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1、现代通信原理现代通信原理总结与复习总结与复习 现代通信涉及到的现代通信涉及到的几大技术几大技术n n信号传输技术（基带、频带）信号传输技术（基带、频带）信号传输技术（基带、频带）信号传输技术（基带、频带）n n调制技术（模拟、数字调制）调制技术（模拟、数字调制）调制技术（模拟、数字调制）调制技术（模拟、数字调制）n n多址与复用技术多址与复用技术多址与复用技术多址与复用技术n n纠错编码技术纠错编码技术纠错编码技术纠错编码技术n n同步技术同步技术同步技术同步技术n n交换技术交换技术交换技术交换技术n n模拟信号数字化模拟信号数字化模拟信号数字化模拟信号数字化n n抗衰落技术抗衰落技术抗衰落
2、技术抗衰落技术n n加密加密加密加密n n滤波技术滤波技术滤波技术滤波技术n n 这些技术确保各这些技术确保各这些技术确保各这些技术确保各种消息信号能有种消息信号能有种消息信号能有种消息信号能有效而牢靠地从发效而牢靠地从发效而牢靠地从发效而牢靠地从发送端传送到接收送端传送到接收送端传送到接收送端传送到接收端端端端!2023/4/32 2各章要点各章要点 第第第第1 1 1 1章章章章 绪论绪论绪论绪论第第第第3 3 3 3章章章章 随机过程随机过程随机过程随机过程第第第第4 4 4 4章章章章 信道信道信道信道第第第第5 5 5 5章章章章 模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统模拟调制系统第第
3、第第6 6 6 6章章章章 数字基带传输系统数字基带传输系统数字基带传输系统数字基带传输系统第第第第7-87-87-87-8章章章章 数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统数字带通传输系统第第第第10101010章章章章 信源编码信源编码信源编码信源编码第第第第9 9 9 9章章章章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收第第第第11111111章章章章 差错限制编码差错限制编码差错限制编码差错限制编码第第第第12 12 12 12 章章章章 正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列第第第第13131313章章
4、章章 同步原理同步原理同步原理同步原理重点的、基本的重点的、基本的重点的、基本的重点的、基本的重要的、理解的重要的、理解的重要的、理解的重要的、理解的2023/4/33 3Chp1绪论绪论n n基本概念基本概念基本概念基本概念n n点对点通信系统模型点对点通信系统模型点对点通信系统模型点对点通信系统模型n n模拟、数字基带、数字频带系统的系统模型模拟、数字基带、数字频带系统的系统模型模拟、数字基带、数字频带系统的系统模型模拟、数字基带、数字频带系统的系统模型n n主要的载波调制方式（主要的载波调制方式（主要的载波调制方式（主要的载波调制方式（AMAMAMAM、FMFMFMFM、PMPMPMPM
5、、ASKASKASKASK、PSKPSKPSKPSK、FSKFSKFSKFSK等）等）等）等）n n主要的脉冲模拟调制方式（主要的脉冲模拟调制方式（主要的脉冲模拟调制方式（主要的脉冲模拟调制方式（PAMPAMPAMPAM、PDMPDMPDMPDM、PPMPPMPPMPPM等）等）等）等）n n通信方式（单工通信方式（单工通信方式（单工通信方式（单工/双工双工双工双工/半双工，串行半双工，串行半双工，串行半双工，串行/并行）并行）并行）并行）n n比特率和波特率的概念和区分比特率和波特率的概念和区分比特率和波特率的概念和区分比特率和波特率的概念和区分n n误码率和误信率的定义、关系和区分误码率和
6、误信率的定义、关系和区分误码率和误信率的定义、关系和区分误码率和误信率的定义、关系和区分n n基本计算基本计算基本计算基本计算n n信息量的计算（信息量的计算（信息量的计算（信息量的计算（I I I I）n n离散系统平均信息量计算（离散系统平均信息量计算（离散系统平均信息量计算（离散系统平均信息量计算（H H H H）n n多进制系统比特率和波特率的计算及换算多进制系统比特率和波特率的计算及换算多进制系统比特率和波特率的计算及换算多进制系统比特率和波特率的计算及换算n n误码率和误信率的计算误码率和误信率的计算误码率和误信率的计算误码率和误信率的计算n n典型习题典型习题典型习题典型习题1.
