通信原理期末复习.pdf

通信系统 的组成 模拟通信系统 信息源调制器 信道解调器 受信者 (基带信号) 噪声源 数字通信系统 信息源 信源编码信道编码调制器 信道解调器 信道译码 信源解码 受信者 去冗余 可靠性 有效性 (对模拟信号 进行编码) 纠/检错编码 可靠性 有效性 (高质量的通信 系统要有这部 分) 噪声源 模拟通信系统 模拟基带传输系统 模拟调制传输系统 数字通信系统 数字基带传输系统 数字调制传输系统 通信系统 的分类 按消息的物理特征分类电报、电话、数据、图像 按调制方式分类 连续波调制 线性调制常规幅度调制 AM 单边带调制 SSB 双边带调制 DSB 残留边带调制 VSB 非线性调制 频率调制 FM 相位调制 PM 数字调制振幅调制 ASK 频移键控 FSK 相移键控 PSK, DPSK 其他高效数字调制 QAM, MSK 脉冲调制 脉冲模拟调制 脉幅调制 PAM 脉宽调制 PDM 脉位调制 PPM 脉冲数字调制 脉码调制 PCM 增量调制 DM (M) 差分脉码调制 DPCM 按信号特征分类模拟通信系统 数字通信系统 按传输媒介分类有线 无线 Ch.1 INTRO. Sunday, June 17, 20189:47 PM COMMUNICATION THEORY Page 1 按信号复用方式分类频分复用 FDM 时分复用 TDM 码分复用 CDM 通信方式 点对点通信 单工通信 半双工通信 全双工通信 TDD FDD 点对面通信广播、电视 网络中用户间的通信 计算机网、电话交换网络 数字通信中按照数字信号排列的顺序分类 串行传输 并行传输 信息及其 度量 消息出现的概率越小, 则消息中包含的信息量越大. 必然事件传递的信息量是 0, 不可能事件传递的信息量是 . 信息量 I = ? ? ?(?) 若 a=2, 则单位为比特(bit); 若 a=e, 则单位为奈特(nit); 若 a=10, 则单位为十进制单位. 如果信息以 M 个状态等概率出现, 则I=log2M . 每个符号所包含信息量 的统计平均 H = (? )?(?) ? ? (比特/符号) 算术平均 = ? 符号数 误差随符号数的增加而减小. 性能指标 有效性可靠性 模拟通信系统 ? 有效传输带宽 数字通信系统 传输速率 ? 频带利用率 传输速率 ?= ?log? 码元速率 ?(Baud, B)单位时间传输的码元数 信息速率 ?(b/s)单位时间传输的信息量 频带利用率 = ? ? (Baud/Hz)= ? ? (bs-1/Hz) ? 差错率 差错率 误码率?= 错误码元 传输的码元总数 误比特率 ? = 错误比特数 传输总比特数 在传输二进制码时, 有?= ? COMMUNICATION THEORY Page 2 分 类 狭义信道 发射端和接收端之间传输媒质的总称 有线信道 无线信道 广义信道 还包括有关的变换装置 调制信道 编码信道 编码信道 编码器输出 调制信道 调制器 发转换器 媒质 收转换器 解调器 译码器输入 调 制 信 道 ?() = ?() + () Si(t): 输入的已调信号; So(t): 信道总输出波形; n(t): 加性噪声 (或称加性干扰); f(): 乘性干扰. 可记作 k(t)si(t). 有一对(或多对) 输入端 和一对(或多对) 输出端.1. 绝大多数的信道都是线性的, 满足叠加原理. 2. 信号通过信道有一定的时延时间, 而且它还会造成(固定的或时变的)损耗. 3. 即使没有信号输入, 在输出端仍有一定的功率输出(噪声). 4. 恒参信道 k(t) 基本不随时间变化 明线: 传输损耗低, 但易受气候和天气的影响; 对称电缆: 传输特性比较稳定, 但损耗较大; 同轴电缆: 由于有接地外导体的屏蔽作用, 外界噪声很少进入内部; 光纤信道: 损耗低, 频带宽, 线径细, 可弯曲半径小, 不怕腐蚀, 节省有色金属, 不受电磁干扰. 无线电视距中继信道是指工作频率在超短波和微波波段时, 电磁波基本上沿视线传播, 通信距离依靠中继方式延伸的无线电线 路. 相邻中继站间距离 4050 km. 主要用于长途干线、移动通信网 及某些数据收集系统中. 特点：传输容量大、发射功率小、通信稳定可靠、节省有色金属。 无线电视距中继信道: 卫星中继信道：传输距离远、覆盖地域广、传播稳定可靠、传输容量大。 随参信道 对信号的衰耗随时间变化； 传输的时延随时间而变； 多径传播。 