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通信原理复习资料一、 基本概念第一章1、模拟通信系统模型 模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统2、数字通信系统模型 数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 3、数字通信的特点优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累（2）传输差错可控（3）便于处理、变换、存储（4）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输（5）易于集成，使通信设备微型化，重量轻（6）易于加密处理，且保密性好缺点：（1）需要较大的传输带宽（2）对同步要求高4、通信系统的分类（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统（2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统（3）调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1（4）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统（5）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统（6）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信（7）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用5、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。（1）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。（2）数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。 可靠性：常用误码率和误信率表示。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）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6、通信的目的：传递消息中所包含的信息7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。一个二进制码元含1b的信息量；一个M进制码元含有log2M比特的信息量。等概率发送时，信息源的熵有最大值。第二章1、确知信号：是指其取值在任何时间都是确定的和可预知的信号，通常可以用数学公式表示它在任何时间的取值。2、确知信号的类型（1）按照周期性区分：周期信号和非周期信号（2）按照能量区分：能量信号和功率信号：特点：能量信号的功率趋于0，功率信号的能量趋于3、确知信号在频域中的性质有四种，即频谱、频谱密度、能量谱密度和功率谱密度。4、确知信号在时域中的特性主要有自相关函数和互相关函数。5、自相关函数反映一个信号在不同时间上取值的关联程度。能量信号的自相关函数R（0）等于信号的能量；功率信号的自相关函数R（0）等于信号的平均功率。第三章1、随机过程是一类随时间作随机变化的过程，它不能用确切的时间函数描述。2、随机过程具有随机变量和时间函数的特点，可以从两个不同却又紧密联系的角度来描述：随机过程是无穷多个样本函数的集合随机过程是一族随机变量的集合。3、随机过程的统计特性由其分布函数或概率密度函数描述。4、高斯过程的概率分布服从正态分布，它的完全统计描述只需要它的数字特征。5、瑞利分布、莱斯分布、正态分布是通信中常见的三种分布：正弦载波信号加窄带噪声的包络一般为莱斯分布；当信号幅度大时，趋近于正态分布；幅度小时，近似为瑞利分布。6、窄带随机过程：若随机过程x(t)的谱密度集中在中心频率fc附近相对窄的频带范围Df 内，即满足Df fc的条件，且 fc 远离零频率，则称该x(t)为窄带随机过程。 第四章1、信道分类：（1）无线信道 电磁波（含光波）（2）有线信道 电线、光纤2、无线信道（电磁波）的传播主要分为地波、天波和视线传播三种。3、有线信道主要有明线、对称电缆和同轴电缆三种。4、信道模型的分类：调制信道和编码信道。编码信道调制信道5、调制信道数学模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)调制信道数学模型 信道输入端信号电压； 信道输出端的信号电压； 噪声电压 调制信道数学模型u 因k(t)随t变化，故信道称为时变信道。u 因k(t)与e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。u 因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。u 若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。u 乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。6、调制信道分类：随参信道和恒参信道。随参信道：特性随机变化得信道称为随机参量信道，简称随参信道。恒参信道：信道特性基本上不随时间变化，或变化极慢极小。称为恒定参量信道，简称恒参信道。7、编码信道的输入和输出信号是数字序列，编码信道对信号的影响是使传输的数字序列发生变化，即序列中的数字发生错误。用错误概率来描述编码信道的特性。8、编码信道中产生错码的原因以及转移概率的大小主要是由于调制信道不理想造成的。9、恒参信道的主要传输特性通常用振幅频率特性和相位频率特性来描述。10、码间串扰：在传输数字信号时，波形畸变可引起相邻码元波形之间发生部分重叠，造成码间串扰。11、频率失真：指由于信道的振幅频率特性不理想，则信号发生的失真称为频率失真。12、相位失真：指由于信道的相位特性不理想使信号产生的失真称为相位失真。13、频率失真和相位失真都是线性失真；可以用线性网络进行补偿。14、非线性失真：是指信道输入和输出信号的振幅关系不是直线关系。这种失真主要是由于信道中的元器件不理想造成的。15、频率偏移：是指信道输入信号的频谱经过信道传输后产生了平移。主要是由于发送端和接收端中用于调制解调或频率变换的振荡器的频率误差引起的。16、随参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。17、随参信道的特性：（1）衰减随时间变化（2）时延随时间变化（3）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。 18、接收信号的分类（1）确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号 （2）随相信号：接收码元的相位随机变化 （3）起伏信号：接收信号的包络随机起伏、相位也随机变化。 通过多径信道传输的信号都具有这种特性 19、将信道中存在的不需要的电信号统称为噪声。