《通信原理》复习》PPT课件.ppt

通信原理复习,2011.12.12 calla,考试题型,考试时间：1小时30分钟 一、填空题 （15分 1空1分） 15空 二、选择题 （30分 每题3分）10题 三、简答题 （30分 每题6分）5题 四、计算题 （25分 ） 2题 10分与15分）,第1章 绪论,2019/5/16,4,1. 通信系统的性能度量,有效性和可靠性 有效性是指传输一定的信息量所消耗的信道资源的多少。 可靠性是指传输信息的准确程度。,2019/5/16,5,模拟通信系统的性能度量 有效性：模拟通信系统的有效性用有效带宽来度量 可靠性：模拟通信系统的可靠性一般用接收端接收设备输出的信噪比来度量 数字通信系统的性能度量 （1）传输速率： 码元速率：单位时间传输的码元个数，用符号Rs表示，单位为码元/秒，称为波特（B），也称波特率。 信息速率：单位时间传输的信息量，用符号Rb表示，单位为比特/秒，称为比特率。 之间的关系？,2019/5/16,6,模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。,数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。,2019/5/16,7,发送设备：将信息源和传输媒介连接起来，将信源输出的信号变为适合于传输的信号形式。 信源编码是把连续的模拟信号变为数字信号； 当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输； 设法减少码元数目和降低码元速率，也就是数据压缩。 信道编码是将数字信号与传输媒介匹配起来，以提高传输的有效性和可靠性。 信道编码是为了克服数字信号在信道传输时，由噪声、衰落以及人为干扰等引起的差错。,接收设备：发送设备的反变换。,传输媒介：用来传递发送设备和接收设备之间的信号,2019/5/16,8,频率利用率：单位频带所能传输的信息速率,B为传输带宽,M进制数字信号的码元速率与信息速率之间的关系：,2019/5/16,9,例 已知二进制数字信号在0.5 min内共传送了48 000个码元，（1）问其码元速率Rs2和信息速率Rb2各为多少？（2）如果码元速率不变，但改为八进制数字信号，其码元速率Rs8和信息速率Rb8各为多少？ 解：（1）在0.560 s=30 s 内传送了48 000个码元， （2）若改为八进制，,什么是信息量？,信息量的计算 离散系统平均信息量计算 比特率和波特率的计算 计算题,2019/5/16,11,离散信源的信息量：用信息出现概率的对数测度作为离散信息的信息度量单位： 离散信息xi所携带的信息量为：,当对数以2为底时，信息量单位称为比特(bit)； 当对数以e为底时，信息量单位称为奈特(nat)； 当对数以10为底时，信息量单位称为哈特莱。,2019/5/16,12,对于由一串符号构成的消息，假设各符号的出现互相统计独立，整个消息的信息量为：,mi为第i个符号出现的次数；P(xi)为第i个符号出现的概率；n为离散消息源的符号数目。,当存在两个离散信息源X和Y时，他们所出现的符号分别为xi和yi，则定义这两个信源的联合信息量为：,2019/5/16,13,例 已知二元离散信源有“0”、“1”两种符号，若“0”出现概率为1/4，求出现“1”的信息量。,2019/5/16,14,2019/5/16,15,例： 某一待传输的图片包含7.86105个像素。每个象素需要16个亮度电平。假设所有这些亮度电平的出现概率相等。现在要在信噪功率比为30dB的信道中，用2分钟的时间传送该幅图片。问所需的信道带宽为多少？,第3章 信道与噪声（非重点）,信道的定义 信道模型的分类： 调制信道 - 调制器输出端到解调器输入端 编码信道 - 编码器输出端到译码器输入端 恒参信道与随参信道概念及举例 信道中噪声的主要类型 加性噪声 乘性噪声 区别,什么是信道容量？ 香农公式 香农公式意义,香农公式,2019/5/16,19,香农公式表明的是当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定带宽的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限值。 增大信号功率S可以增加信道容量，S趋于无穷大时，信道容量趋于无穷大。 减小噪声功率N可以增加信道容量，N趋于零时，信道容量趋于无穷大。 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。why?,第4章 模拟调制系统,概述,调制：在发送端把具有较低频率分量的低通基带信号搬移到给定信道通带内的过程； 解调：在接收端把已搬到给定信道通带内的频谱还原为基带信号频谱的过程。 调制目的是什么？