通信原理 (完整)

第一章绪论1.1通信技术及发展史通信：克服距离上的障碍，进行信息的传递与交换的过程。“通信的基本问题就是在一点重新准确地或近似的再现另一点所选择的消息。”通信目的：传输信息任务：迅速、准确的进行信息的传输。意义：军用民用按照社会发展进程中通信方式的不同，人类的文明史可分为：原始通信时代邮政通信时代电气通信时代信息时代以语音为主以文字发明为标志电报、电话信息多样化、方式多样化、与计算机相结合1.2通信系统通信系统的一般简化模型信息：是指消息中所包含的对受信者有意义的内容（或有效内容）。不同形式表现（汉字、符号、图形等）的同一消息，载有相同的信息。消息：

通信系统所传输的对象，如语音、文字、图形、图像等。是指信源所产生的信息的物理表现。信号：

是指消息的物理载体，是传输消息的手段。消息必须转换成信号，才能在通信系统中传输。表现形式取决于媒体。消息与信号一一对应。可分为模拟信号和数字信号。通信系统模型信道发送端接收端信源发送设备接收设备信宿噪声信号消息模拟信源（连续信源）：输出的消息状态是连续变化的；数字信源（离散信源）：输出的消息状态是离散的、可数的。模拟信号：信号参量的取值是连续的；数字信号：携带信息的参量仅可取有限个数值。模拟通信系统：信道中传送的是模拟信号；数字通信系统：信道中传送的是数字信号。数字通信系统模型信源发送端接收端信道编码调制信道压缩编码解调信宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪声同步信源编码信源解码数字通信的主要优点：可作信源编码，压缩冗余度，提高信道利用率。可采用数字加密技术，保密性好。可采用纠错和检错技术，差错可控制。便于存储和处理。可综合传输各种模拟和数字输入消息，便于复用。易于设计、制造，体积更小、重量更轻。抗干扰能力强，可中继再生。数字通信的主要优点：(a)失真的数字信号(b)恢复的数字信号数字信号波形的失真和恢复数字通信的主要缺点：占用带宽大

设备复杂同步要求高

宽带通信、压缩编码VLSI、SOC、ASIC信号处理技术应用实例：数字传输技术：电话、电视、计算机数据等信号的远距离传输。模拟传输技术：有线电话环路、无线电广播、电视广播等。通信系统的分类按信号特征分类数字通信

电话、电视、计算机数据等信号的远距离传输。模拟通信

有线电话环路、无线电广播、电视广播等。按数字信号码元排列次序串行远程并行近程、高速按调制方式分类调

制

方

式用途连续载波调制线性调制常规双边带调制广播

抑制载波双边带调幅

立体声广播

单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传

残留边带调幅VSB电视广播、

数传、

传真

非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播

相位调制PM中间调制方式

数字调制幅度键控ASK数据传输

相位键控数据传输

调

制

方

式

用途

连续载波调制数字调制相位键控PSK、

DPSK、

QPSK等

数据传输、

数字微波、

空间通信

其他高效数字调制QAM、

MSK等

数字微波、

空间通信

脉冲数字调制脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、

遥测

脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式

脉位调制PPM遥测、

光纤传输

脉冲数字调制脉码调制PCM市话、

卫星、

空间通信

增量调制DM军用、

民用电话

差分脉码调制DPCM电视电话、

图像编码

其他语言编码方式ADPCM、

APC、

LPC中低速数字电话

按信号复用方式分类频分复用（FDM）：FrequencyDivisionMultiplexing 模拟通信的基本形式时分复用（TDM）：TimeDivisionMultiplexing

数字通信的基本形式波分复用（WDM）：WaveDivisionMultiplexing

光纤通信的基本形式码分复用（CDM）：CodeDivisionMultiplexing

扩频通信、移动通信的基本形式专用通信公用通信固定通信移动通信按用途分按通信者是否运动分有线通信无线通信按传输媒质分按工作频率分长波通信中波通信短波通信微波通信光波通信通信方式单工半双工全双工信道发端发端收端收端信道信道发端发端收端收端发端信道收端如何度量信息？度量信息量的方法，必须满足：能度量任何消息与消息的类型无关消息的重要程度无关

与内容无关抽象的用数学方式描述与形式无关文字声音图像与接收者无关重要性是相对的

香农将信息定义为Uncertainty不确定性的减少。信息量的大小与消息出现的概率有关。

消息出现的概率越小，所包含的信息量就越大；信息论将以模糊的信息概念用数学概念加以定义，用数学方法加以定量化，是通信学发展的一项重要理论基础。信息量的定义：信息量是消息出现概率的函数；消息出现的概率越小，所包含的信息量就越大；若某消息由若干个独立消息所组成，则该消息所包含的信息量是每个独立消息所含信息量之和。确定性事件的信息量等于零。信息量的定义若消息出现的概率为，则所含信息量I

