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1、第1章 绪论1.1 本章小结本章主要讨论通信系统的组成、分类和主要性能指标，以及信息的度量和信道容量等。通信就是异地间人与人、人与机器、机器与机器进行信息的传递和交换。通信的目的在于信息的传递和交换。信息可理解为消息中所含有的特定内容。通信中信息的传送是通过信号来进行的。信号是消息的载荷者。我们把实现信息传输过程的全部设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统。传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统的主要优点是抗干扰性强，无噪声积累，便于加密处理，采用时分复用实现多路通信，设备便于集成化、微型化，数字通信便于利用现代数字信号处理技术对数字信
2、息进行处理。但其缺点是数字信号占用频带较宽。通信系统传输信息的多少用“信息量”来衡量，它与消息出现的概率有关。衡量通信系统性能的指标是有效性和可靠性。模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带宽来表征，可靠性指标用整个通信系统的输出信噪比来衡量。数字通信系统的有效性指标用传输速率（传输速率和信息传输速率）和频带利用率（码元频带利用率和信息频带利用率）来表征。数字通信系统的可靠性指标用差错率（误码率和误信率）来衡量。信道是信号的传输通道。信道特性将直接影响通信的质量。信道按其参数特性可分为恒参信道和随参信道。恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以等效为一个
3、线性时不变网络，该线性网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位频率特性来表征。随参信道的参数随时间随机快变化，所以它的特性比恒参信道要复杂，对传输信号的影响也较为严重。影响信道特性的主要因素是传输媒介。随参信道的传输媒质有以下三个特点：（1）对信号的衰耗随时间而变化。（2）传输的时延随时间而变。（3）多径传播。通信系统中的噪声常常被近似地表述成高斯白噪声。在讨论通信系统性能受噪声的影响时，我们主要分析的就是高斯白噪声的影响。信息是通过信道传输的，如果信道受到加性高斯白噪声的干扰，传输信号的功率和带宽又都受到限制，这时信道的传输能力如何？香农公式给出了信道中信息无差错传输的最大信息速率。1.2 重
4、点内容包括通信的基本概念及其系统模型、信息论初步、通信系统的性能指标、高斯白噪声信道的信道容量（香农公式）。1.3 难点内容随参信道对信号传输的影响；香农公式的物理意义及其对通信系统研究与发展的指导意义。第2章 信号与噪声分析2.1 本章小结本章首先对确知信号的分析作概要性的复习，然后重点讨论随机变量和平稳随机过程的统计特性，以及随机过程通过线性系统的基本分析方法。信号的分类方法有多种，可以分为确知信号和随机信号、周期信号和非周期信号、能量信号和功率信号等等。一般地说，能量有限的信号称为能量信号；平均功率有限的信号称为功率信号。功率信号对应的频谱是功率谱，能量信号对应的频谱是能量谱。确知信号可
5、以从频域和时域两方面进行分析。频域分析常采用傅里叶分析法。时域分析主要有自相关函数和互相关函数。能量信号的自相关函数等于信号的能量；而功率信号的自相关函数等于信号的平均功率。互相关函数反映两个信号的相关程度，它和时间无关，只和时间差有关，并且互相关函数和两个信号的前后次序有关。随机信号的统计特性既可由其概率分布和概率密度函数表示，也可由其数字特征来描述。我们定义随时间变化的无数个随机变量的集合为随机过程。随机过程的基本特征是：它是时间t的函数，但在任一确定时刻上的取值是不确定的，是一个随机变量；或者，可将它看成是一个事件的全部可能实现构成的总体，其中每个实现都是一个确定的时间函数，而随机性就体