7、21.21.21.2，1-41-41-41-4，1-61-61-61-6，1-71-71-71-7，1-81-81-81-82023/4/34 4“点点点点”通信系统模型通信系统模型模拟通信系统框图模拟通信系统框图2023/4/35 5数字频带通信系统框图数字频带通信系统框图数字基带通信系统框图数字基带通信系统框图2023/4/36 6n n按消息传递的方向和时间分按消息传递的方向和时间分-双工通信、半双工通信、单工通信双工通信、半双工通信、单工通信双工通信、半双工通信、单工通信双工通信、半双工通信、单工通信n n按数字信号码元排列方法分按数字信号码元排列方法分-串行传输、并行传输串行传输、并
8、行传输串行传输、并行传输串行传输、并行传输通信方式分类通信方式分类2023/4/37 7调制方式分类及用途调制方式分类及用途调制方式调制方式调制方式调制方式用途举例用途举例用途举例用途举例连连连连续续续续波波波波调调调调制制制制模拟模拟模拟模拟调制调制调制调制常规双边带调幅常规双边带调幅(AM)广播广播单边带调制单边带调制(SSB)载波通信、短波无线电通信载波通信、短波无线电通信双边带调制双边带调制(DSB)立体声广播立体声广播残留边带调制残留边带调制(VSB)电视广播、传真电视广播、传真频率调制频率调制(FM)微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播相位调制相位调制(PM)中间调制方
9、式中间调制方式数字数字数字数字调制调制调制调制振幅键控振幅键控(ASK)数据传输数据传输移频键控移频键控(FSK)数据传输数据传输相移键控相移键控(PSK;DPSK)数据传输数据传输其它高效数字调制其它高效数字调制(QAM;MSK.)数字微波、空间通信数字微波、空间通信2023/4/38 8调制方式调制方式调制方式调制方式用途举例用途举例用途举例用途举例脉脉脉脉冲冲冲冲调调调调制制制制脉冲脉冲脉冲脉冲模拟模拟模拟模拟调制调制调制调制脉幅调制脉幅调制(PAM)中间调制方式、遥测中间调制方式、遥测脉宽调制脉宽调制(PDM)中间调制方式中间调制方式脉位调制脉位调制(PPM)遥测、光纤传输遥测、光纤传
10、输脉冲脉冲脉冲脉冲数字数字数字数字调制调制调制调制脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)市话中继线、卫星、空间通信市话中继线、卫星、空间通信增量调制增量调制(DM)军用、民用数字电话军用、民用数字电话差分脉码调制差分脉码调制(DPCM)电视电话、图像编码电视电话、图像编码其它编码方式其它编码方式(ADPCM等等)中速数字电话中速数字电话调制方式分类及用途（续）调制方式分类及用途（续）2023/4/39 9n n信息及其度量：信息及其度量：信息及其度量：信息及其度量：n n离散独立等概消息的信息量：离散独立等概消息的信息量：离散独立等概消息的信息量：离散独立等概消息的信息量：n n离散独立非等概消息
11、的信息量离散独立非等概消息的信息量离散独立非等概消息的信息量离散独立非等概消息的信息量 熵（统计平均信息量）：熵（统计平均信息量）：熵（统计平均信息量）：熵（统计平均信息量）：等概时熵最大：等概时熵最大：等概时熵最大：等概时熵最大：统计平均和算术平均存在确定误差统计平均和算术平均存在确定误差统计平均和算术平均存在确定误差统计平均和算术平均存在确定误差信息量的计算信息量的计算2023/4/31010数字通信系统有效性指标数字通信系统有效性指标-传输速率传输速率n n码元速率码元速率码元速率码元速率 R RB B（传码率、波特率）：（传码率、波特率）：（传码率、波特率）：（传码率、波特率）：每秒传
12、送的码元个数每秒传送的码元个数每秒传送的码元个数每秒传送的码元个数单位：波特单位：波特单位：波特单位：波特 BaudBaud，简写，简写，简写，简写BdBd若码元宽度为若码元宽度为若码元宽度为若码元宽度为T T，则，则，则，则R RB B=1 1/T Tn n信息速率信息速率信息速率信息速率 R Rb b（传信率、比特率）：（传信率、比特率）：（传信率、比特率）：（传信率、比特率）：每秒传送的信息量每秒传送的信息量单位：单位：bit/s（bps，比特，比特/秒）秒）n n频带利用率：单位频带供应的码元传输速率或信息传输速率频带利用率：单位频带供应的码元传输速率或信息传输速率频带利用率：单位频带
