通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)課件

通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)1（優(yōu)選）通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)（優(yōu)選）通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)2第1章知識(shí)點(diǎn)通信系統(tǒng)的基本模型模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別信息量數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性第1章知識(shí)點(diǎn)通信系統(tǒng)的基本模型3通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)的一般模型信源發(fā)送設(shè)備信宿噪聲信道接收設(shè)備發(fā)端收端把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)對(duì)原始信號(hào)完成某種變換，使之適合在信道中傳輸信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，提供了信源與信宿之間在電氣上的聯(lián)系。分為有線信道和無線信道兩大類把接收到的信號(hào)反變換，轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息MODEMMODEMTerminalPSTNHost4通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)的一般模型信源發(fā)送設(shè)備信模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值連續(xù)，例如麥克風(fēng)輸出電壓數(shù)字信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)5模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型5信息熵定義 設(shè)一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)，即 且有 則x1,x2,x3,…,xM所包含的信息量分別為

于是，每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵6信息熵定義 設(shè)一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符最大信息熵不同的離散信息源可能有不同的熵值。信息源的最大熵發(fā)生在每一符號(hào)等概率出現(xiàn)時(shí)即

P(xi)＝l/n，

i＝l，2，…，n，最大熵值等于7最大信息熵不同的離散信息源可能有不同的熵值。7信息量某信息源的符號(hào)集由A、B、C、D和E組成，設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16；信息源以1000B速率傳送信息。（1）求傳送1小時(shí)的信息量；（2）求傳送1小時(shí)可能達(dá)到的最大信息量。信息量某信息源的符號(hào)集由A、B、C、D和E組成，設(shè)每一符號(hào)獨(dú)8數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)有效性用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。碼元（符號(hào)）傳輸速率RB定義為單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡(jiǎn)記為B。 式中T－碼元的持續(xù)時(shí)間（秒）信息傳輸速率Rb定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡(jiǎn)記為b/s，或bps9數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)9數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性碼元速率和信息速率的關(guān)系 或 對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)M=2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。 對(duì)于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制（M=8）中，若碼元速率為1200B，則信息速率為3600b/s。10數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性碼元速率和信息速率的關(guān)系10若提高信噪比S/N，則信道容量Ct也提高。若降低傳碼率，則系統(tǒng)的頻帶利用率將相應(yīng)降低。離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。2通信系統(tǒng)的一般模型若輸入數(shù)據(jù)以RB=1/Ts波特的速率進(jìn)行傳輸，則在抽樣時(shí)刻上不存在碼間串?dāng)_。隔去直流后即可得到原信號(hào)m(t)。若S/N保持不變，但增加帶寬B，則Ct也增加，但增加的幅度很小，這因帶寬增加的同時(shí)，噪聲功率也隨之增加?；炬I控方式振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控因此，若設(shè)信道的傳輸特性為G(ω)，接收濾波器的傳輸特性為GR(ω)，則接收濾波器輸出信號(hào)r(t)可表示P(xi)＝l/n，i＝l，2，…，n，每秒傳送的(30幀)信息量=對(duì)于雙極性信號(hào)g1(t)=g2(t)=g(t)，且概率P=1/2時(shí)，則沒有離散分量(fmfs)。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性頻帶利用率定義為單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率，即 或可靠性常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率誤信率，又稱誤比特率 在二進(jìn)制中有11若提高信噪比S/N，則信道容量Ct也提高。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效第2、3章知識(shí)點(diǎn)能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義廣義平穩(wěn)與嚴(yán)平穩(wěn)的關(guān)系高斯隨機(jī)過程高斯白噪聲第2、3章知識(shí)點(diǎn)能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義12數(shù)字信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平等概出現(xiàn)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法其中，fN－奈奎斯特帶寬，能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義信息容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾省Ｒ驗(yàn)?，若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時(shí)間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時(shí)間間隔有關(guān)，而與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，則它的n維分布也與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，故它也是嚴(yán)平穩(wěn)的。A律表示式是一條平滑曲線，用電子線路很難準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。由高斯過程的定義式可以看出,高斯過程的n維分布只依賴各個(gè)隨機(jī)變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。若信息速率R≤Ｃt，則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差（任意小的差錯(cuò)率）傳輸。因k(t)隨t變，故信道稱為時(shí)變信道。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義信號(hào)分成兩類：能量信號(hào)：能量等于一個(gè)有限正值，但平均功率為0.功率信號(hào)：平均功率是一個(gè)有限值，但能量為無限大。數(shù)字信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)13振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控把同時(shí)滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。不同的離散信息源可能有不同的熵值。適用條件AM信號(hào)，且要求|m(t)|maxA0，為了解決理想低通特性存在的問題，可以使理想低通濾波器特性的邊沿緩慢下降，這稱為“滾降”。理想低通傳輸函數(shù)的頻帶利用率為2Baud/Hz。如果隨機(jī)過程(t)的任意n維（n=1,2,.－信道輸入端信號(hào)電壓；