20、通信系统中的噪声是叠加在信号上的，没有传输信号时通信系统中也有噪声，噪声永远存在于通信系统中。21、噪声对于信号的传输时有害的，它能使模拟信号失真，使数字信号发生错码，并限制着信息的传输速率。22、按噪声来源分类（1）人为噪声 例：开关火花、电台辐射（2）自然噪声 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声热噪声：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。23、按噪声性质分类（1）脉冲噪声： （2）窄带噪声： （3）起伏噪声：24、信道容量 指信道能够传输的最大平均信息速率。25、连续信道容量：式中 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：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。 第五章 P126页小结都是；以及P121页5-5各种模拟调制系统的比较。1、调制 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。2、载波调制 用调制信号去控制载波的参数的过程。3、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。 4、调制的目的：（为什么要进行载波调制？）（1）提高无线通信时的天线辐射效率。（2）把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。（3）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。第六章1、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。2、在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输。3、研究数字基带传输系统的原因：（1）近程数据通信系统中广泛采用（2）基带传输方式也有迅速发展的趋势（3）基带传输中包含带通传输的许多基本问题（4）任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。 4、传输码的码型选择原则：（1）不含直流，且低频分量尽量少；（2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号；（3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带；（4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。（6）编译码简单，以降低通信延时和成本。5、AMI码：全称传号交替反转码；编码规则：将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。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。6、HDB3码：全称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。 7、码间串扰的原因：（1）码间串扰 （2）信道加性噪声8、码间串扰：是指由于系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾，从而对当前码元的判决造成的干扰。 9、码间串扰和信道噪声是影响基带传输系统性能的两个主要因素。10、眼图：是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。 P172页小结第七章1、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。2、数字解调：在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调。3、数字调制技术有两种方法：（1）利用模拟调制的方法去实现数字式调制；（2）通过开关键控载波，通常称为键控法。4、基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控。 振幅键控 频移键控 相移键控5、振幅键控（2ASK）：是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。6、2ASK/OOK信号的产生方法通常有两种：模拟调制法和键控法。7、2ASK信号解调方法 ：非相干解调（包络检波法） 和 相干解调（同步检测法）8、频移键控：是利用载波的频率变化来传递数字信息。9、2FSK信号的产生方法：（1）采用模拟调频电路来实现： （2）采用键控法来实现。10、2FSK信号的解调方法：非相干解调和相干解调。11、相移键控（2PSK）：利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。12、二进制绝对相移方式：以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式。13、二进制差分相移键控（2DPSK）：是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。相应的2DPSK信号的波形如下：14、通信系统的抗噪声性能是指：系统克服加性噪声影响的能力。15、在数字通信系统中可能使码元产生错误，错误程度通常用误码率来衡量。16、二进制调制系统的性能比较 （1） 误码率2DPSK2PSK2FSK2ASK非相干解调相干解调在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2PSK其次，2ASK最差（2）频带宽度2ASK系统和2PSK(2DPSK)系统的频带宽度.2FSK系统的频带宽度（3）对信道特性变化的敏感性如果抗噪声性能是最主要的：则考虑相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；如果要求较高的频带利用率：则应选择相干2PSK、2DPSK及2ASK，而2FSK最不可取；如果要求较高的功率利用率：则应选择相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取；若传输信道是随参信道：则2FSK具有更好的适应能力；若从设备复杂程度考虑：则非相干方式比相干方式更适宜。P234小结第九章1、数字化过程包括三个步骤：抽样、量化和编码。抽样信号抽样信号量化信号t011011011100100100100编码信号2、模拟信号抽样、量化、编码过程。（1）模拟信号首先被抽样。（通常抽样是按照等时间间隔进行的，）模拟信号被抽样后，成为抽样信号，它在时间上是离散的，但其取值仍然是连续的，是离散模拟信号。（2）第二步是量化。量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值的离散的，所以量化信号是数字信号。（3）第三步是编码。最基本和最常用的编码方法是脉冲编码调制（PCM），它将量化后的信号变成二进制码元。