13、供应的码元传输速率或信息传输速率频带利用率：单位频带供应的码元传输速率或信息传输速率 意义：意义：意义：意义：把带宽与传输速率相联系，以便更好地考察有效性把带宽与传输速率相联系，以便更好地考察有效性把带宽与传输速率相联系，以便更好地考察有效性把带宽与传输速率相联系，以便更好地考察有效性2023/4/31111码元速率与信息传输速率的关系码元速率与信息传输速率的关系n n若码元速率为若码元速率为若码元速率为若码元速率为R RB B，信息速率为，信息速率为，信息速率为，信息速率为R Rb b，每个符号有，每个符号有，每个符号有，每个符号有MM 种可能状态，则：种可能状态，则：种可能状态，则：种可能
14、状态，则：如：四进制，每码元如：四进制，每码元如：四进制，每码元如：四进制，每码元2bits2bits信息信息信息信息 RB=1200 Baud时，时，Rb=2400 bit/s 特例：特例：特例：特例：M=2M=2，码元速率等于信息速率，码元速率等于信息速率，码元速率等于信息速率，码元速率等于信息速率（数值相同，单位不同）（数值相同，单位不同）（数值相同，单位不同）（数值相同，单位不同）等概时：等概时：等概时：等概时：不等概时：不等概时：不等概时：不等概时：2023/4/31212数字通信系统的牢靠性指标数字通信系统的牢靠性指标-差错率差错率n n误比特率误比特率误比特率误比特率（误信率）：
15、（误信率）：（误信率）：（误信率）：码元在传输过程中，其信息量丢失的概率码元在传输过程中，其信息量丢失的概率码元在传输过程中，其信息量丢失的概率码元在传输过程中，其信息量丢失的概率n n 误码率误码率误码率误码率（误符号率）：（误符号率）：（误符号率）：（误符号率）：码元在传输过程中被错传码元在传输过程中被错传码元在传输过程中被错传码元在传输过程中被错传(码元丢失码元丢失码元丢失码元丢失)的概率的概率的概率的概率n n误比特率与误码率的关系误比特率与误码率的关系误比特率与误码率的关系误比特率与误码率的关系对于二进制：对于二进制：对于二进制：对于二进制：P Pb b =P=Pe e ;对于对于M
16、进制进制：P Pb b P Pe e 2023/4/31313自测题自测题1 1、十六进制符号的码速率为、十六进制符号的码速率为、十六进制符号的码速率为、十六进制符号的码速率为12001200波特波特波特波特,则其信息速率为（则其信息速率为（则其信息速率为（则其信息速率为（）A A、1200b/s1200b/s；B B、2400b/s2400b/s；C C、3600b/s3600b/s；D D、4800b/s4800b/s 2 2、数字通信和模拟通信相比，最突出的优点是（、数字通信和模拟通信相比，最突出的优点是（、数字通信和模拟通信相比，最突出的优点是（、数字通信和模拟通信相比，最突出的优点是
17、（）A A、设备困难程度低，易于实现。、设备困难程度低，易于实现。、设备困难程度低，易于实现。、设备困难程度低，易于实现。B B、占用频带窄，频带利用率高。、占用频带窄，频带利用率高。、占用频带窄，频带利用率高。、占用频带窄，频带利用率高。C C、便于实现移动通信。、便于实现移动通信。、便于实现移动通信。、便于实现移动通信。D D、抗干扰实力强，通话质量高、抗干扰实力强，通话质量高、抗干扰实力强，通话质量高、抗干扰实力强，通话质量高 3 3、不等概率的二进制码元，其平均信息量为多少（大于、不等概率的二进制码元，其平均信息量为多少（大于、不等概率的二进制码元，其平均信息量为多少（大于、不等概率的
18、二进制码元，其平均信息量为多少（大于、小于或等于）？什么条件下平均信息量达到最大值？小于或等于）？什么条件下平均信息量达到最大值？小于或等于）？什么条件下平均信息量达到最大值？小于或等于）？什么条件下平均信息量达到最大值？4 4、等概独立的八进制每一波形包含的信息量为（、等概独立的八进制每一波形包含的信息量为（、等概独立的八进制每一波形包含的信息量为（、等概独立的八进制每一波形包含的信息量为（）A A、1 bit1 bit；B B、2 bit 2 bit；C C、3 bit 3 bit；D D、4 bit 4 bit 2023/4/31414Chp3随机信号分析随机信号分析n n基本概念基本概