可定义为：信息量的单位：，则为比特（bit），最常用;，则为奈特（nat）;，则为哈特莱（hartley）。

当M=2时，则I=1bit。

工程上，常常不考虑是否为等概率的消息，总认为一个二进制波形（或码元）等于1bit。即通常把一个二进制码元称做1bit。若采用一个M进制的波形，来传送M

个独立的等概离散消息之一，则每一码元的信息量为：

(b)

熵熵是一个系统的不确定性或无序的程度，系统的紊乱程度越高，熵就越大；系统越有序，熵就越小。“一个系统的熵就是它的无组织程度的度量。”－维纳所有自然过程都增加熵－克劳修斯任何信息都增加系统的负熵－布里渊对于离散独立非等概消息组成的消息源，采用平均（统计平均）信息量－－熵来描述：熵的单位为：bit/符号对于M个离散独立等概消息组成的消息源，它发送的每个消息所包含的信息量为。

等概时具最大熵：1.5通信系统的性能指标有效性可靠性速度指标质量指标矛盾数字通信系统性能有效性传码率：单位时间传输的码元个数baud传信率：单位时间传输的平均信息量bps数字通信系统性能

可靠性误码率：信息码元在传输过程中被误传的概率误信率：信息量在传输过程中被丢失的概率误差模拟通信系统中，误差是源信号与接收信号之间的均方误差来表示：ｋ：衰减系数：传输时延若信道为平稳信道，ｋ为常数若误差为信道引人的加性干扰引起，为接收端噪声功率信噪比：与噪声的功率比，用分贝表示信号功率噪声功率有效值方差1.6连续信道的信道容量香农公式假设信道的带宽为B（Hz），信道输出的功率为加性高斯白噪声功率为，则该信道的信道容量为：

C:信道容量，信道的最大无失真信息传输速率仅当传信率不超过C时，才有可能实现无误码传输也可表示可能达到的最大的频谱利用率带宽B是指正频率范围，不包括负频率范围。信道为理想带通信道。B的范围并不要求一个连续的频带，可以允许由若干不相邻的频段组成。只要求噪声谱密度在信号带宽内为常数，不考虑信号频带外的噪声特性。当噪声为非高斯时，该式不适用。达到信道容量时，信道的输入也应该是高斯过程。提高可靠性B固定：增加信噪比SNR固定：增大带宽B、SNR固定：降低通信速度

无限增大信号功率，或无噪声时，信道容量无穷大无限增大信道带宽，不能无限增大信道容量。第2章信道通信系统模型信道发送端接收端信源发送设备接收设备信宿噪声信号消息信道信道：信号传输的通道（媒介）。信道狭义信道：传输媒介广义信道：传输媒介及有关的设备狭义信道广义信道狭义信道有线信道无线信道架空明线对称电缆同轴电缆光纤狭义信道有线信道

无线信道中长波地波短波电离层反射超短波、微波视距传输超短波、微波对流层散射卫星中继广义信道信源接收设备调制器发转换器信道加密器解调器信宿解码器收转换器解密器编码器噪声发送设备编码信道调制信道广义信道调制信道：调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。研究调制和解调时，常用调制信道。连续信道/模拟信道。

编码信道：编码器输出端到译码器输入端的所有设备和媒介。

研究编码时，常用编码信道。离散信道/数字信道。连续信道：信道输入、输出的信号取值是连续的。离散信道：信道输入、输出的信号取值是离散的。信道（信号通道）狭义信道广义信道有线信道无线信道信号的传输媒质媒质及有关变换装置调制信道编码信道（连续信道）（离散信道）恒参信道随参信道有记忆编码信道无记忆编码信道3.2调制信道模型输入端和输出端；信号通过信道具有一定的延迟时间，而且还会受到(固定或时变的)损耗；绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加定理；即使没有信号输入，在信道输出端仍有一定的功率输出。调制信道模型依赖于网络的特性，反映网络特性对的作用。n(t):加性干扰k(t):乘性干扰干扰加性干扰：本地噪声乘性干扰：非理理想信道始终存在与信号共存乘性加性恒参信道

信道的参数不随时间、空间的变化而变化或缓慢变化。（可等效为一个线性时不变网络来分析）随参信道

信道的参数随时间、空间的变化快速、随机的变化。乘性干扰3.3信道传输特性幅频特性相频特性理想信道传输特性无失真传输

(1)对信号在幅度上产生固定的衰减；

(2)对信号在时间上产生固定的迟延。OK0|H(w)|wOj(w)wwtdOtdt(w)wa幅频特性b相频特性c群迟延特性幅频特性为常数相频特性是线性群延迟特性固定只对ei(t)的不同频率成份进行相同的幅度衰减和时延。实际中，传输特性可能偏离理想信道特性，产生失真：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。幅度－频率畸变

