通信原理复习资料.docx

1、通信原理复习资料通信：由一地向另一地传递消息。消息的传递是利用通信系统来实现的。通信系统：完成通讯过程的全部设备和传输介质。离散消息：书信、电报、数据 连续消息：语音、图片、活的图像。连续（模拟）信号： 通信系统中传输的信号为时间的连续函数。离散信号：当载荷信息的物理量的改变，在时间上离散。数字信号：不仅在时间上离散，且取值也离散而有限。信道种类：有线信道和无线信道。基带信号：从消息变换过来的原始信号。基带传输：基带信号直接传输。信源编码：用来提高传输有效性而对信号采取的处理功能。是为了提高传输可靠性的纠错编码。编码：在数字通信系统里，为了某种目的对数字信号进行的变换。通信系统中传输的具体对象

2、是消息，通信的最终目的是传输信息。信息的量值和事件发生的概率有关系：概率越大。信息量越小。反之也成立。消息所代表的事件出现概率为P（X）,该消息所含的信息量为:I=a（1/ P（X）=-a（ P（X） a=2,比特。a=10,奈特。信道：（狭义）传输媒介。（广义）传输媒介+相关设备。信道容量：C=B2（1+S/N）（b/s） B:信道带宽 S/N：信号/噪声平均功率。信噪比。C：信道可能传输的最大信息速率。物理意义：在模拟的信道上传输数字信号的时候能够达到的最高速率。结论：1.任何一个信道，都有信道容量C。2：给定C，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。减小带宽，加大发送功率，增大信噪比。带

3、宽系统有较好的抗干扰性。当信噪比太小，不能保证通信质量可以用宽带系统。调制和编码过程就是实现带宽与信噪比互换的手段。 3:C=1/T T:传输时间。I=TB2（1+S/N） 带宽和时间也可以互换。10lg S/N=分贝。传输介质:通信系统中连接收发双方的物理通路，通信过程中消息传送的载体。传输介质分2类：1.硬传输介质。双绞线、同轴电缆、光纤。2.软传输介质。无线电波、地面微波、卫星链路、激光、红外线。带宽越宽，数据传输速率就越高。双绞线可用于传输模拟和数字信号。同轴电缆：基带同轴电缆用于数字数据信号直接传输。宽带同轴电缆用于传输高频信号，利用分频多路复用技术可在一条同轴电缆上传输多路信号。光

4、缆：有线传输介质中性能最好、最具发展前途的。光纤：多模光纤和单模光纤。多模光纤：允许一束光沿纤芯反射传播。单模光纤：允许单一波长的光沿纤芯直线传播，在其中不反射。光纤具有频带宽，损耗小，数据传输速率高，误码率低，安全保密性好，是最有发展前途的有线传输介质。传播频率：甚低频3KHZ30KHZ 低频30KHZ300KHZ 中频300HZ3MHZ 高频3MHZ30MHZ 甚高频30MHZ300MHZ 超高频300HZ3GHZ 特高频3GHZ30GHZ 极高频30GHZ300GHZ.微波信道频率范围：2GHZ40GHZ.频带宽，数据传输速率高。特点：直线传播。对一般雨和雾敏感度较低。激光：用于连接相邻

5、建筑物中的网络。称为“无线光通信(FSO)”特点：使用方便、工作稳定易于安装通信方式：串行传输和并行传输；单工传输、半双工传输和全双工传输；异步传输和同步传输。串行传输：数据流的各比特是一位接一位地在一条信道上传输。收发双方只需要一条传输通道。长距离传输。 码组：一个字符用几位二进制码的一种组合来表示。并行传输：一个编码字符所有比特同时传送，码组的每一位都单独使用一条通道。用于现场通信或计算机与外设间的数据传输。并行数据速率高于串行数据速率。异步传输：每一个字符发送都是独立和随机的，以不均匀的速率传输。利用起止法来达到收发同步。每次只传输一个字符，用起始位和停止位来指示被传输字符的开始和结束。