19、念基本概念基本概念随机过程的基本概念及其统计特性的定义随机过程的基本概念及其统计特性的定义随机过程的基本概念及其统计特性的定义随机过程的基本概念及其统计特性的定义平稳随机过程平稳随机过程平稳随机过程平稳随机过程n n狭义狭义狭义狭义/广义平稳的概念、各态历经性的意义广义平稳的概念、各态历经性的意义广义平稳的概念、各态历经性的意义广义平稳的概念、各态历经性的意义n n自相关相关函数的特性自相关相关函数的特性自相关相关函数的特性自相关相关函数的特性n n平稳随机过程通过线性系统平稳随机过程通过线性系统平稳随机过程通过线性系统平稳随机过程通过线性系统高斯随机过程高斯随机过程高斯随机过程高斯随机过程n
20、 n概念及其重要性质概念及其重要性质概念及其重要性质概念及其重要性质n n高斯白噪声和带限白噪声高斯白噪声和带限白噪声高斯白噪声和带限白噪声高斯白噪声和带限白噪声窄带随机过程概念、表达式、包络和相位分布特性窄带随机过程概念、表达式、包络和相位分布特性窄带随机过程概念、表达式、包络和相位分布特性窄带随机过程概念、表达式、包络和相位分布特性n n基本计算基本计算基本计算基本计算均值、方差、自相关函数均值、方差、自相关函数均值、方差、自相关函数均值、方差、自相关函数功率谱和平均功率功率谱和平均功率功率谱和平均功率功率谱和平均功率一维概率密度函数和分布函数一维概率密度函数和分布函数一维概率密度函数和分
21、布函数一维概率密度函数和分布函数高斯白噪声通过线性系统高斯白噪声通过线性系统高斯白噪声通过线性系统高斯白噪声通过线性系统2023/4/315152023/4/3平稳随机过程平稳随机过程-狭义狭义(严格严格)平稳平稳n n一般概念：一般概念：一般概念：一般概念：统计特性与时间起点无关的随机过程统计特性与时间起点无关的随机过程统计特性与时间起点无关的随机过程统计特性与时间起点无关的随机过程n n狭义（严格）平稳：狭义（严格）平稳：狭义（严格）平稳：狭义（严格）平稳：（任何（任何（任何（任何n n n n维）维）维）维）分布特性分布特性分布特性分布特性 与时间起与时间起与时间起与时间起点无关点无关点
22、无关点无关16162023/4/3n n广义（宽）平稳：广义（宽）平稳：广义（宽）平稳：广义（宽）平稳：数字特征数字特征 与时间起点无关与时间起点无关 通常，通信系统中的信号、噪声大多为广义平稳随机通常，通信系统中的信号、噪声大多为广义平稳随机通常，通信系统中的信号、噪声大多为广义平稳随机通常，通信系统中的信号、噪声大多为广义平稳随机过程。今后所探讨的随机过程，若无特殊说明，均指广义过程。今后所探讨的随机过程，若无特殊说明，均指广义过程。今后所探讨的随机过程，若无特殊说明，均指广义过程。今后所探讨的随机过程，若无特殊说明，均指广义平稳随机过程平稳随机过程平稳随机过程平稳随机过程平稳随机过程平稳
23、随机过程-广义广义(宽宽)平稳平稳)(),(:)(:2 21 1t tt tR Rt tt tR Ra at ta at t=有关有关有关有关自相关函数只与自相关函数只与自相关函数只与自相关函数只与无关无关无关无关数学期望与数学期望与数学期望与数学期望与留意：由式留意：由式留意：由式留意：由式3.2-33.2-33.2-33.2-3和和和和3.2-43.2-43.2-43.2-4、5 5 5 5可知可知可知可知1717随机过程的各态历经性（遍历性）随机过程的各态历经性（遍历性）设设设设x(t)x(t)是平稳过程的任一个实现，它的时间平均值为：是平稳过程的任一个实现，它的时间平均值为：是平稳过程
24、的任一个实现，它的时间平均值为：是平稳过程的任一个实现，它的时间平均值为：任一样本经验了平稳过程的全部可能状态。任一样本经验了平稳过程的全部可能状态。任一样本经验了平稳过程的全部可能状态。任一样本经验了平稳过程的全部可能状态。遍历遍历遍历遍历使计算大为简化使计算大为简化 统计平均值统计平均值统计平均值统计平均值=时间平均值时间平均值时间平均值时间平均值替代替代留意：留意：留意：留意：意义意义意义意义：含义含义含义含义：2023/4/31818n n自相关函数的重要性：自相关函数的重要性：自相关函数的重要性：自相关函数的重要性：可描述平稳随机过程的统计特性，如可描述平稳随机过程的统计特性，如数字
25、特征等；与平稳随机过程的谱特性有内在联系数字特征等；与平稳随机过程的谱特性有内在联系n n设设设设 (t t)为实平稳随机过程为实平稳随机过程为实平稳随机过程为实平稳随机过程(电压或电流电压或电流电压或电流电压或电流)，它的自相关函数为，它的自相关函数为，它的自相关函数为，它的自相关函数为：自相关函数大致图形自相关函数大致图形自相关函数大致图形自相关函数大致图形平稳随机过程自相关函数的性质平稳随机过程自相关函数的性质n n维纳维纳维纳维纳-辛钦定理辛钦定理辛钦定理辛钦定理（联系时域与频域的桥梁）2023/4/31919 输输入入过程过程 输输出出过程过程 概率分布 均 值 功率谱密度自相关函数