,22,调制的目的 实现有效辐射（频率变换） 实现频率分配 实现多路复用 提高系统的抗噪声性能,23,调制的分类 （1）根据输入调制信号的不同分类 模拟调制：输入调制信号为模拟量 数字调制：输入调制信号为数字量 （2）根据载波的不同分类 连续波调制：载波信号为正弦波 脉冲调制：载波信号为脉冲序列 （3）根据载波的参数变化不同分类 幅度调制：载波信号的振幅参数随调制信号变化； 频率调制：载波信号的频率参数随调制信号变化； 相位调制：载波信号的相位参数随调制信号变化； （4）根据调制器频谱特性的不同分类 线性调制：已调信号与调制信号频谱之间呈线性搬移关系 非线性调制：已调信号与调制信号频谱之间呈非线性关系,24,常见的调制方式,续表（2）,常见的调制方式,各种调制方式的比较,1.各种模拟调制方式总结,假定所有调制系统在接收机输入端具有相等的信号功率，且加性噪声都是均值为0、双边功率谱密度为 /2的高斯白噪声，基带信号 带宽为 ，在所有系统都满足,各种模拟调制方式总结,各种模拟调制方式性能比较,各种模拟调制方式的特点与应用,AM调制的优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，信号带宽较宽，频带利用率不高。因此，AM制式用于通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。 DSB调制的优点是功率利用率高，但带宽与AM相同，频带利用率不高，接收要求同步解调，设备较复杂。只用于点对点的专用通信及低带宽信号多路复用系统。,SSB调制的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制式普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和频分多路复用系统中。 VSB调制性能与SSB相当，原则上也需要同步解调，但在某些VSB系统中，附加一个足够大的载波，形成（VSB+C）合成信号，就可以用包络检波法进行解调。这种（VSB+C）方式综合了AM、SSB和DSB三者的优点。所以VSB在数据传输、商用电视广播等领域得到广泛使用。,FM波的幅度恒定不变，这使得它对非线性器件不甚敏感，给FM带来了抗快衰落能力。利用自动增益控制和带通限幅还可以消除快衰落造成的幅度变化效应。这些特点使得NBFM对微波中继系统颇具吸引力。 WBFM的抗干扰能力强，可以实现带宽与信噪比的互换，因而WBFM广泛应用于长距离高质量的通信系统中，如空间和卫星通信、调频立体声广播、短波电台等。WBFM的缺点是频带利用率低，存在门限效应，因此在接收信号弱、干扰大的情况下宜采用NBFM，这就是小型通信机常采用NBFM的原因。,非线性调制,非线性已调信号的频谱与基带调制信号的频谱不呈线性搬移关系，频谱结构发生了根本变化； 非线性调制也叫做角度调制； 角度调制通过改变载波的频率（FM）或相位（PM）来完成； FM和PM之间可以相互转换。,35,频分复用技术,频分复用技术将信道带宽分割为互不重叠的许多小的频带，不同路信号占用不同的频带。,36,第5章 数字基带传输系统（重点）,概述,数字基带信号：未经调制的电脉冲信号； 数字频带信号：经过调制的电脉冲信号； 基带传输系统：直接传输基带信号的系统； 频带（载波）传输系统：包括调制与解调过程的传输系统。,38,差分编码和AMI、HDB3的编码 会绘制波形,例：有4个连1和4个连0交替出现的序列，画出单极性 非归零码、AMI码、HDB3码所对应的波形图。,无码间干扰的传输特性,影响基带信号进行可靠传输的主要因素是：码间干扰和信道噪声。,41,均衡,当串扰严重时，必须对整个系统的传递函数加以校正，使其接近无失真传输条件； 频域内进行的校正频域均衡； 时域内进行的校正时域均衡.,42,奈奎斯特第一准则的物理意义？ 无码间串扰如何判定？ 无计算题 简答题等,44,带宽：输入序列若以1/Ts波特的速率进行传输，则所需的最小传输带宽为1/2Ts（Hz）- 奈奎斯特带宽(W1) 传输速率：系统无码间串扰的最高传输速率为2W1-奈奎斯特速率 频带利用率：传输速率/带宽=2波特赫 奈奎斯特带宽表征在抽样时刻无码间串扰条件下，系统的最小传输带宽,无码间串扰的基带传输特性,理想低通传输特性的基带系统性能指标,判断一个系统有无码间干扰，不仅要看它的传输函数经分段、平移、叠加后的等效传输函数是否具有理想低通形式，还要看等效传输函数的带宽是否与所设定的码率匹配。 定义等效传输函数的带宽BN叫做奈奎斯特带宽。它与所设定的码率的关系为： BN = RB/2 或RB = 2BN 系统无码间串扰最大速率与真实速率满足下面关系：,眼 图,信号失真,斜边,最佳判决时刻,过零点失真,最佳判决 门限电平,噪声容限,眼图的模型,可以分析哪些参数？