樊昌信版通信原理课件

通信原理樊昌信老师的经典教材通信系统的基本概念发射机负责将信息转换成适合在信道中传输的信号。信道用于传输信号的介质，例如无线电波、光纤等。接收机负责从接收到的信号中提取信息。信号分类与信号参数确定性信号可以用数学表达式精确描述的信号，例如正弦信号、方波信号。随机信号无法用数学表达式精确描述的信号，例如噪声信号。信号参数描述信号特征的量，例如信号的幅度、频率、相位、持续时间。傅立叶级数与傅立叶变换傅立叶级数将周期信号分解为一系列正弦和余弦函数的和。傅立叶变换将非周期信号分解为一系列正弦和余弦函数的积分。频域分析通过傅立叶变换，可以将信号从时域转换到频域，从而更清晰地分析信号的频率成分。信号的周期性与非周期性周期信号周期信号是指在时间轴上以一定周期重复出现的信号。其周期表示信号重复一次所需的时间。非周期信号非周期信号是指在时间轴上不重复出现的信号。它们没有固定的周期，且在时间上可能无限延伸。信号的功率和能量PowerEnergy信号的功率和能量是描述信号强度的两个重要指标理想低通滤波器理想低通滤波器（IdealLow-PassFilter）在截止频率以下的频率信号全部通过，而截止频率以上频率的信号全部阻挡。它在通信系统中扮演着至关重要的角色，用于抑制信号中的高频噪声，并保留有用信号的低频成分。实际低通滤波器实际低通滤波器与理想低通滤波器不同，它们无法完全阻挡高于截止频率的信号，并且在截止频率附近存在一个过渡带。在过渡带内，信号的衰减程度逐渐增加。实际低通滤波器的频率响应曲线通常会呈现一个缓慢下降的趋势。采样定理1奈奎斯特频率采样频率至少应为信号最高频率的两倍，才能保证信号的完整信息。2采样定理当采样频率满足奈奎斯特频率要求时，可以从采样数据中完全恢复原始信号。3应用采样定理广泛应用于数字信号处理、数据采集和通信系统。采样系统的频谱分析1频谱复制采样过程将信号的频谱复制到采样频率的倍数上。2频谱混叠当采样频率低于信号最高频率的两倍时，会发生频谱混叠。3奈奎斯特频率为了避免混叠，采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍。数字信号的表示1二进制编码数字信号通常使用二进制编码表示，用0和1来表示信号的离散值。2脉冲幅度调制脉冲幅度调制（PAM）通过改变脉冲的幅度来表示数字信号，每个脉冲对应一个二进制值。3数字信号的采样为了将模拟信号转换为数字信号，需要对模拟信号进行采样，将连续信号转化为离散信号。数字信号的功率谱密度定义数字信号的功率谱密度是指数字信号功率在频率域上的分布。公式功率谱密度S(f)=|X(f)|^2/T，其中X(f)是数字信号的傅立叶变换，T是信号的周期。应用功率谱密度可以用于分析数字信号的频谱特性，例如信号的带宽、频率成分等。信号的相关函数自相关函数一个信号与其自身延迟后的副本之间的相似度。互相关函数两个不同信号之间的相似度，用于确定信号之间是否存在关系。应用信号处理、图像处理和通信系统分析等领域。信号的功率谱密度1定义信号功率谱密度表示信号功率在不同频率上的分布2计算通过傅里叶变换计算信号的自相关函数3应用分析信号的频率特性，如带宽、频谱形状等信号的功率谱密度与相关函数的关系1维纳-辛钦定理功率谱密度是自相关函数的傅里叶变换2频域与时域将信号的时域特征与频域特征联系起来3系统分析用于分析信号的频率成分和能量分布随机过程的基本概念随机变量随机变量是一个在特定时间点上的随机现象的数值表现。它可以是离散的（如掷骰子结果）或连续的（如身高）。随机过程随机过程描述了随着时间推移的随机变量的变化。例如，股票价格的波动就是一个随机过程。概率分布函数概率分布函数描述了随机变量在特定值或特定范围内的概率。它可以是离散的（如伯努利分布）或连续的（如正态分布）。随机过程的平稳性1严平稳随机过程的统计特性不随时间变化，包括均值、方差和自相关函数等。2宽平稳随机过程的均值和自相关函数不随时间变化，但高阶统计量可能随时间变化。3平稳性假设在通信系统中，常常假设信号是平稳随机过程，以便简化分析和计算。随机过程的相关函数自相关函数描述随机过程在不同时间点的相关性。自相关函数越大，表示随机过程在不同时间点的相似度越高。互相关函数描述两个不同随机过程在不同时间点的相关性。互相关函数越大，表示两个随机过程在不同时间点的相似度越高。随机过程的功率谱密度随机过程的功率谱密度是指随机过程的功率在不同频率上的分布情况，反映了随机过程的频率特性。它可以用来描述随机过程的频谱特性，例如，信号的带宽、噪声的频谱特性等。信号的信噪比概念信号功率与噪声功率之比公式SNR=Ps/Pn单位dB影响通信质量噪声的分类热噪声热噪声是由导体中电子的热运动引起的随机噪声，也称为白噪声。散粒噪声散粒噪声是由电子流中电子数量的随机波动引起的，存在于电子器件中。闪烁噪声闪烁噪声是由器件内部缺陷或表面状态引起的，频率较低，与器件的材料和结构有关。高斯随机过程正态分布高斯随机过程的样本值服从正态分布，概率密度函数呈钟形曲线。统计特性由均值和方差完全决定，均值和方差是描述随机过程统计特性的关键参数。数学模型用数学公式精确描述随机过程的统计规律，方便进行理论分析和仿真。带通信号及其频谱带通信号是指频谱集中在某一频率范围内的信号。其频谱的特点是，在中心频率附近有一个非零的频带，而在其他频率范围内的频谱则为零。带通信号通常用于无线通信系统，因为无线信道可以有效地传输带通信号。单边带调制1抑制载波消除载波信号，节省功率2仅保留一个边带降低带宽需求，提高频谱利用率3相位敏感解调需恢复载波相位信息，实现信号恢复双边带调制1调制过程载波信号与调制信号相乘，产生包含调制信号频谱的两倍带宽的双边带信号。2优点传输效率高，可以有效地利用带宽，同时保留了调制信号的所有信息。3缺点带宽占用较大，需要更大的带宽来传输信号，同时对调制信号的频率范围有一定的限制。频率调制载波频率变化频率调制(FM)是一种调制方式，通过改变载波频率来传递信息。瞬时频率载波频率随信息信号的变化而变化，信息的频率变化量决定了调制信号的频率变化范围。调制指数调制指数表示调制信号对载波频率的影响程度，影响着调制信号的频谱带宽。相位调制1载波相位变化信息信号改变载波相位2调制方式模拟信号调制3应用场景无线通信