把同時(shí)滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。顯然，嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過程必定是廣義平穩(wěn)的，反之不一定成立。 在通信系統(tǒng)中所遇到的信號(hào)及噪聲，大多數(shù)可視為平穩(wěn)的隨機(jī)過程。因此，研究平穩(wěn)隨機(jī)過程有著很大的實(shí)際意義。廣義平穩(wěn)與嚴(yán)平穩(wěn)的關(guān)系14振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵高斯隨機(jī)過程3.3高斯隨機(jī)過程（正態(tài)隨機(jī)過程）定義高斯過程(正態(tài)隨機(jī)過程)通信領(lǐng)域中最重要的一種過程，大多數(shù)噪聲都是高斯型的。如果隨機(jī)過程(t)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，n維正態(tài)概率密度函數(shù)表示式為 式中為什么要研究高斯過程15高斯隨機(jī)過程3.3高斯隨機(jī)過程（正態(tài)隨機(jī)過程）為什么要高斯隨機(jī)過程性質(zhì)重要性質(zhì)由高斯過程的定義式可以看出,高斯過程的n維分布只依賴各個(gè)隨機(jī)變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。因此，對(duì)于高斯過程，只需要研究它的數(shù)字特征就可以了。廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴(yán)平穩(wěn)的。因?yàn)椋舾咚惯^程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時(shí)間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時(shí)間間隔有關(guān)，而與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，則它的n維分布也與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，故它也是嚴(yán)平穩(wěn)的。所以，高斯過程若是廣義平穩(wěn)的，則也嚴(yán)平穩(wěn)。16高斯隨機(jī)過程性質(zhì)重要性質(zhì)16白噪聲定義白噪聲n(t)定義功率譜密度在所有頻率上均為常數(shù)的噪聲，即 －雙邊功率譜密度 或 －單邊功率譜密度 式中n0－正常數(shù)白噪聲的自相關(guān)函數(shù)對(duì)雙邊功率譜密度取傅里葉反變換，得到相關(guān)函數(shù)17白噪聲定義17白噪聲的功率 由于白噪聲的帶寬無限，其平均功率為無窮大，即 或因此，真正“白”的噪聲是不存在的，它只是構(gòu)造的一種理想化的噪聲形式。實(shí)際中，只要噪聲的功率譜均勻分布的頻率范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通信系統(tǒng)的工作頻帶，我們就可以把它視為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布，則稱之為高斯白噪聲。高斯白噪聲在任意兩個(gè)不同時(shí)刻上的隨機(jī)變量之間，不僅是互不相關(guān)的，而且還是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。高斯白噪聲定義18白噪聲的功率高斯白噪聲定義18第4章知識(shí)點(diǎn)信道的數(shù)學(xué)模型信道容量與香農(nóng)公式第4章知識(shí)點(diǎn)信道的數(shù)學(xué)模型19信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道模型式中 －信道輸入端信號(hào)電壓； －信道輸出端的信號(hào)電壓； －噪聲電壓。通常假設(shè)這時(shí)上式變?yōu)? －信道數(shù)學(xué)模型f[ei(t)]e0(t)ei(t)n(t)圖調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型20信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道模型f[ei(t)]e0(t)ei(t信道數(shù)學(xué)模型說明因k(t)隨t變，故信道稱為時(shí)變信道。因k(t)與ei(t)相乘，故稱其為乘性干擾。因k(t)作隨機(jī)變化，故又稱信道為隨參信道。若k(t)變化很慢或很小，則稱信道為恒參信道。乘性干擾特點(diǎn)當(dāng)沒有信號(hào)時(shí)，沒有乘性干擾。21信道數(shù)學(xué)模型說明21信道容量信息容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?。表示信道的極限傳輸能力從信息論觀點(diǎn)，各種信道分二大類：離散信道——編碼信道（其模型用轉(zhuǎn)移概率表示）連續(xù)信道——調(diào)制信道（其模型用時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)表示）1.離散信道容量編碼信道是一種離散信道，可以用離散信道的信道容量來表征。22信道容量信息容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?。表示信?3香農(nóng)公式

