南邮光盘内容-电子版第二讲

1第九章

模拟信号的数字传输

1.

正确理解低通信号和带通信号的抽样定理。

2.

掌握

PAM调制解调原理，了解

PDM和

PPM的调制原理。

3.

正确理解模拟信号的量化原理和量化噪声的概念，掌握均匀量化的基本方法及其特点。

4.

掌握

PCM的基本原理，熟悉

A律

13折线的编解码过程，了解μ律

PCM。建立时分复用的概念，了解

PCM30/32路的帧结构，传码率及其与信道带宽的关系，掌握系统抗噪声性能的分析方法，了解

DPCM的基本原理。

5.

掌握ΔM的基本原理，理解简单

ΔM的两种量化噪声的产生机理，掌握系统抗噪声性能的分析方法。6.

比较

PCM和

ΔM系统的抗噪声性能。

2第十章

数字信号的最佳接收

1.

掌握高斯噪声下最佳接收准则。

2.

掌握二进制确知信号最佳接收机的结构。

3.

掌握二进制确知信号最佳形式及抗噪声性能分析方法。

4.

理解匹配滤波器与相关器之间的关系。

掌握匹配滤波器的传输函数和冲激响应的求解方法。

5.

了解理想信道下基带系统的最佳设计。第十一章

差错控制编码

1.

了解纠错编码的基本方法。

2.

了解线性分组码的基本原理。3第十二章

正交编码与伪随机序列

1.

掌握正交编码和伪随机序列的基本概念。

2.

了解正交编码和伪随机序列在数字通信中的应用。

第十三章

同步原理

1.

掌握载波同步，位同步，群同步的基本原理及方法。

2.

了解同步系统的主要性能指标。第十四章

通信网

在学习《通信系统原理》之前，我们首先要将相关基础工具类知识回顾、温习，这样可以使我们在后期的强化学习中流畅自如。本“基础班”主要是将学习《通信系统原理》的必须掌握的前期知识准备进行一个梳理，具体的有“通信系统原理的绪论”、“通信系统原理的数学基础----随机分析”、“通信系统原理的信道噪声分析”三个方面，希望大家在将这3个方面的基础问题解决后能够逐渐地进入学习《通信系统原理》的状态，也希望大家在基本班上将上述问题解决掉，这样大家在看后边章节的时候就不至于感觉困扰，也会更好地理解后边的相关章节。第一章通信系统原理的绪论第二章通信系统原理的数学基础----随机分析第三章通信系统原理的信道噪声分析本章节包括6个知识点，通信的基本概念、通信系统的组成、通信系统的分类、通信系统的工作方式、信息度量、性能指标，这些都是必须掌握的基础知识点。本章的知识点结构框架如下图所示。第一章通信系统原理绪论第一章知识点框架图【知识点1】通信系统的基本概念通信：指信息或消息的传输与交换。即利用电波，光波等信号来传送文字、语言、图象、数据等。消息：有待于传输的语言、图像、文字、数据等。前者为连续消息，后者为离散消息，均具有不确定性。信息：消息中所包含的人们原来不知而待知的内容，即有意义的内容，是通信系统的传输对象。不同形式的消息可以包含相同的信息。信号：与消息(信息)相对应的电量，是消息(信息)的物质载体。通信的根本目的是传输代表消息(信息)的信号，即研究信号的传输问题。通信系统：实现信息传递所需的一切设备和传输媒介的总和。第一章通信系统原理绪论【知识点2】通信系统的组成（1）基本模型

点对点通信系统的一般模型如图7-1-2所示，由发送端(信源和发送设备)、信道和接收端(接收设备和信宿)二部分组成。第一章通信系统原理绪论通信系统的一般模型信源：消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称为消息信号或基带信号。信源分为模拟信源和数字信源。【附】几个概念之间的关系发送设备：又称为发信机，其作用是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。其变换主要包括调制和编码。编码包括信源编码和信道编码。

