(xiàn)差錯(cuò)的可能性有多少。編碼信道對(duì)信號(hào)的影響則是一種數(shù)字序列的變換，因此編碼信道可以用轉(zhuǎn)移概率（條件概率）來描述。 二進(jìn)制編碼信道模型編碼信道模型可以用數(shù)字的轉(zhuǎn)移概率來描述正確轉(zhuǎn)移概率錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率二進(jìn)制編碼信道模型概率關(guān)系：編碼信道分類編碼信道分為無記憶信道和有記憶信道。在編碼信道中，若數(shù)字信號(hào)的差錯(cuò)是獨(dú)立的，也就是數(shù)字信號(hào)的前一個(gè)碼元差錯(cuò)對(duì)后面的碼元

48、無影響，稱此信道為無記憶信道。如果前一碼元的差錯(cuò)影響到后面碼元，這種信道稱為有記憶信道。信道容量 離散信道信道容量3.2.1 連續(xù)信道信道容量信道容量概念信道容量是信道的極限傳輸能力，即信道能夠傳送信息的最大傳輸速率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： C = max R信道可以分為：連續(xù)信道（調(diào)制信道）離散信道（編碼信道） 連續(xù)信道信道容量3.2.1香農(nóng)公式：假設(shè)連續(xù)信道的加性高斯白噪聲功率為N（W），信道的帶寬為B（Hz），信號(hào)功率為S（W），則該信道的信道容量為 :香農(nóng)公式關(guān)于香農(nóng)公式，須注意以下三點(diǎn)：信噪比S/N為實(shí)際比值，而不是dB；信道容量C的單位是b/s，而不是波特（碼元/秒）； 信道容量三要素：

49、信道帶寬B、噪聲單邊功率譜密度n0和信號(hào)功率S，信道容量和這三要素有密切關(guān)系。 信道容量與三要素的關(guān)系1）給定 、 ，增大信號(hào)功率 ，則信道容量也增加，若信號(hào)功率趨于無窮大，則信道容量也趨于無窮大。2）給定 、 ，減小噪聲功率譜密度 ，則信道容量增加，對(duì)于無噪信道即 ，信道容量趨于無窮大。3）給定 、 ，增加信道帶寬 ，則信道容量也增加，但當(dāng)帶寬 趨于無窮大時(shí)，信道容量存在極限值: 信道容量和帶寬的關(guān)系信道容量四個(gè)結(jié)論（1）當(dāng)給定B、S/N時(shí)，信道的極限傳輸能力(信道容量)C即確定。（2）當(dāng)信道容量C一定時(shí)，帶寬B和信噪比S/N之間可以互換。（3）增加信道帶寬B并不能無限制地增大信道容量。 （

50、4）信道容量C是信道傳輸?shù)臉O限速率時(shí)，由于 ，I為信息量，T為傳輸時(shí)間。 連續(xù)信道信道容量例題1設(shè)模擬電話信道帶寬為3.4KHZ，信道上只存在加性噪聲；（1）若信道的輸出信噪比為30dB，求該信道的最大信息傳輸速率；（2）若要在該信道中傳輸33.6kb/s的數(shù)據(jù)，試求接收端要求的最小信噪比為多少。連續(xù)信道信道容量例題2 某一待傳輸?shù)膱D片含800600個(gè)像素，各像素間統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，每像素灰度等級(jí)為8級(jí)（等概率出現(xiàn)），要求用3s傳送該圖片，且信道輸出端的信噪比為30dB，試求傳輸系統(tǒng)所要求的最小信道帶寬。 練習(xí) 每幀電視圖像可以大致認(rèn)為由30萬個(gè)像素組成。對(duì)于一般要求的對(duì)比度，每一像素大約取10個(gè)可辨

51、別的亮度電平（例如對(duì)應(yīng)黑色、深灰色、淺灰色、白色等）?，F(xiàn)假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平是等概率出現(xiàn)的，每秒發(fā)送30幀圖像，還已知，信道中的干擾為加性高斯白噪聲，并且為了滿意地重現(xiàn)圖像，要求信道中信噪比為30dB。計(jì)算傳輸上述電視圖像信號(hào)所需的信道帶寬。 離散信道信道容量奈奎斯特準(zhǔn)則：頻帶寬度為B（Hz）的無噪聲數(shù)字信道，所能傳輸?shù)男盘?hào)的最高碼元速率為2B波特（Baud），則最大信息速率3.2.2式中N為碼元符號(hào)所能取得離散值個(gè)數(shù)，即N進(jìn)制。離散信道信道容量例題1 設(shè)現(xiàn)有一帶寬為3000Hz的無噪聲數(shù)字信道，用于傳輸16進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，請(qǐng)計(jì)算該信道的信道容量。 離散信道信道容量例題2 某一無噪聲