對(duì)于帶寬有限、平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道，可證，其信道容量為如果白噪聲單邊功率譜密度為n0(w/Hz)，則N＝n0B(w)，故B為帶寬(Hz)，S為信號(hào)平均功率(w)，N為噪聲功率(w)。Ct的單位為b/s。上式是信息論中具有重要意義的香農(nóng)（shannon）公式

23香農(nóng)公式對(duì)于帶寬有限、平均功率有限的高斯白噪聲連2324關(guān)于信道容量公式的幾個(gè)重要結(jié)論：若提高信噪比S/N，則信道容量Ct也提高。若n0→0，則Ct→∞，意味著無干擾信道容量為無窮大。若S/N保持不變，但增加帶寬B，則Ct也增加，但增加的幅度很小，這因帶寬增加的同時(shí)，噪聲功率也隨之增加。當(dāng)Ｂ→∞時(shí)，由洛必塔法可求出Ct＝1.44S/n0，即帶寬趨于無限時(shí)，信道容量仍保持有限值。S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)24關(guān)于信道容量公式的幾個(gè)重要結(jié)論：S/n0S/n0BCt124254.

若信息速率R≤Ｃt，則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差（任意小的差錯(cuò)率）傳輸。若R>Ct，則不可能實(shí)現(xiàn)無誤傳輸。若R=Ct

，則稱為理想通信系統(tǒng)。例題：計(jì)算電視中視頻圖像信號(hào)傳輸?shù)膸挕ＴO(shè)每幀電視圖像有300000（30萬(wàn)）個(gè)像素組成，每個(gè)像素用10個(gè)亮度電平表示。254.若信息速率R≤Ｃt，則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差（任意小2526假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平等概出現(xiàn)。每秒發(fā)送30幀圖像，要求信噪比S/N=1000(即30dB)，計(jì)算傳播信號(hào)所需要的最小帶寬。解：每個(gè)像素的信息量=每幀圖像信息量=每秒傳送的(30幀)信息量=為了傳輸29.9Mb的電視圖像，信道容量必須Ct≥29.9Mb/s26假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平等概出現(xiàn)。每秒發(fā)送302627已知：圖像通信系統(tǒng)的帶寬約需要3MHz27已知：圖像通信系統(tǒng)的帶寬約需要3MHz27第5章知識(shí)點(diǎn)基本概念調(diào)制與解調(diào)原理調(diào)制與解調(diào)性能比較門限效應(yīng)第5章知識(shí)點(diǎn)基本概念28模擬調(diào)制的基本概念調(diào)制的實(shí)質(zhì)是頻譜搬移，其作用和目的是：將調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)（頻帶信號(hào)）,提高無線通信時(shí)的天線輻射效率；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。模擬調(diào)制的基本概念調(diào)制的實(shí)質(zhì)是頻譜搬移，其作用和目的是：29非線性調(diào)制卡森公式窄帶調(diào)頻的帶寬大調(diào)頻指數(shù)情況，帶寬由最大頻偏決定調(diào)頻信號(hào)的帶寬：設(shè)fm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率，mf是最大頻偏

