《2022年通信原理重点知识总结 2.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年通信原理重点知识总结 2.pdf（29页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第一章绪论1、通信的目的：传递消息中所包含的信息 。2、信息：是消息中包含的有效内容3、模拟信号信号的参量取值是连续（不可数、无穷多）的（抽样信号未量化仍为模拟信号）数字信号信号的参量取值是可数的有限的4、按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和 数字通信系统 ；按照传输媒介、通信系统可分为有线通信系统 和无线通信系统5、模拟消息原始电信号（ 基带信号 ） ；基带信号已调制信号（ 带通信号 ）6、数字通信系统模型信息源信源编码信道译码信道编码信 道数字调制加密数字解调解密信源译码受信者噪声源信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性完成模/ 数转换信道编码与译码
2、目的：增强抗干扰能力，提高可靠性基本的数字调控方式有振幅键控（ ASK ） 、频移键控 (FSK) 、绝对相移键控(PSK)、相对（差分）相移键控(DPSK) 按同步的公用不同，分为载波同步、位同步、群（帧）同步、网同步7、数字通信的特点优点抗干扰能力强，且噪声不积累传输差错可控便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。（便于将来自不同信源的信号综合到一起传输）易于集成，使通信设备微型化，重量轻易于加密处理，且保密性好缺点：需要较大的传输带宽对同步要求高8、按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统按传输媒介分类：有线通信系统和无
3、线通信系统频分复用 是用频谱搬移的方法是不同信号占据不同的频率范围；时分复用 是用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间区间；码分复用 是用正交的脉冲序列分别携带不同的信号。9、单工、半双工和全双工通信单工通信 ：消息只能单方向传输的工作方式半双工通信 ：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式全双工通信 ：通信双方可同时进行收发消息的工作方精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 29 页10、信息及其度量)(log)(1logxPxPIaaP（x）表示信息发生的概率，I 表信息中所含的信息量上式中对数的底：若 a =
4、2 ，信息量的单位称为比特(bit) ，可简记为b若 a = e，信息量的单位称为奈特(nat)，若 a = 10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) 。通常广泛使用的单位为比特，这时有221loglog( )( )IP xP x【例 1】设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字“0” 或“ 1” ，则信源每个输出的信息含量为)b(12log2/11log)1 ()0(22II在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1 比特。若有 M 个等概率波形（P = 1/M ） ，且每一个波形的出现是独立的，则传送M 进制波形之一的信息量为)b(log/11log1log222MMPI若 M 是
5、2 的整幂次，即M = 2k，则有2log 2( )kIkb当 M = 4 时，即 4 进制波形， I = 2 比特，当 M = 8 时，即 8 进制波形， I = 3 比特。【例 2】对于 非等概率 情况设：一个离散信源是由M 个符号组成的集合，其中每个符号xi (i = 1, 2, 3, , M)按一定的概率 P(xi)独立出现，即1212,MMxxxP xP xP xLL，且有1()1MiiP x则 x1 , x2, x3, , xM 所包含的信息量分别为21222log()log()log()MP xP xP xL， ，于是，每个符号所含平均信息量为121222221( )() log
6、()() log()() log()()g( )(/(1.4 6)MMMiiiH xP xP xP xP xP xP xP x loP xL比特 符号）由于 H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵【例 3】 一离散信源由 “0” ， “1” ， “2” ， “3” 四个符号组成， 它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4 ， 1/8 ， 且 每 个 符 号 的 出 现 都 是 独 立 的 。 试 求 某 消 息2010201302130 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 29 页012032101003210
