通信原理(第六版)第4章

通信原理（第六版）第4章目录引言信号与噪声模拟调制系统数字调制系统模拟信号的数字化传输数字信号的基带传输信道编码与差错控制01引言通信系统的基本组成发送器接收器将消息转换为适合传输的信号。从信道中提取信号并将其还原为原始消息。信源信道目的地产生需要传输的消息。传输信号的媒介。接收消息的人或设备。有线通信系统无线通信系统卫星通信系统数字通信系统通信系统的分类使用物理线路进行信号传输，如电缆、光纤等。利用卫星作为中继站进行信号传输。通过电磁波传输信号，如手机、无线路由器等。传输数字信号的通信系统，如数字电视、数字电话等。衡量通信系统传输信息的效率，通常用比特率（每秒传输的比特数）来表示。有效性衡量通信系统传输信息的准确度，通常用误码率（传输错误比特数占总比特数的比例）来表示。可靠性衡量通信系统传输信息的时间延迟，通常用延迟时间来表示。实时性衡量通信系统在存在噪声和干扰的情况下传输信息的性能，通常用信噪比（信号功率与噪声功率的比值）来表示。抗干扰性通信系统的性能指标02信号与噪声确定信号随机信号信号的时域表示法信号的频域表示法信号的分类与表示01020304信号的取值在时间上是确定的或者有规律的。信号的取值在时间上是不确定的。包括解析式表示法和波形表示法。包括频谱和频谱密度。将信号表示为无穷正弦波的叠加。傅立叶级数将信号表示为复指数函数的积分。傅立叶变换表示单位带宽内信号所含的功率。频谱密度的物理意义带宽越宽，频谱密度越小。带宽与频谱密度的关系信号的频域分析与信号无关，独立于信号存在的噪声。加性噪声乘性噪声噪声的特性噪声的数学模型与信号有关的噪声，通常由信号中的非线性成分产生。包括幅度、频率和时间特性。包括高斯噪声、白噪声等。噪声的分类与特性功率谱密度的定义表示单位频率范围内信号或噪声所含的功率。功率谱密度的计算方法通过傅立叶变换或相关函数计算得到。功率谱密度的物理意义表示信号或噪声在不同频率上的能量分布。功率谱密度与带宽的关系带宽越宽，功率谱密度越小。信号与噪声的功率谱密度03模拟调制系统调制是将低频信号附加到高频载波上，使其成为适合传输的信号的过程。调制的概念根据调制信号的性质，调制可以分为模拟调制和数字调制。模拟调制是指用连续变化的模拟信号作为输入信号的调制过程。调制的分类调制的概念及分类

线性调制（AM、DSB、SSB）AM（调幅）AM是通过改变载波的振幅以表示调制信号的变化。在AM中，载波的幅度随着调制信号的幅度线性变化。DSB（双边带调幅）DSB是在AM的基础上，将载波信号的两个边带去掉一个，只保留一个边带进行传输。DSB的带宽比AM更窄，但抗噪声性能较差。SSB（单边带调幅）SSB是在DSB的基础上，进一步去掉一个边带，只保留一个边带进行传输。SSB的带宽最窄，但抗噪声性能最好。非线性调制（FM、PM）FM（调频）FM是通过改变载波的频率以表示调制信号的变化。在FM中，载波的频率随着调制信号的幅度线性变化。PM（调相）PM是通过改变载波的相位以表示调制信号的变化。在PM中，载波的相位随着调制信号的幅度或频率线性变化。线性调制系统的抗噪声性能线性调制系统在传输过程中会受到噪声的影响，导致信号质量下降。为了提高抗噪声性能，可以采用多种措施，如提高信号的功率、采用更先进的信号处理技术等。非线性调制系统的抗噪声性能非线性调制系统在传输过程中也受到噪声的影响，但与线性调制系统相比，非线性调制系统的抗噪声性能相对较好。这主要是因为非线性调制系统在传输过程中可以利用信号的相位信息来提高信号质量。模拟调制系统的抗噪声性能04数字调制系统010204数字调制的基本概念数字调制是将数字信号转换为适合传输的模拟信号的过程。数字调制系统包括调频、调相和调幅三种基本形式。数字调制系统的性能指标包括频带利用率、抗噪声性能和抗多径干扰能力。数字调制系统的应用广泛，包括无线通信、卫星通信和光纤通信等领域。03二进制振幅键控是一种数字调制方式，通过改变载波的振幅表示二进制信息。2ASK系统的抗噪声性能较差，因为噪声对振幅的影响较大。在2ASK中，二进制信息通过开关载波的振幅实现，通常使用两个不同的振幅表示0和1。2ASK系统的频带利用率较高，适用于高速数据传输。二进制振幅键控（2ASK）二进制频移键控是一种数字调制方式，通过改变载波的频率表示二进制信息。2FSK系统的抗噪声性能较好，因为频率的变化对噪声的影响较小。