f與fm之比。非線性調(diào)制卡森公式窄帶調(diào)頻的帶寬大調(diào)頻指數(shù)情況，帶寬由最大頻30相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)相干解調(diào)器的一般模型相干解調(diào)器原理接收端必須提供與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。31相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)31相干解調(diào)與包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波適用條件AM信號(hào)，且要求|m(t)|maxA0，包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu) 通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。例如，檢波器的輸出為 隔去直流后即可得到原信號(hào)m(t)。32相干解調(diào)與包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波32門限效應(yīng)此時(shí)，E(t)中沒有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)m(t)被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。這時(shí)，輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。33門限效應(yīng)33調(diào)制方式信號(hào)帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用DSB2中等較少應(yīng)用SSB1復(fù)雜短波無線電廣播，話音頻分多路VSB略大于近似SSB近似SSB復(fù)雜商用電視廣播AM2/3簡(jiǎn)單中短波無線電廣播FM中等超短波小功率電臺(tái)(窄帶FM)，微波中繼，調(diào)頻立體聲廣播(寬帶FM)各種模擬調(diào)制方式的性能-5調(diào)制方式信號(hào)帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用DSB2中等較少應(yīng)34第6章知識(shí)點(diǎn)常用碼型直流分量，定時(shí)分量誤碼率與判決電平的關(guān)系碼間串?dāng)_第6章知識(shí)點(diǎn)常用碼型直流分量，定時(shí)分量35單極性碼單極性波形特點(diǎn)電脈沖之間無間隔，極性單一，易于用TTL、CMOS電路產(chǎn)生；缺點(diǎn)有直流分量，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，因而不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸，只適用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部或極近距離的傳輸。單極性碼單極性波形36直流分量和定時(shí)分量二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列的功率譜Ps(f)可能包含連續(xù)譜（第一項(xiàng)）和離散譜（第二項(xiàng)）。連續(xù)譜總是存在的，這是因?yàn)榇頂?shù)據(jù)信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f)≠G2(f)。譜的形狀取決于g1(t)和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)的概率P。離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。對(duì)于雙極性信號(hào)g1(t)=g2(t)=g(t)，且概率P=1/2時(shí)，則沒有離散分量(fmfs)。根據(jù)離散譜可以確定隨機(jī)序列是否有直流分量和定時(shí)分量。直流分量和定時(shí)分量二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列的功率譜Ps(f)可能包37碼間串?dāng)_的條件信號(hào)s(t)通過信道時(shí)會(huì)產(chǎn)生波形畸變，同時(shí)還要疊加噪聲。因此，若設(shè)信道的傳輸特性為G(ω)，接收濾波器的傳輸特性為GR(ω)，則接收濾波器輸出信號(hào)r(t)可表示r(t)被送入識(shí)別電路，假定識(shí)別電路是一個(gè)抽樣判決電路，則對(duì)信號(hào)抽樣的時(shí)刻一般在(kTs+t0)，其中，k是相應(yīng)的第k個(gè)時(shí)刻，t0是可能的時(shí)偏?；謴?fù)信息碼間干擾隨機(jī)干擾碼間串?dāng)_的條件恢復(fù)信息碼間干擾隨機(jī)干38由理想低通特性還可以看出，對(duì)于帶寬為若輸入數(shù)據(jù)以RB=1/Ts波特的速率進(jìn)行傳輸，則在抽樣時(shí)刻上不存在碼間串?dāng)_。若以高于1/Ts波特的碼元速率傳送時(shí)，將存在碼間串?dāng)_。 通常將此帶寬B稱為奈奎斯特帶寬，將RB稱為奈奎斯特速率。 此基帶系統(tǒng)所能提供的最高頻帶利用率為

39由理想低通特性還可以看出，對(duì)于帶寬為39理想低通傳輸函數(shù)的頻帶利用率為2Baud/Hz。這是最大的頻帶利用率，因?yàn)槿绻到y(tǒng)用高于的碼元速率傳送信碼時(shí)，將存在碼間串?dāng)_。若降低傳碼率，則系統(tǒng)的頻帶利用率將相應(yīng)降低。但理想低通系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在兩個(gè)問題：一是理想矩形特性的物理實(shí)現(xiàn)極為困難；二是理想的沖激響應(yīng)h(t)的“尾巴”很長(zhǎng)，衰減很慢，當(dāng)定時(shí)存在偏差時(shí)，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的碼間串?dāng)_。40理想低通傳輸函數(shù)的頻帶利用率為2Baud/Hz。40余弦滾降特性為了解決理想低通特性存在的問題，可以使理想低通濾波器特性的邊沿緩慢下降，這稱為“滾降”。一種常用的滾降特性是余弦滾降特性，如下圖所示41余弦滾降特性41相應(yīng)的h(t)為式中，為滾降系數(shù)，用于描述滾降程度。它定義為其中，fN

－奈奎斯特帶寬，

f

－超出奈奎斯特帶寬的擴(kuò)展量42相應(yīng)的h(t)為42滾降系數(shù)越大，h(t)的拖尾衰減越快滾降使帶寬增大為?余弦滾降系統(tǒng)的最高頻帶利用率?4343

二進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)的總誤碼率為

將上面求出的P(0/1)和P(1/0)代入上式，可以看出，誤碼率與發(fā)送概率P(1)、P(0)，信號(hào)的峰值A(chǔ)，噪聲功率n2，以及判決門限電平Vd有關(guān)。 在A和n2一定條件下，可以找到一個(gè)使誤碼率最小的判決門限電平，稱為最佳門限電平。若令