7、10023102002010312032100120210的信息量。【解】此消息中， “0” 出现 23 次， “1” 出现 14 次， “2” 出现 13 次， “3” 出现 7 次，共有 57 个符号，故该消息的信息量)b(1088log74log134log143/8log232222I每个符号的算术平均信息量为符号）比特符号数/(89.157108II若用熵的概念来计算：符号）（比特 /906.181log8141log4141log4183log832222H则该消息的信息量)b(64.108906.157I以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处理方法不同。前一种按算数平均的方法
8、，结果可能存在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而减小。当消息序列较长时，用熵的概念计算更为方便。11、通信系统主要性能指标通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性 ：指传输一定信息量时所占用的信道资源 （频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。可靠性 ：指接收信息的准确程度 ，也就是传输的“质量”问题。12、模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带 来度量。可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。13、数字通信系统有效性：用 传输速率和频带利用率来衡量。（1）码元传输速率RB：定义为单位时间 （每秒） 传送码元的数目，单位为波特 （Baud） ，简记为 B。)B(1TRB
9、式中 T 码元的持续时间（秒）（2）信息传输速率Rb：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为b/s ，或 bps 。 （简称传信率、比特率）码元速率和信息速率的关系)b/s(log2MRRBb或)B(log2MRRbB对于二进制数字信号：M = 2，码元速率和信息速率在数量上相等。对于多进制， 例如在八进制 （M = 8） 中，若码元速率为1200 B， ， 则信息速率为3600 b/s。（3）频带利用率：定义为单位带宽（1 赫兹）内的传输速率，即精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 29 页)B/H
10、z(BRB或Hz)b/(sBRbb可靠性：用 差错率 来衡量，差错率常用误码率 和误信率 表示。（1）误码率Pe 传输总码元数错误码元数eP（2）误信率 （又称误比特率）传输总比特数错误比特数bP在二进制中有ebPP第二章确知信号1、确知信号 ：是指其取值在任何时间都是确定的可预知的信号2、确知信号的类型按照周期性： 周期信号非周期信号按照能量是否有限：能量信号功率信号若信号 s（ t）的能量等于一个有限正直，且平均功率为零，则称s（t）为能量有限信号，简称能量信号 ，其特征： 信号的振幅和持续时间均有限，非周期性。若信号 s （t）的平均功率等于一个有限正值，且能量为无穷大，则称 s（t）为
11、功率有限信号，简称 功率信号 ，其特征： 信号的持续时间无限。第三章随机过程1、通信系统中常见的热噪声近似为白噪声，且热噪声的取值恰好服从高斯分布。2、白噪声n (t) 定义：功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声，即2)(0nfPn)(f 双边功率谱密度或0)(nfPn)(0f 单边功率谱密度式中n0 正常数第四章信道1、按照媒质的不同，信道可以分为两大类：无线信道 和有线信道。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 29 页2、根据难距离、频率和位置的不同，电磁波的传播主要分为地波、天波（电离层反射波）和视线传播三种。视线传播
12、：频率 30 MHz 距离 : 和天线高度有关224.1 3850DDhr式中， D 收发天线间距离(km)。例 若要求 D = 50 km ，则由式 (4.1-3) 2225050m85050DDhr3、多径效应 ：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。多径传播对信号的影响称为多径效应。4、信号包络因传播有了起伏的现象成为衰落 ；多径效应引起的衰落成为快衰落 ，由季节天气引起的衰落成为慢衰落。5、衰落和频率相关，称其为频率选择性衰落，将（1/ ） HZ称为次两条路径的相关带宽。6、为使信号基本不受多径传播的影响，要求信号的带宽小于多径信
13、道的相关带宽（1/m ） 。7、连续信道容量(1)可以证明2log1( / )tSCBb sN式中Ct 信道的容量S 信号平均功率（W） ；N 噪声功率（ W） ；B 带宽（ Hz） 。设噪声单边功率谱密度为n0，则 N = n0B；故上式可以改写成：20log1( / )tSCBb sn B由上式可见，连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S 及噪声功率谱密度n0三个因素有关。(2)当 S或 N， S/N, Ct当 S，或 n0 0 时 S/N，Ct。B,Ct但是，当B 时， Ct将趋向何值？令： x = S / n0B，上式可以改写为：1/022000log1log1xtBnSSSCxn
14、Sn Bn精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 29 页利用关系式1/0limln(1)1xxx22logloglnaea上式变为1/220000limlimlog (1)log1.44xtBxSSSCxennn上式表明，当给定S / n0时，若带宽B 趋于无穷大，信道容量不会趋于无限大，而只是 S / n0 的 1.44倍。这是因为当带宽B 增大时，噪声功率也随之增大。（3）Ct和带宽 B 的关系曲线：20log1( / )tSCBb sn B上式还可以改写成如下形式：222000/log1log1log1bbbtETESC