,第6章 模拟信号的数字传输,6.1 引言 6.2 模拟信号的抽样（抽样定理） 6.3 脉冲振幅调制（ PAM） 6.4 模拟抽样信号的量化 6.5 脉冲编码调制（PCM）,低通、带通抽样定理的概念； 什么是低通信号，什么是带通信号？,6.2 模拟信号的抽样(抽样定理),一抽样定理,抽样定理表明：一个频带限制在0 fH 赫兹内的连续时间信号m(t)，如果以不大于1/2fH 秒的时间间隔对它进行等间隔抽样，则 m(t) 将被得到的抽样值信号ms(t)完全确定。这一准则称为奈奎斯特准则。我们通常把1/2fH秒的时间间隔称作奈奎斯特抽样间隔，把它的倒数2fH（ 单位 “赫兹” ）称作奈奎斯特抽样频率，这是保证从抽样值恢复原始模拟信号所要求的最低抽样速率。 实际在对模拟信号进行抽样时所使用的抽样频率fs应满足： fs 2fH,第6章 模拟信号的数字传输,6.2 模拟信号的抽样(抽样定理),五带通信号的抽样与恢复,从频谱可见，只要将抽样后信号ms(t)通过一与原连续模拟信号频带相应的带通滤波器，便可恢复原连续模拟信号m(t) 。,第6章 模拟信号的数字传输,量化的概念和分类； 均匀量化和非均匀量化比较？,PCM线性和非线性编码（A律PCM编码方法-8位对数PCM）的概念和方法； 计算题, C1 ：极性码 样值正极性C1 =“1”，负极性C1 =“0”。 C2C3C4 ：大段落码 样值落在第1大段（0Vs1/128）时， C2C3C4 = “000”；样值落在第2大段（1/128Vs1/64）时， C2C3C4 = “001”；样值落在第8大段（1/2Vs1）时， C2C3C4 = “111”。 C5C6C7C8 ：段内电平码 样值落在某大段的第 1小段（靠近大段低端）时， C5C6C7C8 = “0000”；样值落在某大段的第2小段时， C5C6C7C8 = “0001” ； 样值落在某大段第16小段（靠近大段高端）时， C5C6C7C8 = “1111”。,二A律13折线近似的折叠二进制编解码,A律13折线近似中，整个信号输入范围(-Vmax+Vmax )共分为 1616 =256小段，用8位折叠二进制码来表示。,C5 C6 C7 C8,C1,C2 C3 C4,6.5脉冲编码调制（PCM）,6.5.1 PCM编解码原理,第6章 模拟信号的数字传输,设最小的量化阶步（第一和第二大段中的一个小段）为，则 = （1/128）161/2048 由此可以得到用“”表示的各大段的端点电平值及量化阶步：,二A律13折线近似的折叠二进制编解码,6.5脉冲编码调制（PCM）,6.5.1 PCM编解码原理,第6章 模拟信号的数字传输,第7章 数字频带传输系统,2FSK、2PSK、2DPSK系波形的分析与描绘；,二进制数字频带调制信号波形示意图,例2,二进制数字调制的有效性与可靠性指标参数的计算； 计算题,7.3 二进制数字调制系统的性能比较,二进制数字调制可靠性的比较； 谁最可靠等,第11章 同步原理,1、掌握同步的主要种类； 2、什么是载波、位、群同步；,1、载波同步：插入导频法、平方法、平方环法、同相正交环法 2、位同步：自同步法（从基带信号中取） 3、群同步：巴克码、假同步、漏同步,2、按照获取和传输同步信息方式分为：,外同步法 导频 载波同步和位同步中多采用自同步法。 自同步法 提取同步信息 群同步一般都采用外同步法。,同步系统的性能指标有哪些？ 简单的意义是什么？,11.2.3 载波同步系统的性能指标,高效率 尽量少消耗发送功率 直接法与插入导频法相比 高精度 尽量小的相位误差 同步的建立时间、保持时间 开机同步 失步同步 ts 同步建立后，同步信号消失，系统维持同步时间 tc,载波同步系统的性能指标,注：这些指标与提取的电路、信号及噪声的情况有关。当采用 性能优越的锁相环提取载波时 这些指标主要取决于锁相环的性能。,第12章 差错控制编码,差错控制编码的基本概念,差错控制方式： 前向纠错控制方式(FEC)：发送端发出可以纠正错误码元的编码序列，接收端的译码器能够自动纠正传输中的误码； 反馈重发纠错方式(ARQ)：发送端发出的是能够检测错误的编码序列，接收端译码器能根据编码规则进行判决，并通过反馈信道把判决结果回传（有错或无错信息），发送端根据回传信息将出错的码组重发，之至接收正确为止； 混合纠错方式(HEC)：FEC和ARQ方式的结合。,2019/5/16,70,码重和码距 码重：码组中非零码元的数目； 码距：两个码组中对应码位上具有不同二进制码元的位数称为码距（汉明距离Hamming Distance）。,2019/5/16,71,码距的几何解释,2019/5/16,72,三种差错控制方式系统框图,编码的最小码距直接关系到这种码的检错和纠错能力； 对于分组码一般有以下结论：,2019/5/16,73,2019/5/16,74,码距与检错和纠错能力的