通信原理知识点

第一章通信的目的是传输消息中所包含的息。消息是信息的物理表现形式，信息是消息的有效内容。.信号是消息的传输载体。根据携载消息的信号参量是连续取值还是离散取值，信号分为模拟信号和数字信号.,通信系统有不同的分类方法。按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号（信号特征分类），相应地把通信系统分成模拟通信系统和数liiJliiJ字通信系统。按调制方式分类：基带传输系统和带通花制）传输系统。liiJliiJ4.数字通信已成为当前通信技术的主流。5.与模拟通信相比，数字通信系统具有抗干扰能力强，可消除噪声积累；差错可控；数字处理灵活厂可以将来自不同信源的信号综合到一起传输"易集成，成本低；更整好等优点。缺点是占用带宽大，同步要求高。按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信。

按数据码先排列的顾序可分为并行传输和串行传输。8.信息量是对消息发生的概率（不确定性）的度量i=j8.信息量是对消息发生的概率（不确定性）的度量i=jl=J一个二进制码元含兰的信息量；一个M进制码元含有log2M比特的信息量。等概率发送时，信源的熵有最大值7l=J有效性和可靠性是通信系统的两个主要指标。两者相互矛盾而又相对统一，且可互换。在模拟通信系统中，有效性可用带宽衡量，可靠性可用输出信噪比衡量。一在数字通信系统中，有效性用频带利用率表示，可靠性用误码率、误信率表12.信息速率是每秒发送的比特数；码元速率是每秒发送的码元个数。码元速率在数值上小于等于信息速率。码元速率决定了发送信号所需的传输带宽。第二章

I=J

w确知信号按照其强度可以分为能量信号和功率信号。功率信号按照其有无周期性划分，又可以分为周期性信号和非周期性信号。I=J

w15.能量信号的振幅和持续时间都是有限的，其能量有限，（在无限长的时间上）平均功率为零顶率信号的持续时间无限，故其能量为无穷无一I三」i==i15.能量信号的振幅和持续时间都是有限的，其能量有限，（在无限长的时间上）平均功率为零顶率信号的持续时间无限，故其能量为无穷无一I三」i==il=Jl=iLeej16.确知信号的性质可以从频域和时域两方面研究。i=J

W确知信号在频域中的性质有4种，即频谱、频谱密度、能量谱密度和功率谱密度。一i=J

W周期性功率信号的波形可以用傅里叶级数表示，级数的各项构成信号的离散频谱，其单位是V。i=J

w能量信号的波形可以用傅里叶变换表示，波形变换得出的函数是信号的频谱密度「其单位是V/Hz。i=J

w20.只要引入冲激函数，我们同样可以对于一个功率信号求出其频谱密度。

I=j

w21.能量谱密度是能量信号的能量在频域中的分布，其单位是/Hz项率谱密度则是功率信号的功率在频域中的分布京单位是W/一I=j

wl=J周期性信号的功率谱密度是由离散谱线组成的，这些谱线就是信号在各次谐波上的功率分量|Cn|2，称为功率谱，其单位为w。但若用6函数表示此谱线。则它可以写成功率谱密度|Cl=J(f)|26(f-nfO)的形式。确知信号在时域中的特性主要有自相关函数和互相天函数。自相关函数反映一个信号在不同时间上取值的关联程度。l=j

w能量信号的自相关函数R(O)等于信号的能量；而功率信号的自相关函数瓦O)等于信号的平均功率。互相关函数反映两个信号的相关程度，它和时间无关，只和时间差有关，并且互相关函数和两个信号相乘的前后次序有关。l=j

