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1、现代通信原理 总结与复习总结与复习 现代通信涉及到的现代通信涉及到的几大技术几大技术 n n 信号传输技术（基带、频带）信号传输技术（基带、频带） n n 调制技术（模拟、数字调制）调制技术（模拟、数字调制） n n 多址与复用技术多址与复用技术 n n 纠错编码技术纠错编码技术 n n 同步技术同步技术 n n 交换技术交换技术 n n 模拟信号数字化模拟信号数字化 n n 抗衰落技术抗衰落技术 n n 加密加密 n n 滤波技术滤波技术 n n 这些技术确保各这些技术确保各 种消息信号能有种消息信号能有 效而可靠地从发效而可靠地从发 送端传送到接收送端传送到接收 端端! ! * 2 各章要
2、点各章要点 第第1 1章章 绪论绪论 第第3 3章章 随机过程随机过程 第第4 4章章 信道信道 第第5 5章章 模拟调制系统模拟调制系统 第第6 6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统 第第7-87-8章章 数字带通传输系统数字带通传输系统 第第1010章章 信源编码信源编码 第第9 9章章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收 第第1111章章 差错控制编码差错控制编码 第第12 12 章章 正交编码与伪随机序列正交编码与伪随机序列 第第1313章章 同步原理同步原理 重点的、基本的 重要的、理解的 * 3 Chp1Chp1绪论绪论 n n 基本概念基本概念 点对点通信系统模型 模拟、数
3、字基带、数字频带系统的系统模型 主要的载波调制方式（AM、FM、PM、ASK、PSK、FSK等） 主要的脉冲模拟调制方式（PAM、PDM、PPM等） 通信方式（单工/双工/半双工，串行/并行） 比特率和波特率的概念和区别 误码率和误信率的定义、关系和区别 n n 基本计算基本计算 信息量的计算（I） 离散系统平均信息量计算（H） 多进制系统比特率和波特率的计算及换算 误码率和误信率的计算 n n 典型习题典型习题1.21.2，1-41-4，1-61-6，1-71-7，1-81-8 * 4 “ “点点点点” ”通信系统模型通信系统模型 模拟通信系统框图模拟通信系统框图 * 5 数字频带通信系统框
4、图数字频带通信系统框图 数字基带通信系统框图数字基带通信系统框图 * 6 n n 按消息传递的方向和时间分按消息传递的方向和时间分 -双工通信、半双工通信、单工通信 n n 按数字信号码元排列方法分按数字信号码元排列方法分 -串行传输、并行传输 通信方式分类通信方式分类 * 7 调制方式分类及用途调制方式分类及用途 调制方式调制方式用途举例用途举例 连续波调制连续波调制 模拟模拟 调制调制 常规双边带调幅(AM)广播 单边带调制(SSB)载波通信、短波无线电通信 双边带调制(DSB)立体声广播 残留边带调制(VSB)电视广播、传真 频率调制(FM)微波中继、卫星通信、广播 相位调制(PM)中间
5、调制方式 数字数字 调制调制 振幅键控(ASK)数据传输 移频键控(FSK)数据传输 相移键控(PSK;DPSK)数据传输 其它高效数字调制 (QAM;MSK.) 数字微波、空间通信 * 8 调制方式调制方式用途举例用途举例 脉冲调制脉冲调制 脉冲脉冲 模拟模拟 调制调制 脉幅调制(PAM)中间调制方式、遥测 脉宽调制(PDM)中间调制方式 脉位调制(PPM)遥测、光纤传输 脉冲脉冲 数字数字 调制调制 脉冲编码调制(PCM)市话中继线、卫星、空间通信 增量调制(DM)军用、民用数字电话 差分脉码调制(DPCM)电视电话、图像编码 其它编码方式(ADPCM等 ) 中速数字电话 调制方式分类及用