产生原因：

发射机、换能器、信道、传感器、接收机的幅度－频率特性不理想所引起的，又称为频率失真。一般典型音频电话信道的幅度－频率特性曲线近似表示。

频率(Hz)030011002900衰耗(dB)相位-频率畸变是指信道的相位-频率特性偏离线性关系所引起的畸变。常采用群延迟-频率特性来衡量克服措施：

改善信道中的滤波性能，使幅频特性在信道有效传输带宽内平坦；增加线性补偿网络，使整个系统衰耗特性曲线变得平坦 ——均衡器分集接收：空间分集、频率分集、角度分集、极化分集第4章模拟调制系统模拟调制是数字调制的基础什么是调制？为什么要调制？如何调制？通信系统模型信道发送端接收端信源发送设备接收设备信宿噪声信号消息模拟通信系统模型信道模拟信源调制器解调器信宿噪声调制的概念：将载有有用信息的频谱搬移到高频段的过程。频谱：从频域定义高频：从低频到高频搬移：线性或非线性调制的概念：按调制信号（基带信号）的变化规律去改变载波某些参数的过程。基带信号/调制信号/信息信号：未经调制的原始信号。与已调信号相对。从时域定义使用载波映射过程调制的目的和意义便于传输便于实现简化设计充分利用信道，提高有效性。以较小的天线尺寸，实现有效的辐射减小相对带宽，改善传输的均匀性，提高可靠性。载波信号有可调参量便于传输便于区分便于实现常用载波：正弦载波和脉冲串。高频调

制

方

式用途连续载波调制模拟调制线性调制常规双边带调制AM广播

抑制载波双边带调幅DSB立体声广播

单边带调幅SSB载波通信、无线电台、数传

残留边带调幅VSB电视广播、

数传、

传真

非线性调制频率调制FM微波中继、卫星通信、广播

相位调制PM中间调制方式

数字调制幅度键控ASK数据传输

频率键控FSK数据传输

相位键控PSK、

DPSK、

QPSK等

数据传输、

数字微波、

空间通信

其他高效数字调制QAM、

MSK等

数字微波、

空间通信

调

制

方

式

用途

脉冲数字调制脉冲模拟调制脉幅调制PAM中间调制方式、

遥测

脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式

脉位调制PPM遥测、

光纤传输

脉冲数字调制脉码调制PCM市话、

卫星、

空间通信

增量调制DM军用、

民用电话

差分脉码调制DPCM电视电话、

图像编码

其他语言编码方式ADPCM、

APC、

LPC中低速数字电话

正弦载波：幅度：载波频率：相位幅度调制AM频率调制FM相位调制PM幅度调制原理正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。m=0.5m=1m=1.5m(t)101+m(t)101+m(t)+1==

m(t)|max=m

调制指数

m1AM信号的接收：包络检波全载波调幅：频域-fmm(t)s(t)M(f)C(f)c(t)A-Atfmf0-f02fmS(f)2fmffftt101+m(t)幅度调制幅度调制是线性调制（非线性变换）任何调制过程都是非线性过程。波形上：幅度与基带信号成正比频谱上：是基带信号频谱简单的搬移（平移）频谱结构不变幅度调制的实现调制方式根据滤波器特性可分为：带通带通理想低通或高通非理想低通AM调幅DSB双边带SSB单边带VSB残留单边带单边带信号的频谱相干解调相干解调单边带信号的解调非线性调制角度调制频率调制相位调制恒定振幅瞬时频率的概念瞬时相位瞬时相位偏移瞬时频率：瞬时相位相对时间的导数瞬时频率偏移：瞬时相位偏移相对时间的导数相位调制：PM瞬时相位偏移随基带信号成比例变化的调制频率调制：FM瞬时频率偏移随基带信号成比例变化的调制频分复用复用：将多个彼此独立的信号合并在一起，并在一个信道上传输的方法。频分复用：将多个独立的基带信号的频谱调制到不同的频段，使之可在同一信道上传输。频分复用的实现频分复用的实现频分复用的实现第5章数字基带传输系统1.引言基带信号：

没有经过调制的信号数字基带信号：未经载波调制的原始数字信号原始消息的电信号形式。代码的电波形。基带传输系统：频带传输系统：不使用调制解调装置而直接传送基带信号的系统。包括调制解调过程的传输系统。基带传输系统与频带传输系统基带传输的意义 基带传输是基础

频带传输也同样存在基带传输的问题。等效性任何一个采用线性调制的频带传输系统可用一个等效的基带传输代替（理论上）。技术自身的发展基带传输也可以实现高速通信。数字基带信号及其频谱特性1.单极性码