第一章通信系统原理绪论信道：又称为传输媒介是传输信号的通道，即传输信号的物理媒质。分为无线和有线两类。

噪声源：信道中自身存在的噪声和分散在通信系统各处噪声的集中表示，影响通信质量。接收设备：又称为收信机，其作用是完成发送设备的反变换，即解调和解码等，其主要任务是从带有干扰的接收信号中准确恢复出相应的原始基带信号。信宿：传输信息的归宿点，其作用是将复原后的原始信号转换成相应的消息。第一章通信系统原理绪论（2）模拟通信系统

信源发出的消息分为两大类：一类是连续消息，另一类是离散消息。连续消息是指消息的状态连续变化或不可数的，如语音、图像等。离散消息则是指消息的状态是可数的或者离散的，如符号、数据等。

消息的传递是通过其物质载体----电信号来实现的。即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频率和相位；脉冲波的幅度、宽度和位置）。消息和电信号之间是一一对应关系，否则在接收端就无法恢复。

按信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号和数字信号两大类，相应地将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。第一章通信系统原理绪论

语言、音乐、电视(目前的电视)都是连续的信源，产生连续信号，直接传输连续信号的通信系统是模拟通信系统。其传输框图如图7-1-3所示。系统要进行两种变换：将连续消息变换成原始电信号；将原始电信号变换成适合信道传输的信号，即调制。

调制的作用：①、适应信道的要求(比如无线射频)；②、复用；③、改变信噪比。第一章通信系统原理绪论模拟通信系统组成框图调制器：使信号与信道相匹配，便于频分复用等。发滤波器：滤除调制器输出的无用信号。收滤波器：滤除信号频带以外的噪声，一般设n(t)为高斯白噪声，ni(t)为窄带白噪声第一章通信系统原理绪论(3)数字通信系统

数字信源(如计算机)或模拟信号数字化后的传输的是数字信号。其传输框图如图7-1-4所示第一章通信系统原理绪论数字通信系统框图信源编码与译码目的：设法减少码元数目和降低码元速率，即数据压缩提高信息传输的有效性；完成模/数转换。信道编码与译码目的：对传输的信息码元按一定规则加入监督码元，组成“抗干扰编码”，增强抗干扰能力。加密与解密目的：保证所传信息的安全数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致第一章通信系统原理绪论15

调制作用与模拟调制类似。

但数字调制又有新特点，数字通信主要有以下五大好处：通信质量好。可以通过编码进行。现代数字信号处理。可加密、安全。可综合各种消息，使通信功能增强。

正因为如此，模拟信号也往往先数字化，采用数字通信传输。但是虽然有这么些有点，数字通信仍存在很多缺点：需要较大的传输带宽对同步要求高第一章通信系统原理绪论16【知识点3】通信系统的分类（1）按照消息的物理特征(即通信的业务内容)分类

狭义上分为电报通信，电话通信，数据通信和图象通信等；广义上分为遥测遥控和遥感等。（2）按照调制方式分类

分为基带传输和频带传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送;频带传输是对各种信号调制后传输的总称。基带信号是指未经调制的信号，也称为低通信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始。频带信号是经调制后的信号，也称为己调信号和带通信号。（3）按照信号特征分类

分为模拟通信和数字通信。第一章通信系统原理绪论17（4）按照传输媒介分类

分为有线通信和无线通信。有线通信是用导线(如架空明线、同轴电缆、光纤等)作为传输媒介完成通信，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等；无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。（5）按照工作波段分类

不同频率的电磁波具有不同的传输特点，按照设备的工作频率可以分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、远红外线通信等等。（6）按照信号复用方式分类

分为频分复用，简称FDM；时分复用，简称TDM；时分复用，简称CDM；波分复用，简称WDM。第一章通信系统原理绪论18【知识点4】通信系统的工作方式（1）按照消息传递的方向与时间关系分类

分为单工传输方式、半双工传输方式和全双工传输方式三种。其示意图如图7-1-5所示。第一章通信系统原理绪论19

单工通信:消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道。如广播、遥测、遥控、无线寻呼等。

半双工通信:通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发。如使用同一载频的对讲机等。

全双工通信:通信双方可以同时进行收发消息的工作方式。一般情况下全双工通信的信道必须是双向信道。如普通电话、乎机等。第一章通信系统原理绪论20（2）按照数字信号排列顺序分类