52、數(shù)字信道，系統(tǒng)帶寬為500Hz,信道容量是3000b/s，求該信道傳輸符號(hào)的進(jìn)制數(shù)。 練習(xí)1、設(shè)數(shù)字信道的信道帶寬為1000 HZ，采用8進(jìn)制傳輸，計(jì)算無噪聲時(shí)信道容量。2、設(shè)數(shù)字信道的信道容量為24kbit/s，采用四進(jìn)制傳輸，則無噪聲時(shí)的數(shù)字信道的帶寬是 （ ） A.12KHz B.6KHz C.48KHz D.24KHz 練習(xí)1、已知模擬信道的頻帶寬度為3000 HZ，信噪比S/N=20 dB，求信道容量 。2設(shè)帶寬為4000Hz的模擬信道，只存在加性高斯白噪聲，如果信號(hào)噪聲功率比為100，則該信道的傳輸容量是 （ ） A.26.6KHz B.8KHz C.4KHz D.53.2KHz信

53、道中的噪聲3.3噪聲分類噪聲來源常見噪聲噪聲來源信道中加性噪聲的來源，一般可以分為三方面：人為噪聲 自然噪聲 內(nèi)部噪聲 噪聲分類單頻噪聲 脈沖噪聲 起伏噪聲 常見噪聲 白噪聲 ：在通信系統(tǒng)中，經(jīng)常碰到的噪聲之一就是白噪聲。所謂白噪聲是指它的功率譜密度函數(shù)在整個(gè)頻域內(nèi)是常數(shù)，即服從均勻分布。 圖3-13 白噪聲的功率譜密度和自相關(guān)函數(shù)常見噪聲 高斯白噪聲 ：在實(shí)際信道中，另一種常見噪聲是高斯噪聲。所謂高斯噪聲是指它的概率密度函數(shù)服從高斯分布（即正態(tài)分布）的一類噪聲。其一維概率密度用數(shù)學(xué)式表示如式3-13所示。式中，為噪聲的數(shù)學(xué)期望值，也就是均值；為噪聲的方差。 本章小結(jié)1、信道概念及分類2、信道

54、容量3、噪聲4.0 引言4.1 調(diào)制的功能及分類4.2 線性調(diào)制（幅度調(diào)制）系統(tǒng)4.3 非線性調(diào)制（角度調(diào)制）系統(tǒng)4.4 模擬調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能分析4.5 頻分復(fù)用（FDM）第 4 章 模擬調(diào)制4.0 引言模擬信號(hào)傳輸方式： (一)模擬信號(hào)基帶傳輸 (二)模擬信號(hào)頻帶傳輸 (三)模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸4.1 調(diào)制的功能及分類 調(diào)制:在發(fā)送端將基帶信號(hào)的頻譜搬移到適合信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的較高的頻率范圍。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。 所謂調(diào)制，就是按調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）的變化規(guī)律去改變載波的某些參數(shù)的過程。解調(diào)則是相反的變換過程，即由載波參數(shù)的變化去恢復(fù)基帶信號(hào)。 圖41 擴(kuò)音示意圖 一是鋪設(shè)一條幾

55、十千米甚至上百千米的電纜，其傳輸成本之高、線路利用率之低。但如果我們還想將聲音再傳得更遠(yuǎn)一些，比如幾十千米、幾百千米，那該怎么辦？大家自然會(huì)想到用電纜或無線電進(jìn)行傳輸，但會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問題： 二是利用無線電通信時(shí)，需滿足一個(gè)基本條件，即欲發(fā)射信號(hào)的波長必須能與發(fā)射天線的幾何尺寸可比擬，該信號(hào)才能通過天線有效地發(fā)射出去（通常認(rèn)為天線尺寸應(yīng)大于波長的十分之一）。而音頻信號(hào)的頻率范圍是20Hz20kHz，最小的波長為 可見，要將音頻信號(hào)直接用天線發(fā)射出去，其天線幾何尺寸即便按波長的百分之一取也要150米高（不包括天線底座或塔座）。因此，要想把音頻信號(hào)通過可接受的天線尺寸發(fā)射出去，就需要想辦法提高欲發(fā)射信

