通信原理教案上册Word格式文档下载.docx

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已调信号（载波一般为正弦信号）的参数A.F.P状态数无限。

（2）数字信号

基带信号的瞬时值状态数有限。

如计算机.电报机等输出的信号。

已调信号的参数A.F.P状态数有限。

*注:

也可称ASK、FSK、PSK等数字已调信号为连续信号,因为他们的瞬时值在某一范围内连续取值。

二．模拟通信与数字通信的基本概念

1．模拟通信

（1）点—点单路通信系统

·

调制器：

使信号与信道相匹配,便于频分复用等

发滤波器：

滤除调制器输出的无用信号

收滤波器：

滤除信号频带以外的噪声

一般设n（t）为高斯白噪声，ni（t）为窄带白噪声

模拟通信也可进行加密

无调制解调器的模拟通信系统较简单，本书不予讨论.

此系统为单向通信系统即单工通信系统,当A、B都有调制解调器时可实现双工通信。

（2）点--点多路通信系统

点对点多路通信系统除解决信息传输技术外，还必须解决信息复用技术，即在发端将多路信号复接在一起、在收端将已复接在一起的多路信号进行分接处理。

在模拟通信中只能用频分复用（FDM）技术。

（3）通信网

通信网中涉及到传输、复用、交换、网络四大技术。

通信原理这门课只介绍传输和复用技术。

2．数字通信

下图为点---点单路数字通信系统模型，有关单元功能如下：

信源:

可以是模拟信源，也可以是数字信源（离散信源）。

信源编码:

对模拟信号进行A/D变换和压缩，对数字信号进行压缩。

信道编码:

提高通信可靠性，Pe’<

Pe。

调制器:

作用同模拟通信。

发、收滤波器:

作用同模拟通信，且使系统无码间串扰。

同步器:

使收发信机步调一致地工作以正确传输信息。

在实际通信系统中，可以根据具体情况省略掉上图中的某些单元。

若无调制解调器则为数字基带系统。

与模拟通信类似，在多路数字通信系统中除采用上述数字传输技术外还需采用复用技术，在通信网中还需采用交换技术及网络技术。

目前在数字通信系统中常用的复用技术是FDM和TDM（时分复用）。

三．信息及其度量

1.离散消息的信息量

某离散消息x发生的概率为P（x），则它所携带的信息量为

I=-logap（x）

当a=e时，信息量的单位为奈特（nit）；

当a=2时，信息量的单位为比特（bit）。

目前广泛使用的单位为bit。

2.离散信源的平均信息量

设信源输出M个统计独立的符号x1,x2,…,xM，它们出现的概率分别为P（x1）,P（x2）,…，P（xM），则每个符号所含信息量的统计平均值即离散信源的平均信息量为

H（x）=-（bit/符号）

信源的平均信息量又被称为信源熵。

可以证明，最大信源熵发生在信源的每个符号等概独立出现时，最大信源熵为

Hmax（x）=log2M（bit/符号）

四．系统性能指标

通信的目的是快速、准确地传输信息。

快速可以用有效性来描述，准确可以用可靠性来描述。

信道的频率资源是有限的（即信道带宽是有限的），显然为传输某一信息而占用的信道带宽越小，信道所能传输的信息路数越多，越能有效地利用信道的频率资源，通信系统的有效性越好。

信道传输信息时迭加了噪声，可靠性用来描述通信系统抗噪声能力，可靠性越高越能准确地传输信息。

1.模拟通信系统的性能指标

模拟信号占用的信道带宽必须等于或大于信号带宽，因此信号带宽越小，有效性越好。

模拟信号的质量可用信噪比表示，因此解调器输出信号的信噪比越大可靠性越好。

2.数字通信系统的性能指标

（1）码速率（RB）、信息速率（Rb）

RB表示每秒钟传输的码元数目，单位为波特（Bd），又称RB为符号速率。

Rb表示每秒钟传输的信息量，单位为每秒比特（bit/s或bps），又称Rb为传信率。

码元宽度（或码元周期）为T秒时，

RB=（Bd）

信息速率与码速率之间的关系为

Rb=RB·

H（x）（bit/s）

当信源各个符号等概独立时，

Rb=RBlog2M（bit/s）（1-1）

（2）误码率（Pe）与误比特率（Pb）

Pe=

Pb=

误比特率也被称为误信率。

在通信系统中传输的各符号一般是独立等概的，因此常用式（1-1）来表示Rb与RB之间的关系，在二进制系统中Rb=RB、Pe=Pb，在多进制（M>

2）系统中一般Pb<

Pe。

（3）有效性与可靠性

在数字通信系统中，信号占用的信道带宽Bc可以小于信号带宽（详细讨论见第5、6章），而且信号带宽还与信号的进制数有关，故不用信号带宽来描述有效性，而用频带利用率（ηB或ηb）来描述有效性。