15、BBBn Bn Bn式中Eb每比特能量；Tb = 1/B 每比特持续时间。上式表明， 为了得到给定的信道容量Ct，可以增大带宽B以换取 Eb的减小；另一方面，在接收功率受限的情况下，由于Eb = STb ，可以增大Tb 以减小 S来保持 Eb 和 Ct 不变。【例 4.6.2】已知黑白电视图像信号每帧有30 万个像素；每个像素有8 个亮度电平；各电平独立地以等概率出现；图像每秒发送25 帧。若要求接收图像信噪比达到30dB，试求所需传输带宽。【解】因为每个像素独立地以等概率取8 个亮度电平，故每个像素的信息量为Ip = -log2(1/ 8) = 3 (b/pix) (4.6-18) 并且每帧
16、图像的信息量为IF = 300,000 3 = 900,000 (b/F) (4.6-19) 因为每秒传输25 帧图像，所以要求传输速率为Rb = 900,000 25 = 22,500,000 = 22.5 106 (b/s) (4.6-20) 信道的容量Ct必须不小于此Rb值。将上述数值代入式：2log1/tCBS N得到22.5 106 = B log2 (1 + 1000) 9.97 B最后得出所需带宽B = (22.5 106) / 9.97 2.26 (MHz) 第 5 章 模拟调制系统1 基本概念调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义调制 分为 基带调制 和带通
17、调制（也称载波调制）。狭义调制 仅指带通调制。在无线通信和其他大多数场合，调制一词均指载波调制。调制信号 指来自信源的基带信号载波调制 用调制信号去控制载波的参数的过程，使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 29 页载波 未受调制的周期性振荡信号，它可以是正弦波，也可以是非正弦波。已调信号 载波受调制后称为已调信号。解调（检波） 调制的逆过程，其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。2、调制的目的提高无线通信时的天线辐射效率。把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的
18、多路复用，提高信道利用率。扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。3、调制方式模拟调制数字调制常见的模拟调制幅度调制：调幅、双边带、单边带和残留边带角度调制：频率调制、相位调制在频谱结构上，幅度调制的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制通常又称为线性调制。调幅时域表达式00( )( )coscos( )cosAMcccstAm ttAtm tt双边带调制时域表达式ttmtscDSBcos)()(单边带调制时域表达式ttAttAtscmmcmmSSBsinsin21coscos21)(式中， “”表
19、示上边带信号，“+” 表示下边带信号。希尔伯特变换：上式中Am sinmt 可以看作是Am cosmt 相移/2 的结果。把这一相移过程称为 希尔伯特变换，记为“ ”，则有tAtAmmmmsinso?c这样，上式可以改写为$11( )coscoscossin22SSBmmcmmcstAttAttm把上式推广到一般情况，则得到ttmttmtsccSSBsin)(?21cos)(21)(残留边带滤波器的特性：H()在c处必须具有 互补对称（奇对称）特性 , 相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。相干解调器原理：为了无失真地恢复原基带信号，接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同
20、步（同频同相）的本地载波（称为相干载波 ） ，它与接收的已调信号相乘后，经低通滤波器取出低频分量，即可得到原始的基带调制信号。小信噪比时的门限效应当(Si /Ni)低于一定数值时，解调器的输出信噪比(So /No)急剧恶化，这种现象称为调频信号解调的 门限效应。门限值 出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值，记为(Si /Ni) b。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 29 页4 非线性调制（角度调制）原理角度调制与幅度调制不同的是，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同
21、的新的频率成分，故又称为非线性调制。与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能；代价是角度调制占用比幅度调制信号更宽的带宽。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 29 页 5 、 去加重 就是在解调器输出端接一个传输特性随频率增加而滚降的线性网络Hd (f) ，将调制频率高频端的噪声衰减，使总的噪声功率减小。但是，由于去加重网络的加入，在有效地减弱输出噪声的同时，必将使传输信号产生频率失真。因此，