0电位0＋E电位1010010010特点脉冲之间无间隔有直流数据总线双极性码

＋E电位0（或1)－E电位1（或0)010010010特点脉冲之间无间隔无直流RS232单极性归零码

010010010特点每个脉冲都回零电位脉冲宽度比码元宽度窄有直流

0（或1)1（或0)双极性归零码

010010010特点每个脉冲都回零电位相邻脉冲之间有零电位间隔无直流

0（或1)1（或0)差分码

电位不变0（或1)电位改变1（或0)010010010011011011单极性波形双极性波形单极性归零双极性归零差分波形多值波形011010011103EE-E-3E基带信号的通用表达式基带信号频谱特性稳态波的功率谱有什么特点？为什么？交变波的功率谱有什么特点？g1(t)和g2

(t)应如何选择？提取波形的离散谱和消除离散谱，对波形设计的要求？基带信号的功率谱带宽取决于什么？基带传输的常用码型基带信号：数字基带信号：

数字基带信号传输时要满足以下两方面的要求对代码的要求对电波形的要求传输码型的选择基带脉冲的选择未经调制的原始信号。代码的电波形。传输码型(线路码)的设计原则无直流分量、低频分量小；含有码元的定时信息；与信源的统计特性无关;传输效率高；最好有一定的检错能力；功耗同步稳健有效性可靠性AMI码－传号交替反转码编码规则：“1”传号交替 “0”空号0

例：消息码：010110001 AMI码：0+10-1+1000-1+1-1特点

无直流

1B/1T优点

编译码简单有一定的检错功能缺点

长的连‘０’时，提取定时信息困难

与信源统计特性有关HDB3码

（三阶高密度双极性码）先把消息代码变成AMI码；当出现4个或4个以上连0码时，引入破坏码V；原来的二进制码元序列中所有的“1”码称为信码，用符号B表示。

B与V的正负必须满足如下两个条件：①B码和V码各自都应始终保持极性交替变化的规律。

以便确保编好的码中没有直流成分②V码必须与前一个码（信码B）同极性。

以便区分信码和破坏码开来如果条件②得不到满足，那么应该在四个连“0”码的第一个“0”码位置上加一个与V码同极性的补信码，用符号B′表示。B码和B′码合起来保持条件①中信码极性交替变换的规律。并且让后面的非“0”码元符号从V码元开始再交替变化。消息码:100001000011000011AMI码:-10000+10000-1

+10000-1+1HDB3码:-1000-V+1000+V-1+1000-V-1+1-1000-V+1000+V-1+1-B00-V+1-1

-1000-1+1000+1-1+1-100-1+1-1HDB3译码：发现相连的两个同符号的’1’时，后面的’1’及其前面的3个符号都译为’0’。然后，将’+1’和’-1’都译为’1’，其它为’0’。

HDB3特点无直流与信源无关1B/1T译码简单CCITT推荐使用CD22103PST码

（成对选择三进码）分组（两个一组）２B/２T（９选４）码表单脉冲交替

信息码０００１１０１１＋模式－＋０＋＋０＋－－模式－＋０－－０＋－PST码

例信息码０１００１１１０１０１１０１＋模式０＋－＋＋－＋０＋０＋－０＋－模式０－－＋＋－－０－０＋－０－PST码０＋－＋＋－－０＋０＋－０－PST特点

无直流定时信息丰富2B/2T

编译码简单需分组（需帧同步）曼彻斯特码、双相码、分相码编码规则：“０”０１（－＋）“１”

１０（＋－）

例：信息码１１００１０１双相码１０１００１０１１００１１０双相码的特点

无直流

编译码简单

1B/2B，使用两个电平定时信息丰富（与信源无关）

局域网中常使用Miller（米勒）码编码规则：“1”

“0”

例：信息码１１００１０１米勒码１００１１１０００１１１１０１００１００１１中心越变、边界连续中心连续、连０边界越变Miller码的特点在Manchester码的下降沿跳变

两个１之间连０最大为2Ts

可用于自检CMI码编码规则：“1”

交替“0”