分为并行传输和串行传输，如图7-1-6所示。第一章通信系统原理绪论21

并行传输：将代表信息的数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。优点是节省传输时间，但需传输信道多，设备复杂，成本高，故较少采用。

串行传输：数字序列以串行方式一个接一个在一条信道上传输。（3）按照同步方式分类

分为同步通信和异步通信。（4）按照通信网络形式分类

分为点对点通信(如专线通信)，点对多点通信(如广播)、电视等)和多点对多点通信(如电话等)。第一章通信系统原理绪论22第一章通信系统原理绪论【知识点5】信息度量（1）信息量的计算

设离散消息二发生的概率为

，则其携带的信息量为当对数底数

时，信息量的单位为比特(bit)；当

时，信息量的单位为奈特(nit)；当

时，信息量的单位为哈特莱(hartley)。（2）离散信源平均信息量的计算平均信息量是指信源中每个符号所含信息量的统计平均值。统计独立的N个符号离散信息源的平均信息量为23第一章通信系统原理绪论由于H同热力学中熵的形式一样，因此也把信源输出消息的平均信息量称为信源的熵，单位为bit/符号。熵值越大越好。当每个符号等概出现，且符号出现为统计独立时，该信源的熵最大，为

此即最大熵定理。【知识点6】性能指标

有效性和可靠性是通信系统的主要指标，前者是指消息传输的速度问题，后者是指消息传输的质量问题。（1）模拟通信系统性能指标

模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。24第一章通信系统原理绪论（2）数字通信系统性能指标

数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量。可靠性可用差错率来衡量。传输速率一般分为码元传输速率、信息传输速率和频带利用率。差错率一般分为误码率和误信率。

码元传输速率

：简称传码率，又称为符号速率、波形速率、信号速率、码元速率、数码率和码率等。定义为每秒钟传输码元的数目，单位是波特(Baud)，记作B（B不能小写)。

数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度T有关，即

。

信息传输速率

：简称传信率或比特率等。定义为每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒，记作bit/s，b/s，bps。

由于信息量与进制数有关，因此信息传输速率也与进制数有关。25第一章通信系统原理绪论

频带利用率：在比较不同通信系统的有效性时，不能只考虑其传输速率，还应考虑其所占带宽，故频带利用率是衡量有效性的重要指标。频带利用率定义为单位频带内的传输速率，即

二者的关系为：

。码元传输速率与信息传输速率的关系：在二进制中，码元传输速率

和信息传输速率

在数值上相等，只是单位不同。在多进制中，

和

数值和单位均不同，其换算关系为：

。如码元传输速率为1200B，采用八进制（M=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制(M=2)时，信息速率为1200b/s。这说明为提高有效率，可以采用多进制传输。26第一章通信系统原理绪论

在保证系统信息传输速率不变的情况下，多进制码元传输速率与二进制码元传输速率的转换关系为

。

在保证系统码元传输速率不变的情况下，多进制信息传输速率与二进制信息传输速率的转换关系为

。

误码率

：又称为码元差错率，是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即

误信率

：又称为信息差错率或误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，即是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。也可以说，发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，故又称为误比特率，即

在二进制中，

；N进制时与译码方式有关，一般

。27第一章通信系统原理绪论

越大，有效性越好，但带来的问题是数字信号占用的带宽越大，同时抗噪声性能也越差，也就是误码率越大；越小，通信的可靠性越高。【例题1-1】已知等概独立的二进制数字信号的信息速率为2400bit/s。(1)求此信号的码速率和码元宽度；

(2)将此信号变为四进制信号，求此四进制信号的码速率、码元宽度和信息速率。分析:直接简单应用【知识点6】相关知识作答，本章相关的计算题也完全围绕在这个知识点上。28第一章通信系统原理绪论解：(1)(2)易错点：注意区分信息速率和码元速率，以及不能把单位代错。29【例1-2】设一信息源的输出由128个不同符号组成。其