通信原理总复习

通信原理总复习通信原理教学组编写通信原理总复习第一章通信原理绪论通信原理2007年通信原理总复习

了解通信技术的发展；

掌握消息、信息、信号的定义；

掌握数字通信的概念，理解数字通信的优点；

掌握通信系统模型及其主要性能指标；重点：1.信息的度量；

2.数字通信系统模型的理解与掌握。难点：数字通信系统性能指标的理解与计算；通信原理2007年通信原理总复习设离散信息源是

一个由

n

个符号组成的集合，按独立出现。记2、非等概情况的信息量的计算则每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量

为：式(1.4-9)通信原理2007年通信原理总复习由于

H

同热力学中的熵形式一样，故通常又称它为信息源的熵，其单位为bit/符号。当信源中每个符号等概独立出现时，式(1.4-9)即成为式(1.4-5)。可以证明，此时信源的熵有最大值：通信原理2007年通信原理总复习有效性用传输速率

来衡量；可靠性用差错率

来衡量。二、数字通信系统1、传输速率码元传输速率

RB简称

传码率，又称

符号速率。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B

。

例如，若

1

秒内传2400个码元，则传码率为2400B。通信原理2007年通信原理总复习在数字通信中，一个码元（符号）在时间轴上的长度被称为码元长度

。

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TB有关信息传输速率

Rb

简称传信率，又称

比特率

等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s

，或b/s

，或bps。通信原理2007年通信原理总复习式中，H

是信源中每个符号所含的平均信息量（熵）码元速率和信息速率有确定的关系，即

等概传输时，熵有最大值，信息速率也达到最大，即式中，M为符号的进制数。二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为

数码率。通信原理2007年通信原理总复习保证信息速率不变的情况下，M

进制码元速率RBM

与二进制码元速率RB2

之间有以下转换关系：

衡量数字通信系统

可靠性

的指标是差错率，常用

误码率或误信率

表示。2、差错率通信原理2007年通信原理总复习第二章随机信号分析通信原理2007年通信原理总复习一、定义

所谓

平稳随机过程

，是指它的统计特性不随时间的推移而变化。

统计特性与起始时间无关则称是狭义平稳随机过程或严平稳随机过程。设有一个随机过程ξ(t)，它的均值为常数，自相关函数仅是τ的函数，则称它为宽平稳随机过程或广义平稳随机过程。

数字特征与起始时间无关通信原理2007年通信原理总复习如果平稳随机过程依概率

1

使下式成立则称该平稳随机过程具有各态历经性。“各态历经”的含义：随机过程中的任一实现都经历了随机过程的所有可能状态。因此，只需从任意一个随机过程的样本函数中就可获得它的所有的数字特征，从而使“统计平均”化为“时间平均”，使实际测量和计算的问题大为简化。

左端过程数字特征

右端时间数字特征通信原理2007年通信原理总复习

注意：具有各态历经性的随机过程必定是平稳随机过程，但平稳随机过程不一定是各态历经的。在通信系统中所遇到的随机信号和噪声，一般均能满足各态历经条件。通信原理2007年通信原理总复习［的

平均功率

］［的

直流功率］［的

偶函数

］［的

上界］［方差，的交流功率］当均值为0时，有具有下列主要性质：设ξ(t)为实平稳随机过程，则它的自相关函数代入性质1，2，就得到方差定义式只与时间间隔有关通信原理2007年通信原理总复习简记为

关系式（2.2-18）称为维纳-辛钦关系。

根据上述关系式及自相关函数R(τ)的性质，不难推演功率谱密度

有如下性质：

2.

偶函数1.