3、抽样定理：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。4、恢复原信号的条件是：即抽样频率fs应不小于fH的两倍。这一最低抽样速率2fH称为奈奎斯特速率。与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。5、此带通模拟信号所需最小抽样频率fs等于式中，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。6、周期性脉冲序列有4个参量：脉冲重复周期、脉冲振幅、脉冲宽度和脉冲相位（位置）7、3种脉冲调制：（1）脉冲振幅调制(PAM)（2）脉冲宽度调制(PDM)（3）脉冲位置调制(PPM)（a）模拟基带信号 (b) PAM信号 (c) PDM信号 (d) PPM信号8、量化分为：（1）均匀量化：抽样值区间是等间隔划分的；（2）非均匀量化：抽样值区间是非均匀划分的。9、对于给定的信号最大幅度，量化电平数越多，量化噪声越小，信号量噪比越高。10、平均信号量噪比为M为量化电平数或写成dB量化器的平均输出信号量噪比随量化电平数M的增大而提高。11、对与均匀量化，当信号小时，信号量噪比也小，所以均匀量化器对于小信号很不利，为改善小信号时的信号量噪比，在实际应用中常采用非均匀量化。12、脉冲编码调制（PCM）把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程：13、PCM系统中的噪声有两种：量化噪声和加性噪声。14、PCM系统的输出信号量噪比PCM系统的输出信号量噪比仅和编码位数N有关，且随N按指数规律增大。PCM系统的原理方框图 （要掌握）(b) 译码器模拟信号输 出PCM信号输 入解 码低通滤波(a) 编码器模拟信号PCM信号输 出抽样保持量 化编 码冲激脉冲分集接收：分散接收，集中处理。在不同位置用多个接收端接收同一信号空间分集：多副天线接收同一天线发送的信息，分集天线数（分集重数）越多，性能改善越好。接收天线之间的间距d3。频率分集：载频间隔大于相关带宽 移动通信900 1800。角度分集：天线指向。极化分集：水平垂直相互独立与地磁有关。起伏噪声：P77是遍布在时域和频域内的随机噪声，包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等都属于起伏噪声。各态历经性：P40随机过程中的任意一次实现都经历了随机过程的所有可能状态。因此，关于各态历经性的一个直接结论是，在求解各种统计平均（均值或自相关函数等）是，无需做无限多次的考察，只要获得一次考察，用一次实现的“时间平均”值代替过程的“统计平均”值即可，从而使测量和计算的问题大为简化。部分相应系统：人为地、有规律地在码元的抽样时刻引入码间串扰，并在接收端判决前加以消除，从而可以达到改善频谱特性，压缩传输频带，是频带利用率提高到理论上的最大值，并加速传输波形尾巴的衰减和降低对定时精度要求的目的。通常把这种波形称为部分相应波形。以用部分相应波形传输的基带系统成为部分相应系统。多电平调制、意义：为了提高频带利用率，可以采用多电平波形或多值波形。由于多电平波形的一个脉冲对应多个二进制码，在波特率相同（传输带宽相同）的条件下，比特率提高了，因此多电平波形在频带受限的高速数据传输系统中得到了广泛应用。MQAM：多进制键控体制中，相位键控的带宽和功率占用方面都具有优势，即带宽占用小和比特信噪比要求低。因此MPSK和MDPSK体制为人们所喜用。但是MPSK体制中随着M的增大，相邻相位的距离逐渐减小，使噪声容县随之减小，误码率难于保证。为了改善在M大时的噪声容限，发展出了QAM体制。在QAM体制中，信号的振幅和相位作为作为两个独立的参量同时受到调制。这种信号的一个码元可以表示为：，式中：k=整数；分别可以取多个离散值。（解决MPSK随着M增加性能急剧下降）相位不连续的影响：频带会扩展；包络产生失真。相干解调与非相干解调：P95相干解调：也叫同步检波，解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号频谱搬到了载频位置，这一过程可以通过一个乘法器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把载频位置的已调信号的频谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用乘法器与载波相乘来实现。相干解调时，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步（同频同相）的本地载波（成为相干载波），他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。相干解调适用于所有现行调制信号的解调。相干解调的关键是接收端要提供一个与载波信号严格同步的相干载波。否则，相干借条后将会使原始基带信号减弱，甚至带来严重失真，这在传输数字信号时尤为严重。非相干解调：包络检波属于非相干解调，。络检波器通常由半波或全波整流器和低通滤波器组成。它属于非相干解调，因此不需要相干载波，一个二极管峰值包络检波器由二极管VD和RC低通滤波器组成。包络检波器就是直接从已调波的幅度中提取原调制信号。其结构简单，且解调输出时相干解调输出的2倍。 4PSK只能用相干解调，其他的即可用相干解调，也可用非相干解调。电话信号非均匀量化的原因：P268非均匀量化的实现方法通常是在进行量化之前，现将信号抽样值压缩，在进行均匀量化。这里的压缩是用一个非线性电路将输入电压x变换成输出电压y。输入电压x越小，量化间隔也就越小。也就是说，小信号的量化误差也小，从而使信号量噪比有可能不致变坏。为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，当输入电压x减小时，应当使量化间隔x按比例地减小，即要求：xx。为了对不同的信号强度保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性具有对数特性。（小信号发生概率大，均匀量化时，小信号信噪比差。）A律13折线：P269ITU国际电信联盟制定了两种建议：即A压缩率和压缩率，以及相应的近似算法13折线法和15折线法。我国大陆、欧洲各国以及国际间互联时采用A压缩率及相应的13折线法，北美、日本和韩国等少数国家和地区采用压缩率及15折线法。A压缩率是指符合下式的对数压缩规律：式中：x为压缩器归一化输入电压；y为压缩器归一化输出电压；A为常数，它决定压缩程度。A律表示式是一条连续的平滑曲线，用电子线路很难准确地实现。现在由于数字电路技术的发展，这种特性很容易用数字电路来近似实现。13折线特性就是近似于A律的特性。因为话音信号为交流信号，及输入电压x有正负极性。这就是说在坐标系的第三象限还有对原点奇对称的另一半曲线。第一象限中的第一和第二段折线斜率相同，所以构成一条直线。同样，在第三象限中的第一和第二段折线斜率也相同，并且和第一象限中的斜率相同。所以，这四段折线构成了一条直线。一次，在这正负两个象限中的完整压缩曲线共有13段折线，故称13折线压缩特性。增量调制M过载怎样用图标表示：译码器恢复的信号时阶梯型电压经过低通滤波器平滑后的解调电压。它与编码器输入模拟