西南科技大学通信原理复习讲义课件.ppt

1、通信原理复习2022-12-13通信原理总复习2v通信系统的组成系统包括那些部分用方框图表示v通信系统的工作原理调制解调原理用时域和频域表达式描述v通信系统的性能通信系统所能达到的指标模拟通信系统：带宽，信噪比数字通信系统：频带利用率，误码率2022-12-13通信原理总复习3通信系统模拟通信数字通信幅度调制角度调制常规调幅双边带调幅单边带调幅残留边带调幅调 频调 相 模拟信号波形编码数字信号基带传输数字信号调制传输二进制调制多进制调制脉冲编码调制差分脉冲编码增量调制内容2022-12-13通信原理总复习4一、概述v信号和通信系统分类v分析方法2022-12-13通信原理总复习51.信号和通信

2、系统分类v信号：携带消息的电信号v通信系统：传输信号的技术设备2022-12-13通信原理总复习6分类方法信号通信系统信号参量模拟信号模拟通信系统数字信号数字通信系统是否调制基带信号基带传输系统调制信号频带传输系统调制方式模拟调制信号模拟调制系统数字调制信号数字调制系统2022-12-13通信原理总复习7分类方法信号通信系统模拟调制幅度调制信号幅度调制信号幅度调制系统幅度调制系统角度调制信号角度调制信号角度调制系统角度调制系统数字调制幅度键控信号幅度键控系统相移键控信号相移键控系统复用频分复用信号频分复用信号频分复用系统频分复用系统时分复用信号时分复用系统2022-12-13通信原理总复习82

3、.分析方法v对信号的分析方法时域表达式，时域波形频域表达式，频谱图传输带宽功率分配调制和解调过程2022-12-13通信原理总复习9v对通信系统的分析方法1.通信系统的组成 发送设备 调制部分通信系统 接收设备 解调部分2.通信系统的工作原理调制原理原理解调原理2022-12-13通信原理总复习103.通信系统的性能指标v通信系统性能：有效性：占用信道资源的多少 可靠性：消息传输的准确程度模拟通信系统性能 有效性：有效传输带宽 可靠性：输出信噪比数字通信系统性能有效性：传输速率可靠性：差错率1.二进制与多进制情况的换算2.比特率与波特率的关系3.传输速率与传输带宽之间的关系2022-12-13

4、通信原理总复习11二、信息论初步v信息的度量信息量计算，与出现概率的关系v信息熵定义离散信源信息熵的计算最大熵条件v信道容量香农公式：C=Wlog2(1+S/N)，物理含义信道容量与信息速率的关系。2022-12-13通信原理总复习12三、四 模拟调制系统v模拟调制系统幅度调制角度调制 通过对比两者的共同点和差别，掌握幅度和角度调制特点。2022-12-13通信原理总复习131.基本概念v调制信号与已调信号之间的关系调制信号：载波:已调信号:)cos()()(0tAtCtfc)()()cos()()(S0AMtftAttAtc幅度调制)()()()()()cos()(S0FMtfdttdttf

5、tttAtcc角度调制调相调频2022-12-13通信原理总复习142.调制方式v幅度调制抑制载波双边带调幅 DSB常规调幅 AM单边带调制 SSB残留边带调制 VSBv角度调制相位调制 FM频率调制 PM2022-12-13通信原理总复习153.时域表达式v幅度调制v角度调制ttfttftSttfAtSttftSccSSBcAMcDSBsin)(21cos)(21)(cos)()(cos)()(0dttfKtAtStfKtAtSFMcFMPMcPM)(cos)()(cos)(2022-12-13通信原理总复习16单频调制情况v幅度调制称为调幅指数其中：1 coscos1)(cos)(00AA

6、ttAtStAtfmAMcmAMAMmmttAtAtSmcmcmcAM)cos()cos(2cos)(02022-12-13通信原理总复习17单频调制情况v角度调制称为调频指数其中：称为调相指数其中：ff AK ttAtS AK ttAtStAtfmmmmFMFMmFMcFMmPMPMmPMcPMmmmaxmax)sincos()()coscos()(cos)(2022-12-13通信原理总复习18ttAtAttAtScmcmmccmAMAM)cos()cos(2coscoscos1)(v幅度调制v窄带角度调制ttKAAtAtScmcmFMmcNBFM)cos()cos(2cos)(v宽带角度