实数

、非负性通信原理2007年通信原理总复习由以上输出过程的数学期望和自相关函数证明，若线性系统的输入过程是平稳的，那么输出过程也是平稳的

。三、输出过程

ξo(t)的功率谱密度

可见，系统输出功率谱密度

是

输入功率谱密度Pi(ω)

与系统功率传输函数|H(ω)|2

的乘积

。通信原理2007年通信原理总复习结

论

：通信原理2007年通信原理总复习综上所述，我们得到一个重要结论：一个均值为零的窄带平稳高斯过程ξ(t)，它的同相分量ξc(t)和正交分量ξs(t)也是平稳高斯过程，

而且

均值都为零，方差也相同。

此外，在同一时刻上得到的ξc

和ξs是互不相关的或统计独立的。综上所述，我们又得到一个重要结论：一个均值为零，方差为

的窄带平稳高斯过程ξ(t)

，其包络

的一维分布是瑞利分布，相位

的一维分布是均匀分布。并且就一维分布而言，

与

是统计独立的。通信原理2007年通信原理总复习第三章信道与噪声通信原理2007年通信原理总复习图3-1调制信道和编码信道信道的一般组成如

图3-1所示：

通信原理2007年通信原理总复习信道广义信道（简称信道）狭义信道有线信道无线信道调制信道

编码信道从研究信息传输的角度出发，使一些基本问题的研究比较方便。通信效果的好坏，很大程度上将依赖于狭义信道的特性。在

图3-6所示的编码信道模型中，由于信道噪声或其它因素影响导致

输出数字序列发生错误是统计独立的，因此这种信道是

无记忆编码信道

。通信原理2007年通信原理总复习有线信道，如电缆光纤等无线信道，如中短波、微波信道等恒参信道随参信道有记忆编码信道无记忆编码信道广义信道狭义信道调制信道编码信道信道通信原理2007年通信原理总复习

恒参信道的信道特性

不随时间变化

或

变化很缓慢

。

由

架空明线、电缆、中长波地波传播、超短波及微波与光波的视距传播、人造卫星中继、以及光导纤维等

传输媒质构成的广义信道都属于恒参信道。

二、恒参信道特性

恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，其

传输特性

可以

等效为

一个线性时不变网络

。线性网络的传输特性可以用

幅度－频率特性

和

相位－频率特性

来表征。通信原理2007年通信原理总复习理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延特性曲线如

图3-13所示：

图

3-13理想信道的幅频特性、相频特性和群迟延-频率特性通信原理2007年通信原理总复习

由理想的

恒参信道特性

可知：在整个频率范围其

幅频特性

为

常数

(或在信号频带范围之内为常数)；其

相频特性

为ω的

线性函数(或在信号频带范围之内为ω的线性函数)。如果信道的幅度-频率特性在信号频带范围之内不是常数，则会使信号产生

幅度-频率失真

；

如果信道的相位-频率特性在信号频带范围之内不是

ω

的

线性函数

，则会使信号产生

相位-频率失真

。通信原理2007年通信原理总复习恒参信道特性对信号传输的其它影响非线性畸变：由信道中元器件振幅特性的非线性引起，造成谐波失真及若干寄生频率等；频率偏移：由信道中接收端解调载频与发送端调制载频之间偏差造成的；相位抖动：由调制

和

解调载频的不稳定

所造成，相位抖动相当在发送信号上附加一个小指数的调频。

以上的非线性畸变，一旦产生，均难以消除。通信原理2007年通信原理总复习二、随参信道特性

(1)对信号的

衰耗

随时间随机变化；

(2)

信号

传输的时延

随时间随机变化；

(3)

多径传播

。

由此我们可以得到以下两个

结论

:

(1)

多径传播

使

单一频率的正弦信号

变成了

包络

和

相位

受调制的

窄带信号，这种信号称为

衰落信号，即

多径传播

使信号产生

瑞利型衰落

；

(2)

从频谱上看，多径传播

使

单一谱线

变成了窄带频谱，即

多径传播

引起了

频率弥散

。通信原理2007年通信原理总复习

b)

频率选择性衰落与相关带宽

Frequency-selectivefadingandcoherencebandwidth

当发送信号是

具有一定频带宽度

的信号

时，多径传播

除了会使信号产生

瑞利型衰落

之外，还会产生

频率选择性衰落

。我们假设

多径传播

的

路径只有两条，信道模型如图3-22所示：通信原理2007年通信原理总复习对于固定的

，信道幅频特性如

图3-23(a)

