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1、李志强 副教授南京通信工程学院通信原理第 2页内容1 概述2 模拟信号数字传输3 数字信号的基带传输4 数字信号的载波传输5 差错控制与编码技术第 3页1 概述 (1)什么是 “通信 ”？“通信 ”指信息的传输与交换。第 4页1 概述 (2)一个通信系统由哪些要素组成？信息源信道接收设备噪声源发送设备收信者第 5页1 概述 (3)“模拟信号 ”？ “数字信号 ”？第 6页1 概述 (4)信号的某一参量（如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、 宽度、位置等）可以取无限多个数值，且直接与信息相对应。t信号的某一参量只能取有限个数值，并且常常不直接与信息相对应。t第 7页1 概述 (5)“模拟通
2、信 ”？ “数字通信 ”？通常 把传输模拟信号的通信方式称为模拟通信通常 把传输数字信号的通信方式称为数字通信为什么说 “通常 ”？第 8页1 概述 (6)数字通信 VS 模拟通信 ？抗噪声性能好可消除噪声积累便于采用信道编码、加密便于业务综合第 9页1 概述 (7)通信系统的质量指标有哪些 ”？有效性：码元速率、信息速率可靠性：误码率第 10 页1 概述2 模拟信号数字传输3 数字信号的基带传输4 数字信号的载波传输5 差错控制与编码技术第 11 页2 模拟信号数字传输模拟信号能否在数字通信系统中传输？怎么传？需要什么处理？Of course!需要模数（ AD）、数模（ DA）转换第 12
3、页2 模拟信号数字传输2.1 脉冲编码调制 PCM1）在时间上和脉冲幅度上同时把信号离散化，再经过编码把信号进一步变成二进制代码，即变成了数字信号。采样 压缩 量化编码 数字通信系统低通滤波 扩张 译码 图 2.1 PCM 通信系统组成第 13 页2 模拟信号数字传输2.1 脉冲编码调制 PCM2） PCM信号的码元速率话音信号的频带范围是 300 3400Hz，一般音频滤波器设置截止频率为 4KHz，根据采样定理，对话音信号的采样频率定为8KHz。每样值再用 8bit进行量化，因此 PCM的码率为：skbitRb/6488000 =第 14 页2 模拟信号数字传输2.1 脉冲编码调制 PCM
4、3） 压缩与扩张？量化会使信号产生失真；量化可分为均匀量化和非均匀量化；语音信号是非平稳的随机信号，其短时均方差值变化超过 40dB，考虑不同人，不同的语态以及不同的用户线长度，动态范围会更大，因此均匀量化器不适合对语音信号的直接量化。压缩处理可以使量化 SNR在整个动态范围内保持恒定，而且所有码字的长度相同。接收端相反的处理即是扩张。第 15 页2 模拟信号数字传输2.1 脉冲编码调制 PCM律为压缩系数， 越大则压缩效果愈明显， =0相当于无压缩。式中 在 CCITT建议中取 2550 0.2 0.4 0.6 0.8 100.10.20.30.40.50.60.70.80.91052551
5、000=+=+)1ln(110)1ln()1ln(yexxxy第 16 页2 模拟信号数字传输2.1 脉冲编码调制 PCMA律A为压缩系数， A越大则压缩效果愈明显， A=1相当于无压缩。式中 A在 CCITT建议中取 87.565， PCM系统的量化信噪功率比高于 M系统。 一般来讲， M系统的设备比 PCM简单，对于话音质量要求高，而信道带宽容许的时候，用 PCM系统比较好，如长途通信。而对话音质量要求不是很高的近距离通信和无线电通信中，一般都用改进型的增量调制系统。第 21 页1 概述2 模拟信号数字传输3 数字信号的基带传输4 数字信号的载波传输5 差错控制与编码技术第 22 页3 数
6、字信号的基带传输3.1 数字基带信号码型1）常用码型 单极性码 双极性码 单极性归零码 双极性归零码 差分码 极性交替转换码 成对的二进制码 三阶高密度双极性码（HDB3码） 多进制（多电平）码第 23 页3 数字信号的基带传输第 24 页3 数字信号的基带传输3.1 数字基带信号码型2）为什么这么多码型？设计码型是为了便于传输： 是否含有直流分量？ 是否易于收端提取同步？ 是否具有良好的抗噪声性能？第 25 页3 数字信号的基带传输3.2 基带传输系统1）组成脉冲形成器发送滤波器抽样判决码元再生接收滤波器信道同步提取电路输入dk噪声n(t)cp输出dkx(t) xT(t) y(t)定时脉冲第
7、 26 页3 数字信号的基带传输3.2 基带传输系统 2）各点波形第 27 页3 数字信号的基带传输3.2 基带传输系统 2）各点波形第 28 页3 数字信号的基带传输3.3 码间串扰 ISI1）什么是 ISI？接收端接收到前一个码元的波形串到后一个码元抽样判决的时刻，影响后一个码元的抽样判决。当波形失真比较严重时，可能出现前面几个码元的波形同时串到后面，对后面某一个码元的抽样判决产生影响。这种影响叫做码间串扰。第 29 页3 数字信号的基带传输3.3 码间串扰 ISI2）如何消除 ISI？采样点无码间串扰没有码间串扰的 h(t)应该通过图中的一些特殊点。这些特殊点是 t=0时 h(0)=1和