6、现在出现哪一个实现是不确定的。通信过程中的随机信号和噪声均可归纳为依赖于时间t的随机过程。通信系统中的信号和噪声都可以看作是随时间变化的随机过程。随机过程的统计特征可通过它的概率分布或数字特征加以表述，其主要的数字特征有：数学期望（均值）、方差、相关函数和协方差函数。若一个随机过程的统计特性与时间起点无关，则称其为严平稳随机过程（或狭义平稳随机过程）。若随机过程的均值和方差为常数，而自相关函数与时间的起点无关，仅与时间间隔有关，则称其为宽平稳随机过程（或广义平稳随机过程）。严平稳随机过程一定也是宽平稳随机过程。反之，宽平稳随机过程就不一定是严平稳随机过程。但对于高斯随机过程两者是等价的。在通信
7、系统理论中讨论的大都是宽平稳随机过程，简称平稳随机过程。平稳随机过程一般具有各态历经性。平稳随机过程的自相关函数与其功率谱密度之间互为傅里叶变换的关系。平稳随机过程通过线性系统后其输出过程仍然是平稳的。高斯过程通过线性系统后仍为高斯过程，但其数字特征发生了变化。平稳随机过程通过乘法器后其输出过程是非平稳随机过程。一个均值为零的窄带平稳高斯噪声，它的同相分量和正交分量同样是平稳高斯过程，而且均值都为零，方差也相同。另外，同一时刻上得到的及是不相关的或统计独立的。窄带高斯噪声的包络服从瑞利分布，随机相位服从均匀分布。正弦波加窄带高斯噪声时的合成波包络服从广义瑞利分布（莱斯分布）。2.2 重点内容掌
8、握平稳过程的判定，自相关函数和功率谱密度的计算；通过线性系统的分析。熟悉高斯过程、窄带过程的相关结论及其在通信系统分析中的应用。2.3 难点内容平稳随机过程通过线性系统的分析；窄带过程的统计特性在噪声分析中的应用。第3章 模拟调制系统3.1 本章小结本章主要研究模拟调制系统的调制和解调原理以及抗噪性能分析。所谓调制就是使基带信号（调制信号）控制载波的某个（或几个）参数，使这个参数按照基带信号的规律而变化的过程。经过调制后的已调信号应该具有两个基本特征：一是仍然携带有信息；二是适合于信道传输。调制信号为模拟信号时的调制称为模拟调制，它分为两大类：线性调制和非线性调制。线性调制是指输出已调信号的频
9、谱和调制信号的频谱之间呈线性搬移关系。线性调制的已调信号种类有幅度调制（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB）、单边带调幅（SSB）和残留边带调幅（VSB）等。AM调制的优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差，信号带宽较宽，频带利用率不高。因此，AM调制方式用于通信质量要求不高的场合，目前主要用在中波和短波的调幅广播中。DSB调制的优点是功率利用率高，但带宽与AM相同，频带利用率不高，接收要求同步解调，设备较复杂。只用于点对点的专用通信及低带宽信号多路复用系统。SSB调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和
10、接收设备都复杂。SSB调制方式普遍用在频带比较拥挤的场合，如短波波段的无线电广播和频分多路复用系统中。VSB调制性能与SSB相当，它在数据传输、商用电视广播等领域得到广泛使用。非线性调制又称角度调制。其已调信号的频谱和调制信号的频谱结构有很大的不同，除了频谱搬移外，还增加了许多新的频率成分。角度调制的已调信号种类包括调频（FM）和调相（PM）两大类。角度调制中的调频和调相在实质上并没有区别，单从已调信号波形来看不能区分两者，只是调制信号和已调信号之间的关系不同而已。从传输频带的利用率来讲非线性调制是不经济的，但它具有较好的抗噪声性能，在不增加信号发送功率的前提下，可以用增加带宽的方法来换取输出
11、信噪比的提高，且传输带宽越宽，抗噪声性能越好。3.2 重点内容掌握调幅方式的频谱、带宽和信噪比的计算。掌握调角方式的原理、带宽以及单音调制时信噪比的计算。3.3 难点内容考虑信道的衰减来计算调制系统的信噪比；角度调制的原理。第4章 模拟信号的数字传输4.1 本章小结本章讨论了模拟信号数字化的原理和方法。脉冲编码调制(PCM)对模拟信号的处理具体包括抽样、量化和编码三个步骤。它的功能是完成模/数变换，实现模拟信号的数字化。PCM通信系统由三部分组成：发送端的模/数变换，包括抽样、量化、编码；信道；接收端的数/模变换，包括解码和低通滤波。抽样是将幅度和时间连续的模拟信号变成时间离散幅度连续的样值序