7、调制tnJAtSmcnFMnFM)cos()()(2022-12-13通信原理总复习194.频域表达式)()(21)()()()()(21)()()(cmcccAMccDSMFFASFFSFtfv幅度调制线性调制：指调制前后信号频谱的变化。2022-12-13通信原理总复习20)()()()(cos)(mcmcnFMnFMmmnnJAStAtfv角度调制单频余弦调制非线性调制2022-12-13通信原理总复习215.带宽v幅度调制：WWWWWtf2B B 2B 2B W )(VSBSSBAMDSB信号最高频率v角度调制：maxFM22)1(2B fffmmFM用卡森公式计算：信号最高频率已调信

8、号最大频偏2022-12-13通信原理总复习226.功率分配v幅度调制（调制信号功率）边带信号功率）ofSS(调制效率)31(2122 AMAMAMVSBSSBDSB载波占有较大功率2022-12-13通信原理总复习23v角度调制nFMnfFMcfcFMFMJAPJAPPPPAP)(22)(222220222022-12-13通信原理总复习247.调制v双边带调制 相乘器v常规调幅 叠加直流分量 v单边带调制1.滤波法 滤波器的过渡带，多级调制2.相移法 希尔波特滤波器，宽带相移90度v残留边带调制残留边带滤波器 对称互补特性2022-12-13通信原理总复习25v角度调制1.窄带调制v近似于

9、载波分量和正交分量相加，类似线性调制方法2.宽带调制v直接调频法：用调制信号改变电抗元件的参数，从而改变载波频率。v倍频法窄带调频倍频混频2022-12-13通信原理总复习268.解调v幅度调制1.相干解调：已调信号与相干载波相乘，通过低通滤波器滤除高频分量。v所有幅度调制系统v相干载波2.包络检波v常规条幅，有门限效应。3.载波插入法v抑制载波双边带调幅v插入幅度远远大于信号幅度的载波后，合成信号的包络和信号成正比，用包络检波检调。2022-12-13通信原理总复习27v角度调制1.非相干解调v宽带调频信号v鉴频器对已调信号进行微分，微分信号与调制信号包络成正比。v具有门限效应2.相干解调v

10、窄带调频信号，使用相干载波2022-12-13通信原理总复习289.抗噪声性能v抗噪声性能分析方法1.给出分析模型，调制解调方法。2.分别计算解调器：iiooooiiNSNSGNSNS ,2022-12-13通信原理总复习29双边带信号相干解调:单边带信号相干解调:常规调幅包络检波：)32(221222AMAMAMSSBDSBGGG幅度调制系统抗噪声性能比较1.双边带信号和单边带信号抗噪声性能相同2.常规调幅信号抗噪声性能最差单频调制情况v幅度调制系统抗噪声性能：2022-12-13通信原理总复习30v角度调制抗噪声性能1.分析模型2.宽带调频信号非相干解调2max23)()(6tftfEDG

11、FMFM)1(32FMFMFMG单频调制时：2022-12-13通信原理总复习31v角度调制改善信噪比的方法：输出信噪比：v预加重/去加重技术v改善门限效应技术锁相技术mmOOfnAtftfEffNS022max22max2)()(3与信号频率的三次方成反比2022-12-13通信原理总复习32幅度调制系统和宽带调频系统抗噪声性能比较v抗噪声性能的结论较大调频指数的函数，数值为常数，且数值较小 G 32(GGGFMFMFMAMAMAMSSBDSB)1(3)22122222022-12-13通信原理总复习33幅度调制系统和宽带调频系统抗噪声性能比较v宽带调频系统的抗噪声性能优于幅度调制系统v宽带

12、调频系统的抗噪声性能与调制过程有关，通过增加传输带宽可以换取信噪比改善。2022-12-13通信原理总复习3410 频分复用v复用的定义和方式复用：多路信号在同一信道中传输，可以提高信道的利用率。方式：频分复用模拟通信 时分复用数字通信v频分复用原理用信号对不同频率的载波进行调制，得到占有不同频带的多路信号。2022-12-13通信原理总复习35五、模拟信号的波形编码vPCM（脉冲编码调制）编码过程：抽样量化编码2022-12-13通信原理总复习361.抽样v抽样的定义：对时间连续的模拟信号进行时间离散化的过程。v抽样定理：低通抽样定理:带通抽样定理msff24B2B ,)1(2NMBfs20