22、 必须在调制器前加入一个预加重 网络 Hp(f) ，人为地提升调制信号的高频分量，以抵消去加重网络的影响。显然，为了使传输信号不失真，应该有1()()pdHfHf这是保证输出信号不变的必要条件。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 29 页6、各种模拟调制系统的比较调制方式传输带宽oo/SN设备复杂程度主要应用AM 2fmoo0AM13imSSNn f简单中短波无线电广播DSB 2fmoo0DSBimSSNn f中等应用较少SSB fmoo0SSBimSSNn f复杂短波无线电广播、 话音频分复用、 载波通信、 数据传输VS
23、B 略大于 fm近似 SSB 复杂电视广播、数据传输FM 2(1)fmmf2oo0FM32ifmSSmNn f中等超短波小功率电台 （窄带FM） ； 调频立体声广播等高质量通信（宽带FM ）特点与应用AM ：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。DSB 调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM 相同，但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信。SSB 调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM ， 而带宽只有AM 的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB 常用于频分多路复用系统中。VSB 调制：抗噪声性能和频
24、带利用率与SSB 相当。在电视广播、数传等系统中得到了广泛应用。FM ： FM 的抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低，存在门限效应。7、频分复用（ FDM ）:频分复用是一种按频率来划分停产的利用方式。在FDM 中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段（子通道），每路信号占据其中的一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带（防护频带）进行分隔，以防止信号重叠。第六章数字基带传输系统数字基带信号 未经调制的数字信号，它所占据的频谱是从零频或很低频率开始的。数字基带传输系统不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统，常用于传输距离不太远的情况下。数字带通传输系统
25、包括调制和解调过程的传输系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 29 页几种基本的基带信号波形单极性波形 ：该波形的特点是电脉冲之间无间隔，极性单一，易于用TTL 、CMOS 电路产生；缺点是有直流分量，要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输，只适用于计算机内部或极近距离的传输。双极性波形 ：当“1” 和“0” 等概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且在接收端恢复信号的判决电平为零值，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强。单极性归零 (RZ) 波形 ：信号电压在一个码元终止时刻前总要
26、回到零电平。通常，归零波形使用半占空码，即占空比为50%。从单极性RZ 波形可以直接提取定时信息。与归零波形相对应，上面的单极性波形和双极性波形属于非归零(NRZ)波形，其占空比等于100。双极性归零波形：兼有双极性和归零波形的特点。使得接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步。差分波形 ：用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码，图中， 以电平跳变表示“ 1” ，以电平不变表示“0” 。它也称相对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响。多电平波形（了解）：可以提高频带利用率。图中给出了一个四电平波形2B1Q。几种常用的传输码型AMI 码：传号交替反转码编码规则：将消息码
27、的“1”(传号 )交替地变换为“+1” 和“ -1” ，而“ 0”( 空号)保持不变。例：消息码：0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 AMI 码：0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 1 +1 0 0 1 +1 AMI 码对应的波形是具有正、负、零三种电平的脉冲序列。AMI 码的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况；如果它是AMI-RZ波形， 接收后只要全波整流，就可变为单极性RZ 波形，从中可以提取位定时分量精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第
