通信原理基础

通信原理基础绪论信号与噪声分析模拟调制系统数字基带传输系统数字频带传输系统模拟信号的数字传输差错控制编码目录绪论01

通信系统的基本概念信息与信号信息是抽象的概念，需要通过信号进行传输；信号是信息的物理表现形式。通信系统的定义通信系统是实现信息传输的系统，包括信源、信道和信宿三部分。通信系统的性能指标有效性、可靠性和适应性是评价通信系统性能的主要指标。通信系统由信源、信源编码、信道编码、调制、信道、解调、信道译码、信源译码和信宿等组成。通信系统的组成根据传输媒介的不同，通信系统可分为有线通信和无线通信；根据信号特征的不同，可分为模拟通信和数字通信。通信系统的分类通信系统的组成与分类主要包括模拟通信系统和数字通信系统的基本原理、基本分析方法和基本性能评估。通过学习通信原理课程，学生应掌握通信系统的基本概念、基本原理和基本分析方法，具备分析和设计通信系统的能力。通信原理课程的内容与任务通信原理课程的任务通信原理课程的内容信号与噪声分析02123确定信号具有可预测性，而随机信号则具有不确定性。确定信号与随机信号连续信号在时间上是连续的，而离散信号在时间上是离散的。连续信号与离散信号周期信号具有周期性，而非周期信号则不具有。周期信号与非周期信号信号的分类与描述频谱是信号在频率域上的表示，它描述了信号在各个频率上的强度或幅度。频谱的概念傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法，它可以将复杂信号分解为一系列简单的正弦波和余弦波。傅里叶变换频谱分析在通信、音频处理、图像处理等领域具有广泛应用，可以用于信号识别、干扰分析、滤波等。频谱分析的应用信号的频谱分析噪声可以来自于自然界、人为因素或设备本身，如热噪声、散弹噪声、量化噪声等。噪声的来源噪声的特性噪声的分类噪声具有随机性、不可预测性和叠加性等特点，它会对信号产生干扰，降低通信质量。根据噪声的来源和特性，可以将其分为白噪声、有色噪声、周期性噪声等类型。030201噪声的来源与特性模拟调制系统03幅度调制原理通过改变载波的振幅来传递信息信号。在幅度调制中，信息信号控制载波的振幅，使得载波的振幅随信息信号的变化而变化。抗噪声性能幅度调制系统对噪声的抵抗能力较弱。在传输过程中，噪声会叠加在信号上，导致接收端解调出的信号失真。为了提高抗噪声性能，可以采用限幅、滤波等技术。幅度调制原理及抗噪声性能通过改变载波的相位或频率来传递信息信号。在角度调制中，信息信号控制载波的相位或频率，使得载波的相位或频率随信息信号的变化而变化。角度调制原理角度调制系统对噪声的抵抗能力较强。由于相位或频率的变化对噪声不敏感，因此角度调制系统可以在一定程度上抑制噪声的影响。为了提高抗噪声性能，可以采用差分编码、扩频等技术。抗噪声性能角度调制原理及抗噪声性能应用领域模拟调制系统广泛应用于广播、电视、通信等领域。例如，调幅广播采用幅度调制方式传输音频信号；调频广播采用角度调制方式传输音频信号。比较分析不同模拟调制方式具有不同的特点和适用场景。幅度调制实现简单，但抗噪声性能较差；角度调制抗噪声性能较好，但实现相对复杂。在实际应用中，需要根据具体需求选择合适的模拟调制方式。模拟调制系统的应用与比较数字基带传输系统04数字基带信号的定义01数字基带信号是由数字信息直接控制的信号，通常表现为矩形脉冲序列。频谱特性02数字基带信号的频谱具有离散性和周期性，其频谱形状与信号的码元速率、波形形状以及同步方式有关。带宽与码元速率的关系03数字基带信号的带宽通常等于码元速率的一半，即B=1/2T，其中T为码元周期。数字基带信号及其频谱特性单极性不归零码（NRZ）：一种简单的二进制码，用高电平和低电平分别表示二进制的“1”和“0”。归零码（RZ）：在每个码元周期内，信号都要回归到零电平，有利于时钟同步和减少直流分量。