13、22-12-13通信原理总复习37v抽样方式理想抽样v抽样脉冲使用理想的冲击脉冲，已抽样的频谱是信号频谱在频率轴上的重复。自然抽样v抽样脉冲是窄脉冲平顶抽样)(1)(nsSSnXTX)(1)(nsnSSnXCTX2/)2/sin()()(nsSSfnXTAX孔径失真2022-12-13通信原理总复习382.量化v量化定义：对信号的幅度进行离散化的过程。v量化特性和量化特性曲线量化器的输入与输出特性，用量化特性曲线描述量化特性曲线是阶梯形曲线。v量化误差和量化误差的平均功率输入和输出之间存在误差，量化误差，对信号的恢复，等效于噪声干扰量化噪声用平均功率度量2022-12-13通信原理总复习39v

14、均匀量化量化间隔=常数量化噪声的平均功率：量化信噪比：1222qu 均匀量化的量化噪声平均功率只与量化间隔均匀量化的量化噪声平均功率只与量化间隔有关，与信号出现统计特性无关。有关，与信号出现统计特性无关。2qSSNR2022-12-13通信原理总复习402qSSNRv均匀量化量化信噪比：nDSNRdB02.6lg2077.4信号动态范围2022-12-13通信原理总复习41v非均匀量化量化间隔常数目的是使量化信噪比趋于常数量化过程：非线性压缩+均匀量化对数压缩特性vA律压缩特性v律压缩特性A律13折线近似 v 逼近A=87.6的A律对数压缩特性压缩特性选择2022-12-13通信原理总复习42

15、3.PCM编码v一般PCM编码抽样、量化、编码nfRLnffsbs2log,22022-12-13通信原理总复习43vA律PCM编码参数：skRnkHzfbs/64256L ,8 ,8折叠码：第一位表示信号极性，后七位表示信号绝对值 优点：小信号的误码误差电平小；极性码用判决电路产生，编码电路简化样值用归一化电平表示：v归一化值1 表示为 4096个归一化电平编码表 解码规则：分层电平量化误差输出信噪比特性2022-12-13通信原理总复习44六.DPCMvDPCM的原理预测预测增益vDPCM与PCM比较的优点编码位数减少，传输带宽减少2022-12-13通信原理总复习45七.增量调制v增量调

16、制原理v误差：颗粒噪声斜率过载v与PCM比较优点低比特率时，量化信噪比高于PCM抗误码性能优于PCM编译码器简单2022-12-13通信原理总复习46八.时分复用v时分复用原理各路信号占用不同的时隙，形成多路信号。每路信号都要满足抽样定理要求。v数字电话应用体制数字复接系列PDH:准同步数字系列SDH:同步数字系列A律PCM基群帧结构v30/32系统2022-12-13通信原理总复习47九、九、数字信号基带传输数字信号基带传输v数字基带信号码型用电脉冲表示数字信息得到数字基带信号，电脉冲的形式称为码型。码型设计原则：v有利于信号传输，是信号的频域特性与信道的频域特性相适应。v便于接收端提取位定

17、时v抗噪声能力强2022-12-13通信原理总复习481.数字基带信号码型数字基带信号码型v常用码型单极性非归零码（NRZ）双极性非归零码单极性归零码（RZ）传号差分码：相对码传号反转码：（CMI）传号交替反转码（AMI码）HDB3码（三阶高密度双极性码）数字双向码HDB3码的波形、优点、编码原则2022-12-13通信原理总复习492.数字基带信号的功率谱数字基带信号的功率谱v功率谱的组成规律由连续谱和离散谱构成连续谱P(f)一定存在，与单个脉冲波形频谱函数的平方成正比离散谱P(f)不一定存在直流分量，位定时分量，位定时分量的n次谐波离散谱中的位定分量关系到为定时信号的提取方法2022-12

18、-13通信原理总复习50v基带信号功率谱的一般关系时域波形和频带的关系NRZ码：B=f=RSRZ:B=2f=2RS时域波形和离散谱的关系RZ有位定时分量AMI、HDB3码无离散谱，但较容易变换为RZ码提取位定时信号2022-12-13通信原理总复习513.无码间串扰的传输波形无码间串扰的传输波形v码间串扰：前面的码元对后面的码元波形有干扰。原因：信道的频带受限v无码间串扰的传输波形传输波形在抽样点上无失真奈奎斯特第一准则无串扰波形判决规则等效理想低通特性2022-12-13通信原理总复习52典型无串扰波形：典型无串扰波形：l理相低通信号频域时域 TTS/|/|)(常常数数00)(,)(,0)(