則可求得最佳門限電平44二進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)的總誤碼率為44第7章知識(shí)點(diǎn)2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK信號(hào)的原理與產(chǎn)生方法2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK信號(hào)的波形第7章知識(shí)點(diǎn)2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK信號(hào)的原45概述數(shù)字調(diào)制把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）的過程。數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)通常把包括調(diào)制和解調(diào)過程的數(shù)字傳輸系統(tǒng)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制；通過開關(guān)鍵控載波，通常稱為鍵控法?；炬I控方式振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控?cái)?shù)字調(diào)制可分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制。

振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控46概述振幅鍵控 頻移鍵控 2ASK非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形2ASK非相干解調(diào)過程的時(shí)間波形47第9章知識(shí)點(diǎn)模擬信號(hào)數(shù)字化的步驟抽樣定理13折線法（均勻量化與非均勻量化）第9章知識(shí)點(diǎn)模擬信號(hào)數(shù)字化的步驟48模擬信號(hào)數(shù)字化的步驟數(shù)字化3步驟抽樣、量化和編碼抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)量化信號(hào)t011011011100100100100編碼信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字化的步驟數(shù)字化3步驟抽樣、量化和編碼抽樣信號(hào)抽樣49抽樣定理恢復(fù)原信號(hào)的條件是 即抽樣頻率fs應(yīng)不小于fH的兩倍。這一最低抽樣速率2fH稱為奈奎斯特速率。與此相應(yīng)的最小抽樣時(shí)間間隔稱為奈奎斯特間隔。抽樣定理恢復(fù)原信號(hào)的條件是5013折線法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(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。這種特性很容易用數(shù)字電路來近似實(shí)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13折線法13折線壓縮特性－A律的近似51通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)52（優(yōu)選）通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)（優(yōu)選）通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)53第1章知識(shí)點(diǎn)通信系統(tǒng)的基本模型模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別信息量數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性第1章知識(shí)點(diǎn)通信系統(tǒng)的基本模型54通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)的一般模型信源發(fā)送設(shè)備信宿噪聲信道接收設(shè)備發(fā)端收端把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)對(duì)原始信號(hào)完成某種變換，使之適合在信道中傳輸信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃峁┝诵旁磁c信宿之間在電氣上的聯(lián)系。分為有線信道和無線信道兩大類把接收到的信號(hào)反變換，轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息MODEMMODEMTerminalPSTNHost55通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)的一般模型信源發(fā)送設(shè)備信模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值連續(xù)，例如麥克風(fēng)輸出電壓數(shù)字信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)56模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型5信息熵定義 設(shè)一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)，即 且有 則x1,x2,x3,…,xM所包含的信息量分別為

于是，每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵57信息熵定義 設(shè)一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符最大信息熵不同的離散信息源可能有不同的熵值。信息源的最大熵發(fā)生在每一符號(hào)等概率出現(xiàn)時(shí)即