28、12 页，共 29 页AMI 码的缺点：当原信码出现长连“0” 串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。解决连“0” 码问题的有效方法之一是采用HDB码。HDB3 码：3 阶高密度双极性码它是 AMI 码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI 码的优点而克服其缺点，使连“0” 个数不超过3 个。编码规则：（1）检查消息码中“0” 的个数。当连“0” 数目小于等于3 时， HDB3码与AMI 码一样， +1 与-1 交替；（2）连“ 0” 数目超过3 时，将每4 个连“ 0” 化作一小节，定义为B00V ，称为破坏节，其中V 称为破坏脉冲，而B 称为调节脉冲；（3）V 与前一个相邻
29、的非“0” 脉冲的极性相同(这破坏了极性交替的规则，所以 V 称为破坏脉冲)，并且要求相邻的V 码之间极性必须交替。V 的取值为+1 或-1. （4）B 的取值可选0、+1 或-1，以使 V 同时满足（ 3）中的两个要求；（5）V 码后面的传号码极性也要交替。例：消息码：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 AMI 码：-1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 +1 HDB 码：-1 0 0 0 V +1 0 0 0 +V -1 +1-B 0 0 V +B 0 0 +V -1 +1 其中的V
30、脉冲和B 脉冲与1 脉冲波形相同，用V 或 B 符号表示的目的是为了示意该非“0” 码是由原信码的“0” 变换而来的。HDB3 码的译码：HDB3码的编码虽然比较复杂，但译码却比较简单。从上述编码规则看出，每一个破坏脉冲V 总是与前一非“0” 脉冲同极性 (包括 B 在内 )。这就是说，从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，于是也断定V 符号及其前面的 3 个符号必是连“0” 符号，从而恢复4 个连“ 0” 码，再将所有 -1 变成+1 后便得到原消息代码。双相码：又称曼彻斯特（ Manchester ）码用一个周期的正负对称方波表示“0” ，而用其反相波形表示“1” 。“ 0”码用“ 0
31、1” 两位码表示，“1” 码用“ 10 ”两位码表示例：消息码：1 1 0 0 1 0 1 双相码：10 10 01 01 10 01 10 优缺点：双相码波形是一种双极性NRZ 波形，只有极性相反的两个电平。它在每个码元间隔的中心点都存在电平跳变，所以含有丰富的位定时信息，且没有直流分量，编码过程也简单。缺点是占用带宽加倍，使频带利用率降低。密勒码：又称延迟调制码编码规则：“ 1”码用码元中心点出现跃变来表示，即用“10” 或“ 01” 表示。“ 0”码有两种情况：单个 “ 0”时，在码元持续时间内不出现电平跃变，且与相邻码元的边界处也不跃变，连“0”时，在两个“0” 码的边界处出现电平跃变
32、，即00 ” 与“11” 交替。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 29 页例：图 (a)是双相码的波形；图 (b）为密勒码的波形；若两个“1” 码中间有一个“0” 码时，密勒码流中出现最大宽度为2Ts的波形，即两个码元周期。这一性质可用来进行宏观检错。用双相码的下降沿去触发双稳电路， 即可输出密勒码。CMI 码：CMI 码是传号反转码的简称。编码规则：“1” 码交替用“ 1 1” 和“0 0” 两位码表示； “0” 码固定地用“ 01”表示。波形图举例：如下图(c) CMI 码易于实现，含有丰富的定时信息。此外，由于10
33、为禁用码组，不会出现3个以上的连码， 这个规律可用来宏观检错。数字基带信号传输系统的组成基本结构信道信号形成器 （发送滤波器） ：压缩输入信号频带，把传输码变换成适宜于信道传输的基带信号波形。信道：信道的传输特性一般不满足无失真传输条件，因此会引起传输波形的失真。另外信道还会引入噪声n(t)，并假设它是均值为零的高斯白噪声。接收滤波器：它用来接收信号，滤除信道噪声和其他干扰，对信道特性进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决。抽样判决器：对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。同步提取：用同步提取电路从接收信号中提取定时脉冲码间串扰两种误码原因：?码间串扰?信道加性噪声码间串
34、扰原因：系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 29 页码元的判决造成干扰。码间串扰严重时，会造成错误判决。6.4.2 无码间串扰的条件时域条件如上所述， 只要基带传输系统的冲激响应波形h(t)仅在本码元的抽样时刻上有最大值，并在其他码元的抽样时刻上均为0，则可消除码间串扰。也就是说，若对h(t)在时刻 t = kTs（这里假设信道和接收滤波器所造成的延迟t0 = 0）抽样，则应有下式成立为其他整数kkkThs,
35、00, 1)(上式称为无码间串扰的时域条件。也就是说， 若 h(t)的抽样值除了在t = 0 时不为零外，在其他所有抽样点上均为零，就不存在码间串扰。由理想低通特性还可以看出，对于带宽为B=1/ 2 (Hz)ST的理想低通传输特性：若输入数据以RB = 1/Ts 波特的速率进行传输，则在抽样时刻上不存在码间串扰。若以高于1/Ts波特的码元速率传送时，将存在码间串扰。通常将此带宽B 称为 奈奎斯特带宽，将 RB 称为 奈奎斯特速率。此基带系统所能提供的最高频带利用率为/2(B/Hz)BRB极限传输速率2fN，极限频带利用率（2Baud/HZ）眼图眼图可以定性反映码间串扰的大小和噪声的大小，眼图还