所示

:图

3-23信道幅频特性(a)时延差固定(b)时延差随机变化通信原理2007年通信原理总复习多径传播时的相对时延差通常用

最大多径时延差来表征。设信道

最大多径时延差

为

，则定义

多径传播信道的

相关带宽

为：(3.3-30)它表示

信道传输特性

相邻两个零点之间

的

频率间隔

。

如果信号的频谱比相关带宽宽，则将产生严重的频率选择性衰落。通信原理2007年通信原理总复习为了减小频率选择性衰落，就应使信号的频谱小于相关带宽。

在工程设计中，为了保证接收信号质量，通常选择

信号带宽

为

相关带宽

的

1/5~1/3

。通信原理2007年通信原理总复习按加性噪声来源分类人为噪声：外台信号、电气开关合断、点火系统自然噪声：天电噪声来源于雷电、磁暴、宇宙射

线、太阳黑子内部噪声：系统设备内部本身产生的各种噪声，电阻器热噪声、电子管、半导体管中的电子起伏（散弹噪声）按随机噪声性质分类单频噪声：外台信号脉冲噪声：电气开关合断噪声、工业电火花起伏噪声：热噪声、散弹噪声、宇宙噪声通信原理2007年通信原理总复习信道容量

是指

信道中信息无差错传输的最大速率

。

连续信道的

信道容量(Channelcapacity)

a)

香农公式

带宽为

B

(Hz)

的连续信道，其

输入信号的功率

为

S，信道加性高斯白噪声的功率为

N。可以证明，信道的

信道容量

为：(3.6-19)通信原理2007年通信原理总复习第五章

数字基带传输系统通信原理2007年通信原理总复习

1.单极性不归零波形这是最简单、最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的

零电平

和

正电平

分别对应

二进制代码

0

和

1

特点

是：极性单一，有直流分量，脉冲之间无间隔。另外，位同步信息包含在电平的转换之中，当出现连

0

序列时，没有

位同步信息。通信原理2007年通信原理总复习

2．双极性不归零波形

脉冲的

正负电平

分别对应于

二进制代码

1

、0

；由于它是

幅度相等、极性相反

的

双极性波形

，故当

0、1符号

等概出现

时，无直流分量

。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。故

双极性波形有利于在信道中传输

。通信原理2007年通信原理总复习

3．单极性归零波形与

单极性不归零波形

的区别是：有电脉冲宽度小于

码元宽度，每个

有电脉冲

在小于

码元长度内，总要回到零电平，所以称为

归零波形

。单极性归零波形

可以直接提取定时信息，是其它波形提取

位定时信号

时

需采用的一种

过渡波形通信原理2007年通信原理总复习

4．双极性归零波形

它是

双极性波形

的

归零形式

。每个码元内，脉冲

都回到

零电平

，即

相邻脉冲之间

必定留有

零电位的间隔

。它除了具有

双极性不归零波形

的

特点

外，还有利于

同步脉冲的提取

。通信原理2007年通信原理总复习5.2.2

基带信号的频谱特性通过谱分析，可了解信号需占据的

频带宽度，所包含的频谱分量，有无直流分量，有无定时分量

等。这样，才能针对信号谱的特点来选择

相匹配的信道

，以及确定是否可从信号中

提取定时信号

。可见稳态波的功率谱是冲击强度取决的离散线谱；根据离散谱可以确定随机序列是否包含直流分量（m=0）和定时分量

(m=1)

。

交变波

的功率谱

是

连续谱

，它与g1(t)

和

g2(t)的频谱

以及

出现概率P

有关

。通信原理2007年通信原理总复习二进制基带信号的功率谱密度

单极性半占空归零信号的带宽为：单极性

不归零

信号

在离散谱线中

只有

直流分量单极性归零信号有直流分量，也有定时分量，且带宽

大于不归零码通信原理2007年通信原理总复习

从以上两例可以看出:

(1)

随机序列的带宽取

G1(f)

和

G2(f)

之中

较大带宽的一个作为序列带宽

。时间波形的占空比越小

，频带

越宽

。

矩形脉冲脉宽为τ，则

。

(2)