8、 t=kTb时 h(kTb)=0的点。第 30 页3 数字信号的基带传输无码间串扰举例理想低通理想低通下无码间串扰时域波形示意图：发送码元： 0110.第 31 页3 数字信号的基带传输3.3 码间串扰 ISI3）采样点无码间串扰的频域表述TTHbibeqiH =+=|;)2()( 常数-3/2Ts -1/2Ts 01/2Ts 3/2Ts fH(f)-1/2Ts 01/2Ts f叠加结果等效传输函数传输函数Heq(f)第 32 页3 数字信号的基带传输3.3 码间串扰 ISI4）频带利用率码元速率 Rb和占用传输带宽 B的比值，即单位频带所能传输的码元速率。理想低通传输特性时 Rb=2W1这个
9、极限速率称之为奈奎斯特速率， 带宽 W1称之为奈奎斯特带宽。第 33 页3 数字信号的基带传输3.4 传输差错率1）噪声的影响发 “1”码时，收到的是 A+n(t);发 “0”码时，收到的是-A+n(t) 对双极性码n(t) 对单极性码第 34 页3 数字信号的基带传输3.4 传输差错率1）噪声的影响（ 1）对 “1”码（ 2）对 “0”码当 VVb 判为 “1”码，判决正确当 VVb 判为 “1”码，判决错误第 35 页3 数字信号的基带传输3.4 传输差错率2）误码率计算=VdVVPbf）（1)1/0(=VdVVPbf）（0)0/1(+=VVdVVPdVVPbbffPe）（）（10)1()
10、0(第 36 页3 数字信号的基带传输3.4 传输差错率3）误码率表示=)2()21(21)()2(21QerfcQerfcPPee双极性信号单极性信号第 37 页1 概述2 模拟信号数字传输3 数字信号的基带传输4 数字信号的载波传输5 差错控制与编码技术第 38 页4 数字信号的载波传输4.1 二进制调制 BPSKBPSKBPSK调制信号用载波的相位携带。 BPSK信号的载波相位共有 2个可能的取值，每一个载波相位对应着 2个符号集中的一个符号，在某一个符号间隔内载波的相位取该符号对应的相位值。第 39 页4 数字信号的载波传输4.1 二进制调制 BPSKBPSK11 0 0 1 1 0信
11、息比特 aicosct2PSKcosct2PSK-1u(t)第 40 页4 数字信号的载波传输4.2 四进制调制 QPSKQPSK对于 QPSK信号， k0+， /2+， +， 3/2+，通常取 =0或 /4。如果取 =/4，则 QPSK信号的相位取值为 /4、 3/4、 -3/4、 -/4。可以认为 QPSK信号是两路正交的 BPSK信号的合成，表示为：ttuttutscqci sin)(cos)()( += (k-1)Ts t kTs第 41 页4 数字信号的载波传输4.2 四进制调制 QPSK成形滤波器Icosctai串 /并x(t)=ui(t)cosct成形滤波器Q y(t) =uq(
12、t)sinct90相移s(t)1011001011010100第 42 页4 数字信号的载波传输4.2 QPSK 星座图1000011011（ a） BPSK信号 （ b） QPSK信号第 43 页4 数字信号的载波传输4.2 QPSK 包络起伏当调制信号的相位发生 180相位跳变时， QPSK信号的包络起伏为 100%第 44 页4 数字信号的载波传输4.2 QPSK 相位模糊问题载波提取存在相位模糊 ，消除相位模糊的方法有两种：一是将数据分组，每组加报头，专用于载波提取。二是采用差分相位调制。差分相位调制 ：以前一个符号相位作为参考基准，用前后符号的相位变化来传送信息，则解调结果与相干载波
13、相位的初始值无关，甚至不提取相干载波也可以实现解调，从而消除了相位模糊。 DBPSK、DQPSK等。第 45 页4 数字信号的载波传输4.3 恒包络调制 OQPSK、 MSKOQPSK由 QPSK信号的相位矢量图可知，当 I和 Q支路的符号同时发生跳变时相位路径过原点。如果 I支路在和 Q支路有一定的相对时延，就可以使两个支路不同时跳变，避免相位路径过原点，也就消除了滤波后信号包络过零点的现象，这就是 OQPSK调制的基本思想。00011011第 46 页4 数字信号的载波传输4.3 恒包络调制 OQPSK包络起伏OQPSK信号相位跳变的最大值是 90，因此其包络起伏的最大值为 30%。第 4
14、7 页4 数字信号的载波传输4.3 恒包络调制 OQPSK、 MSKMSKMSK调制是一种特殊形式的 2FSK，是一种恒包络调制，其频差是满足两个频率相互正交的最小频差，且调制信号相位是连续的。5.0)(2121212112=+=bcbbffhffffTfff调制指数中心频率两个频率差第 48 页4 数字信号的载波传输4.3 恒包络调制 OQPSK、 MSKMSKIQMSK信号相位矢量图由于 MSK正弦符号的加权作用，使信号的相位得以连续变化，并保持包络恒定。)1( ,2cos)(bbkkbcTktkTxtaTtts +=第 49 页4 数字信号的载波传输4.3 恒包络调制 MSK包络起伏第
15、50 页4 数字信号的载波传输4.4 QAMQAM的包络不恒定，通常被认为不适合于有较强幅度衰落的移动通信。但是，在有较强直射波的卫星信道和其它的有较强直射波的信道（例如微小区）中，这种频谱效率较高的调制方式又引起了人们的重视，特别是其中的星型 16QAM及其变型，在卫星和移动通信中有着广泛的应用前景。第 51 页4 数字信号的载波传输4.4 QAM 星座图第 52 页4 数字信号的载波传输4.5 APSK 星座图 (4+12APSK)APSK调制信号幅度变化要小于 QAM调制信号幅度变化，从而使卫星信道的非线性对信号的影响要小。MAPSK相对于同阶 MPSK，误码率性能要好。第 53 页1 概述2 模拟信号数字传输3 数字信号的基带传输4 数字信号