P(xi)＝l/n，

i＝l，2，…，n，最大熵值等于58最大信息熵不同的離散信息源可能有不同的熵值。7信息量某信息源的符號(hào)集由A、B、C、D和E組成，設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16；信息源以1000B速率傳送信息。（1）求傳送1小時(shí)的信息量；（2）求傳送1小時(shí)可能達(dá)到的最大信息量。信息量某信息源的符號(hào)集由A、B、C、D和E組成，設(shè)每一符號(hào)獨(dú)59數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)有效性用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。碼元（符號(hào)）傳輸速率RB定義為單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡(jiǎn)記為B。 式中T－碼元的持續(xù)時(shí)間（秒）信息傳輸速率Rb定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡(jiǎn)記為b/s，或bps60數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)9數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性碼元速率和信息速率的關(guān)系 或 對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)M=2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。 對(duì)于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制（M=8）中，若碼元速率為1200B，則信息速率為3600b/s。61數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性碼元速率和信息速率的關(guān)系10若提高信噪比S/N，則信道容量Ct也提高。若降低傳碼率，則系統(tǒng)的頻帶利用率將相應(yīng)降低。離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。2通信系統(tǒng)的一般模型若輸入數(shù)據(jù)以RB=1/Ts波特的速率進(jìn)行傳輸，則在抽樣時(shí)刻上不存在碼間串?dāng)_。隔去直流后即可得到原信號(hào)m(t)。若S/N保持不變，但增加帶寬B，則Ct也增加，但增加的幅度很小，這因帶寬增加的同時(shí)，噪聲功率也隨之增加。基本鍵控方式振幅鍵控、頻移鍵控、相移鍵控因此，若設(shè)信道的傳輸特性為G(ω)，接收濾波器的傳輸特性為GR(ω)，則接收濾波器輸出信號(hào)r(t)可表示P(xi)＝l/n，i＝l，2，…，n，每秒傳送的(30幀)信息量=對(duì)于雙極性信號(hào)g1(t)=g2(t)=g(t)，且概率P=1/2時(shí)，則沒有離散分量(fmfs)。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性頻帶利用率定義為單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率，即 或可靠性常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率誤信率，又稱誤比特率 在二進(jìn)制中有62若提高信噪比S/N，則信道容量Ct也提高。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效第2、3章知識(shí)點(diǎn)能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義廣義平穩(wěn)與嚴(yán)平穩(wěn)的關(guān)系高斯隨機(jī)過程高斯白噪聲第2、3章知識(shí)點(diǎn)能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義63數(shù)字信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平等概出現(xiàn)。數(shù)字調(diào)制技術(shù)有兩種方法其中，fN－奈奎斯特帶寬，能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義信息容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?。因?yàn)?，若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時(shí)間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時(shí)間間隔有關(guān)，而與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，則它的n維分布也與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，故它也是嚴(yán)平穩(wěn)的。A律表示式是一條平滑曲線，用電子線路很難準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。由高斯過程的定義式可以看出,高斯過程的n維分布只依賴各個(gè)隨機(jī)變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。若信息速率R≤Ｃt，則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差（任意小的差錯(cuò)率）傳輸。因k(t)隨t變，故信道稱為時(shí)變信道。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性能量信號(hào)和功率信號(hào)的定義信號(hào)分成兩類：能量信號(hào)：能量等于一個(gè)有限正值，但平均功率為0.功率信號(hào)：平均功率是一個(gè)有限值，但能量為無限大。數(shù)字信號(hào)代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)64振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵控把同時(shí)滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。不同的離散信息源可能有不同的熵值。適用條件AM信號(hào)，且要求|m(t)|maxA0，為了解決理想低通特性存在的問題，可以使理想低通濾波器特性的邊沿緩慢下降，這稱為“滾降”。理想低通傳輸函數(shù)的頻帶利用率為2Baud/Hz。如果隨機(jī)過程(t)的任意n維（n=1,2,.－信道輸入端信號(hào)電壓；

把同時(shí)滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。顯然，嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過程必定是廣義平穩(wěn)的，反之不一定成立。 在通信系統(tǒng)中所遇到的信號(hào)及噪聲，大多數(shù)可視為平穩(wěn)的隨機(jī)過程。因此，研究平穩(wěn)隨機(jī)過程有著很大的實(shí)際意義。廣義平穩(wěn)與嚴(yán)平穩(wěn)的關(guān)系65振幅鍵控 頻移鍵控 相移鍵高斯隨機(jī)過程3.3高斯隨機(jī)過程（正態(tài)隨機(jī)過程）定義高斯過程(正態(tài)隨機(jī)過程)通信領(lǐng)域中最重要的一種過程，大多數(shù)噪聲都是高斯型的。如果隨機(jī)過程(t)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，n維正態(tài)概率密度函數(shù)表示式為 式中為什么要研究高斯過程66高斯隨機(jī)過程3.3高斯隨機(jī)過程（正態(tài)隨機(jī)過程）為什么要高斯隨機(jī)過程性質(zhì)重要性質(zhì)由高斯過程的定義式可以看出,高斯過程的n維分布只依賴各個(gè)隨機(jī)變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。因此，對(duì)于高斯過程，只需要研究它的數(shù)字特征就可以了。廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴(yán)平穩(wěn)的。因?yàn)?，若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時(shí)間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時(shí)間間隔有關(guān)，而與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，則它的n維分布也與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān)，故它也是嚴(yán)平穩(wěn)的。所以，高斯過程若是廣義平穩(wěn)的，則也嚴(yán)平穩(wěn)。67高斯隨機(jī)過程性質(zhì)重要性質(zhì)16白噪聲定義白噪聲n(t)定義功率譜密度在所有頻率上均為常數(shù)的噪聲，即 －雙邊功率譜密度 或 －單邊功率譜密度 式中n0－正常數(shù)白噪聲的自相關(guān)函數(shù)對(duì)雙邊功率譜密度取傅里葉反變換，得到相關(guān)函數(shù)68白噪聲定義17白噪聲的功率 由于白噪聲的帶寬無限，其平均功率為無窮大，即 或因此，真正“白”的噪聲是不存在的，它只是構(gòu)造的一種理想化的噪聲形式。實(shí)際中，只要噪聲的功率譜均勻分布的頻率范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通信系統(tǒng)的工作頻帶，我們就可以把它視為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布，則稱之為高斯白噪聲。高斯白噪聲在任意兩個(gè)不同時(shí)刻上的隨機(jī)變量之間，不僅是互不相關(guān)的，而且還是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。高斯白噪聲定義69白噪聲的功率高斯白噪聲定義18第4章知識(shí)點(diǎn)信道的數(shù)學(xué)模型信道容量與香農(nóng)公式第4章知識(shí)點(diǎn)信道的數(shù)學(xué)模型70信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道模型式中 －信道輸入端信號(hào)電壓； －信道輸出端的信號(hào)電壓； －噪聲電壓。通常假設(shè)這時(shí)上式變?yōu)? －信道數(shù)學(xué)模型f[ei(t)]e0(t)ei(t)n(t)圖調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型71信道數(shù)學(xué)模型調(diào)制信道模型f[ei(t)]e0(t)ei(t信道數(shù)學(xué)模型說明因k(t)隨t變，故信道稱為時(shí)變信道。因k(t)與ei(t)相乘，故稱其為乘性干擾。因k(t)作隨機(jī)變化，故又稱信道為隨參信道。若k(t)變化很慢或很小，則稱信道為恒參信道。乘性干擾特點(diǎn)當(dāng)沒有信號(hào)時(shí)，沒有乘性干擾。72信道數(shù)學(xué)模型說明21信道容量信息容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾省１硎拘诺赖臉O限傳輸能力從信息論觀點(diǎn)，各種信道分二大類：離散信道——編碼信道（其模型用轉(zhuǎn)移概率表示）連續(xù)信道——調(diào)制信道（其模型用時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)表示）1.離散信道容量編碼信道是一種離散信道，可以用離散信道的信道容量來表征。73信道容量信息容量是指信道能夠傳輸?shù)淖畲笃骄畔⑺俾?。表示信?4香農(nóng)公式