０１

例：信息码１１００１０１米勒码１１０００１０１１１０１００

１１００其它码型nBmB

m=n+1（可用于纠错）

1B2B、2B3B、5B6B、8B10B等nBmT

1B1T、2B2T、4B3T等基带脉冲传输与码间干扰基带脉冲传输与码间干扰脉冲形成器发送滤波器信道接收滤波器同步提取抽样判决加性干扰、乘性干扰滤除噪声、均衡传输码型限制频带、防止干扰门限比较、再生信号产生抽样信号基带脉冲传输与码间干扰基带传输系统的数学分析信道识别狭义信道抽样判决二进制：三进制：Mancherster、Miller、CMIAMI、HDB3、PST基带传输系统的数学分析广义信道乘性干扰加性干扰基带传输系统的数学分析假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击δ(t)，这样发送滤波器的输入信号可以表示为其中an是第n个码元，对于二进制数字信号，an的取值为0、1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。滤波器输出信号：式中h(t)是系统的冲击响应，可用系统传递函数H(ω)的傅氏反变换为：nR(t)是加性噪声n(t)通过接收滤波器后所产生的输出噪声。抽样判决器对r(t)进行抽样判决，以确定所传输的数字信息序列{an}。为了判定其中第ｋ个码元ak的值，应在t=ｋTs+t0瞬间对r(t)抽样，此抽样值为抽样时刻采样周期、与码元同宽时偏，保证最大信噪比，由码型决定信息序列输出序列１０判决信号码间干扰随机噪声，加性干扰第k个基本接收波形在抽样时刻的取值确定的依据常数无码间干扰的基带传输理想的传输波形无码间干扰的基带传输奈奎斯特第一准则如果信号经传输后整个波形发生变化，但只要其特定点的抽样值保持不变，仍然可以准确无误地恢复原始信码，这就是奈奎斯特第一准则(又称为第一无失真条件)的本质。奈奎斯特第一准则解不惟一。移位相加后，在系统带宽内理想。等效理想低通滤波器。频带利用率和奈奎斯特速率。只要基带传输系统的总特性可以等效为一个理想低通滤波器，就可以进行无码间干扰的传输。奈奎斯特第一定律：理想信道：系统的总特性为理想全通滤波器。波形无失真，可在码元周期内任何时刻采样。占用无限宽的带宽。带宽利用率B/Hz频带利用率：单位频带内的码元传输速率。理想低通型，即：以码元宽度为周期采样，无码间干扰。占用频带，频带利用率为2baud/Hz。奈奎斯特速率(理论极限)：若系统带宽为w，则无码间干扰时最高传输速率为2w(波特)。问题？

2.随衰减，“尾巴”振荡幅度大，衰减慢，定时误差将导致码间干扰增大，对定时要求严格。1.理想低通特性是无法实现的。等效理想低通：如果系统带宽不大于（２倍理想带宽）

则：实用无码间串扰传输特性：传输函数为在处奇对称的低通滤波器。例：余弦滚降特性的传输函数其冲激响应为：为余弦型；按衰减；多了一个零点；带宽增加一倍，B/Hz。例：余弦滚降特性的传输函数其冲激响应为：升余弦滚降传输特性滚降因子多了一个零点；带宽为增大，占用带宽增加，振荡衰减加快，有效性降低，可靠性提高。有效性与可靠性矛盾！奈奎斯特第二准则有控制的在某些码元时刻引入码间干扰，而在其它码元时刻无码间干扰。那么就可以是频带利用率达到理论上的最大值（2B/Hz），同时又可以降低对定时精度的要求。部分响应波形：满足上述要求的冲击响应波形部分响应系统：利用部分响应波形进行传输的基带传输系统。最简单的部分响应波形是间隔为Ts的sinc函数相加。即：抽样时刻a-1a0

a1

a2上述波形的频谱为：余弦形，带宽1/2Ts。带宽利用率达到2B/Hz。两个非零的点。前一个码干扰后面的一个码。存在问题：误码传递性解决办法：预编码当发送码元为ak

时，接收波形在抽样时刻的取值为：预编码相关编码模2判决部分响应系统带宽利用率达到2B/Hz。衰减快，容易实现。可通过预编码去掉码间干扰。信噪比降低。判决复杂三、眼图

眼图就是用实验方法宏观监测系统的性能。眼图的概念：眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形。从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度。