二进制频移键控（2FSK）在2FSK中，二进制信息通过切换载波的频率实现，通常使用两个不同的频率表示0和1。2FSK系统的频带利用率较高，适用于高速数据传输。二进制相移键控是一种数字调制方式，通过改变载波的相位表示二进制信息。2PSK系统的频带利用率较高，适用于高速数据传输。在2PSK中，二进制信息通过切换载波的相位实现，通常使用两个不同的相位表示0和1。2PSK系统的抗噪声性能较好，因为相位的变化对噪声的影响较小。二进制相移键控（2PSK）多进制调制可以提高频带利用率和抗噪声性能，但实现起来比二进制调制更复杂。多进制调制包括四相相移键控（QPSK）、16进制相移键控（16PSK）等。多进制调制是指使用多个状态来表示数字信息的数字调制方式。多进制调制简介05模拟信号的数字化传输1定义脉冲编码调制是一种将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。工作原理通过采样、量化和编码三个步骤，将模拟信号转换为数字信号。优点PCM具有较高的量化精度和较小的量化误差，因此能够较好地还原原始信号。应用在通信、音频、视频等领域广泛应用。脉冲编码调制（PCM）ABCD自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）定义自适应差分脉冲编码调制是一种基于PCM的自适应压缩编码技术。优点ADPCM具有较高的压缩比和较好的音质，适用于语音和音频信号的压缩。工作原理通过预测当前样本与前一个样本之间的差值，并采用差分编码，减少所需传输的比特数。应用在数字电话通信、语音存储和传输等领域广泛应用。子带编码（SBC）与最佳带通采样（OBTS）定义子带编码是一种将音频信号分解为多个子频带的编码技术。最佳带通采样是一种用于采样和重建带通信号的方法。工作原理子带编码将音频信号分为多个子频带，并对每个子频带进行独立编码。最佳带通采样通过采样和滤波，精确地重建原始带通信号。优点子带编码和最佳带通采样都具有较好的频带利用率和信号重建质量。应用在音频压缩、语音处理和通信等领域广泛应用。06数字信号的基带传输根据通信系统的特性和应用需求，选择适合的数字基带信号码型，如二元码、三元码、多元码等。码型选择码型变换码型特性分析根据信道特性和传输要求，对数字基带信号进行码型变换，以优化信号传输性能。分析不同码型的特性，如功率谱密度、误码率等，为系统设计和优化提供依据。030201数字基带信号的码型无码间干扰条件研究无码间干扰的基带传输条件，即脉冲形状、传输带宽和抽样时间等参数的限制。传输函数分析分析基带传输系统的传输函数，研究其幅度和相位特性，以实现无码间干扰传输。眼图分析通过眼图分析基带信号的传输质量，评估无码间干扰传输的性能。无码间干扰的基带传输特性030201根据基带信号的特性和传输要求，设计适合的再生中继器，实现信号的整形、放大和滤波等功能。中继器设计研究再生中继器中的噪声抑制技术，降低噪声对信号传输的影响，提高通信质量。噪声抑制分析再生中继器中的信号恢复技术，减小信号失真和畸变，保证信号的完整性。信号恢复基带信号的再生中继传07信道编码与差错控制差错类型差错控制主要针对随机错误和突发错误进行控制，其中随机错误指的是独立发生的错误，突发错误指的是多个连续的相同符号的错误。差错控制方式差错控制方式包括前向纠错、反馈纠错和混合纠错，其中前向纠错是指接收端能够纠正发送端发送的错误码元，反馈纠错是指接收端将接收到的数据回传给发送端进行纠错，混合纠错则结合了前向纠错和反馈纠错的优点。差错控制的基本概念线性分组码是一种将信息比特映射成一定长度的码字的编码方式，其中每个码字都是线性组合的结果。线性分组码的定义汉明码是一种简单的线性分组码，其码字中的每一位都具有校验功能，可以检测和纠正随机错误。汉明码的特点汉明码的编码过程是将信息比特插入到校验位中，使得整个码字中的1的个数为偶数（或奇数），从而保证整个码字的重量恒定。汉明码的编码原理线性分组码（如汉明码）123循环码是一类具有循环移位特性的线性分组码，其码字中的每一位都具有循环移位的特性。循环码的定义循环码的编码过程是将信息比特插入到校验位中，使得整个码字中的每一位都具有循环移位的特性。循环码的编码原理循环码具有较好的纠错性能和较低的编码复杂度，因此在通信系统中得到了广泛应用。循环码的特点循环码