26、 是线性系统的直流增益；是线性系统的直流增益；平稳、高斯平稳、高斯平稳、高斯平稳、高斯平稳、高斯平稳、高斯平稳、高斯平稳、高斯常数常数常数常数常数常数常数常数是功率增益是功率增益平稳随机过程通过线性系统平稳随机过程通过线性系统2023/4/32020关于随机过程的功率谱关于随机过程的功率谱n n为什么引入功率谱密度（为什么引入功率谱密度（为什么引入功率谱密度（为什么引入功率谱密度（PSD)PSD)？由于其不确定性，没有确定的频谱函数，用功率谱密度由于其不确定性，没有确定的频谱函数，用功率谱密度描述其描述其频域特性频域特性随机过程属于功率信号随机过程属于功率信号任何平稳随机过程都存在自相关函数及
27、其傅里叶变换任何平稳随机过程都存在自相关函数及其傅里叶变换（功率谱密度）（功率谱密度）n n随机过程的平均功率的求法随机过程的平均功率的求法随机过程的平均功率的求法随机过程的平均功率的求法2023/4/32121窄带随机过程概念窄带随机过程概念l l波形和频谱示意：波形和频谱示意：波形和频谱示意：波形和频谱示意：l l物理含义：包络和相位相物理含义：包络和相位相物理含义：包络和相位相物理含义：包络和相位相对于载频均为缓慢变更对于载频均为缓慢变更对于载频均为缓慢变更对于载频均为缓慢变更实际中，大多数通信系统都是窄带型的，通过窄带系统的实际中，大多数通信系统都是窄带型的，通过窄带系统的实际中，大多
28、数通信系统都是窄带型的，通过窄带系统的实际中，大多数通信系统都是窄带型的，通过窄带系统的信号或噪声必是窄带的信号或噪声必是窄带的信号或噪声必是窄带的信号或噪声必是窄带的(如广播系统中的中频信号及噪声如广播系统中的中频信号及噪声如广播系统中的中频信号及噪声如广播系统中的中频信号及噪声)，假如这时的信号或噪声又是随机的，则称它们为窄带随，假如这时的信号或噪声又是随机的，则称它们为窄带随，假如这时的信号或噪声又是随机的，则称它们为窄带随，假如这时的信号或噪声又是随机的，则称它们为窄带随机过程机过程机过程机过程l l 条件条件2023/4/32222依据上式和窄带过程的统计特性，可推出：依据上式和窄带
29、过程的统计特性，可推出：同相和正交重量的统计特性同相和正交重量的统计特性 均值均值均值均值 0 0 0 0、方差为方差为方差为方差为 2 2 2 2 的的的的平稳平稳平稳平稳高斯高斯高斯高斯窄带窄带窄带窄带过程过程过程过程 ，它的，它的，它的，它的 且相互关函数且相互关函数且相互关函数且相互关函数 互不相关互不相关互不相关互不相关统计独立统计独立统计独立统计独立高斯高斯高斯高斯 均值均值均值均值 0 0 0 0平均功率相同平均功率相同平均功率相同平均功率相同结论结论1 1且且且且 均值为均值为均值为均值为0 0 0 0，方差也相同：，方差也相同：，方差也相同：，方差也相同：2023/4/323
30、23 均值均值0 0、方差为、方差为 2 2 的平稳高斯窄带过程的平稳高斯窄带过程 ，它的，它的包络瑞利分布：包络瑞利分布：相位匀整分布：相位匀整分布：且且 统计独立统计独立统计独立统计独立结论结论2 2 包络和相位的统计特性包络和相位的统计特性2023/4/32424低通白噪声（带限白噪声）低通白噪声（带限白噪声）n n志向白噪声经志向低通滤波器后的输出志向白噪声经志向低通滤波器后的输出志向白噪声经志向低通滤波器后的输出志向白噪声经志向低通滤波器后的输出L L.P P.F F若按抽样定理对带限白噪声抽样，若按抽样定理对带限白噪声抽样，各抽样值是互不相关的随机变量各抽样值是互不相关的随机变量2
31、023/4/32525带通白噪声（窄带高斯白噪声）带通白噪声（窄带高斯白噪声）n n志向白噪声经过志向带通滤波器后的输出志向白噪声经过志向带通滤波器后的输出志向白噪声经过志向带通滤波器后的输出志向白噪声经过志向带通滤波器后的输出n n带通白噪声的带通白噪声的带通白噪声的带通白噪声的平均功率平均功率平均功率平均功率（均值为零）（均值为零）（均值为零）（均值为零）2023/4/32626Chp4 信道与噪声信道与噪声n n基本概念基本概念基本概念基本概念信道的定义与分类信道的定义与分类信道的定义与分类信道的定义与分类信道的模型信道的模型信道的模型信道的模型n n加性噪声、乘性干扰的概念加性噪声、乘
