高級(jí)通信原理第1章緒論(于秀蘭)課件

高級(jí)通信原理課程類型：學(xué)位課學(xué)時(shí)數(shù)：

48學(xué)時(shí)先修課程：通信原理、信號(hào)與系統(tǒng)、概率論與隨機(jī)過(guò)程參考教材：1）通信系統(tǒng)（第4版）SimonHaykin,電子工業(yè)出版社。2）周炯磐，《通信原理》（第3版），北京郵電大學(xué)出版社，2008。3）JohnG.Proakis，“Digitalcommunications”，4thEdition，電子工業(yè)出版社，2001。4）Bernard

Sklar，“Digitalcommunications-Fundamentals

and

Applications”，2thEdition，電子工業(yè)出版社，2001第1章緒論第1章主要內(nèi)容一、什么是通信？二、主要通信資源三、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成部分四、通信信道五、數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)淖罴呀邮樟⑼ㄐ畔到y(tǒng)的性能指標(biāo)七、香農(nóng)信道容量八、數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)九、課程的主要內(nèi)容一、什么是通信?通信的任務(wù)是傳遞消息。消息的本質(zhì)和價(jià)值取決于它所包含的信息量，即對(duì)接收者的不確定性定義獨(dú)立消息xi的信息量:信號(hào)是消息的承載者。最簡(jiǎn)單的消息是二擇一的消息(二元消息)，它所對(duì)應(yīng)的信號(hào)稱為二元數(shù)字信號(hào)。廣義數(shù)字信號(hào)：時(shí)間離散、狀態(tài)數(shù)有限的波形。數(shù)字通信：利用數(shù)字信號(hào)(包括其變換形式)傳遞消息的通信方式。二、主要通信資源發(fā)送功率：發(fā)送信號(hào)的平均功率。信道帶寬：為傳輸信號(hào)分配的頻帶。在大部分通信信道中，一個(gè)資源可能比另一個(gè)更重要，因此可以將信道分為帶寬受限信道。功率受限信道。電話線路是一個(gè)典型的帶寬受限信道；空間通信鏈路和衛(wèi)星通信信道則是功率受限信道。三、通信系統(tǒng)的組成模型信源：產(chǎn)生消息信號(hào)。比如語(yǔ)音、音樂(lè)、圖像、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。發(fā)送機(jī)：將信源產(chǎn)生的消息符號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合信道傳送的形式。接收機(jī)：對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，將其再現(xiàn)為可被用戶識(shí)別的原始消息信號(hào)的形式。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本模型信源編碼：分為無(wú)失真編碼和限失真編碼。作用：把信源發(fā)出的消息變換成二進(jìn)制碼元組成的代碼組；壓縮信源的冗余度，提高通信系統(tǒng)傳輸消息的有效性。無(wú)失真信源編碼：假設(shè)信源輸出S1、S2、S3、S4四種符號(hào)，出現(xiàn)概率分別為1/2，1/4，1/8，1/8，如何編碼可以使得有效性得以提高？信道編碼：添加監(jiān)督碼元，使之具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力，提高傳輸消息的可靠性。信道編碼：例如：晴：00雨：01陰：10雪：11問(wèn)題：如果碼元出錯(cuò)無(wú)法檢測(cè)，如何檢測(cè)一個(gè)錯(cuò)碼？調(diào)制：1)基帶調(diào)制2)頻帶調(diào)制等效低通分析信號(hào)的矢量分析調(diào)制符號(hào)速率和信息速率的關(guān)系：波形設(shè)計(jì)的原則有利于提高接收的可靠性有利于充分利用信道資源基帶or頻帶？M狀態(tài)符號(hào)(Symbol)采用的波形：四、通信信道傳輸?shù)目煽啃院陀行远既Q于信道，實(shí)際信道都是非理想信道。影響傳輸?shù)男诺廊毕?impairment)主要是：傳遞函數(shù)H()不理想而帶來(lái)的傳輸信號(hào)的線性失真，帶來(lái)相鄰符號(hào)間的干擾ISI(Inter-symbol-interference)由信道引入的噪聲是造成接收機(jī)判決失誤的主要原因。信道噪聲基本特點(diǎn)是存在隨機(jī)噪聲。為分析的方便，認(rèn)為噪聲是從信道集中引入的。當(dāng)信道的噪聲和其他用戶的干擾與期望信號(hào)占有相同的頻帶時(shí)，可以通過(guò)發(fā)送信號(hào)和接收機(jī)解調(diào)器的適當(dāng)設(shè)計(jì)來(lái)使影響最小。加性高斯白噪聲AWGN(AdditiveWhiteGaussianNoise)以相加的形式疊加于傳輸信號(hào)占據(jù)無(wú)窮帶寬，且雙邊功率譜處處為常量N0/2(W/Hz)瞬時(shí)值分布密度是高斯函數(shù)信道需要考慮的因素衰減時(shí)延多徑傳播帶寬受限功率受限常見(jiàn)信道的數(shù)學(xué)模型因?yàn)閤i是離散的有限取值,與si的對(duì)應(yīng)是固定的唯一的，是發(fā)、收雙方事先約定的。即si(t)是確知的(known)(注意，不是確定的determinant)，接收端只是不知道觀察時(shí)間[0,T]內(nèi)，發(fā)送端發(fā)出的是哪一個(gè)波形。五、數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)淖罴呀邮赵赱0,T]內(nèi)并不知道發(fā)送端發(fā)出的是哪一個(gè)消息xi，唯一得到的是一段波形由于si(t)被z(t)掩蓋不能直接作出逆映射接收機(jī)的根本任務(wù)：對(duì)r(t)進(jìn)行處理，按一定的標(biāo)準(zhǔn)(判決準(zhǔn)則)，判定[0,T]內(nèi)發(fā)送端發(fā)出的是哪一個(gè)消息xi，這一過(guò)程稱為判決(decision)。在數(shù)字通信中，接收機(jī)的主要功能不是單純的解調(diào)，而在于作出“判決”，這是與模擬通信最大的不同。判決方法不是唯一的。研究數(shù)字通信系統(tǒng)理論的目的：在信道給定的條件下，設(shè)計(jì)傳輸信號(hào)的形式(確知波形)，并選擇最好的判決方法，使傳輸?shù)男畔⒂凶畲蟮目煽啃院捅M可能高的有效性。由于傳輸信道不理想，接收信號(hào)r(t)不可能是發(fā)送波形si(t)的精確再現(xiàn)。設(shè)計(jì)接收機(jī)應(yīng)當(dāng)使這種錯(cuò)誤極小化，這稱為接收機(jī)的優(yōu)化。 信號(hào)的矢量空間分析判決準(zhǔn)則最佳接收機(jī)的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)六、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)可靠性：誤比特率、誤符號(hào)率有效性：頻帶利用率