基带传输的常用码型双极性不归零码（NRZ-L）：在单极性不归零码的基础上，将“1”电平变为负电平，提高了传输的抗干扰能力。差分码（DifferentialCoding）：利用相邻码元电平的跳变来表示信息，具有较强的抗干扰能力和自同步能力。在数字通信中，基带脉冲信号通过信道进行传输，信道特性会对信号产生影响，如衰减、时延和噪声等。基带脉冲传输由于信道带宽有限和信号波形失真等原因，相邻码元之间会产生干扰，即码间串扰。这种干扰会导致接收端误码率的增加。码间串扰通过选择合适的传输码型、采用均衡技术或增加信道带宽等方法来减小码间串扰的影响。减小码间串扰的方法基带脉冲传输与码间串扰数字频带传输系统05032PSK（二进制相移键控）通过改变载波的相位来表示二进制数字信号“1”和“0”。012ASK（二进制振幅键控）通过改变载波的振幅来表示二进制数字信号“1”和“0”。022FSK（二进制频移键控）用两个不同频率的载波分别表示二进制数字信号“1”和“0”。二进制数字调制原理MASK（多进制振幅键控）通过改变载波的振幅来表示多进制数字信号。MFSK（多进制频移键控）用多个不同频率的载波分别表示多进制数字信号。MPSK（多进制相移键控）通过改变载波的相位来表示多进制数字信号。多进制数字调制原理数字调制系统的性能比较衡量数字调制系统传输可靠性的重要指标，误码率越低，系统性能越好。反映数字调制系统对频带资源的利用情况，频带利用率越高，系统性能越好。衡量数字调制系统对发射功率的利用情况，功率利用率越高，系统性能越好。反映数字调制系统在噪声环境下的工作性能，抗噪声性能越强，系统性能越好。误码率频带利用率功率利用率抗噪声性能模拟信号的数字传输06奈奎斯特抽样定理当抽样频率大于或等于模拟信号最高频率的两倍时，抽样后的数字信号能够完整地保留原模拟信号的信息。抽样过程中的频谱变化抽样会导致频谱的周期性延拓，如果抽样频率不满足奈奎斯特抽样定理，将会出现频谱混叠现象。抽样定理的基本概念抽样定理是模拟信号数字传输的基础，它规定了模拟信号在抽样过程中不丢失信息的最低抽样频率。模拟信号的抽样定理均匀量化与非均匀量化均匀量化采用等间隔的量化级，而非均匀量化则采用不等间隔的量化级，以适应模拟信号幅度概率分布的不均匀性。量化误差与量化噪声量化过程中会引入量化误差，表现为量化噪声，它是限制模拟信号数字传输质量的重要因素。量化的基本概念量化是将连续变化的模拟信号幅度值转换为离散的数字信号幅度值的过程。模拟信号的量化原理脉冲编码调制(PCM)原理及应用PCM的应用PCM广泛应用于音频、视频和数据的数字传输中，如电话通信、数字电视和计算机网络等领域。PCM的基本原理PCM是一种将模拟信号转换为数字信号的编码方式，它包括抽样、量化和编码三个基本步骤。PCM的优缺点PCM具有抗干扰能力强、传输质量高等优点，但同时也存在设备复杂、带宽利用率低等缺点。随着通信技术的发展，PCM逐渐被更高效的数字传输技术所取代。差错控制编码07在发送端对信息进行编码，增加冗余度，使接收端能够检测和纠正传输过程中可能出现的差错。差错控制编码的基本思想根据编码原理可分为检错码和纠错码；根据对信息元的处理方法可分为分组码和卷积码。差错控制编码的分类主要包括编码效率、检错能力、纠错能力以及译码复杂性等。差错控制编码的性能指标差错控制编码的基本概念定比码又称恒比码，要求码字中“1”和“0”的个数保持一定比例，通过附加校验位来满足这一要求，能够检测并纠正单个错误。奇偶校验码通过在信息元后附加一位校验位，使得整个码字中“1”的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验），从而实现对单个错误的检测。正反码正码和反码是两种简单的差错控制编码方式，它们通过对信息元进行特定的变换来生成监督位，实现对错误的检测和纠正。常用的简单差错控制编码将信息元分组，并在每组后附加若干监督