6、途（续）调制方式分类及用途（续） * 9 n n 信息及其度量：信息及其度量： n n 离散独立等概消息的信息量：离散独立等概消息的信息量： n n 离散独立非等概消息的信息量离散独立非等概消息的信息量 熵（统计平均信息量）： 等概时熵最大： 统计平均和算术平均存在一定误差 信息量的计算信息量的计算 * 10 数字通信系统有效性指标数字通信系统有效性指标-传输速率传输速率 n n 码元速率码元速率 R RB B （传码率、波特率）： （传码率、波特率）： 每秒传送的码元个数 单位：波特 Baud，简写Bd 若码元宽度为T，则RB =1/T n n 信息速率信息速率 R R b b （传信率、比
7、特率）：（传信率、比特率）： 每秒传送的信息量 单位：bit/s（bps，比特/秒） n n 频带利用率：频带利用率：单位频带提供的码元传输速率或信息传输速率 意义：把带宽与传输速率相联系，以便更好地考察有效性 * 11 码元速率与信息传输速率的关系码元速率与信息传输速率的关系 n n 若码元速率为若码元速率为R R B B ，信息速率为，信息速率为R R b b ，每个符号有，每个符号有MM 种可能状态，则：种可能状态，则： 如：四进制，每码元如：四进制，每码元2bits2bits信息信息 RB =1200 Baud时， Rb=2400 bit/s 特例：M=2，码元速率等于信息速率（数值相
8、同，单位不同） 等概时： 不等概时： * 12 数字通信系统的可靠性指标数字通信系统的可靠性指标-差错率差错率 n n 误比特率误比特率（误信率）：（误信率）：码元在传输过程中，其信息量丢失的概率码元在传输过程中，其信息量丢失的概率 n n 误码率误码率（误符号率）：（误符号率）：码元在传输过程中被错传码元在传输过程中被错传( (码元丢失码元丢失) )的概率的概率 n n 误比特率与误码率的关系误比特率与误码率的关系 对于二进制：对于二进制：P Pb b = P = Pe e ; 对于M进制： P Pb b P Pe e * 13 自测题自测题 1、十六进制符号的码速率为1200波特 , 则其
9、信息速率为（ ） A、1200b/s；B、2400b/s；C、3600b/s；D、4800b/s 2、数字通信和模拟通信相比，最突出的优点是（ ） A、设备复杂程度低，易于实现。 B、占用频带窄，频带利用率高。 C、便于实现移动通信。 D、抗干扰能力强，通话质量高 3 3、不等概率的二进制码元，其平均信息量为多少（大于、不等概率的二进制码元，其平均信息量为多少（大于、 小于或等于）？什么条件下平均信息量达到最大值小于或等于）？什么条件下平均信息量达到最大值？ 4 4、等概独立的八进制每一波形包含的信息量为（、等概独立的八进制每一波形包含的信息量为（ ） A A、1 bit1 bit； B B、
10、2 bit 2 bit ；C C、3 bit 3 bit ； D D、4 bit 4 bit * 14 Chp3Chp3随机信号分析随机信号分析 n n 基本概念基本概念 随机过程的基本概念及其统计特性的定义 平稳随机过程 n狭义/广义平稳的概念、各态历经性的意义 n自相关相关函数的特性 n平稳随机过程通过线性系统 高斯随机过程 n概念及其重要性质 n高斯白噪声和带限白噪声 窄带随机过程概念、表达式、包络和相位分布特性 n n 基本计算基本计算 均值、方差、自相关函数 功率谱和平均功率 一维概率密度函数和分布函数 高斯白噪声通过线性系统 * 15 * 平稳随机过程平稳随机过程-狭义狭义( (严
11、格严格) )平稳平稳 n n 一般概念：一般概念：统计特性与时间起点无关的随机过程 n n 狭义（严格）平稳：狭义（严格）平稳：（任何n维）分布特性 与时间起 点无关 16 * n n 广义（宽）平稳：广义（宽）平稳：数字特征 与时间起点无关 通常，通信系统中的信号、噪声大多为广义平稳随通常，通信系统中的信号、噪声大多为广义平稳随 机过程。今后所讨论的随机过程，若无特别说明，均指机过程。今后所讨论的随机过程，若无特别说明，均指 广义平稳随机过程广义平稳随机过程 平稳随机过程平稳随机过程-广义广义( (宽宽) )平稳平稳 )(),(: )(: 21 tt RttR atat = = 有关自相关函