6、传输效率低。同步传输：以一个数据块为传输单位。数据的传输由定时信号控制 同步通信的效率高于异步通信。同步通信方式更适用于高速数据传输。单工传输：信号只能在一个方向传输，不能进行相反方向传输。（广播、电视。）半双工传输：信号可以在两个方向上传输，但不能同时传输。必须交替进行。双向信道（对讲机）全双工传输：信号可以同时在两个方向上传输。双向信道。通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性。有效性：传输速度，高效率的传输消息。可靠性：传输的准确性（取决于系统的抗干扰能力）两者矛盾的，要兼顾。 提高系统有效性：多路复用技术。信道复用程度越高，信号传输的有效性越好。模拟通信系统：可靠性通常用系统的输出信噪比

7、来衡量。恢复信号与发端的调制信号有差原因：1.加性干扰。2乘性干扰。加信干扰始终存在。乘信干扰只有信号存在时才存在。输出信噪比越高，通信质量越好。输出信噪比与信号功率和噪声功率大小有关，与调制方式有关，改变调制方式。可以改善系统的性能。数字通讯系统：传输的是数字信号，有效性用传输速率来衡量。码元速率：（传码率）每秒钟传送的码元数目。波特B RB=1/T T：码元周期信息速率：（比特率）每秒钟传送的信息量。比特/S。Rb=（1/T）2 N N：码元状态数 T：码元周期。Rb= RB2 N(b/s) RB= Rb/2 N (B)数字通信系统中：可靠性用差错率来衡量。差错率2种：1.误码率2：误比特

8、率误码率：错误接受码元数/传输码元总数。误比特率：出错的比特数/传输总比特数。第二章平稳随机过程：在通信系统中所遇到的随机信号和噪声绝大多数是平稳随机过程。求取平稳随机过程数字特征的方法有2种：统计平均和时间平均。遍历性平稳随机过程：在通信系统中所遇到的随机信号和噪声，一般均能满足遍历条件。噪声：通信系统意图传输的信号以外的有害干扰信号。干扰：有周期性的、有规则的有害信号称。把其他有害的随机干扰叫噪声。噪声影响使信号产生失真、甚至错误。噪声的大小最终导致将决定系统的性能。噪声类型：1.乘性噪声：噪声在信号出现时存在2.加性噪声：噪声无论信号是否出现，都存在。加性噪声：1.外部噪声：大气噪声、宇

9、宙噪声、人为噪声。2.内部噪声：散粒噪声、渡越时间噪声、热噪声。第三章模拟调制系统连续波调制，已调信号可表示为：（t）=A（t）cosw。t+Q(t) A（t）:振幅 频率W。和相位Q(t)连续波调制：幅度调制、频率调制、相位调制。后2种是角度调制（角调），载波的相角发生变化。调制，可对消息信号的频谱搬移，适合信道传输的要求，有利于实现信道复用，调制对系统的传输有效性和传输可靠性有很大的影响。1.幅度调制：基本作用是频率搬移，目的是进行频率变换。使信号能够有效地传输或者实现信道的多路复用。根据频谱特性的不同，幅度调制分为：标准调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB）、单边带调幅（SSB）、残

10、留边带调幅（VSB）。标准调幅（AM）：调制信号为f(t) 载波为C(t)=A。cos(w。t+。) 已调信号：AM(t)= A。+ f(t) cos(w。t+。) 已调频谱：AM(w)=A。(w- w。)+ (w+ w。)+1/2F(w- w。)+ F(w+ w。) AM波占用的带宽是消息带宽Wm的2倍，2 Wm | f(t)max|A。AM波的效率：抑制载波双边带调幅（DSB）：将载波完全抑制掉，提高效率，在AM波中令A。=0。标准调幅波缺点：载波本身并不携带有用消息，却占据了50%以上的功率。 表达式：DSB(t)= f(t) cosw。t 信号频谱：DSB(w)= F(w- w。)+

