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1、第一讲 绪论通信系统：点对点通信所需的全部设施。模拟通信系统：传输的信号是模拟信号l模拟信号：时间连续、取值连续的信号l电话、广播和电视系统数字通信系统：传输的信号是数字信号l数字信号：时间离散、取值离散的信号l计算机通信系统P2,式1.2-3n信息量I与消息出现的 概率p(x)之间的关系为 ： 信息量单位的确定取决于上式中的对数底a。 如果取对数的底a=2，则信息量的单位为比特(bit)； 如果取e为对数的底，则信息量的单位为奈特(nit)； 若取10为底，则信息量的单位称为十进制单位，或叫哈特莱。 上述三种单位的使用场合，应根据计算及使用的方便来决定。 通常广泛使用的单位为比特。信息的度量
2、n传输信息是通信系统的根本任务。在传 输过程中，信息是以各种具体的电信号 或光信号形式表现出来的。为了对通信 系统的性能与质量进行定量的分析、研 究与评价，就需要对信息进行度量，我 们定义能够衡量信息多少的物理量叫做 信息量，通常用I表示。n信息是一个抽象的概念，它能否被量化并且如 何量化呢？让我们看看下面的例子，比如，“ 明天太阳从东边出来”绝对没有“明天太阳从西 边出来”对信息的受者更有吸引力；同样，当 你听说“有人被狗咬了”并不会感到惊奇，但若 有人告诉你“一条狗被人咬了”你一定非常吃惊 。这说明信息有量值可言，并且信息所包含的 事件越不可发生，人们就越感兴趣，信息量就 越大。显然，信息
3、量与消息发生的概率有关， 消息出现的概率越小，信息量就越大；必然消 息的概率为1，则它传递的信息量就为0。据此 ，我们得到信息量与消息概率之间的关系P4P6，图1.3.3 数字通信系统模型信 源发送端接收端信道编码调 制信 道压缩编码解 调信 宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪声同步信 源 编 码信 源 解 码1. 信源：将消息转换为电信号的设备。信 源压 缩 编 码保 密 编 码信源编码信 道 编 码调制发 送 端信 源压 缩 编 码保 密 编 码信源编码信 道 编 码调制发 送 端2. 信源编码：降低数字信号的冗余，提高数字信号的有效性。信道压 缩 编 码保 密 编 码信源编码信 道 编
4、 码调制发 送 端3. 信道编码：增加冗余字符，纠错编码，提高传输的可靠性。4.调制（1）目的使编码信号特性与信道特性相适应，以通过信道传输。（2）几个基本概念基带、基带信号、带通信号；基带调制、带通调制。5. 信道：信号传输的通道基带信道可传输很低的频率分量。如双绞线。频带信道不能传输很低的频率分量。如无线电波。6. 加性噪声：信号经过信道传输，会有外 来干扰叠加在有用信号上，称为加性噪 声。 7、同步：数字通信系统不可缺少的组成部 分。 发端和收端之间需要共同的时间标准，以便接收端准 确知道接收的数字信号中每个符号（码元）的起止时 刻，实现同步接收。1. 衡量系统性能优劣的基本因素： 有效
5、性（信源编码） 可靠性（信道编码）数字通信系统的主要性能指标P67 有效性 可靠性注意：两者是互相矛盾的，也是可互换的。提高有效性提高传输速率可靠性降低； 提高可靠性增加冗余的抗干扰编码码元 有效性降低。 降低有效性，以提高可靠性； 降低可靠性，以提高有效性。2. 性能指标：（1）传输速率： 码元速率（RB）：单位时间内传输码元数。“波特（Baud）” 信息速率（Rb）：单位时间内传输的信息量。“比特/秒(b/s)”对于二进制系统而言，如果“0”和“1”等概率出现的话， 每个码元所含的信息量 = 1，此时，码元速率和信息速 率在数值上相等。对于多（M）进制系统而言，每个码元所含的信息 量是I=