1.无噪声时的眼图

3.眼图的模型

最佳抽样时刻应是眼睛睁开最大的时刻；阴影区的垂直高度表示信号幅度的畸变；中央的横轴对应判决门限电平；斜边的斜率决定定时误差的灵敏度；抽样时刻，上下影区的间距之半为噪声容限。传输方式有效性可靠性全通滤波器（理想信道）0Baud/Hz无码间干扰理想低通滤波器2Baud/Hz抽样判决处无码间干扰对定时偏差敏感等效理想低通滤波器<2Baud/Hz抽样判决处无码间干扰对定时偏差不敏感部分响应系统2Baud/Hz有确定码间干扰对时偏不敏感，抗噪声能力降低误码传递部分响应系统（预编码）2Baud/Hz误码不传递判决复杂时域均衡理论上实际上等效理想低通部分响应系统奈奎斯特第一准则奈奎斯特第二准则设计误差信道未知时变码间干扰均衡器均衡器：在基带系统中插入一种可调滤波器，使之能适应信道的变化，减小码间干扰的影响，这种起补偿作用的滤波器称为(信道)均衡器。频域均衡器：用均衡器的频率特性去补偿系统的总特性，使之满足实际的需要。时域均衡器：用均衡器时间特性去校正已畸变的波形，使包括均衡器在内的整个系统的冲激响应满足无码间串扰条件。频域均衡时域均衡以为周期延时求和；离散的、无穷阶；横向滤波器。横向滤波器理论上，无穷阶可消除码间干扰；横向滤波器特性取决于抽头系数；实际上，无法实现。有限长横向滤波器有限长横向滤波器理论上，码间干扰可以完全消除实际上，为有限值，码间干扰不能完全消除迫零调整：数学上：解2N+1个联立方程组物理上：调整2N+1个系数预制式：测试脉冲调整抽头增益自适应式：学习码自动调整实际上：衡量准则：峰值畸变准则均方畸变准则预制式：输入：，相当于发送端输入单脉冲输出：抽样判决：峰值极性判决控制电路：调整系数（以为步长）迫零调整自适应式：（均方畸变准则）自适应式：（均方畸变准则）均衡自适应均衡时间反转均衡线形均衡非线性均衡LMSRLSDFE最大似然符号检测盲均衡最大似然序列估值预置式均衡时域频域判决反馈均衡器第6章正弦载波数字调制系统调制的概念：将载有有用信息的频谱搬移到高频段的过程。按基带信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。即将基带信号附着在载波上的过程。调制的目的和意义便于传输便于实现简化设计充分利用信道，提高有效性。以较小的天线尺寸，实现有效的辐射减小相对带宽，改善传输的均匀性，提高可靠性。连续载波调制正弦载波的3种键控波形

2ASK信号可以表示成一个单极性矩形脉冲序列与一个正弦型载波的相乘:二进制振幅键控（2ASK）2ASK信号的调制方法调制方式同模拟幅度调制（DSB）线性调制2ASK信号的调制方法2ASK的一个信号状态始终为零，相当于处在断开状态，此时称为通断键控信号（OOK信号:on-offkeying）原理:2ASK是利用代表数字信息“0”或“1”的基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。有载波输出时表示发送“1”，无载波输出时表示发送“0”。

OOK信号解调方法相干解调：利用了载波信号的相位信息进行解调。非相干解调：在解调过程中不利用相位，只用包 络（幅度）信息进行解调。非相干解调ook信号功率谱2ASK信号功率谱2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成。连续谱：取决于g(t)经线性调制后的双边带谱。离散谱：处于载波频率上。2ASK信号带宽是基带脉冲波形带宽的两倍。定义：数字频率调制又称频移键控（FSK），二进制频移键控记作2FSK。原理：数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息，即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK信号是符号“1”对应于载频

，而符号“0”对应于另一个载频的已调波形，而且频率的改变是瞬间完成的。

二进制移频键控（2FSK）二进制移频键控（2FSK）也可表示成：2FSK可看成两个OOK信号的叠加。2FSK信号的产生键控法：利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对两个不同的独立频率源进行选通。相位不连续2FSK信号的产生模拟调频法：用一个矩形脉冲序列对一个载波进行调制而获得，利用模拟调频法实现数字调频。相位连续2FSK信号解调方法非相干检测法相干检测法鉴频法过零检测法差分检波法判决：相对比较，无固定的门限。非相干检测法过零检测法基本思想：

过零点数随不同频率而异，检出过零点数可以得到关于频率的差异。差分检测法差分检波法基于输入信号与其延迟ts

的信号相比较，信道上的延迟失真将同时影响相邻信号，故不影响最终的鉴频效果。2FSK信号可以等价为两个不同的载波信号分别对两个基带信号调幅的和，其功率谱结构也可以看作是两个2ASK信号功率谱的叠加。相位不连续2FSK信号功率谱2FSK信号的功率谱同样由了连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个双边谱叠加，离散谱出现在两个载频位置上。传输2FSK信号所需第一零点带宽为fsfs=(f0+f1)/2ff1+fcf0-fcf0f12fsf1fsff0fs=(f0+f1)/2fcf1+fcf0-fcfs=(f0+f1)/2f1+fcf0-fc相位不连续2FSK信号功率谱二进制移相键控（2PSK）正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化，通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0。其中,与2ASK的不同，应选择双极性，即:若g(t)是脉宽为Ts,高度为1的矩形脉冲时，则有当发送二进制符号1时，已调信号取0°相位，发送二进制符号0时，

取180°相位。2PSK：以载波的不同相位直接去表示相应数字信息的相位键控通常称为绝对移相键控方式。2PSK调制模拟调制法键控法2PSK解调相干解调又称为2PSK同步检测法解调2PSK解调倒π现象对于2PSK信号，解调时必须有一个基准的参考相位。如果参考相位发生随机跳变此后解出的所有代码将全部颠倒，称为“倒π现象”或“反向工作”现象。相对（差分）移相键控（2DPSK）：是利用前后相邻码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种方式。假设前后相邻码元的载波相位差为，为了解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，可定义一种数字信息与

