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1、通信原理课程报告1.绪论1.1通信的基本概念（常用通信术语）通信：信息的传输与交换，以语言、图像、数据为媒体，通过电（光）信号将信息由一方传输到另一方。 信息：信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。（获取信息- 减小或消除不确定性）通信中对信息的表达分为三个层次：信号、消息、信息。1.2通信系统的组成通信系统：实现信息传输所需一切设备和传输媒介所构成的总体模拟通信：信道中传输的是模拟信号。数字通信：信道中传输的是数字信号。1.2.1通信系统的一般模型图1.21通信系统一般模型图1.22模拟信号和数字信号正弦:AMFM11 01 原始的电信号（基带信号）（2）发送设备：原始的电信号- 已
2、调（适合于信道传输）信号（3）信道：信号传输的媒质或通道（4 ）接收设备：已调信号 原始的电信号（5）受信者：原始的电信号一 消息（6 ）噪声源：整个系统中各部分产生的噪声和干扰的集中体现1.2.2模拟通信与数字通信系统模型通信传输中的两类消息：离散消息：消息的状态是可数的和有限的。连续消息：消息的状态连续变化。说明：消息被载荷在电信号的某一参量上，通过信道进行传输。对于连续消息，该电信号的参量将连续取值，这样的信号称为模拟信号，如图（a）所示。对于离散消息，该电信号的参量将取离散值，这样的信号称为数字信号，如图（b）所示。信道中传输的是模拟信号称模拟通信。 信道中传输的是数字信号称数字通信。
3、模拟信号：1、原始的电信号（一般指未调制过 的信号）瞬时值（状态）无限，如正弦信号.语音信号.图像信号等。2、已调信号（载波一般为 正弦信号）参数A（幅度）、F（频率）、P（相位）的 取值（状态数）有无限多种。如图1.23所示。数字信号：1、原始的电信号的瞬时值状态数有 限；如计算机.电报机等输出的信号 2、已调信 号：参数A（幅度）F （频率）P （相位）状态数有限。 如图1.24所示。图1.24数字信号图1.23模拟信号模拟通信系统模型如下图1.25所示:图1.25模拟通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统可进一步细分为数字频带传 输通信系统和数字基带传输
4、通信系统，如下图 1.26及图1.27 所示图1.26数字频带传输通信系统 信源编码：提高信息有效性完成A/D转换。加密：实现保密通信。信道编码：提高抗干扰能力。调制器：频率搬移；原始的电信号- 调制（频带）信号。解调器：反向频率搬移；调制 （频带）信号- 原始的电信号图 1.27 数字基带传输通信系统1.2.3 数字通信系统的特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的主流。与模 拟通信相比，它有如下优点： （1）抗干扰能力强，数字信号可以再生而消除噪声积累。（ 2）传输
5、差错可控，改善了传输质量。 （3） 易于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理。（4） 易于加密，可靠性高。 （5）易于实现各种信息的综合传输。缺点： （1）设备复杂。（2）对同步要求高。 （3）需要 更宽的带宽。1.2.4 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类：（ 1）按通信业务类型分类：根据通信业务类型的不同，通信系统可分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统和图像通信系统等。（2）按调制方式分类：基带传输系统和频带（调制）传输系统。基带传输是将没有经过调制的信号 直接传送，如音频市内电话；频带传输是对基带信号调制后再送到信道中传输。 调制方式：模拟载波调制：幅度调制 （AM）
6、，频率调制 （FM） ，相位调制 （PM）。数字载波调制：幅度键控（ASK）,移频键控（FSK）,移相键控（PSK）。脉冲调制：脉冲幅度调制（PAM）,脉冲宽度调制（PDM）,脉冲位置调制（PPM）,脉冲编码调制（PCM） B ；另一时段： A B ；说明：只有一条消息通道，双方轮流发送消息。 全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式 说明：同时有两条消息通道，任何时刻双方轮流发送消息（ 2）按数字信号码元排列方式不同划分：可将通信方式分为串行传输和并行传输。并行传输：有 n 条信号线，每次传输 n 个比特。串行传输：只有一条信号线，每次传输一个比特。1.2.5 通信系统的主要性能指标
7、设计和评价一个通信系统，往往要涉及到许多性能指标，如系统的有效性、可靠性、适应性、经 济性及使用维护方便性等。这些指标可从各个方面评价通信系统的性能，但从研究信息传输方面考 虑，通信的有效性和可靠性是通信系统中最主要的性能指标。所谓有效性，是指消息传输的速度”问题，而可靠性主要是指消息传输的质量”问题。在实际通信系统中，对有效性和可靠性这两个指标的要求经常是矛盾的，提高系统的有效性会降低可靠性， 反之亦然。因此在设计通信系统时，对两者应统筹考虑。有效性：所传信号的有效传输带宽。可靠性：接收端解调器输出信噪比，是信号的平均功率 S与噪声的平均功率 N之比。信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小。显