6、log2 M，此时，二者的关系为Rb=RBlog2 M。（2） 错误率： 误码率（Pe）：（3）频带利用率：单位频带内所能达到的信 息速率。通常与采用的调制及编码方式有关。 P19,习题1.3第二章 信号n宽平稳随机过程n宽各态历经随机过程n高斯白噪声平稳随机过程（P33页）n宽（广义）平稳随机过程不加特别说明，平稳过程均为宽平稳过程。（1）设X(t)是一个平稳随机过程， 如果过程X(t)的均值和自相关函数都具有遍历性，则称 X(t)是宽（广义）遍历性过程，简称遍历过程或各态 历经过程。（2）一个随机过程若具有各态历经性，则它必定是严格 平稳随机过程。但是，严格平稳随机过程就不一定具 有各态历
7、经性。宽（广义）各态历经随机过程解：(1) 随机变量的概率密度为因而，过程X(t)的均值、自相关函数和均方值分别为所以，X(t)是宽平稳随机过程。(2)因为对照（1）和（2）的结果可知，X(t)具有宽遍历性。第四章 模拟信号的数字化n低通模拟信号的抽样nPCM编码数字化基本原理P69，4.1，引言 两类信源：模拟信号、数字信号 模/数变换的三步骤：抽（取）样、量化和编码 最常用的模/数变换方法：脉冲编码调制 (PCM)A/D形成过程示意图n低通信号的抽样定理P70，式4.2-5由上式看出：由于S(f -nfs)是信号频谱S(f)在频率轴上平移 了nfs的结果，所以抽样信号的频谱Sk(f)是无数
8、间隔频率为fs 的原信号频谱S(f)相叠加而成。因已经假设s(t)的最高频率小于fH，所以若上式中的频率 间隔fs 2fH，则Sk(f)中包含的每个原信号频谱S(f )之间互 不重叠。如图所示。这样就能够从Sk(f )中分离出信号s(t)的 频谱S(f)，并能够容易地从S(f)得到s(t)；也就是能从抽样 信号中恢复原信号，或者说能由抽样信号决定原信号。这里，恢复原信号的条件是：2fH称为奈奎斯特(Nyquist)速率，与此相应的最小抽样时间间隔称为奈奎斯特间隔。P72，式4.2-4，图4.22模拟信号的抽样低通模拟信号的抽样返回脉冲编码调制PCMnA律13折线编码方法P8586PCM总结总结
9、 ： 1313折线折线A A律编码，最小量化级为律编码，最小量化级为1 1，当归一化输入信号抽样值，当归一化输入信号抽样值等于等于-0.6-0.6时，求时，求1 1、PCMPCM输出码组？输出码组？2 2、求译码器输出的量化电、求译码器输出的量化电平值，计算量化误差？平值，计算量化误差？3 3、对于的、对于的1212位线性位线性PCMPCM码组。码组。段落起始电平值：016326412825651210242048段落量化间隔： 1 1 2 4 8 16 32 64段落码： 000 001 010 011 100 101 110 111 极性码：0;段落码：111段内码：0011 1228.8
10、1024204.864312.8量化电平(1024 64364/2)=1248；量化误差：12481228.819.2 19.2/2048=0.00937512位线性码：12481024+128+6432010011100000nP89，习题4.15第5章 基带数字信号的表示和传输n掌握AMI、HDB3码n掌握无码间干扰的概念及其基带传输的奈 奎斯特准则常用线路码型n1、AMI传号交替反转码。P920空号，编码为0电平波形1传号，交替编码为+1,-1.对应的信号波形是幅 度为+A和-A半占空归零脉冲。消息代码100011101AMI码+1000-1+1-10+1常用传输码码型CCITT建议的接