k(t) 是随机快速变化的 随参信道举例 电离层：距离地面 60600 km 的大气层； 信号经电离层一次反射的最大传输距离约为 4000 km； 信号在短波电离层反射信道中传输时，存在多径传播现象。 优点：要求功率比较小、终端设备的成本较低、传播距离远、受地形限制较小、不易受到人为破坏。 短波电离层反射信道： 是一种超视距的传播信道； 一跳的传播距离约为 100500 km； 对流层散射信道： 随参信道对无 线电信号的影 响（3 类） 自由空间的路径损失； 阴影衰落（慢衰落）； 多径衰落（快衰落）。 选择性衰落包括 时间选择性衰落、频率选择性衰落 和 空间选择性衰落。 分集接收 1）分散接收（分集技术） 各个分集方式互不排斥，可以组合使用 时间分集 空间分集 频率分集 角度分集 极化分集 2）合并输出（集中技术）选择式集中（性能最差） 合并式集中 等增益相加式（性能中等） 最大比值相加式（性能最好） 编 码 信 道 编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换. 信道转移概率: 完全由编码信道的特性决定. 正确转移概率P(0/0) P(1/1) 错误转移概率 P(0/1): 发送 1, 收到 0, P(0/1)=1-P(1/1) P(1/0): 发送 0, 收到 1, P(1/0)=1-P(0/0) Ch.2 CHANNEL Tuesday, June 19, 20186:52 PM COMMUNICATION THEORY Page 3 加 性 噪 声 来源分类人为噪声1. 自然噪声2. 内部噪声3. 特征分类 一种连续波的干扰，可视为一个已调正弦波； 占有极窄的带宽，但在频率轴的位置可以实测； 并不是在所有通信系统中都存在。 单频噪声1. 在时间上无规则的突发的短促噪声； 脉冲幅度大，持续时间短，相邻脉冲之间往往有较大的安静时段。 脉冲噪声2. 以热噪声、散弹噪声、宇宙噪声 为代表； 无论在时域内还是在频域内总是普遍存在并且不可避免的。 热噪声由自由电子的布朗运动引起 电流方向随机，平均值为零，热噪声指交流成分； 服从高斯分布。 散弹噪声由真空电子管和半导体器件中电子发射的不均匀性引起； 形成的电流不是固定不变的，而是在一个平均值上起伏变化； 宇宙噪声最强的来自银河系的中部； 其强度与季节、频率等因素有关； 服从高斯分布； 工作频率低于 300 MHz 时要考虑它的影响。 起伏噪声（影响通信质量的主要因素之一）3. COMMUNICATION THEORY Page 4 幅 度 调 制 调制信号（待调信号） () 载波信号 () = cos(? + ?) 已调信号 ?() = ()() = ()(? + ?) () 的频谱为 ()，则 ?()的频谱为 ?() = ? ? ?( ?) + ( + ? )? DSB（抑制载波双边带）调制 H(w) 为全通网络，m(t) 无直流成分； AM（完全调幅）调制 H(w) 为全通网络，m(t) 有直流成分； SSB（单边带）调制 H(w) 是截止频率为?的高通或低通滤波器； VSB（残留边带）调制 H(w) 为特定的互补特性滤波器。 DSB-SC载波不携带任何信息，信息完全由边带传送。 不能用包络解调还原信号； 在零点两侧高频载波反向。 AM 已调信号频谱与基带信号频谱在形状上完全一致，只是位置进行了搬移； 在载频 wc 处有冲激函数，说明频谱中有载波成分； 在 wc 两侧有两个边带，说明已调信号的带宽是基带信号的最高频率 fH 的 2 倍。 SSB 与 DSB 相比，只传输一侧边带。 占用频带变窄。 VSB 介于双边带与单边带之间； 克服了DSB占用频带宽的缺点，又解决了SSB要求滤波器截止特性比较陡峭的难题。 抗噪 声性 能 解调器输出信噪比 ? ? = ? ?(?)? ? ?(?)? 调制制度增益 = ? ? ? ? DSB 调制 G=2，SSB 调制 G=1. 并不能说明DSB优于SSB 因为 SSB 中 ?()sin?分量被解调器滤除了，而在解调器输入端却是信号功率的组成部分。 门限效应：当包络检波器的输入信噪比降低到一个特定的数值后，检波器输出信噪比出现急剧恶化的一种现象。 这种门限效应是由包络检波器的非线性解调作用所引起的。 性能指标： 频分 多路 复用 载波电话系统 广播电视（由电视塔发射的电视节目称为广播电视） 立体声广播 FDM 频分复用 TDM 时分复用 CDM 码分复用 非线性调制 原理 课本 P51 调频系统的 抗噪声性能 采用预加重/ 去加重技术 改善信噪比 Ch.3 ANALOG MODULATION SYSTEM Tuesday, June 19, 20186:53 PM COMMUNICATION THEORY Page 5 数 字 基 带 信 号 的 码 型 一般地，频谱中不应含有直流分量；1. 