wl=Jl=J能量信号的自相关函数和其能量谱密度构成一对傅里叶变l=Jl=J周期性功率信号的自相关函数和其功率谱密度构成一对傅里叶变换。能量信号的互相关函数和其互能量谱密度构成一对傅里叶变化。29周期性功率信号的互相关函数和其互功率谱密度构成一对傅里叶第三章通信中的信号和噪声都可以看作随时间变化的随机过程一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：①随机过程是无穷多个样本函数的集合；②随机过程是一族随机变量的集合。随机过程的统计特性由其分布函数或概率密度函数描述。若一个随机过程的统计特性与时间起点无关，则称其为严平稳过程。数字特征则是另一种描述随机过程的简洁手段冷过程的均值是常数，且自相关函数R(tl,t1+T)=R(T),则称该过程为广义平稳过程若一个过程是严平稳的，则它必是广义平稳的，反之不一定成立。若一个过程的时间平均等于对应的统计平均，则该过程是各态历经性的。若一个过程是各态历经性的，则它也是平稳的，反之不一定成立。广义平稳过程的自相关函数R(t)是时间差t的偶函数，且R(0)等于总平均功率,是R(t)的最大值。功率谱密度是自相关函数傅里叶变换(维纳一一辛钦定理这对变换确定了时域和频域的转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「一维械率分布只取决于均值和方差。二维概率分布主要取决于相关函数。高斯过程经过线性变换后的过程仍为高斯过程。正态分布函数与Q(x)或erf(x)函数

的关系在分析数字通信系统的抗噪声性能时非常有用。平稳随机过程 通过线性系统后，其输出过程也是平稳的，且窄带随机过程及正弦波加窄带高斯噪声liiJliiJ的统计特性，更适合对调制系统/带通型系统/无线通信衰落多径信道的分析。liiJliiJ13.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高斯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。14.高斯白噪声是分析信道加性噪声的理想模型，通信中的主要噪声源——热噪声就属于这类噪声。它在任意两个不同时刻上的取值之间互不相关，且白噪声通过带限系统后，其结果是带限噪声。理论分析中常见的有低通白噪声和带通白噪声。第四章无线信道按照传播方式区分，基本上有地波、天波和视线传播三种；另外，还有散射传播，包括对流层散射、电离层散射和流星余迹散射。为了增大通信距离，可以采用转发站转发信号。用地面转发站转发信号的方法称为无线电中继通信；用人造卫星转发信号的方法称为卫星通信；用平流层平台传发信号的方法称为平流层通信。一有线信道分为有线电信道和有线光信道两大类。有线电信道有明线「对称电缆确轴电缆之分。有线光信道中的光信号在光纤中传输。光纤按照传输模式分为单模光纤和多模光纤。按照光纤中折射率变化的不同，光纤反分为阶跃型光纤和梯度型光纤。信道的数学模型分为调制信道模型和编码信道模型两类。调制信道模型用加性干扰和乘性干扰表示信道对于信号传输的影响。加性干扰是