11、F(w+ w。)/2DSB的频谱中没有载波分量，只有边频分量，效率达到100%。DSB=1。单边带调幅（SSB）：只传输两个USB或两个LSB就足够。他们都是的偶函数，都代表一个实际信号。优点：比AM和DSB的带宽减小一倍，提高了信道利用率。由于不发送载波仅发送一个边带，更节省功率。实现单边调幅的方法：滤波法，在双边带调制后接上一个边带滤波器，抑制掉一个边带。单边带信号表达式：SSB(t)= f(t) cosw。tf(t)sin。t - 代表上边带 + 代表下边带。 SSB信号频谱：ssB(w)= 1/2F(w+w。)+ F(w-w。) 1/2F(w+w。)-F(w-w。)残留边带调幅（VSB

12、）：不是对一个边带完全抑制，是使它逐渐截止。特点：互补对称特性：频率特性在|。|附近具有滚降特性，要求这段特性对于|。|的半幅度点呈现奇对称。在|。|Wm范围内：Hv（W-W。）+Hv（W+W。）=常数=2。是无失真恢复原信号f(t)的必要条件。满足条件的VSB信号频谱中传输边带被衰减掉的那部分频谱正好被抑制边带中残留下来的频谱所补偿。优点：在节省带宽方面与单边带系统相同，具有双边带的良好低频基带特性。对于低频分量传输很重要的信号，采用残留边带调幅。残留边带滤波器比要求具有陡峭截止特性的单边带滤波器简单的多。它综合了单边带和双边带的优点，克服了他们的缺点。调幅AM： 带宽（B）：2Wm 效率（

13、）：Pf/(Pc+Pf）33.3% 调幅指数：0AM=Am/A。1。调幅DSB： 带宽（B）：2Wm 效率（）：Pf/Pf=1=100%调幅SSB： 带宽（B）：Wm 效率（）： 1调幅VSB： 带宽（B）：WmB2Wm 效率（）： 1调制:一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调：从已调信号的频谱中，将位于载频位置的信号频谱再搬回来。相干解调：（同步解调）本地载波和接受信号的载波必须保持同频同相。标准调幅AM和双边带调幅 DSB解调：Up(t)= A。+ f(t) cos(w。t+。) cos(w。t+)输出信号： AM：Ud(t)= A。+ f(t) /2 DSB: U

14、d(t)= f(t) /2 理想低通滤波器的传输特性：截止频率等于或大于调制信号的最高频率，但远小于载频。单边带SSB解调：Ud(t)= f(t) cos(。-) f(t)sin(。-) /2 。=，Ud(t)= f(t) /2 无失真的恢复了信号f(t)。残留边带SSB解调：Hv（W-W。）+Hv（W+W。）=2 Ud（）=F()/2 Ud(t)= f(t) /2标准调幅信号的非相干解调：包络检波器电路简单，检波效率高，AM式接收机都采用。2.角度调制：载波的相角受调制信号的控制而变化的过程。载波的振幅保持不变。 分为：相位调制（PM）和频率调制（FM）。FM应用于调频广播、电视、通信及遥测

15、。PM应用于相移键控（PSK）和进行间接调频。与AM比较FM具有抗干扰能力，电声指标高，发射机效率高等优点。缺点：占用频带宽，设备复杂。角度波：(t)=Acos(t) 瞬时频率和瞬时相角关系：(t)=d(t)/dt 调相波（PM）：若正弦波的瞬时相角(t)与信号f(t) 呈线性函数关系。 pm (t)= 。t+。+kp f(t) Kp：调制常数 瞬时相位偏移：pm= Kp |f(t)|maxPM波pm (t)=Acos。t+。+kp f(t) 调相指数：pm= kpAm 调频波（FM）：若正弦波的瞬时频率（t）与信号f(t)呈线性函数关系。(t)= 。+Kf f(t) Kf：调制常数Fm (t

16、)= Acos。t+。+Fm sinmt 调频指数：Fm= KfAm/m m：最高频率最大频率偏移： =Kf|f(t)|max 正弦信号：=KfAm Fm=/m ：最大频偏载波相位的任何变化都将引起频率的变化。FM和AM：只是频率和相位的变化规律不同，PM中，角度随调制信号线性变化，FM中，角度随调制信号的积分线性变化。将f(t)积分后对载波进行PM得到FM。宽带调频（WBFM）:正弦信号调频: Fm (t)= Acos。t+。+Fm sinmt调频信号的带宽：WFm=2（Fm+1）m=2（f+fm）=2（+m） m1，为窄带调频WFm =2m m1，为宽带调频WFm =2调频信号的功率：PF