8、然，信噪比越高，通信质量就越好。输出信噪比一方面与信道内噪 声的大小和信号的功率有关，同时又和调制方式有很大关系。调频信号的抗干扰能力比调幅的好。数字通信系统的有效性指标用传输速率和频带利用率来表征。码元传输速率RB:单位时间传送码元的数目，单位为波特(Baud)，记为B信息传输速率Rb (传信率或比特率)：单位时间内传送的平均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为b/s或bps。频带利用率：比较不同通信系统的有效性时，单看他们的信息传输率是不够的，还应看在这样的传 输速率下所占信道的频带宽度，定义为单位带宽内的传输速率：Rb(B/ Hz)或 -b/ s HzBB数字通信系统的可靠性用差错率来
9、衡量。差错率常用误码率和误信率来表示。误码率Pe：是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例接收的错误码元数Pe传输总码元数误信率Pb:又叫误比特率，是指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例 接收的错误比特数Pb传输总比特数2.随机过程2.1随机过程的基本概念随机过程是一类随时间作随机变化的过程，它不能用确切的时间函数描述。可从两种不同角度看：角度1 :对应不同随机试验结果的时间过程的集合。角度2 :随机过程是随机变量概念的延伸。随机过程在任意时刻的值是一个随机变量。因此，我们又可以把随机过程看作是在时间进程中处 于不同时刻的随机变量的集合。2.1.1随机过程的数字特征在大多数情况下
10、，用随机过程的数字特征来部分地描述对机过程的主要特性：(1)均值(数学期望)在任意给定时刻t1的取值(t1)是一个随机变量，其均值式中f(x1,t1) (t1)的概率密度函数，由于t1是任取的，所以可以把t1直接写为t , x1改为X,这样上式就变为(2)方差E xfr(x,t)dxD (t) E (t) a(t)2t对于均值a ( t )的方差常记为 2( t )。方差等于均方值与均值平方之差，它表示随机过程在时刻 偏离程度。(3 )相关函数R(ti，t2)E (ti) (t2)XiX2f2(Xi,X2；ti,t2)dXidX2式中， (ti)和(t2)分别是在ti和t2时刻观测得到的随机变
11、量。可以看出，R(t1, t2)是两个变量ti和t2的确定函数。(4) 协方差函数B(ti,t2) E (ti) a(ti) (t2)a(t2)X a(ti)X a(t2)f2(X,X2；ti,t2)dXdX式中a( ti ) a( t2 )在ti和t2时刻得到的(t)的均值f2 (Xi, X2; ti, t2)(t)的二维概率密度函数。(5) 互相关函数R (ti,t2) E (ti) (t2)式中(t)和(t)分别表示两个随机过程。因此，R(ti, 又称为自相关函数。2.2平稳随机过程2.2.i 平稳随机过程的定义若一个随机过程 的任意有限维分布函数与时间起点无关，也就是说，对于任意的正整
12、数n和所有实数，有fn(Xi,X2,| ,Xn； ti,t2,M,tn)fn(Xi,X2, ”Xn； ti,t2，卅,tn)则称该随机过程是在严格意义下的平稳随机过程，简称严平稳随机过程。性质：平稳随机过程的统计特性不随时间的推移而改变，即它的一维分布函数与时间t无关：fi (Xi,ti)fi (Xi)而二维分布函数只与时间间隔=t2 -ti 有关：f2(Xi,X2；ti ,t2)f2(Xi,X2；)数字特征：E (t)xi fi(xi)dxi aR(ti , t2 )E (ti) (ti)XiX2 f2 (Xi, x2 ; )dXidX2 R()结论：平稳随机过程(i)其均值与t无关，为常数
13、a ； (2)自相关函数只与时间间隔有关。把同时满足(门和(2)的过程定义为广义平稳随机过程。2.2.2各态历经性平稳过程在满足一定的条件下具有一个有趣而又非常有用的特性，称为各态历经性”(又称 遍历性”)。具有各态历经性的过程，其数字特征(均为统计平均)完全可由随机过程中的任一实现的时 间平均值来代替。各态历经”的含义是：随机过程中的任一次实现都经历了随机过程的所有可能状态。因此，在求 解各种统计平均(均值或自相关函数等)时，无需作无限多次的考察，只要获得一次考察，用一次 实现的 时间平均”值代替过程的 统计平均”值即可，从而使测量和计算的问题大为简化。具有各态历经的随机过程一定是平稳过程，反之不一定成立。在通信系统中所遇到的随机信号和 噪声，一般均能满足各态历经条件。2.2.3平稳过程的功率谱密度定义：对于任意的确定功率信号f (t)，它的功率谱密度定义为2Pf(f)lim Ftt T式中，FT(f )是f (t)的截短函数fT(t)所对应的频谱函数。功率谱密度的计算：维纳-辛钦关系非周期的功率型确知信号的自相关函数与其功率谱密度是一对傅里叶变换。这种关系对平稳随机过P( ) R( ) e j d程同样成立，即有：1j