32、性干扰的概念加性噪声、乘性干扰的概念加性噪声、乘性干扰的概念恒参恒参恒参恒参/随参信道的概念及其对所传信号的影响随参信道的概念及其对所传信号的影响随参信道的概念及其对所传信号的影响随参信道的概念及其对所传信号的影响恒参和随参信道的特性恒参和随参信道的特性恒参和随参信道的特性恒参和随参信道的特性连续信道的信道容量连续信道的信道容量连续信道的信道容量连续信道的信道容量n n基本计算基本计算基本计算基本计算香农公式的应用与计算香农公式的应用与计算香农公式的应用与计算香农公式的应用与计算2023/4/32727噪声对传输信号的影响噪声对传输信号的影响n n模拟信号波形失真模拟信号波形失真n n数字信号
33、误码数字信号误码n n影响信道容量（香农定理）影响信道容量（香农定理）信道容量信道容量C是实现无差错是实现无差错传输时的最高信息速率传输时的最高信息速率2023/4/32828习题习题习题习题3 3 某一待传输的图片约含某一待传输的图片约含某一待传输的图片约含某一待传输的图片约含2.251062.25106个像元。为了很好的重个像元。为了很好的重个像元。为了很好的重个像元。为了很好的重现图片，须要现图片，须要现图片，须要现图片，须要1212个亮度电平。假如全部这些亮度电平独立等概个亮度电平。假如全部这些亮度电平独立等概个亮度电平。假如全部这些亮度电平独立等概个亮度电平。假如全部这些亮度电平独立
34、等概出现，试计算用出现，试计算用出现，试计算用出现，试计算用3min3min传送一张图片时所需的信道带宽（设信传送一张图片时所需的信道带宽（设信传送一张图片时所需的信道带宽（设信传送一张图片时所需的信道带宽（设信道中信噪功率比为道中信噪功率比为道中信噪功率比为道中信噪功率比为30dB30dB）解解解解:比值比值2023/4/32929习题习题习题习题4 4（教材（教材（教材（教材4-74-7）设一幅黑白数字相片有设一幅黑白数字相片有设一幅黑白数字相片有设一幅黑白数字相片有400400万像素，每个像万像素，每个像万像素，每个像万像素，每个像素有素有素有素有1616个亮度等级。若用个亮度等级。若用
35、个亮度等级。若用个亮度等级。若用3kHz3kHz带宽的信道传输它，且信号噪带宽的信道传输它，且信号噪带宽的信道传输它，且信号噪带宽的信道传输它，且信号噪声功率比等于声功率比等于声功率比等于声功率比等于10dB,10dB,试问须要传输多少时间。试问须要传输多少时间。试问须要传输多少时间。试问须要传输多少时间。解解解解:2023/4/33030Chp4 模拟调制系统模拟调制系统n n基本概念基本概念基本概念基本概念幅度调制（幅度调制（幅度调制（幅度调制（AMAM、DSB-SCDSB-SC、SSBSSB）的概念、表达式）的概念、表达式）的概念、表达式）的概念、表达式和带宽计算；和带宽计算；和带宽计算
36、；和带宽计算；幅度调制信号（幅度调制信号（幅度调制信号（幅度调制信号（AMAM、DSBDSB）的调制和解调方法、抗）的调制和解调方法、抗）的调制和解调方法、抗）的调制和解调方法、抗噪声性能分析噪声性能分析噪声性能分析噪声性能分析非线性调制（非线性调制（非线性调制（非线性调制（FMFM）的概念、表达式、带宽、调频指）的概念、表达式、带宽、调频指）的概念、表达式、带宽、调频指）的概念、表达式、带宽、调频指数、最大频偏的概念与计算数、最大频偏的概念与计算数、最大频偏的概念与计算数、最大频偏的概念与计算AMAM、DSBDSB、SSBSSB、FMFM的性能比较的性能比较的性能比较的性能比较n n基本计算
37、基本计算基本计算基本计算幅度调制（幅度调制（幅度调制（幅度调制（AMAM、DSBDSB）频谱和带宽计算）频谱和带宽计算）频谱和带宽计算）频谱和带宽计算FMFM的带宽和参数计算的带宽和参数计算的带宽和参数计算的带宽和参数计算调制系统的频谱分析调制系统的频谱分析调制系统的频谱分析调制系统的频谱分析幅度调制系统（幅度调制系统（幅度调制系统（幅度调制系统（AMAM、DSBDSB）输入、输出信噪比的计）输入、输出信噪比的计）输入、输出信噪比的计）输入、输出信噪比的计算算算算n n典型习题典型习题典型习题典型习题:5-8,5-10,5-11,5-15:5-8,5-10,5-11,5-152023/4/33