ηB=（Bd/Hz）（1-8）

ηb=（bit/（s·

Hz）或bps/Hz）（1-9）

当式（1-1）成立时，

ηb=ηBlog2M（1-10）

显然，ηB越大，ηb越大，有效性越好；

采用多进制可以提高ηb。

在数字通信系统中，接收机最终输出的信号可能是数字信号也可能是模拟信号。

接收机输出信噪比只适于用来描述传输模拟信号的可靠性，传输数字信号的可靠性可用误码率来表示。

另外，接收机输出的模拟信号是由数字信号经数模转换得到的，数字信号的误码率越小，所对应的模拟信号的信噪比越大。

总之，在数字通信系统中，误码率越小，可靠性越高。

五．通信现状及发展趋势

宽带化、综合化、个人化、网络化，最终实现全球个人通信。

第三章信道

3.1引言

信道：

信号通道狭义信道：

信号的传输媒质有线信道

无线信道

广义信道：

媒质及有关变换装置

收、发转换器：

放大，频率变换，电←→电磁波，等。

3.2信道数学模型

一.调制信道

传输已调信号，关心的是信号的失真情况及噪声对信号的影响。

已调信号的瞬时值是连续变化的，故也称调制信道为连续信道，甚至称为模拟信道。

单输入单输出信道：

ei（t）：

模拟信号或数字信号。

f[·

]：

线性失真，非线性失真，损耗，时变特性等。

工程上应使非线性失真足够小。

n（t）：

加性噪声，与ei（t）无关。

k（t）：

产生乘性噪声，包括各种失真等，只有ei（t）存在时，乘性噪声才存在。

恒参信道：

]不变或变化缓慢，即信道对ei（t）的影响不随时间变化或变化缓慢，如电缆、光缆、无线视距信道、卫星中继信道等。

变参信道：

]为快变化，即信道对信号的影响随时间快速变化，如电离层反射信道、对流层散射信道。

二．编码信道

输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由收、发滤波器设计不当及n（t）等因素引起。

二进制无记忆信道二进制无记忆对称信道

转移概率矩阵：

p（yj/xi）=p（0/0）p（1/0）p（yj/xi）=1－εε

p（0/1）p（1/1）ε1-ε

pe=p（0）×

p（1/0）+p

（1）×

p（0/1）pe=ε×

[p（0）+p

（1）]=ε

3.3恒参信道特性及其对信号传输的影响

一．特性

一般为线性时不变系统：

h（t）H（ω）=∣H（ω）∣

∣H（ω）∣≠k（常数），产生幅频畸变。

ϕ（ω）≠-wtd，产生相频畸变。

理想信道，对ei（t）衰减、时延。

用群迟延频率特性来描述相频特性：

τ（ω）=dϕ（ω）/dω，当τ（ω）=-td时，无相频畸变。

工程设计时，应使∣H（ω）∣畸变范围及τ（ω）误差范围符合要求。

二．对信号传输的影响

1．模拟信号

∣H（ω）∣≠k，使信号失真。

τ（ω）≠-td，对语音信号影响不大（耳朵对相位不敏感），但对视频信号影响大

2．数字信号

H（ω）不理想使信号失真，可能产生码间串扰、误码。

例：

2ASK系统

三．克服措施：

模拟通信：

频域均衡，使信道、均衡器联合频率特性在信号频率范围内无畸变。

数字通信：

合理设计收、发滤波器，消除码间串扰。

信道特性缓慢变化时，用时域均衡器，使码间串扰降到最小且可自适应信道特性变化。

3.4随参信道特性及其对信号传输的影响

以对流层散射信道为例：

10km～12km大气层

传输特点：

多经传输且每条路径的衰减及时延都是随时间变化的。

1．发射单频信号Acosωt

接收信号

式中

ui（t）及ϕi（t）是缓慢变化的（相对于cosω0t），Xc（t）、Xs（t）、ψ（t）、V（t）也是缓慢变化的，于是v（t）为一个窄带随机过程。

V（t）瑞利分布：

ψ（t）均匀分布：

v（t）的波形与频谱如下图所示

2．发射频带信号

以两路径为例，设衰减是恒定的

频率选择性衰落

τ是变化的，故传输特性零点、极点是变化的。

设最大迟延为τm，则相关带宽Δf=1/τm。

当信号带宽B>

Δf时，R（t）有明显的频率选择性衰落。

当信号带宽B<

<

Δf时，R（t）时强时弱，与发射单频信号时现象相似。

为了不引起明显的频率选择性衰弱，B应小于Δf（数字信号码元宽度一般为3τm~5τm），且采用一定措施确保信号正确传输。

3.5随参信道特性的改善

一．分集接收技术

分别接收若干个独立地携带同一信息的信号，并将它们合并在一起，这些信号同时被衰减掉的概率很小，因而可改善随参信道的传输特性。

1．分集方法

（1）频率分集各频率之差大于相关带宽。

（2）时间分集用同一频率在不同时刻传输同一信息。

（3）时频分集（混合分集之一）

例如：

四时四频分集

信息代码时频编码

00f1、f2、f3、f4将一个四进制码元宽度时间Ts等分

01f2、f3、f4、f1为4个时间段，分别传输4个载频

10f3、f4、f1、f2信号，不同代码传输顺序不同。

在Ts

11f4、f1、f2、f3内只要能正确接收到一个频率，就可

判断在Ts内传输的信息代码。

（4）其它：

空间分集，角度分集，极化分集。

2．合并方法

（1）最佳选择式选信噪比最好的一个作为接收信号。

（2）等增益相加将各信号以相同增益放大、相加。

（3）最大比相加将各信号与信噪比成正比地放大、相加。

效果：

（3）最好，

（1）最差。

二．扩频技术

在第十三章扩频通信中介绍。

3.6信道的加性噪声

只介绍噪声带宽及窄带白噪声的有关概念：

白噪声。

双边带功率谱密度单边带功率谱密度

N不可能无穷大，故白噪声的频率范围应是有限的。

在分析系统抗噪性能时，认为接收滤波器为带宽Bi=Bn的理想带通滤波器。

一般Bi<

fc，故ni（t）为