码型变换（或叫做码型编译码）过程应与信源的统计特性无关；2. 便于从基带信号中提取定时信息，包括位定时信息和分组同步信息；3. 具有内在的检错能力；4. 尽量减少基带信号频谱中的高频分量；5. 编译码设备应尽量简单。6. 设计原则： 二元 码 单极性：只有高电平和零电平两个电平； 双极性：只有高电平和负点评两个电平 归零：在整个码元期间电平保持不变； 非归零：在整个码元期间高电平只持续一段时间，其余时间内则返回到零电平。 单极性非归零码 NRZ1. 双极性归零码2. 单极性归零码 RZ(L)3. 双极性非归零码被归入三元码 差分码 NRZ(S) “1”“0”分别用电平跳变或不变来表示 4. 存在很强的定时分量； 不存在直流分量； 缺点：频带占用加倍。 数字双相码（曼切斯特码） 用一个周期的方波表示“1”，它的反相表示“0” 5. 定时提取较方便； 不存在直流分量； 具有一定的检错能力。 传号反转码 CMI “1”用交替的“00”和“11”表示； “0”用固定的“01”表示。 6. 密勒码 P667. nBmB码8. 三元 码 三元码并不是将二进数变为三进数，而是某种特定取代，因此又称为准二元码或伪二元码。 双极性归零码1. 传号交替反转码 AMI “0”仍变换为“0”，“1”交替地变换为“+1”“-1”。 2. HDB3 码（三阶高密度双极性码） 1) 先变换为 AMI 码； 2) 检查 AMI 码的连 0 串情况；若出现 4 个及以上的连 0，则将每 4 个连0小段的第 4 个“0”变换成与前一个非零符号极性相同的符号（称为破坏符号，记为 V）； 3) 为了不破坏无直流特性，当相邻 V 符号之间有偶数个非零符号时，则再将该小段的第 1 个“0”变换成 +B 或者 -B，符号极性与前一非零符号相反。 4) 让 B 后面的非零符号从 V 开始交替变化。 3. 代码 1000 01000 01 1 000 01 1 AMI 码 +1000 0 -1000 0 +1-1 000 0 +1-1 HDB3 码+1000+V -1000-V +1-1+B00+V -1+1 PST 码（成对选择三进码） 先将二进制的代码划分成 2 个码元为一组的码组序列，然后把每一码组编码成 2 位三进制数字（+，-，0）； 2 位三进制数字共可组合成 9 中状态，可在其中选择 4 种。 为防止直流漂移，当一个码组中仅含有单个脉冲时，正负模式应交替变换 4. 频 谱 特 性 P68 码 间 P73 Ch.4 DIGITAL BASEBAND TRANSMISSION SYSTEM Tuesday, June 19, 20186:57 PM COMMUNICATION THEORY Page 6 干 扰 无码间干 扰的基带 传输特性 P75 部分响应 基带传输 系统 P80 抗噪 声性 能 眼图 最佳抽样时刻为“眼睛张开最大的时刻”；1. 眼图斜边越陡，对定时误差越灵敏；2. 阴影区的垂直高度表示信号畸变范围；3. 图中央的横轴位置应对应判决门限电平；4. 在抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离的一半为噪声的容限（或称噪声边际），即若噪声瞬时值超过这个容限，则可能发生错误判决。5. 均衡 P91 COMMUNICATION THEORY Page 7 二 进 制 数 字 调 制 2AKS 二进制振幅键控 可以表示为一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘； 若其中一个振幅为0，另一个振幅不为0，称为 OOK； 非相干解调（包络解调法）1. 相干解调2. 解调方法： 出现最早、最简单； 缺点：抗干扰能力差、判决门限不固定。 () = ?( ?) ? 、?() = ()cos? 的功率谱密度曲线： 连续谱取决于二进制码元脉冲g(t) 经线性调制后的双边带谱；a. 离散谱由载波分量决定。b. 2ASK 信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；1. 功率谱曲线为抽样函数 Sa(x) 型。若以第一个零点作为频带宽度，则 2ASK 信号带宽是基带信号带宽的 2 倍，频