通信系統(tǒng)的基本矛盾：可靠性與有效性可靠性——發(fā)送消息在接收端的準(zhǔn)確還原。有效性——信道資源的充分利用（時(shí)域、頻域）。形成這種矛盾的根本原因：信道不理想帶寬、時(shí)間受限噪聲和干擾研究通信系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)在一定可靠性要求下，如何盡可能去提高系統(tǒng)的有效性在一定的有效性要求下，如何最大限度的提高可靠性基本可靠性指標(biāo)：誤信息率誤符號(hào)率性能曲線基本有效性指標(biāo)：頻帶利用率表征系統(tǒng)每赫茲帶寬在單位時(shí)間內(nèi)平均能傳輸?shù)男畔⒘?b/s/Hz)，代表系統(tǒng)信道資源的利用程度。類似地，亦可用符號(hào)速率率計(jì)算頻帶利用率七、香農(nóng)信息容量帶限信號(hào)：要求信息頻帶利用率較高；MASK、MPSK、MQAM；例如電話信道。功限信號(hào)：同樣的誤碼率，要求比特信噪比低；正交MFSK、雙正交信號(hào)；例如衛(wèi)星通信。好的系統(tǒng)(給定的誤碼率)給定的比特信噪比，更高的頻帶利用率；給定的頻帶利用率，更低的比特信噪比；八、數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟：歸一化信噪比和誤比特率的關(guān)系；帶限信號(hào)和功限信號(hào)；考慮數(shù)字調(diào)制考慮信道編碼數(shù)據(jù)比特速率、信道比特速率和符號(hào)速率的關(guān)系；調(diào)制和編碼的均衡九、本課程的主要內(nèi)容

采用信號(hào)空間和等效低通分析方法，根據(jù)最佳接收準(zhǔn)則，討論在AWGN信道以及帶限AWGN信道下的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)淖罴呀邮諉?wèn)題，進(jìn)而討論數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容信號(hào)空間和等效低通分析AWGN信道中的數(shù)字傳輸通過(guò)帶限AWGN信道的數(shù)字傳輸無(wú)線鏈路預(yù)算數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程章節(jié)安排第1章緒論第2章隨機(jī)信號(hào)分析

第3章數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸?shù)?章信號(hào)的分析第5章數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸?shù)?章無(wú)線鏈路的預(yù)算分析第7章調(diào)制和編碼的權(quán)衡第8章擴(kuò)頻通信第9章無(wú)線信道主要知識(shí)點(diǎn)信號(hào)功率譜的計(jì)算（頻帶利用率）基帶頻帶等效低通分析用N維信號(hào)空間表示M個(gè)信號(hào)波形信號(hào)的能量、信號(hào)點(diǎn)間的歐氏距離常用調(diào)制信號(hào)的矢量表示方法AWGN信道中的最佳接收機(jī)解調(diào)器（相關(guān)器和匹配濾波器）的結(jié)構(gòu)MF的性質(zhì)MAP準(zhǔn)則，ML準(zhǔn)則，最小距離準(zhǔn)則誤符號(hào)率和誤比特率的計(jì)算QAM