高级通信原理第1章绪论(于秀兰)课件

高级通信原理课程类型：学位课学时数：

48学时先修课程：通信原理、信号与系统、概率论与随机过程参考教材：1）通信系统（第4版）SimonHaykin,电子工业出版社。2）周炯磐，《通信原理》（第3版），北京邮电大学出版社，2008。3）JohnG.Proakis，“Digitalcommunications”，4thEdition，电子工业出版社，2001。4）Bernard

Sklar，“Digitalcommunications-Fundamentals

and

Applications”，2thEdition，电子工业出版社，2001第1章绪论第1章主要内容一、什么是通信？二、主要通信资源三、数字通信系统的组成部分四、通信信道五、数字信号传输的最佳接收六、通信系统的性能指标七、香农信道容量八、数字通信系统的设计九、课程的主要内容一、什么是通信?通信的任务是传递消息。消息的本质和价值取决于它所包含的信息量，即对接收者的不确定性定义独立消息xi的信息量:信号是消息的承载者。最简单的消息是二择一的消息(二元消息)，它所对应的信号称为二元数字信号。广义数字信号：时间离散、状态数有限的波形。数字通信：利用数字信号(包括其变换形式)传递消息的通信方式。二、主要通信资源发送功率：发送信号的平均功率。信道带宽：为传输信号分配的频带。在大部分通信信道中，一个资源可能比另一个更重要，因此可以将信道分为带宽受限信道。功率受限信道。电话线路是一个典型的带宽受限信道；空间通信链路和卫星通信信道则是功率受限信道。三、通信系统的组成模型信源：产生消息信号。比如语音、音乐、图像、计算机数据。发送机：将信源产生的消息符号转变为适合信道传送的形式。接收机：对接收信号进行处理，将其再现为可被用户识别的原始消息信号的形式。数字通信系统的基本模型信源编码：分为无失真编码和限失真编码。作用：把信源发出的消息变换成二进制码元组成的代码组；压缩信源的冗余度，提高通信系统传输消息的有效性。无失真信源编码：假设信源输出S1、S2、S3、S4四种符号，出现概率分别为1/2，1/4，1/8，1/8，如何编码可以使得有效性得以提高？信道编码：添加监督码元，使之具有检错或纠错能力，提高传输消息的可靠性。信道编码：例如：晴：00雨：01阴：10雪：11问题：如果码元出错无法检测，如何检测一个错码？调制：1)基带调制2)频带调制等效低通分析信号的矢量分析调制符号速率和信息速率的关系：波形设计的原则有利于提高接收的可靠性有利于充分利用信道资源基带or频带？M状态符号(Symbol)采用的波形：四、通信信道传输的可靠性和有效性都取决于信道，实际信道都是非理想信道。影响传输的信道缺陷(impairment)主要是：传递函数H()不理想而带来的传输信号的线性失真，带来相邻符号间的干扰ISI(Inter-symbol-interference)由信道引入的噪声是造成接收机判决失误的主要原因。信道噪声基本特点是存在随机噪声。为分析的方便，认为噪声是从信道集中引入的。当信道的噪声和其他用户的干扰与期望信号占有相同的频带时，可以通过发送信号和接收机解调器的适当设计来使影响最小。加性高斯白噪声AWGN(AdditiveWhiteGaussianNoise)以相加的形式叠加于传输信号占据无穷带宽，且双边功率谱处处为常量N0/2(W/Hz)瞬时值分布密度是高斯函数信道需要考虑的因素衰减时延多径传播带宽受限功率受限常见信道的数学模型因为xi是离散的有限取值,与si的对应是固定的唯一的，是发、收双方事先约定的。即si(t)是确知的(known)(注意，不是确定的determinant)，接收端只是不知道观察时间[0,T]内，发送端发出的是哪一个波形。五、数字信号传输的最佳接收在[0,T]内并不知道发送端发出的是哪一个消息xi，唯一得到的是一段波形由于si(t)被z(t)掩盖不能直接作出逆映射接收机的根本任务：对r(t)进行处理，按一定的标准(判决准则)，判定[0,T]内发送端发出的是哪一个消息xi，这一过程称为判决(decision)。在数字通信中，接收机的主要功能不是单纯的解调，而在于作出“判决”，这是与模拟通信最大的不同。判决方法不是唯一的。研究数字通信系统理论的目的：在信道给定的条件下，设计传输信号的形式(确知波形)，并选择最好的判决方法，使传输的信息有最大的可靠性和尽可能高的有效性。由于传输信道不理想，接收信号r(t)不可能是发送波形si(t)的精确再现。设计接收机应当使这种错误极小化，这称为接收机的优化。 信号的矢量空间分析判决准则最佳接收机的常见结构六、数字通信系统的主要性能指标可靠性：误比特率、误符号率有效性：频带利用率

通信系统的基本矛盾：可靠性与有效性可靠性——发送消息在接收端的准确还原。有效性——信道资源的充分利用（时域、频域）。形成这种矛盾的根本原因：信道不理想带宽、时间受限噪声和干扰研究通信系统的基本出发点在一定可靠性要求下，如何尽可能去提高系统的有效性在一定的有效性要求下，如何最大限度的提高可靠性基本可靠性指标：误信息率误符号率性能曲线基本有效性指标：频带利用率表征系统每赫兹带宽在单位时间内平均能传输的信息量(b/s/Hz)，代表系统信道资源的利用程度。类似地，亦可用符号速率率计算频带利用率七、香农信息容量带限信号：要求信息频带利用率较高；MASK、MPSK、MQAM；例如电话信道。功限信号：同样的误码率，要求比特信噪比低；正交MFSK、双正交信号；例如卫星通信。好的系统(给定的误码率)给定的比特信噪比，更高的频带利用率；给定的频带利用率，更低的比特信噪比；八、数字通信系统的设计设计步骤：归一化信噪比和误比特率的关系；带限信号和功限信号；考虑数字调制考虑信道编码数据比特速率、信道比特速率和符号速率的关系；调制和编码的均衡九、本课程的主要内容

采用信号空间和等效低通分析方法，根据最佳接收准则，讨论在AWGN信道以及带限AWGN信道下的数字信号传输的最佳接收问题，进而讨论数字通信系统的设计。主要内容信号空间和等效低通分析AWGN信道中的数字传输通过带限AWGN信道的数字传输无线链路预算数字通信系统的设计课程章节安排第1章绪论第2章随机信号分析

第3章数字信号的基带传输第4章信号的分析第5章数字信号的频带传输第6章无线链路的预算分析第7章调制和编码的权衡第8章扩频通信第9章无线信道主要知识点信号功率谱的计算（频带利用率）基带频带等效低通分析用N维信号空间表示M个信号波形信号的能量、信号点间的欧氏距离常用调制信号的矢量表示方法AWGN信道中的最佳接收机解调器（相关器和匹配滤波器）的结构MF的性质MAP准则，ML准则，最小距离准则误符号率和误比特率的计算QAM