17、M=A/2宽带调相: pm=2（pm+1）m =pmmpm1，为窄带调频Wpm =2m pm1，为宽带调频Wpm =2pmm=2pmm宽带角调信号的产生：直接法和间接法。直接法：用信号直接控制振荡器的频率，使其按照控制信号的规律线性变化。缺点：受控振荡器的频率稳定度不高，需要采用自动频率控制（AFC）措施。间接法：由窄带角调器和倍频器组成，倍频器的作用将输入频率倍增N倍宽带角调波的解调：从角度调制信号中恢复原始调制信号的过程。角调波相干解调只适应于窄带角调信号，非相干解调适合宽带和窄带角调信号。角调波的解调：鉴频器解调和环路解调（锁相环解调器、频率反馈解调器）。基带数字信号及其传输均匀采样定理

18、：在Wm以上没有频谱分量的低通带限信号f（t），在时间上间隔Ts/Wm（S）的等间隔点上的取值唯一地确定。采样瞬间是等等间隔的。Wm=2fm fs/ Wm fs=1/TsWm/=2 fm 抽样频率：fs2 fm为了避免失真，采样频率为（2.55）fm。语音信号带宽限制在3300HZ左右，采样频率选择为8KHZ。脉冲调制：在时间上离散的脉冲序列作为载波，调制过程用f(t)去改变脉冲的某些参数实现的。分为:脉冲振幅调制（PAM）、脉冲宽度调制（PDM）、脉冲位置调制（PPM）。脉冲模拟调制：已调信号在时间上虽然离散，但脉冲参数的变化是连续的，可以取允许范围内的连续值脉冲编码调制（PCM）优点：抗干

19、扰性强，失真小，传输特性稳定，远距离再生中继时噪声不累积，可以采用有效编码.纠错编码.保密编码来提高通信系统的有效性.可靠性和保密性。数字信号易于存储能进行时间标度的变换.可以实现时间与信号功率的互换.PCM能把各种消息变换成数字信号进行传输，可以实现传输和交换一体化方式的综合通信和数据传输与处理一体化的综合信息处理.缺点：传输带宽宽、系统复杂.脉冲编码调制:把模拟信号变换为数字信号的一种编码方式，特征是把连续的输入信号变换为时间上个振幅上都离散的量，再变换为代码进行传输。码组:表示一个离散值所有比特的组合。量化电平数目：N=2 （a=n）PCM过程由采样、量化、编码三步骤。功能是完成模数转换

20、，实现连续消息数字化。量化：把信号变换成振幅上离散值的操作。分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化：各量化分级间隔相等的量化。缺点:量化噪声与信号电平大小无关.信号电平越低.信噪比越小.量化阶距不随输入信号电平的大小而改变。量化误差：信号只能取有限个量化电平之一，将精确样值舍入到最接近的量化电平的过程中产生的误差。量化噪声：量化误差产生的噪声。噪声的幅度与量化阶距有关。信号越大，量化误差的影响越小，反之成立。非均匀量化：在低电平时分层细一些，用小的量化阶去近似，对大信号用大的量化阶近似。使输入信号与量化噪声之比在小信号到大信号整个范围内基本一致，对大信号进行量化所需的量化级数比均匀量化时少得多。这

21、种采用非均匀分级的方法称为非均匀量化。压缩与扩张技术：实现非均匀量化的一种有效方法。PCM采用的压扩技术有两种：模拟压扩和数字压扩。模拟压扩：在发送端首先使输入信号通过具有压缩特性的部件，然后再进行均匀量化和编码，在接收端利用扩张器完成相反的操作，使压缩的波形复原。只要压缩和扩张特性恰好相反，压扩过程就不会引起失真。实现非均匀量化的方法：压扩技术在发送端，对需要量化的抽样信号压缩，进行均匀量化，大信号与小信号的压缩比例不同，所以对原信号就是非均匀量化，在接收端对接收信号扩张，恢复原信号。PCM通信系统常采用压缩方法：律和A律两种压缩特性。数字压扩：采用较多的有7折线律、13折线A律、15折线律