叠加在信号上的各种噪声。经过信道传输后的数字信号分为三类:第一类为确知信号；第二类为随机信号；第三类为起伏信号。噪声能使模拟信号失真，使数字信号发生错码，并限制着信息的传输速率。按照来源分类「噪声可以分成人为噪声和自然噪声两天美。自然噪声中的热噪声来自一切电阻性元器件中电子的热运动。热噪声本身是白色的。但是，热噪声经过接收机带通滤波的过滤后，其带宽受到了限制，成为窄带噪声。信道容量是指信道能够传输的最大平均信息量。按照离散信道和连续信道的不同，信道容量分别有不同的计算方法。离散信道的容量单位可以是b/符号或是吃，连续信道容量的单位是b/s。9.连续信道容量的公式得知，带宽、信噪比是容量的决定因素，带宽和信噪功率比可以互换，增大带宽可以降低信噪功率比而保持信道容量不变。但是，无限增大带宽，并不能无限增大信道容量。I三」l=J1=1l=J9.连续信道容量的公式得知，带宽、信噪比是容量的决定因素，带宽和信噪功率比可以互换，增大带宽可以降低信噪功率比而保持信道容量不变。但是，无限增大带宽，并不能无限增大信道容量。I三」l=J1=1l=J=1第五章调制在通信系统中的作用至关重要，它的主要作用和目的：将基带信号（调制信号）变换成适合在信道中传输的已调信号；实现信道的多路复用；改善系统抗噪声性能。调制，是指按调制信号的变化规律去控制载波的某个参数的过程。根据正弦载波受调参数的不同，模拟调制分为:幅度调制和角度调制。线性调制的通用模型有:滤波器和相移法。 一解调是调制的逆过程，其作用是将已调信号中的基带调制信号恢复出来。解调方法：相干解调和非相干解调。相干解调适用于所有线性调制信号的解调。实现相干解调的关键是接收端要恢复出一个与调制载波严格同步的相包络检波是直接从已调波的幅度中恢复原调制信号。它属于非相干解调，因此不需要相干解调。AM信号一般都采用包络检波。角度调制包括调频（FM）和调相（PM）。PM信号的瞬时相偏与m（t）成正比。NBFM信号的带宽约为调制信号带宽的两倍（与AM信号相同）12.与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。FM信号的非相干解调和AM信号的非相干解调（包络检波）一样，都存在“门限效应'。多路复用是指在一条信道中同时传输多路信号。常见的复用方式有：频分复用（FDM）,时分复用（TDM）和码分复用FDM是一种按频率来划分信道的复用方式；FDM的特征是各路信号在频域上是分开的，而在时间上是重第六章:1.基带信号：指未经调制的信号。这些信号特征是其频谱从零频或很低频率开始，占据较宽的频带2.基带信号处理或变换的目的是使信号的特性与信道的传输特性相匹配。数字基带信号是消息代码的电波表示。表示形式有：单极性和双极性波形、归零和非归零波形、差分波形、多电平波形之分，各有不同的特点。码型编码用来把原始消息代码变换成适合于基带信道传输的码常见的传输码型有AMI码，HDB3码，双相码、CMI码、nBmB码和nBmT码 一HDB3码常适用于A律PCM4次群以下的接口码型功率谱分析的意义在于，可以确定信号的带宽，还可以明确能否从脉冲序列中直接定时分

量，以及采取怎样的方法可以从基带脉冲序列中获得所码间串扰和信道噪声是造成误码的两个主要因素。如何消除码间串扰和减小噪声对误码率的影响是数字基带传输中相许研究的问题。liiJ奈奎斯特带宽为消除码间串扰奠定了理论基础。a=0的理想低通系统可以达到2Baud/Hz的理论极限值，但它不能物理实现。实际中应用较多的a>0的余弦滚降特性，其中a=1的升余弦频谱特性易于实现，且响应波形的尾部衰减收敛快，有利于减小码间串扰和位定时误差的影响「但占用带宽最大，频带利用率下降为1Baud/Hz。liiJ10.在二进制基带信号传输过程中，噪声引起的误码有两种差错形式：发“1”错判为“0”,发“0”错判为“1”。11.在相同条件下，双极性基带系统的误差双极性基带系统的误码率比单极性的低，抗噪声性能好，且在等概条件下，双极性的最佳判决门限电平为0，与信号幅度无关，因而不随信道特性变化而变。

=1而单极性的最佳判决门限电平为A/2,易受信道特性变化的影响，从而导致误码率增大。=1部分响应技术通过有控制地引入码间串扰（在接收端加以消除），可以达到2Band/Hz的理想频带利用率，并使波形“尾巴”幕荡衰减加快这样的两个目的。部分响应信号是由预编码器、相关编码器、发送滤波器、信道和接收滤波器共同产生的。其中，相关编码是为了得到预期的部分响应信号频谱所必需的。预编码解除了码元之间的相关性。16.实际中为了减小码元串扰的影响，需要采用均衡器进行补偿厂17.实用的均衡器是有限长的横向滤波器，其均衡原理是直接校正接受波形，尽可能减小码间串扰。峰值失真和均方失真评价均衡效果的两种度量准则。眼图为直观评价接收信号的质量提供了一种有效的实验方法。眼图可以定性反映码间串扰和噪声的影响程度，还可以用来指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰，改善系第七章:二进制数字调制的基本方式有：（1）进制振幅键控（2ASK）——载波信号的振幅变化;（2）二进制频移键控（2FSK）——载波信号的频率有变化；（3）二进制相移键控（2PSK）——载波信号的相位22.由于2PSK体制中存在相位不确定性，又发展出了差分相修锤控2DPSK23.2ASK和2PSK所需的带宽是码元速率的2倍；24.2FSK所需的带宽比2ASK和2PSK都要高。各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比r。在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性