38、131比较的前提比较的前提全部系统在全部系统在全部系统在全部系统在“同等条件同等条件同等条件同等条件”下进行比较：下进行比较：下进行比较：下进行比较：解调器输入信号功率为解调器输入信号功率为解调器输入信号功率为解调器输入信号功率为 Si Si 信道噪声均值为信道噪声均值为信道噪声均值为信道噪声均值为0 0，单边功率谱密度为，单边功率谱密度为，单边功率谱密度为，单边功率谱密度为 n0n0 基带信号带宽为基带信号带宽为基带信号带宽为基带信号带宽为 fm fm 其中其中其中其中AMAM的调幅度为的调幅度为的调幅度为的调幅度为 100%100%，正弦型调，正弦型调，正弦型调，正弦型调制信号制信号制信号
39、制信号2023/4/33232各种模拟调制系统的性能比较各种模拟调制系统的性能比较调制调制调制调制方式方式方式方式信号信号信号信号带宽带宽带宽带宽制度制度制度制度增益增益增益增益设备设备设备设备复杂复杂复杂复杂度度度度主要应用主要应用主要应用主要应用DSBDSB2B2Bb b2 2中等中等中等中等较少应用较少应用较少应用较少应用SSBSSBB Bb b1 1复杂复杂复杂复杂短波无线电广播，话短波无线电广播，话短波无线电广播，话短波无线电广播，话音频分多路音频分多路音频分多路音频分多路VSBVSB略大于略大于略大于略大于B Bb b近似近似近似近似SSBSSB近似近似近似近似SSBSSB复杂复杂
40、复杂复杂商用电视广播商用电视广播商用电视广播商用电视广播AMAM2B2Bb b2/32/3简单简单简单简单中短波无线电广播中短波无线电广播中短波无线电广播中短波无线电广播FMFM2(m2(mf f+1)B+1)Bb b3m3m2 2f f(m(mf f+1)+1)中等中等中等中等超短波小功率电台超短波小功率电台超短波小功率电台超短波小功率电台（窄带（窄带（窄带（窄带FMFM）微波中）微波中）微波中）微波中继，调频立体声广播继，调频立体声广播继，调频立体声广播继，调频立体声广播（宽带（宽带（宽带（宽带FMFM）2023/4/333331 1）抗噪声性能：）抗噪声性能：）抗噪声性能：）抗噪声性能：
41、FMFM最好，最好，最好，最好，DSB/SSBDSB/SSB、VSB VSB次之，次之，次之，次之，AMAM最差；最差；最差；最差；2 2）频谱利用率：）频谱利用率：）频谱利用率：）频谱利用率：SSBSSB最高，最高，最高，最高，VSBVSB较高，较高，较高，较高，DSB/AM DSB/AM次之，次之，次之，次之，FMFM最差；最差；最差；最差；3 3）功率利用率：）功率利用率：）功率利用率：）功率利用率：FMFM最高，最高，最高，最高，DSB/SSBDSB/SSB、VSB VSB次之，次之，次之，次之，AMAM最差；最差；最差；最差；4 4）设备困难度：）设备困难度：）设备困难度：）设备困难
42、度：AMAM最简，最简，最简，最简，DSB/FMDSB/FM次之，次之，次之，次之，VSB VSB较困难，较困难，较困难，较困难，SSB SSB最困难。最困难。最困难。最困难。性能比较性能比较2023/4/33434例例例例5-1 5-1 假设某信道具有匀整的双边噪声功率谱密度假设某信道具有匀整的双边噪声功率谱密度假设某信道具有匀整的双边噪声功率谱密度假设某信道具有匀整的双边噪声功率谱密度Pn(f)=0.510-3W/HzPn(f)=0.510-3W/Hz，在该信道中传输在该信道中传输在该信道中传输在该信道中传输DSB-SCDSB-SC信号，并设调制信号信号，并设调制信号信号，并设调制信号信号
43、，并设调制信号m(t)m(t)频带限制在频带限制在频带限制在频带限制在5kHz5kHz，fC=100kHzfC=100kHz，已调信号，已调信号，已调信号，已调信号10kW10kW。若接收机输入信号加至解调器之前，先要滤。若接收机输入信号加至解调器之前，先要滤。若接收机输入信号加至解调器之前，先要滤。若接收机输入信号加至解调器之前，先要滤除带外噪声。求：除带外噪声。求：除带外噪声。求：除带外噪声。求：1 1、滤波器的志向传输特性、滤波器的志向传输特性、滤波器的志向传输特性、滤波器的志向传输特性H(w)H(w)2 2、输入信噪比、输入信噪比、输入信噪比、输入信噪比3 3、输出信噪比、输出信噪比、
44、输出信噪比、输出信噪比 4 4、输出的噪声功率谱密度、输出的噪声功率谱密度、输出的噪声功率谱密度、输出的噪声功率谱密度1 1、滤波器特性、滤波器特性、滤波器特性、滤波器特性（1 1）带宽）带宽）带宽）带宽B=2fB=2fmm=10kHz=10kHz（2 2）中心频率中心频率中心频率中心频率f fc c=100kHz=100kHz所以，所以，所以，所以，2 2、输入信噪比、输入信噪比、输入信噪比、输入信噪比S Si i=10kW,N=10kW,Ni i=B 2P=B 2Pn n(f)=10W(f)=10WS Si i/N/Ni i=1000=10003 3、输出信噪比输出信噪比输出信噪比输出信噪
