通信基本知识总结.docx

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通信基本知识总结

信号传输是非常复杂的：

首先，由于发射机和接收机的不同位置使得信号强度产生衰落现象；

其次，无线信号还将通过衍射、散射、反射、绕射和折射等传播。

因此，无线通信产生三种相互独立，同时存在的传播现象：

多径传输、阴影衰落和路径损耗。

路径损耗：

主要是由于平方率扩展、水汽和叶群的的吸收、地面反射等引起，它与距离有关描述的是大尺度区间（数百米或数千米）内接信号强度随发射-接收距离而变化的特征。

对于快速移动的接收机而言，平均路径损耗变化非常慢，信号的变化主要表现为衰落。

阴影衰落：

主要有传输路径中的起伏地形、建筑物高度和高大的树林等障碍物的阻塞效应产生，描述的是中等尺度区间（数百个波长）内信号变化电平中值的慢变化特性。

因此成为慢衰落或者长期衰落。

多径衰落:

主要由于多径传播、发射机和接收机间的相对运动、传输环境中周围物体的运动等物理因素产生，描述的是小尺度区间（数十或者数个波长）内接受信号场强的瞬时值的快速变化特性。

因此成为快衰落和短期衰落。

香农公式：

其中C表示信道容量，B表示带宽，S/N表示信噪比。

对信道模型的基本要求

1，经验模型

在经验模型中，将环境造成的所有影响都考虑在内，而不分别考虑环境产生各种影响，这是这种模型的的最大优点。

另一方面，这种模型的精确程度不仅取决于测量数据的精度，而且还取决于应用环境与测量环境的相似程度。

2，确定性模型

根据电波传输原理得到的，因此可以用于不同环境而不会产生影响精度。

实际上，其实现需要环境中大量的数据库，有事这是不实际的或者不可能得到的。

确定性模型一般很复杂，计算量很大，因此使用范围有限。

建模应该考虑的因素

一，多径损耗，用于预测无线系统的覆盖范围和干扰，

二，信道的波动，这是无线信道的移动效应决定的，

三，多径时延和路径强度，这是决定系统可实现数据速率的关键因素。

数据处理的目的：

1，提取出独立于信道激励信号的信道描述方法；2，估计传播环境引起的失真；3，得出信道参数的统计描述形式，通常与环境相关。

数据处理的主要内容:

从测量到的数据里去除校准数据，完成数据标准化、设定噪声电平门限、将所有的信号同步到一个相同得参考时间（即t0,它表示高于噪声电平的第一个多径分量到达时间）。

同时还要通过对数据的处理和分析，提取出具体的信道参数。

频域加窗萎了计算多径数量，而且避免个多径分量间能量泄露，在对信道测量时需要采用不同的信道加窗技术。

在这种情况下，辨识多径分量的精度要求比估计其幅度值得误差最小更加重要。

频域加窗不仅会增加信道估计的均方误差，而且还会使时域中分辨力降低。

Rake技术基本原理：

使用一组相关器，对每个多径分量使用一个相关接收机，各相关接收机与同一期望（被接受的）信号的一个延迟形式（即期望信号的多径分量之一）进行相关运算，然后将在这些相关接收机的输出根据其相对强度进行加权，并把加权后的各路输出合并成一个输出信号。

无线电信号频谱分析知识点

第一章，基础知识

基带信号:

。

用于一条线路或一个无线电传输系统传输一路信号或者多路复用信号所占有的频带。

无线电通信情况下，基带信号构成调制发射机的信号。

基带带宽：

用于一条线路或一个无线电传输系统传输一路信号或者多路复用信号所占有的频带带宽。

基带信号分为:

模拟信号和数字信号。

符号基带信号就是以各种速率出现的码元，可能是二进制或多进制的码元，统称为符号。

Notes：

影响频谱宽度的决定因素是方波的宽度，而决定方波宽度的是符号的速率。

因此符号速率是数字通信中重要的指标，对信号的频谱特性有决定的作用。

信号的调制模拟信号调制有三种：

AMPMFM

数字信号的调制有：

ASKPSKFSK

选择调制的依据是：

频谱利用率，功率利用率，误码率。

发送滤波器的作用：

减小旁瓣，

偏离越大，产生误差概率越大。

消息中包含的信息量：

其中表示事件发生的概率。

a=2单位就是比特。

通信方式：

1.按信息传输的方向和时间分：

单工通信（只能单方向传输），半双工通信（不能同时传输，例如对讲机），全双工通信（例如电话）。

2.按数字信号排序分：

串序和并序，一般通信采取串序通信，但是时间较长，并序传输占的带宽大，但是传输时间段。

模拟通信系统的组成：

数字通信系统的组成：

信源编码的作用主要有两个：

其一是当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转化成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输；其二是设法减少码元数目及降低码元速率也就是数据压缩。

码元速率决定信号传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性。

数字通信的优点：

1，抗干扰能力强；2差错可控；3易加密4易于与现代技术结合

数字通信的缺点：

1，频率利用率不高；2需要严格的同步系统

模拟通信系统的可靠性指标通常用信噪比，或者均方误差来衡量。

数字通信系统的有效性和可靠性指标通常是用传输速率和误码率来衡量。

数字信号系统的有效性指标的具体表述

1码元传输速率

其中表示码元宽度。

2信息传输速率

信息传输速率是指单位时间内传输的信息量的多少。

3消息传输速率

单位时间内传输的信息数

数字通信系统可靠性指标的具体表述

1，码元差错率

简称误码率，误码率是指码元在传输中被传输错误的概率。

2，信息差错率

简称误信率或者误比特率，码元信息量被丢失的概率。

多径衰落的作用;