36、可以用来指示接收滤波品器的调整，以减小码间串扰，改善系统性能。同时，通过眼图我们还可以获得有关传输性能的许多信息。最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻；定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率。斜率越大，对位定时误差越敏感；图的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度；图中央的横轴位置对应于判决门限电平；抽样时刻上， 上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限,若噪声瞬时值超过它就可能发生错判；图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范围，即过零点畸变， 它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大影响。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳
37、总结 - - - - - - -第 15 页，共 29 页最佳抽样时刻对定时误差的灵敏度噪声容限抽样失真过零点失真判决门限电平第 7 章数字带通传输系统数字信号的传输方式分为基带传输 和带通传输 。数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。数字调制技术有两种方法：利用模拟调制的方法去实现数字式调制；通过开关键控载波，通常称为键控法 。基本键控方式：振幅键控 (ASK)、频移键控 (FSK) 、相移键控 (PSK)要求会画2ASK 2PSK波形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
38、- - - -第 16 页，共 29 页2ASK信号解调方法非相干解调 ( 包络检波法 ) 相干解调 ( 同步检测法 ) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 29 页波形图中，假设相干载波的基准相位与2PSK信号的调制载波的基准相位一致（通常默认为0 相位）。但是，由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着的相位模糊，即恢复的本地载波与所需的相干载波可能同相，也可能反相， 这种相位关系的不确定性将会造成解调出的数字基带信号与发送的数字基带信号正好相反，即“1”变为“ 0” ， “ 0”变为“ 1” ，判决器输出数字信号全部出
39、错。这种现象称为2PSK 方式的 “倒”现象或“反相工作”。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 29 页对同一解调方式，采用相干解调方式的误码率低于非相干解调方式。在抗加行高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好， 2FSK次之， 2ASK最差精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 29 页例 7.2.2 采用 2FSK 方式在等效带宽为2400Hz 的传输信道上传输二进制数字。2FSK 信号的频率分别为f1 = 980 Hz，f2 = 1580 Hz，码元速
40、率RB = 300 B。接收端输入 （即信道输出端）的信噪比为6dB。试求：（1）2FSK 信号的带宽；（2）包络检波法解调时系统的误码率；（3）同步检测法解调时系统的误码率。【解】 （1）根据式 (7.1-22)，该 2FSK 信号的带宽为2FSK21215809802 3001200HzsBfff（2）由于误码率取决于带通滤波器输出端的信噪比。由于FSK 接收系统中上、下支路带通滤波器的带宽近似为22600HzsBBfR它仅是信道等效带宽（2400Hz）的 1/4，故噪声功率也减小了1/4，因而带通滤波器输出端的信噪比比输入信噪比提高了4倍。 又由于接收端输入信噪比为6dB，即 4 倍，故
41、带通滤波器输出端的信噪比应为4416r将此信噪比值代入误码率公式，可得包络检波法解调时系统的误码率284111.7 1022rePee（3）同理可得同步检测法解调时系统的误码率85211e3.39 10232rePer例 7.2.3 假设采用2DPSK 方式在微波线路上传送二进制数字信息。已知码元速率RB = 106B，信道中加性高斯白噪声的单边功率谱密度n0 = 2 10-10 W/Hz 。今要求误码率不大于10-4。试求(1)采用差分相干解调时，接收机输入端所需的信号功率；(2)采用相干解调-码反变换时，接收机输入端所需的信号功率。【解】 (1)接收端带通滤波器的带宽为622 10 HzB
42、BR其输出的噪声功率为2106402 102 104 10Wnn B所以， 2DPSK 采用差分相干接收的误码率为41102rePe求解可得8.52r又因为22/ 2nra所以，接收机输入端所需的信号功率为22438.528.524 103.4 10W2na（2）对于相干解调-码反变换的2DPSK 系统，21()eePPerfr根据题意有410eP精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 29 页因而41()10erfr即4()1 100.9999erfr查误差函数表，可得2.75r7.56r由 r = a2 / 2n2，可得接