之间的关系为：2DPSK调制模拟调制法键控法2DPSK解调二进制数字系统抗噪声性能调制方式：解调方式OOK、2FSK、2PSK、2DPSK非相干：包络检波法、差分检测相干：同步检测OOK系统的抗噪声性能同步检测时误码率的几何表示二进制数字通信系统抗噪声性能OOK2FSK2PSK2DPSK非相干相干误码率：对同样的调制方式：相干解调方式略优于非相干解调方式。对同样的解调方式：

2PSk>2DPSK>2FSK>OOK相同误码率条件下，信噪比要求上:2PSk比2FSK小3dB2FSK比OOK小3dB。三种数字调制系统的Pe-r带宽当码元宽度Ts时，系统的第一零点带宽

2ASK=2PSK=2DPSK=2/Ts，

2FSk=|f2-f1|+2/Ts频带利用率

2ASK=2PSK=2DPSK>2FSK对信道特性的敏感性：判决门限2ASK：2PSK：2FSK：信道稳定性

2FSK>2DPSK>2PSK>2ASK门限判决（门限与信号有关）极性判决（固定门限=0）相对判决（无门限）设备的复杂程度相干解调的设备比非相干解调时复杂非相干解调时2DPSK>2FSK>2ASK多普勒的敏感性相干解调比非相干解调敏感非相干解调时2DPSK>2FSK>2ASK性能比较用多进制基带信号去调制载波信号的振幅、频率或相位。多进制数字调制系统相同的码元传输速率下，多进制系统的信息传输速率比二进制系统的高。相同的信息传输速率下，增大码元宽度，就会增加码元的能量，提高带宽利用率，并能减小由于信道特性应起的码间干扰的影响等。抗噪声能力降低多进制系统特点：多进制数字振幅调制（MASK）原理上是通断键控（OOK）方式的推广。在相同的码元传输速率下，多电平调制信号的带宽与二电平的相同MASK方式性能特点高传信率Rb=RB*log2M=nRB带宽与2ASK相同，因而信道利用率高发送端进行串并变换，把二进制转换成M进制，接收端需进行并串变换抗干扰性能差，M值每增大1倍，电功率大约增加5倍，才能保持误码率不变抗衰落能力比2ASK更差应用背景

MASK虽然是一种高效率的传输方式，由于它的抗噪声能力，尤其抗衰落的能力不强，因而它一般只适宜在恒参信道中，高信噪比条件下的高速传输。多进制数字频率调制（MFSK）MFSK：K比特信息用M=2K个频率通道进行通信。特点：要求占据较宽的频带，因此它的信道频带利用率不高。第一零点带宽为fm-f1+2fs。应用背景：衰落信道，信道带宽充裕，高速传输。MFSK方式性能特点发送时：串并转换、多选一。接收时：多通道接收机。传信率提高了，是2FSK的log2M倍。信道利用率降低，必须占用更大的信道带宽。抗噪声能力比2FSK降低了。抗衰落能力优于MASK。多进制数字相位调制多相制（MPSK、MDPSK）： 绝对移相、相对（差分）移相四相绝对移相键控（QPSK） 用4个不同的相位信息表示四种状态或一个双比特码四相相对移相键控（QDPSK） 利用前后相邻码元之间的相对相位变化来表示4个信息状态QPSK信号的产生QPSK信号相干解调QDPSK信号的产生QDPSK信号解调四进制移相键控系统性能相同的传信率，传码率降低一倍，码元增加一倍，带宽减小一半，信道利用率提高一倍。相同的传码率，传信率提高一倍。抗干扰能力降低3~4dB。应用：高速率，频带受限，四线租用电话线路6.5.4振幅相位联合键控系统多进制系统的频带利用率高，但它是通过牺牲功率利用率来换取的。随着M值的增加，在信号空间中各信号点间的最小距离减小，相应的信号判决区域也随之减小。 振幅相位联合键控（APK）方式为克服上述问题而提出的。正交振幅调制（QAM）正交振幅调制（QAM）是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制期望的信号特性：