12、列。对于频率受限于的低通信号的抽样频率应为。带通信号的抽样频率为，其中n是一个不超过的最大整数。抽样频率的选择应保证抽样信号的周期性频谱无混叠现象。量化是把模拟信号样值变换到最接近的量化电平的过程，它将幅度连续信号变换成幅度离散信号。量化分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化是指大、小信号的量化间隔相等。它的缺点是在量化级数大小适当时，小信号的量化信噪比太小，不满足要求；而大信号的量化信噪较大，远远地满足要求。为了这个问题，解决的办法是采用非均匀量化。非均匀量化的特点是：小信号的量化间隔小，大信号的量化间隔大。非均匀量化是在量化级数M不变的前提下，利用适度降低大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信
13、噪比，使大、小信号的量化信噪比都满足要求。实现非均匀量化的方法有模拟压扩法和直接非均匀编解码法。编码是用二进制码元来表示有限个量化电平。常用的二进制码型主要有自然二进码和折叠二进码。律折线是律压缩特性的近似曲线，此时=87.6。各段的起始电平及其量化间隔详见表4.5。律折线编码是一种直接非均匀编码法，它通过非均匀量化间隔的划分，直接对瞬时样值进行折叠二进码的编码。为了满足通信质量的要求，二进制编码位数，其中为极性码，为段落码，为段内码。律折线编码器的作用是把样值编成PCM码字。编码器输出的码字所对应的电平称为编码电平，对应于量化级的起始电平。编码电平和样值的差值称为编码误差。律折线解码器的作用
14、是把接收到的PCM码字还原成解码电平（即量化电平），它对应于量化级的中间电平。解码电平和样值的差值称为解码误差（即量化误差）。PCM系统的二进制码元速率波特，对应的信息速率。其中为对抽样值进行量化的量化级数，表示每个抽样值编码的二进制码元位数。PCM系统中噪声主要有信道噪声和量化噪声两类。两种噪声产生机理不同，可以认为它们是统计独立的。单路语音信号的抽样频率通常采用，PCM编码的二进制编码位数，其信息速率为。话路速率低于64kb/s的语音编码方法称为语音压缩编码技术。常见的有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自适应增量调制（ADM）、参量
15、编码、子带编码（SBC）等。与一般的PCM相比，压缩编码能在相同的信息速率的条件下达到了更高的通信质量要求。DPCM对“预测值与样值的差值”进行位二进制编码，DPCM系统的取决于和两个参数。ADPCM是在DPCM的基础上增加了自适应量化和自适应预测。增量调制可以看作是DPCM的一个特例。它只用一位编码对相邻样值的差值的极性（符号）编码。提高抽样频率将能明显地提高M系统的量化信噪比。常用的图像压缩编码方法有预测编码、变换编码和熵编码等方法。4.2 重点内容抽样定理；A律13折线编码方法、编码电平和解码电平的计算；PCM信号的带宽和码元速率的计算。4.3 难点内容量化信噪比的计算；A律13折线编码
16、，非线性码与线性码的变换。第5章 数字信号的基带传输5.1 本章小结本章主要讨论数字基带信号码型选择和波形形成；同时简述均衡器和部分响应系统，并介绍最佳基带传输系统的概念及基本分析方法。将基带信号直接在信道中传输的方式称为基带传输方式。对传输用的基带信号的主要要求有两点：（1）对各种码型的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。数字基带信号的码型类型有很多，但并不是所有的码型都适合在信道中传输，往往是根据实际需要进行选择。常见的传输码型有AMI码、HDB3码、双相码、密勒码、CMI码等。适合于信道中传输的波形一般应为变化较平滑的脉冲波形，如升余弦波形。研究随机脉冲序列的功率谱是十分有意义的。一方面可以根据它的连续谱来确定序列