56、號(hào)的頻率（頻率越高波長越短）。 下面用一個(gè)生活中的例子幫助大家理解調(diào)制的概念：比如，我們要把一件貨物運(yùn)到幾千千米外的地方，我們必須使用運(yùn)載工具，或汽車、或火車、或飛機(jī)。在這里，貨物相當(dāng)于調(diào)制信號(hào)，運(yùn)載工具相當(dāng)于載波；把貨物裝到運(yùn)載工具上相當(dāng)于調(diào)制，從運(yùn)載工具上卸下貨物就是解調(diào)。這個(gè)例子雖然不十分貼切，但基本上類似于調(diào)制原理。 如何對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制呢？ 在傅里葉變換中我們知道，若一個(gè)信號(hào)f(t)與一個(gè)正弦型信號(hào)cosct相乘，從頻譜上看，相當(dāng)于把f(t)的頻譜搬移到c處。設(shè)f(t)的傅里葉變換（也可稱為頻譜）為F()，則有4.1.1 調(diào)制的功能 1、縮小天線尺寸 2、匹配信道的頻譜特性，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距

57、離傳輸 3、實(shí)現(xiàn)頻分多路復(fù)用（FDM） 4、減小噪聲和干擾的影響4.1.2 調(diào)制的分類1、根據(jù)調(diào)制信號(hào)分類 模擬調(diào)制 數(shù)字調(diào)制2、根據(jù)載波分類 正弦載波調(diào)制 脈沖載波調(diào)制3、根據(jù)調(diào)制器的功能分類 幅度調(diào)制 頻率調(diào)制 相位調(diào)制4、根據(jù)調(diào)制前后信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)關(guān)系分類 線性調(diào)制 非線性調(diào)制調(diào)制系統(tǒng)中討論的主要問題1、調(diào)制解調(diào)的工作原理2、已調(diào)信號(hào)的頻譜及帶寬3、功率關(guān)系4、噪聲對(duì)調(diào)制系統(tǒng)性能影響4.2 線性調(diào)制系統(tǒng) 線性調(diào)制就是將基帶信號(hào)的頻譜沿頻率軸作線性搬移的過程。 包括：常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM 抑制載波的雙邊帶調(diào)制DSB 單邊帶調(diào)制SSB 殘留邊帶調(diào)制VSB4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制（AM） 常規(guī)雙

58、邊帶調(diào)制是指：用信號(hào)f(t)疊加一個(gè)直流分量后去控制載波uc(t)的振幅，使已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)按照f(t)的規(guī)律線性變化。 又稱為調(diào)幅(Amplitude Modulation)AM。 1.常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM信號(hào)的時(shí)域表示為外加的直流分量，且要求SAM(t) =A0+f(t)uc(t)= A0+f(t)cosct常規(guī)幅度調(diào)制信號(hào)AM的產(chǎn)生模型Otf(t)OtA0+f(t)Otcos(ct)OtSAM(t)常規(guī)雙邊帶調(diào)制過程 基帶調(diào)制信號(hào) 載波 頻率為cAM已調(diào)信號(hào)加直流A0，使A0+f(t)0信號(hào)包絡(luò)包絡(luò)：高頻信號(hào)的各個(gè)極值點(diǎn)相連，得到的曲線。4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)調(diào)幅指數(shù) （ ）稱為調(diào)幅指

59、數(shù)。要求m1，否則出現(xiàn)過調(diào)制，已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)嚴(yán)重失真。4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)過調(diào)制m1m1,信號(hào)包絡(luò)失真2.常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM信號(hào)的頻域表示 SAM(t)=A0+f(t)cosct4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)頻域分析4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)頻域分析1F(w)wmwmw0cmc+mpA0wcwcpA0SAM(w)021w-cm-c+m基帶信號(hào)頻譜調(diào)制后信號(hào)頻譜帶寬B=fm帶寬B=2fm下邊帶上邊帶下邊帶上邊帶4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)功率和調(diào)制效率 信號(hào)功率：通常用該信號(hào)f(t)在1電阻上的平均功率表示，等于信號(hào)的均方值。 均方值：對(duì)時(shí)域表達(dá)式先平方后,再求其平均值。 例如：Sf(t

60、)信號(hào)f(t)的功率3.常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM信號(hào)的功率和調(diào)制效率對(duì)于AM信號(hào)A0+f(t)cosctPAMPAM常數(shù)的均值(數(shù)學(xué)期望)cosct的均值假設(shè)f(t)的均值兩個(gè)函數(shù)獨(dú)立4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)功率和效率調(diào)制效率：邊帶功率和已調(diào)信號(hào)總功率之比，記做： AM當(dāng)f(t)A0cosct時(shí)則PAM因?yàn)檩d波功率邊帶功率調(diào)制信號(hào)功率 4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)4.常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM信號(hào)的解調(diào) 解調(diào)方式有兩種： 包絡(luò)檢波（非相干解調(diào)） 相干解調(diào)（同步解調(diào)）4.2.1常規(guī)雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)包絡(luò)檢波法非線性器件低通濾波sAM(t) 用非線性器件和濾波器分離提取出已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)。f(t) 非線性