相邻码元间相位是连续的，包络是恒定的，同时占用较小的频带宽度6.6改进的数字调制方式6.6.1最小移频键控（MSK）最小移频键控（MSK）

MSK是FSK信号的一种改进型，是一种在相邻码元间保持相位连续性，同时它具有正交信号的最小频差，恒定包络的调制方式

与FSK相比，MSK信号在一个码元宽度内两个载频形影变化严格相差1800MSK信号表示式：或者：当

频率间隔调制指数两信号波形相关系数MSK是正交调制，其信号波形的相关系数为零第一项为零条件：令k取最小值1，则：第二项为零条件：即：说明：MSK信号在每一个码元周期内，必须包含四分之一载波的整数倍因为信号相位为：根据码元转化时刻信号相位连续，有所以相位补偿常数φk为：6.6.2高斯最小移频键控（GMSK）MSK调制方式的突出优点是信号具有恒定的振幅及信号的功率谱在主瓣以外衰减很快GMSK是在MSK信号输入的前端加一个预置高斯低通滤波器第7章模拟信号的数字传输回顾什么是模拟信号/数字信号？什么是模拟通信系统/数字通信系统？模拟通信系统能否传输数字消息？数字通信系统能否传输模拟消息？基带通信系统连续载波通信系统7.1引言用数字通信系统传输模拟信号，在发送端需进行模数变换（ADC），在接收端需经过数模变换恢复信源信号。模数变换需经过三个步骤：抽样、量化、编码。脉冲编码调制（PCM）：经过抽样量化编码后，在进行信道传送的通信体制。除了（PCM）外，可用于传输模拟信号的通信体制还有：增量调制（DM）；差分脉冲编码调制（DPCM）7.2抽样定理抽样（采样）:是把连续信号变换成时间上离散信号的过程。抽样定理：一个有限频带信号，满足当时，，则当以的频率进行等间隔抽样时，原波形可被完全恢复，信息无损失。奈奎斯特频率：奈奎斯特周期：抽样过程：时域：原始的连续信号和周期性冲激相乘频域：连续信号频谱的周期性延拓抽样信号的恢复：低通滤波器从工程实现的角度，影响抽样质量的因素有：时间有限信号其频谱是无限的。理想低通滤波器通常是不可实现的。采样脉冲宽度不能无限窄。谱混叠谱泄漏谱包络调制提高抽样频率，通常取为3–5倍改善抽样及其恢复信号质量的措施：在采样之前先进行抗混叠滤波（低通滤波）加校正网络。

带通信号的抽样设只需保证

即可满足无失真恢复条件。其中：n为整数，k是小数带通信号采样定理恢复信号使用带通滤波器当k=0时，即时，当n>>1（窄带信号）

，抽样：是把连续信号变换成时间上离散信号的过程。量化：对抽样值进行离散化，即用有限个电平表示抽样信号的幅度。7.4量化抽样：模拟信号时间上离散。量化：抽样信号幅度上离散。几个概念与术语：字长N与量化级数（电平数M）：满量程电平：Vm，电源电平决定。当A>Vm时，限幅。均匀量化量化间隔（量化精度）Vq：

量化噪声（量化误差）：

：单极性信号：双极性信号舍入方式：截尾方式:或量化信噪比：SNR=信号功率/量化噪声功率=

量化失真功率：

（e为均匀分布）5.量化器的工作状态：

正常量化:

过载状态（限幅）：空载：

6.动态范围：在满足给定的最低信噪比条件下所允许的最大信号强度与所要求的最小信号强度之比，通常用分贝数表示。量化精度由量化器字长或级数决定，字长越长，量化精度越高。字长越长，工艺越复杂，码宽越宽，占用的带宽越宽.量化字长的选择应与背景噪声相匹配，如果噪声很大，即使量化精度很高，小信号也难以满足信噪比要求，甚至会被背景噪声淹没。量化的设计：工程量化的准则：尽量避免过载和空载，使信号工作在正常区，选择器件（字长）使其满足动态范围。速度满足采样率要求。量化方式：均匀量化：把输入信号的取值域按等间距分割，它是等间隔的量化。存在着量化误差与编码位数之间的矛盾，也就是存在着动态范围与设备复杂性及带宽之间的矛盾。对弱信号传输不利。均匀量化与非均匀量化非均匀量化根据信号的幅度来确定量化的间隔实现：压缩和扩张压缩：发送端作非线性变换（令弱信号的增益大强信号的增益小），然后再进行均匀量化和编码。扩张：在接收端先译码，按压缩的规律进行反变换，低通滤波恢复原信号。非均匀量化也是一种压缩。PCM的量化方式均匀量化非均匀量化µ律压扩m

律(m-Law)压扩(G.711)主要用在北美和日本等地区的数字电话通信中。x为输入信号，规格化为－1<=x<=1为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比，取100<=

m

<=500。国际标准取m

＝255

|x|<=1A律压扩0<=|x|<=1/A1/A<=|x|<=1A律(A-Law)压扩(G.711)主要用在欧洲和中国大陆等地区的数字电话通信中国际标准取A=87.56A律折线近似（13折线）

律用十五折线近似

A律：第一三象限对称，共分16段，中间四段斜率相同，为一条直线，共十三条折线，故称十三折线，对应A值为87.6。

µ律：十五折线，

µ＝255。常用码型：自然二进制（单极性信号）折叠二进码（双极性信号）折叠二进制：最高位表示极性，其他位表示绝对值

01117（+7） 111115（-7）01106（+6） 111014（-6）01015（+5）110113（-5）01004（+4）110012（-4）00