12、数只与 无关数学期望与 注意：由式3.2-3和3.2-4、5可知 17 随机过程的各态历经性（遍历性）随机过程的各态历经性（遍历性） 设x(t) 是平稳过程的任一个实现，它的时间平均值为： 任一样本经历了平稳过程的所有可能状态 。 遍历 使计算大为简化 统计平均值=时间平均值 替代 注意： 意义： 含义： * 18 n n 自相关函数的重要性：自相关函数的重要性：可描述平稳随机过程的统计特性，如 数字特征等；与平稳随机过程的谱特性有内在联系 n n 设设 ( (t t) )为实平稳随机过程为实平稳随机过程( (电压或电流电压或电流) )，它的自相关函数为，它的自相关函数为 ： 自相关函数大致图
13、形 平稳随机过程自相关函数的性质平稳随机过程自相关函数的性质 n n 维纳维纳- -辛钦定理辛钦定理（联系时域与频域的桥梁） * 19 输入过程 输出过程 概率分 布 均 值 功率谱密 度 自相关函 数 是线性系统的直流增益； 平稳、高斯平稳、高斯 常数常数 是功率增益 平稳随机过程通过线性系统平稳随机过程通过线性系统 * 20 关于随机过程的功率谱关于随机过程的功率谱 n n 为什么引入功率谱密度（为什么引入功率谱密度（PSD)PSD)？ 由于其不确定性，没有确定的频谱函数，用功率谱密度 描述其频域特性 随机过程属于功率信号 任何平稳随机过程都存在自相关函数及其傅里叶变换（ 功率谱密度） n
14、 n 随机过程的平均功率的求法随机过程的平均功率的求法 * 21 窄带随机过程概念窄带随机过程概念 l波形和频谱示意： l物理含义：包络和相位相 对于载频均为缓慢变化 实际中，大多数通信系统都是窄带型的，通过窄带系统的实际中，大多数通信系统都是窄带型的，通过窄带系统的 信号或噪声必是窄带的信号或噪声必是窄带的( (如广播系统中的中频信号及噪声如广播系统中的中频信号及噪声) )，如果这，如果这 时的信号或噪声又是随机的，则称它们为时的信号或噪声又是随机的，则称它们为窄带随机过程窄带随机过程 l l 条件条件 * 22 根据上式和窄带过程的统计特性，可推出： 同相和正交分量的统计特性同相和正交分量
15、的统计特性 均值均值 0 0、方差为方差为 2 2 的的平稳平稳高斯高斯窄带窄带过程过程 ，它的，它的 且互相关函数 互不相关 统计独立 高斯 均值 0 平均功率相同 结论1 且 均值为0，方差也相同 ： * 23 均值0 、方差为 2 的平稳高斯窄带过程 ，它的 u包络瑞利分布： u相位均匀分布： 且 统计独立 结论2 包络和相位的统计特性包络和相位的统计特性 * 24 低通白噪声（带限白噪声）低通白噪声（带限白噪声） n n 理想白噪声经理想低通滤波器后的输出理想白噪声经理想低通滤波器后的输出 L.P.F 若按抽样定理对带限白噪声抽样， 各抽样值是互不相关的随机变量 * 25 带通白噪声（
16、窄带高斯白噪声）带通白噪声（窄带高斯白噪声） n n 理想白噪声经过理想带通滤波器后的输出理想白噪声经过理想带通滤波器后的输出 n n 带通白噪声的带通白噪声的平均功率平均功率（均值为零）（均值为零） * 26 Chp4 Chp4 信道与噪声信道与噪声 n n 基本概念基本概念 信道的定义与分类 信道的模型 n加性噪声、乘性干扰的概念 恒参/随参信道的概念及其对所传信号的影响 恒参和随参信道的特性 连续信道的信道容量 n n 基本计算基本计算 香农公式的应用与计算 * 27 噪声对传输信号的影响噪声对传输信号的影响 n n 模拟信号波形失真模拟信号波形失真 n n 数字信号误码数字信号误码 n n 影响信道容量（香农定理）影响信道容量（香农定理