19、)(tsnTttsttsats有最大值-S()0码元周期的整倍数2022-12-13通信原理总复习53理想低通信号的传输指标理想低通信号的传输指标理想低通信号的最小传输带宽是码元速率的一半理想低通信号的最小传输带宽是码元速率的一半 奈奎斯特速率、奈奎斯特带宽奈奎斯特速率、奈奎斯特带宽)/(2)2/(1/1HzBdTTBRsssRTTB212121低通信号带宽：2022-12-13通信原理总复习54升余弦滚降信号).(122/)1(/12121)1(21HzBdTTBRRTTBSSS2022-12-13通信原理总复习554.二元码基带传输的差错率v数字信号的传输过程叠加信道噪声再生判决可以去掉噪

20、声v基带信号抗噪声性能分析过程由传输过程建立抗噪声性能的分析模型列出接受波形的幅度概率密度函数v高斯噪声画出幅度概率密度函数曲线v误比特率的计算2022-12-13通信原理总复习56v误比特率的结论单极性NRZ码双极性NRZ码)()24()2(NSQNSQAQPb)2()22()2(NSQNSQAQPb 当信噪比当信噪比S/N相同时，单极性二进制码的误码率相同时，单极性二进制码的误码率大于双极性的误码率。大于双极性的误码率。码元数越多，误比特率越高码元数越多，误比特率越高2022-12-13通信原理总复习575.部分响应系统部分响应系统v部分响应系统的含义利用码间串扰，使频带利用率达到极限值2

21、用相隔多个码元周期的信号合成一个传输信号v部分响应系统的波形 类部分响应波形预编码：误码扩散v意义压缩传输带宽2022-12-13通信原理总复习586.m 序列vm序列的产生vm序列的性质：n级移位寄存器产生的m序列，周期为2n-1。各种状态各出现一次，“1”“0”的出现概率大致相同。游程自相关特性v扰码和解扰码2022-12-13通信原理总复习597 均衡v均衡的作用v均衡的实现方法2022-12-13通信原理总复习60十十.数字信号的频带传输数字信号的频带传输v二进制数字调制v多进制数字调制2022-12-13通信原理总复习611.二进制数字调制v二进制幅度键控2ASKv二进制频移键控2F

22、SKv二进制相移键控2PSK同频同相载波恢复v二进制差分相移键控2DPSK差分编码各种调制方式的调制解调方法2022-12-13通信原理总复习622.数字调制的时域特性v时域表达式v时间波形图2ASK信号：载波的幅度不同，是数字调制信号的基础v调制信号为单极性脉冲的幅度调制2FSK信号：载波的频率不同v2个2ASK信号的叠加2PSK信号：载波的相位不同v调制信号为双极性脉冲的双边带调制2022-12-13通信原理总复习633.数字调制信号的频域特性v功率谱：2ASK:)()(41)(CBCBASK2ASK调制信号的功率谱是基带二进制序列的线性搬移。2022-12-13通信原理总复习64ASK调

23、制的带宽：B2ASK=2BBBB由基带信号g(t)的波形带宽决定矩形波:近似带宽取为谱零点带宽fs BB=fB,B2ASK=2fB fS=RS ,B2ASK=2RS信号传输速率2022-12-13通信原理总复习651222ffBBBFSKl调频信号功率谱分解为两个不同载频的幅度键控信号功率谱调信号的叠加。l2FSKl2PSKP2PSK(f)中无载波分量形状与2ASK信号的功率谱相同SBPSKRfB2222022-12-13通信原理总复习66v抗噪声性能的分析过程建立模型列出接收波形的幅度概率密度函数画出幅度概率密度函数曲线v误比特率计算v数字抗噪声系统性能比较同一调制方式：相干解调优于非相干解

24、调不同调制方式：误码率相同时：信道要求(信噪比）2PSK2FSK2ASK信道条件相同：误比特律 2PSK2FSK2ASK4.数字调制信号的抗噪声性能数字调制信号的抗噪声性能2022-12-13通信原理总复习675.数字调制信号最佳接收数字调制信号最佳接收v最佳接收的意义误比特最小的接受信噪比最大的接受v最佳接收机的形式匹配滤波器v匹配滤波器的特性相关接收机v 最佳接收机的抗噪声性能误码率相同时：信道要求(信噪比）2PSK2FSK=2ASK信道条件相同：误比特律 2PSK2FSK=2ASK2022-12-13通信原理总复习686.多进制数字调制v多进制数字调制的基本方式MASK MFSK MPSK MDPSK2022-12-13通信原理总复习69v多进制数字调制的基本方式MASK MFSK MPSK MDPSKv多进制数字调制的意义RS相同时可提高RbRb相同时减少传输带宽MBBASKMASK22log1多进制调制提高了频带利用率BRbbMASKMASK22log