能最好，2FSK次之，2ASK最差。ASK是一种应用最早的基本调制方式。其优点是设备简单，频带利用率较高;缺点是抗噪声性能最差，并且对信道特性变化敏感，不易使抽样判决器工作在最佳判决门限状态。FSK是数字通信中不可或缺的一种调制方式。其优点是抗干扰性能力较强，不受信道参数变化的影响，因此FSK特别适合应用于衰落信道；缺点是占用频带较宽，尤其是MFSK，频带速数据传输中。利用率较低。目前，调频体制主要应用于中、低利用率较低。目前，调频体制主要应用于中、低PSK或DPSK是一种高传输效率的调制方式，其抗噪声能力比ASK和FSK都强，且不易受信道特性变化的影响，因此在高、中速数据传输中得到了广泛的应用。绝对相移（PSK）在相干解调时存在载波相位模糊度的问题，在实际中较少采用于直接传输。MDPSK应用范围更为广泛。第十章

1.信源编码有两个功能：模拟数信号数字化和信源压缩。liiJ2.模拟信号数字化的目的是使模拟信号能在数字通信系统中传输，特别是能够和其他数字信号一起在宽带综合业务数字通信网中同时传输。liiJ模拟信号数字化需要经过三个步骤，即抽样、量化和编码。 一liiJ抽样的理论基础是抽样定理。抽样定理指出，对于一个频带限制在王MfMh内的低通模拟信号抽样时，若最低抽样速率不小于奈奎斯特抽样速率2fh，则能够无失真地恢复原模拟信号7liiJliiJ对于一个带宽为B的带通信号而言，抽样频率应不小于［2B+2(fh—Nb)/n］；但是，需要注意，这并不是说任何大于［2B+2(fh—Nb)/n］的抽样频率都可以从抽样信号无失真地恢复原模拟信号。liiJ已抽样的信号仍然是模拟信号，但是在时间上是离散的。

离散的模拟信号可以变换成不同的模拟脉冲调制信号，包括PAM,PDM和PPM。1=1抽样信号的量化分为两大类，即标量量化和矢量量化。1=19.抽样信号的标量量化有两种方法：一种是均匀量化，另一种是非均匀量化。I三」9.抽样信号的标量量化有两种方法：一种是均匀量化，另一种是非均匀量化。I三」i==il=J|三三|10.抽样信号量化后的量化误差又称为量化噪声。11.电话信号的非均匀量化可以有效地改善其信号量噪比。12.为了便于采用数字电路实现量化，通常采用13折线法和15折线法代替A律和u律。13.量化后的信号变成了数字信号，但是，为了适宜传输和存储，通常用编码的方法将其变成二进制信号的形式。14.电话信号是最常用的编码PCM，DPCM和△M。15.模拟信号数字化后，变成了在时间上离散的脉冲信号。这就为时分复用（TDM）提供了

基本条件。16.由于时分复用的诸多优点，使其成为目前代频分复用的主流复用技术。 一17.ITU为时分复用数字电话通信定制了PDH和S拓两套标准建议。18.PDH体系主要适用于较低的传输速率，它又分为E和T两种体系，我国采用前者（E）作为标准。19.SDH系统适用于15Mb/s以上的数字电话通信系统示别是光纤通信系统中。矢量量化是将n个抽样值构成的n矢量量化是将n个抽样值构成的n维矢量，在n维欧瓦重得空间中进行量化，并设计量化器（的区域划分）使量化误差的统计平均值达到小于给定的数值。l=jl=J

wl=J

w量化后的矢量称为码字，对全部码字进行编号并组成码书，传输时，仅传输码字的编号，在接收端将收到的码字编号对照同一码字查出对应的码字。信源压缩编码分为两类，即有损压缩和无损压缩。

语音和图像信号