45、比GGDSBDSB=2,=2,所以，所以，所以，所以，S So o/N/No o=2S=2Si i/N/Ni i=2000=20004 4、输出的噪声功率谱密度输出的噪声功率谱密度输出的噪声功率谱密度输出的噪声功率谱密度由由由由DSBDSB的噪声功率关系的噪声功率关系的噪声功率关系的噪声功率关系NNo o=f fmm2P2Pnono双双双双(f)f)=N=Ni i/4/4=2.5W=2.5W所以，所以，所以，所以，P Pnono双双双双(f)=0.25 10f)=0.25 10-3-3W/Hz(|f|5kHz)W/Hz(|f|5kHz)2023/4/33535例例例例5-2 5-2 线性调制系
46、统要求输出信噪比为线性调制系统要求输出信噪比为线性调制系统要求输出信噪比为线性调制系统要求输出信噪比为20dB20dB，输出噪声功率为，输出噪声功率为，输出噪声功率为，输出噪声功率为10-9W10-9W，放，放，放，放射机输出端到解调器的输入传输损耗为射机输出端到解调器的输入传输损耗为射机输出端到解调器的输入传输损耗为射机输出端到解调器的输入传输损耗为100dB100dB，求：，求：，求：，求：1 1、DSB-SCDSB-SC的放射机功率的放射机功率的放射机功率的放射机功率 2 2、SSB-SCSSB-SC的放射机功率的放射机功率的放射机功率的放射机功率解：解：解：解：假设放射功率为假设放射功
47、率为假设放射功率为假设放射功率为STST，损耗损耗损耗损耗K=ST/Si=100dB=1010K=ST/Si=100dB=1010已知，已知，已知，已知，So/No=20dB=100So/No=20dB=100，No=10-9WNo=10-9W1 1、DSB-SCDSB-SCG=2G=2Si/Ni=(So/No)/2=100/2=50Si/Ni=(So/No)/2=100/2=50Ni=4NoNi=4No Si=50Ni=200No=210-7WSi=50Ni=200No=210-7W ST=KSi=1010210-7 ST=KSi=1010210-7 =2103W =2103W2 2、SSB
48、-SCSSB-SCG=1 Si/Ni=So/No=100G=1 Si/Ni=So/No=100Ni=4NoNi=4No Si=100Ni=400No=4 10-7WSi=100Ni=400No=4 10-7W ST=KSi=4103W ST=KSi=4103W说明相同信噪比下说明相同信噪比下说明相同信噪比下说明相同信噪比下DSBDSB的放的放的放的放射功率小于射功率小于射功率小于射功率小于SSBSSB2023/4/336362023/4/3习题习题5-135-13设某信道具有匀整的单边功率谱密度设某信道具有匀整的单边功率谱密度Pn(f)=10-7 W/HzPn(f)=10-7 W/Hz，在该信
49、道中传，在该信道中传输振幅调制输振幅调制AMAM信号，并设调制信号信号，并设调制信号m(t)m(t)的频带限制于的频带限制于5kHz5kHz，载频是，载频是100kHz100kHz，解调器输入端信号的边带功率为，解调器输入端信号的边带功率为1W1W，载波功率为，载波功率为4W4W。若接。若接收机的输入信号先经过一个合适的志向带通滤波器，然后再加至包络检波收机的输入信号先经过一个合适的志向带通滤波器，然后再加至包络检波器进行解调。试求：器进行解调。试求：1 1）解调器输入端的信噪功率比；）解调器输入端的信噪功率比；2 2）解调器输出端的信噪比；）解调器输出端的信噪比；3 3）制度增益）制度增益G
50、G。解：解：37372023/4/33838习题习题5-15 5-15 已知某单频调频波的振幅为已知某单频调频波的振幅为10V10V，瞬时频率为，瞬时频率为试求：试求：（1 1）此调频波的表达式；）此调频波的表达式；（2 2）此调频波的最大频偏、调频指数和频带宽度；）此调频波的最大频偏、调频指数和频带宽度；（3 3）若调制信号频率提高到）若调制信号频率提高到2103Hz2103Hz，则调频波的频偏、，则调频波的频偏、调频指数和频带宽度如何变更调频指数和频带宽度如何变更?（4 4）若最大频偏加倍，调制信号的幅度怎么变更？）若最大频偏加倍，调制信号的幅度怎么变更？2023/4/3解：解：39392