1,从波形上看，多径传输的结果使单一载频信号变成了包络和相位都变化的窄带子信号。

2从频谱来看，多径传输引起了频率色噻，

3多径传播会引起选择性衰落。

快衰落的有效抑制方法：

分集接收技术。

分集接收技术的基本思想：

分散得到几个合成信号并集中这些信号。

分集方式：

（1）空间分集：

多天线间隔架设（100间隔）接收独

立的信号。

（2）频率分集：

不同载波传输同一个消息，各分散信息

独立。

（3）角度分集：

利用天线波束指向不同方向的信号

（4）计划分集：

分别接收水平和垂直极化波。

合成：

（1）最佳选择式：

信噪比最好的作为接收信号。

（2）等增益想加式：

几个分散信号以相同的支路增益直接相加。

（3）最大比值想加式：

控制各支路增益，使其与本支路信噪

比成正比。

信号的分类：

（1）确知信号和随机信号

（2）连续信号和离散信号

（3）周期信号和非周期信号（4）实信号和复信号

（5）功率信号和能量信号

当,E存在，S=0为能量信号

当E不存在，S存在为功率信号

周期信号一定是功率信号，非周期信号可以是功率信号，也可以是能量信号。

系统的分类：

（1）线性系统和非线性系统

（2）时变系统和时不变系统

（3）因果系统和非因果系统

（4）稳定系统和不稳定系统

自相关函数：

反应随机过程在任意两个时刻见的内在联系。

数学表达式为：

平稳随机过程：

任何n维分布不函数和概率密度函数和时间起点无关。

各态历经性：

帕塞瓦尔定理：

平均功率和功率谱之间的关系：

令

噪声的来源：

自然噪声、人为噪声和电路噪声。

噪声的特性：

脉冲性噪声和连续性噪声

噪声的功率谱;白噪声和有色噪声。

噪声对信号的作用：

加性噪声和乘性噪声。

在通信系统理论分析时，特别在分析系统在抗噪声性能时，经常假设系统内的噪声为高斯白噪声。

主要原因是：

（1）高斯白噪声有具体的数学表达式，便于分析和计算。

（2）高斯白噪声能够真实的反应信道内噪声的特征。

调制的作用：

1，实现有效辐射2，实现频率分配3，实现多路复用4，提高系统抗噪声能力。

调制的分类：

1，根据输入调制信号m（t）的不同分类

（1）模拟调制

（2）数字调制

2，根据载波才c（t）的类别不同分类

（1）连续波调制

（2）脉冲调制

3，根据载波c（t）的参数变化不同分类

（1）幅度调制

（2）频率调制（3）相位调制

4，根据调制器频谱特性H（w）的不同分类

（1）线性调制

（2）非线性调制

振幅调制

（1）时域表示

其中吗m（t）为调制信号，为载波频率

并使否则会引起极大失真

模拟通信系统可靠性指标：

信噪比或着均方误差。

信噪比：

接收机解调器输出端调制信号平均功率S和噪声平均功率之比。

信噪比增益G：

输出信噪比与输入信噪比之间的比值。

分析模型系统抗噪声性能时：

输入信噪比，输出信噪比，和噪声增益。

G越大抗噪声性能越好。

S（t）S0（t）

n（t）cosw（t）

相干解调分析模型

DSB调制系统的性能

（1）输入信噪比

（2）

输入信噪比

（2）输出信噪比

输出端信号为：

信号平均功率

噪声平均功率：

输出信噪比：

调制制度增益

AM

（1）输入信噪比

信号：

噪声：

信噪比：

（2）输出信噪比

输出信号为：

输出端平均功率：

噪声平均功率：

信噪比：

（3）调制制度增益：

最大为：

单边调制系统系统性能

（1）输入信噪比

（2）输出信噪比：

（3）单边调制信号的增益：

结论：

虽然双边调整的增益是单边调制的二倍，但是由于它的实际调制性能不会优于单边调制的性能。

如果解调器输入噪声功率密度相同，且输入信号功率相同，则单边带解调性能和双边带解调性能是相同的。

残边调制系统性能

（1）输入信噪比：

（2）输出信噪比：

（3）残边调制增益：

非相干解调系统性能分析

n（t）

1,输入信噪比

2输出信噪比：

大输入信噪比：

，

数据通信中主要的技术指标：

（1）数据传输速率。

每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。

式中，T为一个数字脉冲信号的带宽（全宽码）或重复周期（归零吗），单位秒；N为一个码元所取的离散值的个数。

通常,K为二进制信息的位数，

N=2时，S=1/T，表示数据传输速率等于码元脉冲的重复周期。

（2）信息传输速率。

单位时间内通过信道传输的码元数，单位为博野，记作Baud.

式中，T为信号码元的宽度，单位为秒。

信号传输速率，也成码元速率、调制速率或波特率。

由以上两个式子可得：

（3）信道容量。

表示一个信道的最大数据传输速率，单位为位/秒（bps）。

信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是设计的数据传输速率。

（4）离散的信道容量。

奈奎斯特无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系式是

（Baud）

无噪声信道传输能力公式，即麦奎斯特公式为

式中，H是信道的宽度，即信道传输上、下限频率的差值·，单位为Hz；N是一个码元所取的离散值个数。

（5）连续的信道容量。

表示带噪信道容量，有著名的香浓公式表示，即

（bps）

式中，S是信号功率，N是噪声功率，S/N为信噪比，通常把信噪比表示为分贝。

（6）误码率。

二进制数据位传输时出错的概率。

它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。

在计算机网路中，一般要求误码率低于，若误码率达不到这个标准，则可以通过差错控制方法检错和纠错。

误码率公式为

式中，是二进制数据位传输位错的位数，N为传输的数据总数。

零中频接收机：

零中频是指传统的调制解调方式是无线电信号RF（射频）进入天线，转换为IF（中频）,再转换为基带（I，Q信号）。

而零中频就是信号直接由RF变到基带，不经过中频的调制解调方法。

时间反演的“空间、时间”聚焦性。

信道冲击响应是进行TR电磁波信号无线传输研究的一个重要概念。

假设两个普通传感器节点之间的信道冲击响应为

分别为普通传感器节点a和b的空间位置；分别为对应的第l条可分辨多径空间的损耗系数和时间延迟，M为多径总数。

在TR传输模式下，普通传感器节点a与节点b之间的等效信道冲击响应可表示为：

2-10

式2-10中，为信道冲击