對(duì)于帶寬有限、平均功率有限的高斯白噪聲連續(xù)信道，可證，其信道容量為如果白噪聲單邊功率譜密度為n0(w/Hz)，則N＝n0B(w)，故B為帶寬(Hz)，S為信號(hào)平均功率(w)，N為噪聲功率(w)。Ct的單位為b/s。上式是信息論中具有重要意義的香農(nóng)（shannon）公式

23香農(nóng)公式對(duì)于帶寬有限、平均功率有限的高斯白噪聲連7475關(guān)于信道容量公式的幾個(gè)重要結(jié)論：若提高信噪比S/N，則信道容量Ct也提高。若n0→0，則Ct→∞，意味著無干擾信道容量為無窮大。若S/N保持不變，但增加帶寬B，則Ct也增加，但增加的幅度很小，這因帶寬增加的同時(shí)，噪聲功率也隨之增加。當(dāng)Ｂ→∞時(shí)，由洛必塔法可求出Ct＝1.44S/n0，即帶寬趨于無限時(shí)，信道容量仍保持有限值。S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)24關(guān)于信道容量公式的幾個(gè)重要結(jié)論：S/n0S/n0BCt175764.

若信息速率R≤Ｃt，則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差（任意小的差錯(cuò)率）傳輸。若R>Ct，則不可能實(shí)現(xiàn)無誤傳輸。若R=Ct

，則稱為理想通信系統(tǒng)。例題：計(jì)算電視中視頻圖像信號(hào)傳輸?shù)膸?。設(shè)每幀電視圖像有300000（30萬(wàn)）個(gè)像素組成，每個(gè)像素用10個(gè)亮度電平表示。254.若信息速率R≤Ｃt，則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差（任意小7677假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平等概出現(xiàn)。每秒發(fā)送30幀圖像，要求信噪比S/N=1000(即30dB)，計(jì)算傳播信號(hào)所需要的最小帶寬。解：每個(gè)像素的信息量=每幀圖像信息量=每秒傳送的(30幀)信息量=為了傳輸29.9Mb的電視圖像，信道容量必須Ct≥29.9Mb/s26假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平等概出現(xiàn)。每秒發(fā)送307778已知：圖像通信系統(tǒng)的帶寬約需要3MHz27已知：圖像通信系統(tǒng)的帶寬約需要3MHz78第5章知識(shí)點(diǎn)基本概念調(diào)制與解調(diào)原理調(diào)制與解調(diào)性能比較門限效應(yīng)第5章知識(shí)點(diǎn)基本概念79模擬調(diào)制的基本概念調(diào)制的實(shí)質(zhì)是頻譜搬移，其作用和目的是：將調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)囊颜{(diào)信號(hào)（頻帶信號(hào)）,提高無線通信時(shí)的天線輻射效率；實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率；減少干擾，提高系統(tǒng)抗干擾能力；實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。模擬調(diào)制的基本概念調(diào)制的實(shí)質(zhì)是頻譜搬移，其作用和目的是：80非線性調(diào)制卡森公式窄帶調(diào)頻的帶寬大調(diào)頻指數(shù)情況，帶寬由最大頻偏決定調(diào)頻信號(hào)的帶寬：設(shè)fm是調(diào)制信號(hào)的最高頻率，mf是最大頻偏