22、。PCM的基带信号：量化信号经过模/数转换可以变换成各种各样是的编码信号。代码的形式采用二进制，多进制代码用在线路信噪比较好、可利用频带比较窄。PCM中使用的二进制码：1.自然二进制码2.反射二进码（格雷码）3.折叠二进码。 自然二进制码编码操作简单，译码也可逐比特的独立进行。 折叠二进码的优点：对双极性信号可以采用单极性编码方法.大大简化编码电路。如果在传输过程中出现误码，它对小信号影响较小。语音信号小幅度出现概率比大幅度出现概率大。预测编码方式：根据过去的信号样值预测下一个信号样值，把预测值与现实的样值之差量化、编码再进行传输的方式。增量调制（M）：和差分脉冲编码调制：把刚过去的信号样值作

23、为预测值的单纯预测编码方式。增量调制是预测编码中最简单的一种，将信号瞬时值与前一个采样时刻的量化值之差进行量化，只对这个差值的符号进行编码，不对差值的大小编码。增量调制通常采用单纯的积分器作译码器（预测器）。通常把满足不过载条件的Amax与满足信噪比要求的Amin之比作为M系统的动态范围D，用分贝表示：DdB=20Amax/Amin差分脉冲编码调制（DPCM）:图像信号的瞬时斜率比较大，不宜用增量调制，容易过载，采用PCM则数码率太高。图像信号编码中采用DPCM来压缩数码率。DPCM和PCM的区别：在PCM中是用信号采样值进行量化、编码后传输，DPCM是用信号采样值与信号预测值的差值进行量化、

24、编码后传输。DPCM和M的不同：M中是用1位二进码表示增量，DPCM是用n位二进码表示增量。DPCM是介于M和PCM之间的一种编码方式。如果比特速率相同，DPCM比PCM信噪比可改善14dB17dB，跟M相比，多增了量化级，在改善量化噪声方面也优于M. DPCM的缺点：较易受到传输线路噪声的干扰，在抑制信道噪声方面不如M。DPCM预测效果与信号统计特性有密切关系。自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）：量化器与预测器的参数能根据输入信号的统计特性自适应于最佳或接近最佳DPCM。 为减小编码信号的带宽，可用压缩编码技术。语音压缩编码：数据速率低于64kb/s的语音编码方法。ADPCM与PCM相比，

25、系统可以大大压缩数码率和传输带宽，增加通信容量。ADPCM方式在带宽利用率和抗误码能力方面优于PCM方式。采样过程：图像在空间上的离散化过程。点阵采样：直接对表示图像的二维函数进行采样，读取图像函数空间各个离散点的值，所得结果就是一个用样点值表示的阵列。数字图像压缩编码的主要国际标准： MPEG-1：为数字存储媒介中视频、音频信息压缩提出的一种编码标准。MPEG-2：在MPEG-1的基础上进步扩张和改进。MPEG-4：用于多媒体信息中的视频描述标准。数字基带信号的常用码型：选择传输码型：1.码型中低频、高频分量要尽量少2.码型中应包含定时信息，便于提取3.码型变换设备要简单可靠4.码型具有一定

26、的检错能力，若传输码型有一定的规律，可以根据其规律检测传输质量，做到自动检测。 传输码型的频谱具有低频截止、频带窄、易提取定时时钟等特性。单极性码：信号只有唯一的正极性或负极性。只适合于极短距离传输。双极性码：信号有正负2个极性。不能直接从双极性码中提取同步信号。有直流成分。单极性归零码：信号的每一个码元都必须回归到零电平。1：+1,0 0: 0,0。可以直接提取同步信号。双极性归零码:1:+1,0 0: -1,0 。差分码：比较前一个信号和后一个信号比较。1：码形和前一个码元相反 0：码形和前一个码元相同。交替极性码：1：交替+1，0和-1，0 0：0，0 。曼彻斯特码：1：正负+1，-1