43、收机输入端所需的信号功率为22437.567.564 103.02 10W2na多进制相移键控(MPSK) 在右图中示出当k = 3 时，k取值的一例。图中示出当发送信号的相位为1 = 0 时，能够正确接收的相位范围在/8 内。对于多进制PSK 信号，不能简单地采用一个相干载波进行相干解调。例如，若用cos2 f0t 作为相干载波时，因为cosk = cos(2-k)，使解调存在模糊。这时需要用两个正交的相干载波解调。正交相移键控 (QPSK) 4PSK 常称为正交相移键控(QPSK) 格雷 (Gray)码4PSK 信号每个码元含有2 比特的信息，现用ab 代表这两个比特。两个比特有4 种组合
44、，即00、01、 10 和 11。它们和相位k之间的关系通常都按格雷码的规律安排，如下表所示。QPSK 信号的编码QPSK 信号矢量图（ A 方式图 7-35，B 方式图 7-39）格雷码的好处在于相邻相位所代表的两个比特只有一位不同。由于因相位误差造成错判至相邻相位上的概率最大，故这样编 码 使 之 仅造 成 一 个 比特 误 码 的 概率最大。多 位 格 雷 码的编码方法：格 雷 码 又 称 反 射码。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 29 页第 9 章模拟信号的数字传输1、数字化3 步骤： 抽样、量化、编码2、抽样
45、定理： 设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率 fH ，则以间隔时间为T 1/2fH的周期性冲激脉冲对它抽样时，m(t)将被这些抽样值所完全确定。带通模拟信号的抽样定理设带通模拟信号的频带限制在fL和 fH之间，如图所示。即其频谱最低频率大于fL，最高频率小于fH，信号带宽B = fHfL。可以证明，此带通模拟信号所需最小抽样频率fs等于2 (1)skfBn式中， B信号带宽；n 商(fH / B)的整数部分， n =1，2，；k 商(fH / B)的小数部分，0 k 1。当 fL = 0时， fs 2B，就是低通模拟信号的抽样情况；当fL 很大时， fs 趋近于2B。 fL很大意味着这个信号
46、是一个窄带信号。许多无线电信号，例如在无线电接收机的高频和中频系统中的信号，都是这种窄带信号。所以对于这种信号抽样，无论fH是否为B 的整数倍，在理论上，都可以近似地将fs取为略大于2B。均匀量化器对于小输入信号很不利，为改善小信号时的信号量噪比，常采用非均匀量化，非均匀量化不能改善大信号比较 13折线特性和 15 折线特性的第一段斜率可知， 15 折线特性第一段的斜率（255/8）大约是 13折线特性第一段斜率（ 16）的两倍。所以， 15 折线特性给出的小信号的信号量噪比约是13 折线特性的两倍。但是，对于大信号而言，15 折线特性给出的信号量噪比要比13 折线特性时稍差。这可以从对数压缩
47、式看出，在 A律中 A值等于 87.6 ； 但是在律中，相当 A值等于 94.18 。A 值越大，在大电压段曲线的斜率越小，即信号量噪比越差。我国用 13 折线。（必会 ） 【例 P256】设输入电话信号抽样值的归一化动态范围在-1 至+1 之间，将此动态范围划分为4096 个量化单位，即将1/2048 作为 1 个量化单位。当输入抽样值为+1270 个量化单位时，试用逐次比较法编码将其按照13 折线 A 律特性编码。【解】设编出的8 位码组用c1c2c3c4c5c6c7c8表示，则：1) 确定极性码c1：因为输入抽样值+1270 为正极性，所以c1 = 1。2) 确定段落码c2c3c4：由段
48、落码编码规则表可见，c2值决定于信号抽样值大于还是小于 128，即此时的权值电流Iw128。现在输入抽样值等于1270，故 c2 1。在确定 c21 后， c3决定于信号抽样值大于还是小于512，即此时的权值电流Iw512。因此判定c31。同理， 在 c2c311 的条件下，决定c4的权值电流Iw1024。将其和抽样值1270 比较后，得到 c41。这样，就求出了c2c3c4111，并且得知抽样值位于第8 段落内。3) 确定段内码c5c6c7 c8：段内码是按量化间隔均匀编码的，每一段落均被均匀地划分为16个量化间隔。但是，因为各个段落的斜率和长度不等，故不同段落的量化间隔是不同的。对于第 8
49、 段落，其量化间隔示于下图中。由编码规则表可见，决定c5等于“ 1” 还是等于“ 0” 的权值电流值在量化间隔7 和 8 之间，即有Iw = 1536 。现在信号抽样值Is = 1270 ，所以 c5=0。同理，决定c6值的权值电流值在量化间隔3 和 4 之间，故 Iw = 1280 ，因此仍有Is Iw，所以 c7=1。最后，决定c8值的权值电流Iw = 1216，仍有 Is Iw，所以 c8=1。这样编码得到的8 位码组为 c1c2c3c4c5c6c7c811110011，它表示的量化值应该在第8 段落的第 3 间隔中间，即等于(1280-1216)/2 = 1248 （量化单位） 。将此
50、量化值和信号抽样值相比，得知量化误差等于1270 1248 = 22（量化单位） 。顺便指出，除极性码外， 若用自然二进制码表示此折叠二进制码所代表的量化值（1248） ，则需要 11 位二进制数（ 10011100000） 。信源编码，减少码元数目，提高有效性信道编码，增加冗余度，提高可靠性准同步数字体系 (PDH) ITU 提出的两个建议：E 体系 我国大陆、欧洲及国际间连接采用T 体系 北美、日本和其他少数国家和地区采用E 体系的速率：基本层 (E-1)：30 路 PCM 数字电话信号， 每路 PCM 信号的比特率为64 kb/s。由于需要加入群同步码元和信令码元等额外开销(overhe