11、口码型HDB3码AMI改进码P92-93编码规则：将连0码元数限制在小于等于3 1) 先进行AMI编码 2) 出现4个连0串，把第4个0变为于前一个非0符号 （1）同号的符号，称为破坏码V（破坏了极性交替 反转规律） 3) 同时为保证V交替：相邻v之间有奇数个非零符 号时，用“000v”来取代“0000”，若为偶数个，用 “B00V”来取代。B的极性与前一个非零符号极性相 反。 基带二进制：1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 AMI码： -1 0 0 0 0+1 0 0 0 0 -1+1 0 0 0 0-1+1 HDB3码： -1 0 0 0-V+1 0 0
12、 0+V -1+1-B 0 0-V+1-11000011000011100000010例：1.码间串扰 相邻码元间的互相重叠 产生的原因 在实际通信中，由于信道的带宽不可 能无穷大（我们称为频带受限 ），因此，我们前面介 绍的数字基带信号（波形为矩形，在频域内是无穷延 伸的）通过这样的信道传输，会在时间上形成拖尾信 号，它的拖尾会在相邻码元的抽样点上存在着残留值 ，导致接收信号抽样判决值受到多个（无数个！）相 邻信号拖尾干扰 特点 随信号的出现而出现，随信号的消失而消失 （乘性干扰）5.6 基带数字信号传输与码间串扰P103二、码间串扰及奈奎斯特准则二、码间串扰及奈奎斯特准则q 无码间串扰的基
13、带传输的频域条件也写作：称为 Nyquist 第一准则。q 上式的物理意义是，按 =(2n1)/Ts（其中n为正整数）将H() 在 轴上以2/Ts 间隔切开，然后分段沿 轴平移到( /Ts , /Ts ) 区间内进行叠加，其结果应当为一常数（不必一定是Ts ）。这种特性称为等效理想低通特性，记为Heq( )。即： 克服码间串扰的原理n 无码间干扰的频域条件（奈奎斯特第一准则 ） 当基带系统的总特性 （广义信道响应频谱）满足 下式w 此式为我们检验一个给定的系统特性是否会引起码 间干扰提供了一种准则，该准则称为奈奎斯特第一准 则奈氏频点q 例：第六章 基本的数字调制n一、了解2ASK、2FSK、
14、2PSK信号特征及 其功率谱密度n二、了解各数字调制系统的抗噪声性能(比 较ASK、FSK、PSK、DPSK）n三、掌握DPSK信号的产生及其解调P114，图6.1.1n数字信号的正弦型载波调制及其分类 用数字基带信号去控制正弦型载波的参量：控制载波的幅度振幅键控ASK控制载波的频率频率键控FSK控制载波的相位相位键控PSK二、3种基本的调制制度： 1、振幅键控ASK 2、频移键控FSK 3、相移键控PSK TTT“1”“1”“0”“1”“1”“0”T二进制振幅键控(2ASK) P1151171、表示式：式中，02f0为载波的角频率；2ASK信号波形二、功率谱密度设2ASK随机信号序列的一般表
15、示式为 ：式中，an 二进制单极性随机振幅；g(t) 码元波形；T 码元持续时间。 则可以计算出：式中， Ps(f) s(t)的功率谱密度；PA(f) A(t)的功率谱密度。其中l PA(f)和Ps(f)的曲线f / fcPA(f)(a) 功率谱密度PA(f)的曲线(b) 功率谱密度Ps(f)的曲线结论： 1.包含连续谱和 离散谱两部分； 2.B2ASK=2Bb二进制频移键控(2FSK)P121-1231、表示式：二、功率谱密度P12324开关法产生的2FSK信号可以看作是两个不同频率 2ASK信号的叠加：式中， 2ASK信号的功率谱密度可以表示为：2FSK信号的功率谱密度是两个不同频率2ASK信号 的功率谱密度之和：已知2ASK信号功率谱密度为（矩形脉冲，P=1/2）：将其代入下式得到2FSK信号的功率谱密度为：由上式可以看出，前4项是连续谱部分，后4项是离散谱。P124，式6.3.7，带宽：二进制相对移相键控（2DPSK）P131实际中一般不采用2PSK方式，而采用2DPSK方式在2PSK信号中，调制信号的1和0对应的是两个确定 不变的载波相位（比如0和），由于它是利用载波相 位绝对数值的变化传送数字信