f與fm之比。非線性調(diào)制卡森公式窄帶調(diào)頻的帶寬大調(diào)頻指數(shù)情況，帶寬由最大頻81相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)相干解調(diào)器的一般模型相干解調(diào)器原理接收端必須提供與接收的已調(diào)載波嚴(yán)格同步（同頻同相）的本地載波（稱為相干載波），它與接收的已調(diào)信號(hào)相乘后，經(jīng)低通濾波器取出低頻分量，即可得到原始的基帶調(diào)制信號(hào)。82相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)31相干解調(diào)與包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波適用條件AM信號(hào)，且要求|m(t)|maxA0，包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu) 通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。例如，檢波器的輸出為 隔去直流后即可得到原信號(hào)m(t)。83相干解調(diào)與包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波32門限效應(yīng)此時(shí)，E(t)中沒有單獨(dú)的信號(hào)項(xiàng)，有用信號(hào)m(t)被噪聲擾亂，只能看作是噪聲。這時(shí)，輸出信噪比不是按比例地隨著輸入信噪比下降，而是急劇惡化，通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器的門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)的輸入信噪比稱為門限值。84門限效應(yīng)33調(diào)制方式信號(hào)帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用DSB2中等較少應(yīng)用SSB1復(fù)雜短波無線電廣播，話音頻分多路VSB略大于近似SSB近似SSB復(fù)雜商用電視廣播AM2/3簡(jiǎn)單中短波無線電廣播FM中等超短波小功率電臺(tái)(窄帶FM)，微波中繼，調(diào)頻立體聲廣播(寬帶FM)各種模擬調(diào)制方式的性能-5調(diào)制方式信號(hào)帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用DSB2中等較少應(yīng)85第6章知識(shí)點(diǎn)常用碼型直流分量，定時(shí)分量誤碼率與判決電平的關(guān)系碼間串?dāng)_第6章知識(shí)點(diǎn)常用碼型直流分量，定時(shí)分量86單極性碼單極性波形特點(diǎn)電脈沖之間無間隔，極性單一，易于用TTL、CMOS電路產(chǎn)生；缺點(diǎn)有直流分量，要求傳輸線路具有直流傳輸能力，因而不適應(yīng)有交流耦合的遠(yuǎn)距離傳輸，只適用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部或極近距離的傳輸。單極性碼單極性波形87直流分量和定時(shí)分量二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列的功率譜Ps(f)可能包含連續(xù)譜（第一項(xiàng)）和離散譜（第二項(xiàng)）。連續(xù)譜總是存在的，這是因?yàn)榇頂?shù)據(jù)信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f)≠G2(f)。譜的形狀取決于g1(t)和g2(t)的頻譜以及出現(xiàn)的概率P。離散譜是否存在，取決于g1(t)和g2(t)的波形及其出現(xiàn)的概率P。對(duì)于雙極性信號(hào)g1(t)=g2(t)=g(t)，且概率P=1/2時(shí)，則沒有離散分量(fmfs)。根據(jù)離散譜可以確定隨機(jī)序列是否有直流分量和定時(shí)分量。直流分量和定時(shí)分量二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列的功率譜Ps(f)可能包88碼間串?dāng)_的條件信號(hào)s(t)通過信道時(shí)會(huì)產(chǎn)生波形畸變，同時(shí)還要疊加噪聲。因此，若設(shè)信道的傳輸特性為G(ω)，接收濾波器的傳輸特性為GR(ω)，則接收濾波器輸出信號(hào)r(t)可表示r(t)被送入識(shí)別電路，假定識(shí)別電路是一個(gè)抽樣判決電路，則對(duì)信號(hào)抽樣的時(shí)刻一般在(kTs+t0)，其中，k是相應(yīng)的第k個(gè)時(shí)刻，t0是可能的時(shí)偏?；謴?fù)信息碼間干擾隨機(jī)干擾