单极性基带信号是否存在离散线谱取决于矩形脉冲

的

占空比；

单极性

归零

信号

中

有定时分量；

单极性

不归零

信号

中

无定时分量；

0、1等概

的

双极性

信号没有离散谱。通信原理2007年通信原理总复习5.3

基带传输的常用码型图5-6AMI码和HDB3码的功率谱通信原理2007年通信原理总复习二、HDB3

码

HDB3

码的全称是3

阶

高密度

双极性码，它是AMI

码

的

一种

改进型

。

其编码规则如下：

(1)

当信码的

连“0”个数

不超过

3

时，仍按AMI码的规则编

，即传号极性交替；

(

2)

当连“0”个数超过3

时，则将第

4

个“0”

改为非“0”

脉冲，记为+V

或–V

，称之为破坏脉冲

。为了便于识别，V

码

的

极性应与其前一个

非“0”脉冲

的

极性相同。破坏了

AMI

码

的

极性

交替

规则，所以称为破坏码通信原理2007年通信原理总复习

(3)相邻V码

的

极性

必须交替

出现，以确保编好的码中无直流；否则，将

四连“0”的第一个“0”

更改为与该破坏脉冲相同极性

的脉冲，并记为+B

或–B；

(4)

破坏脉冲之后的传号码极性

也要

交替。

例如：

代码：100001000011000

0l1

AMI码：-10000+10000-1+10000-1+1

HDB3码：-1000-V+1000+V-1+1–B00–V+l-1相邻V码之间，有奇数个

非0码时，就能保证它们极性

交替与前一个非

0码极性相反通信原理2007年通信原理总复习

下面，研究如何设计

基带传输特性

H(ω)

，以形成在抽样时刻上

无码间串扰的冲击响应波形h(t)。

根据上面的分析，假设延迟t0

=0，无码间串扰的基带系统冲击响应应满足下式无码间干扰的时域条件说明：无码间串扰的基带系统冲击响应，

t=0时

取值不为零，其它抽样时刻t=

kTs

的抽样值

均为零

.(5.5-1)通信原理2007年通信原理总复习无码间干扰的频域条件将

无码间串扰

时域条件

(5.5-1)

带入上式，便可得无码间串扰时，基带传输特性应满足的频域条件或写成该条件

称为

奈奎斯特

第一准则

。它为我们提供了

检验

一个给定系统

特性

H

(ω)是否产生

码间串扰

的

方法

。通信原理2007年通信原理总复习同时还可看出，如果该系统用

高于

甚至是

低于

1/Ts

波特的码元速率传送时，将存在码间干扰

。考虑到系统的频率宽度为1/2Ts

，而最高码元速率为1/Ts

，故这时的系统最高频带利用率为2B/Hz

。

通常把1/2Ts

称为奈奎斯特带宽，即系统的最小传输带宽，记为

W1

；则该系统无码间干扰时最高的传输速率为2W1

波特，这个传输速率通常被称为奈奎斯特速率。

理想低通传输特性的基带系统有

最大的频带利用率。但是，理想低通系统

在实际应用中

存在

两个问题：通信原理2007年通信原理总复习

对于单极性信号，电平取值为+A(

对应“1”码

)或0（对应“0”码），因此，在发“0”

码时，只需将图

5-16中f

0

(x)

曲线的分布中心由–

A

移到0

即可

。

则最佳门限电平为：通信原理2007年通信原理总复习

若二进制

基带信号为双极性，设它在抽样时刻的电平取值为+

A

或–

A

(

分别对应于信码的“1”

或“0”

)，则x(t)在抽样时刻的取值为：

发送“1”码发送“0”码则可求得最佳门限电平：当P(1)=P(0)=1/2时通信原理2007年通信原理总复习图

5-18眼图的模型

}信号失真斜边

过零点失真噪声容限最佳判决门限电平

最佳判决时刻

通信原理2007年通信原理总复习第七章数字频带传输系统通信原理2007年通信原理总复习一、二进制振幅键控（2ASK）

二、

二进制移频键控（2FSK）三、

二进制移相键控（2PSK）通信原理2007年通信原理总复习延迟

Ts图

7-182DPSK信号差分相干解调器原理图差分相干解调方式

=