27、0：负正 -1，+1 。曼彻斯特码和差分曼彻斯特码被某些局域网标准采用，缺点是：每比特的持续时间内将出现多达两次的电平跳变。要达到10Mb/s的数据速率，线路上信号状态变化20Mb/s，线路的传码率达20MB/s。效率只有50%采用多进制码的目的是在码元速率一定时提高信息速率。奈奎斯特定理：当基带传输系统具有理想低通滤波器的特性时，以截止频率两倍的速率传输数字信号，便能消除码间串扰。理想低通滤波器：衰减较慢，拖尾很长，要求采用点定时必须精确同步。扰码的作用：在发送端将传送的码变换成0，1近似等概率且前后独立的随机码。 目的：1。便于提取比特定时信息2.扩散信号频谱。数字调制系统：数字信号的载波

28、调制三种：幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）、移相键控（PSK）。二进制数字调制信号产生：1Ask(t)：ASK信号：1：Acos。t 0:0 2Fsk(t)：FSK信号：1：Acos1t 0：Acos2t 频移键控是利用数字基带信号控制载波的频率来传送信息。3.PSK和DPSK信号：psk(t)：1：Acos。t 0：Acos（。t+）移相键控利用载波振荡的相位变化来传递信息。 将绝对码变换成相对码，再进行PSK调制，可得到DPSK信号。二进制数字调制信号的解调：1.ASK信号：相干解调和非相干解调。2.FSK信号：相干解调和非相干解调。是两路ASK信号的叠加。3.PSK和DPSK信号：

29、PSK具有恒定的包络，不能采用包络解调器解调，应采用相干解调器解调。输出A/2。二进制数字数字解调信号的带宽：1.ASK信号B=2fs=2/Ts 2 .FSK信号B=|f2-f1|+2fs 3.PSK信号B=2fs=2/Ts。多进制数字调制系统：在相同的传码率条件下，多进制数字系统的信息速率高于二进制系统。二进制系统中，传码率的提高，所需信道带宽增加。采用多进制可降低码元速率，减小传输带宽。加大码元宽度，可增加码元能量，有利于提高通信系统的可靠性。M进制数字基带信号：MASK:多进制振幅调制，具有多个电平的随机基带脉冲序列对载波进行振幅。MFSK：用多个频率不同的正弦波分别代表不同的数字信号，

30、在某一码元时间内只发送其中一个频率。解调：包络检波器和分路滤波相干解调方式。MFSK系统占用较宽的频带，频率利用率低，多用于调制速率不高的传输系统，以便频带不至于过宽。 BMFSK=fH-fL+2fs fs：码元速率。 MPSK：利用具有多个相位状态的正弦波来代表多组二进制信息码元，用载波的一个相位对应于一组二进制信息码元。双比特码元：由两个码元构成一种状态的符号码元。调制解调器：一个将数字信号转换为模拟信号并且再转换回数字信号的转发器。数据调制解调器（MODEM）主要用途是使计算机、计算机网络及其他数字中继设备连接到模拟通信线路或无线信道。调制解调器可采用多种调制技术，ASK、FSK、PSK

31、或正交幅度调制（QAM）。单独的幅度调制较少用于数据传输，因为对噪声干扰十分敏感，导致接受数据出错。低速调制解调器采用频率调制，高速调制解调器采用相位调制，通过语音频带传输的超高速调制解调器采用相位和幅度调制的组合。调制解调器分为：同步调制解调器和异步调制解调器，同步调制解调器的同步信息在接收机中恢复，而异步调制解调器则不必恢复同步信息。异步调制解调器通常使用ASK和FSK调制技术，用于低速数据传输(低于2.4Kb/s)。同步调制解调器使用PSK和QAM调制技术，用于中、高速数据传输（高达56Kb/s）同步调制解调器：同步调制解调器的时钟与数据一起发送.并调制一个连续载波.已调波被传送到接收调制器解调.恢复相干载波并用来解调数据.同步有同步时钟和载波恢复电路.结果复杂.比异步价格贵。数字用户线调制解调器：数字用户线（DSL）是一种较新的技术，它使用电话网本地回路电话线进行数据、语音、视频与多媒体的高速传输。多路复用技术：用于长途通信中，分为频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM）