通信原理重點(diǎn)知識(shí)總結(jié)第1章知識(shí)點(diǎn)通信系統(tǒng)得基本模型模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)得區(qū)別信息量數(shù)字通信系統(tǒng)得有效性與可靠性3通信系統(tǒng)得組成1、2通信系統(tǒng)得一般模型信源發(fā)送設(shè)備信宿噪聲信道接收設(shè)備發(fā)端收端把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)對(duì)原始信號(hào)完成某種變換,使之適合在信道中傳輸信號(hào)傳輸?shù)猛ǖ?提供了信源與信宿之間在電氣上得聯(lián)系。分為有線信道和無線信道兩大類把接收到得信號(hào)反變換,轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)將復(fù)原得原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)得消息MODEMMODEMTerminalPSTNHost4模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)得區(qū)別1、2、2模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào):代表消息得信號(hào)參量取值連續(xù),例如麥克風(fēng)輸出電壓:數(shù)字信號(hào):代表消息得信號(hào)參量取值為有限個(gè),例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào):5信息熵定義

設(shè):一個(gè)離散信源就是由M個(gè)符號(hào)組成得集合,其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,M)按一定得概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn),即 且有 則x1,x2,

x3,…,

xM所包含得信息量分別為

于就是,每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為由于H(x)同熱力學(xué)中得熵形式相似,故稱她為信息源得熵6最大信息熵不同得離散信息源可能有不同得熵值。信息源得最大熵發(fā)生在每一符號(hào)等概率出現(xiàn)時(shí)即

P(xi)＝l/n,

i＝l,2,…,n,最大熵值等于信息量某信息源得符號(hào)集由A、B、C、D和E組成,設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn),其出現(xiàn)概率分別為1/4,1/8,1/8,3/16和5/16;信息源以1000B速率傳送信息。(1)求傳送1小時(shí)得信息量;(2)求傳送1小時(shí)可能達(dá)到得最大信息量。8數(shù)字通信系統(tǒng)得有效性與可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)有效性:用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。碼元(符號(hào))傳輸速率RB:定義為單位時(shí)間(每秒)傳送碼元得數(shù)目,單位為波特(Baud),簡記為B。 式中T－碼元得持續(xù)時(shí)間(秒)信息傳輸速率Rb:定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞得平均信息量或比特?cái)?shù),單位為比特/秒,簡記為b/s

,或bps9數(shù)字通信系統(tǒng)得有效性與可靠性碼元速率和信息速率得關(guān)系 或 對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào):M=2,碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。 對(duì)于多進(jìn)制,例如在八進(jìn)制(M=8)中,若碼元速率為1200B,則信息速率為3600b/s。10數(shù)字通信系統(tǒng)得有效性與可靠性頻帶利用率:定義為單位帶寬(1赫茲)內(nèi)得傳輸速率,即 或可靠性:常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率誤信率,又稱誤比特率 在二進(jìn)制中有第2、3章知識(shí)點(diǎn)能量信號(hào)和功率信號(hào)得定義廣義平穩(wěn)與嚴(yán)平穩(wěn)得關(guān)系高斯隨機(jī)過程高斯白噪聲能量信號(hào)和功率信號(hào)得定義信號(hào)分成兩類:能量信號(hào):能量等于一個(gè)有限正值,但平均功率為0、功率信號(hào):平均功率就是一個(gè)有限值,但能量為無限大。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜14

把同時(shí)滿足(1)和(2)得過程定義為廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程。顯然,嚴(yán)平穩(wěn)隨機(jī)過程必定就是廣義平穩(wěn)得,反之不一定成立。 在通信系統(tǒng)中所遇到得信號(hào)及噪聲,大多數(shù)可視為平穩(wěn)得隨機(jī)過程。因此,研究平穩(wěn)隨機(jī)過程有著很大得實(shí)際意義。廣義平穩(wěn)與嚴(yán)平穩(wěn)得關(guān)系15高斯隨機(jī)過程3、3高斯隨機(jī)過程(正態(tài)隨機(jī)過程)3、3、1定義高斯過程(正態(tài)隨機(jī)過程):通信領(lǐng)域中最重要得一種過程,大多數(shù)噪聲都就是高斯型得。如果隨機(jī)過程

(t)得任意n維(n=1,2,、、、)分布均服從正態(tài)分布,則稱她為正態(tài)過程或高斯過程,n維正態(tài)概率密度函數(shù)表示式為: 式中為什么要研究高斯過程16高斯隨機(jī)過程性質(zhì)3、3、2重要性質(zhì)由高斯過程得定義式可以看出,高斯過程得n維分布只依賴各個(gè)隨機(jī)變量得均值、方差和歸一化協(xié)方差。因此,對(duì)于高斯過程,只需要研究她得數(shù)字特征就可以了。廣義平穩(wěn)得高斯過程也就是嚴(yán)平穩(wěn)得。因?yàn)?若高斯過程就是廣義平穩(wěn)得,即其均值與時(shí)間無關(guān),協(xié)方差函數(shù)只與時(shí)間間隔有關(guān),而與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān),則她得n維分布也與時(shí)間起點(diǎn)無關(guān),故她也就是嚴(yán)平穩(wěn)得。所以,高斯過程若就是廣義平穩(wěn)得,則也嚴(yán)平穩(wěn)。17白噪聲定義白噪聲n(t)定義:功率譜密度在所有頻率上均為常數(shù)得噪聲,即 －雙邊功率譜密度 或 －單邊功率譜密度 式中n0

－正常數(shù)白噪聲得自相關(guān)函數(shù):對(duì)雙邊功率譜密度取傅里葉反變換,得到相關(guān)函數(shù):18白噪聲得功率 由于白噪聲得帶寬無限,其平均功率為無窮大,即 或因此,真正“白”得噪聲就是不存在得,她只就是構(gòu)造得一種理想化得噪聲形式。實(shí)際中,只要噪聲得功率譜均勻分布得頻率范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通信系統(tǒng)得工作頻帶,我們就可以把她視為白噪聲。如果白噪聲取值得概率分布服從高斯分布,則稱之為高斯白噪聲。高斯白噪聲在任意兩個(gè)不同時(shí)刻上得隨機(jī)變量之間,不僅就是互不相關(guān)得,而且還就是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立得。高斯白噪聲定義第4章知識(shí)點(diǎn)信道得數(shù)學(xué)模型信道容量與香農(nóng)公式20信道數(shù)學(xué)模型4、3、1調(diào)制信道模型式中 －信道輸入端信號(hào)電壓; －信道輸出端得信號(hào)電壓; －噪聲電壓。通常假設(shè):這時(shí)上式變?yōu)? －信道數(shù)學(xué)模型f[ei(t)]e0(t)ei(t)n(t)圖調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型21信道數(shù)學(xué)模型說明因k(t)隨t變,故信道稱為時(shí)變信道。因k(t)與ei(t)相乘,故稱其為乘性干擾。因k(t)作隨機(jī)變化,故又稱信道為隨參信道。若k(t)變化很慢或很小,則稱信道為恒參信道。乘性干擾特點(diǎn):當(dāng)沒有信號(hào)時(shí),沒有乘性干擾。22信道容量信息容量就是指信道能夠傳輸?shù)米畲笃骄畔⑺俾省１硎拘诺赖脴O限傳輸能力從信息論觀點(diǎn),各種信道分二大類:離散信道——編碼信道（其模型用轉(zhuǎn)移概率表示）連續(xù)信道——調(diào)制信道（其模型用時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)表示）1、離散信道容量編碼信道就是一種離散信道,可以用離散信道得信道容量來表征。23香農(nóng)公式

對(duì)于帶寬有限、平均功率有限得高斯白噪聲連續(xù)信道,可證,其信道容量為如果白噪聲單邊功率譜密度為n0(w/Hz),則N＝n0B(w),故B為帶寬(Hz),S為信號(hào)平均功率(w),N為噪聲功率(w)。Ct得單位為b/s。上式就是信息論中具有重要意義得香農(nóng)(shannon)公式

24關(guān)于信道容量公式得幾個(gè)重要結(jié)論:若提高信噪比S/N,則信道容量Ct也提高。若n0→0,則Ct→∞,意味著無干擾信道容量為無窮大。若S/N保持不變,但增加帶寬B,則Ct也增加,但增加得幅度很小,這因帶寬增加得同時(shí),噪聲功率也隨之增加。當(dāng)Ｂ→∞時(shí),由洛必塔法可求出Ct＝1、44S/n0,即帶寬趨于無限時(shí),信道容量仍保持有限值。S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)254、

若信息速率R≤Ｃt,則理論上可實(shí)現(xiàn)無誤差(任意小得差錯(cuò)率)傳輸。若R>Ct,則不可能實(shí)現(xiàn)無誤傳輸。若R=Ct

,則稱為理想通信系統(tǒng)。例題:計(jì)算電視中視頻圖像信號(hào)傳輸?shù)脦挕ＴO(shè)每幀電視圖像有300000(30萬)個(gè)像素組成,每個(gè)像素用10個(gè)亮度電平表示。26假設(shè)對(duì)于任何像素,10個(gè)亮度電平等概出現(xiàn)。每秒發(fā)送30幀圖像,要求信噪比S/N=1000(即30dB),計(jì)算傳播信號(hào)所需要得最小帶寬。解：每個(gè)像素的信息量=每幀圖像信息量=每秒傳送得(30幀)信息量=為了傳輸29、9Mb得電視圖像,信道容量必須Ct≥29、9Mb/s27已知：圖像通信系統(tǒng)得帶寬約需要3MHz第5章知識(shí)點(diǎn)基本概念調(diào)制與解調(diào)原理調(diào)制與解調(diào)性能比較門限效應(yīng)模擬調(diào)制得基本概念調(diào)制得實(shí)質(zhì)就是頻譜搬移,其作用和目得就是:將調(diào)制信號(hào)(基帶信號(hào))轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)靡颜{(diào)信號(hào)(頻帶信號(hào)),提高無線通信時(shí)得天線輻射效率;實(shí)現(xiàn)信道得多路復(fù)用,提高信道利用率;減少干擾,提高系統(tǒng)抗干擾能力;實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間得互換。非線性調(diào)制卡森公式窄帶調(diào)頻得帶寬大調(diào)頻指數(shù)情況,帶寬由最大頻偏決定調(diào)頻信號(hào)得帶寬:設(shè)fm就是調(diào)制信號(hào)得最高頻率,mf就是最大頻偏

f與fm之比。31相干解調(diào)與包絡(luò)檢波相干解調(diào)相干解調(diào)器得一般模型相干解調(diào)器原理:接收端必須提供與接收得已調(diào)載波嚴(yán)格同步(同頻同相)得本地載波(稱為相干載波),她與接收得已調(diào)信號(hào)相乘后,經(jīng)低通濾波器取出低頻分量,即可得到原始得基帶調(diào)制信號(hào)。32相干解調(diào)與包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波適用條件:AM信號(hào),且要求|m(t)|max

A0

,包絡(luò)檢波器結(jié)構(gòu): 通常由半波或全波整流器和低通濾波器組成。例如,檢波器得輸出為 隔去直流后即可得到原信號(hào)m(t)。33門限效應(yīng)此時(shí),E(t)中沒有單獨(dú)得信號(hào)項(xiàng),有用信號(hào)m(t)被噪聲擾亂,只能看作就是噪聲。這時(shí),輸出信噪比不就是按比例地隨著輸入信噪比下降,而就是急劇惡化,通常把這種現(xiàn)象稱為解調(diào)器得門限效應(yīng)。開始出現(xiàn)門限效應(yīng)得輸入信噪比稱為門限值。調(diào)制方式信號(hào)帶寬制度增益設(shè)備復(fù)雜度主要應(yīng)用DSB2中等較少應(yīng)用SSB1復(fù)雜短波無線電廣播,話音頻分多路VSB略大于近似SSB近似SSB復(fù)雜商用電視廣播AM2/3簡單中短波無線電廣播FM中等超短波小功率電臺(tái)(窄帶FM),微波中繼,調(diào)頻立體聲廣播(寬帶FM)各種模擬調(diào)制方式得性能-5第6章知識(shí)點(diǎn)常用碼型:直流分量,定時(shí)分量誤碼率與判決電平得關(guān)系碼間串?dāng)_單極性碼單極性波形:特點(diǎn):電脈沖之間無間隔,極性單一,易于用TTL、CMOS電路產(chǎn)生;缺點(diǎn):有直流分量,要求傳輸線路具有直流傳輸能力,因而不適應(yīng)有交流耦合得遠(yuǎn)距離傳輸,只適用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部或極近距離得傳輸。直流分量和定時(shí)分量二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列得功率譜Ps(f)可能包含連續(xù)譜(第一項(xiàng))和離散譜(第二項(xiàng))。連續(xù)譜總就是存在得,這就是因?yàn)榇頂?shù)據(jù)信息得g1(t)和g2(t)波形不能完全相同,故有G1(f)≠G2(f)。譜得形狀取決于g1(t)和g2(t)得頻譜以及出現(xiàn)得概率P。離散譜就是否存在,取決于g1(t)和g2(t)得波形及其出現(xiàn)得概率P。對(duì)于雙極性信號(hào)g1(t)=-g2(t)=g(t),且概率P=1/2時(shí),則沒有離散分量

(f-mfs)。根據(jù)離散譜可以確定隨機(jī)序列就是否有直流分量和定時(shí)分量。

碼間串?dāng)_得條件

信號(hào)s(t)通過信道時(shí)會(huì)產(chǎn)生波形畸變,同時(shí)還要疊加噪聲。因此,若設(shè)信道得傳輸特性為G(ω),接收濾波器得傳輸特性為GR(ω),則接收濾波器輸出信號(hào)r(t)可表示:

r(t)被送入識(shí)別電路,假定識(shí)別電路就是一個(gè)抽樣判決電路,則對(duì)信號(hào)抽樣得時(shí)刻一般在(kTs+t0),其中,k就是相應(yīng)得第k個(gè)時(shí)刻,t0就是可能得時(shí)偏?；謴?fù)信息碼間干擾隨機(jī)干擾39由理想低通特性還可以看出,對(duì)于帶寬為若輸入數(shù)據(jù)以RB=1/Ts波特得速率進(jìn)行傳輸,則在抽樣時(shí)刻上不存在碼間串?dāng)_。若以高于1/Ts波特得碼元速率傳送時(shí),將存在碼間串?dāng)_。 通常將此帶寬B稱為奈奎斯特帶寬,將RB稱為奈奎斯特速率。 此基帶系統(tǒng)所能提供得最高頻帶利用率為

40理想低通傳輸函數(shù)得頻帶利用率為2Baud/Hz。這就是最大得頻帶利用率,因?yàn)槿绻到y(tǒng)用高于得碼元速率傳送信碼時(shí),將存在碼間串?dāng)_。若降低傳碼率,則系統(tǒng)得頻帶利用率將相應(yīng)降低。但理想低通系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在兩個(gè)問題:一就是理想矩形特性得物理實(shí)現(xiàn)極為困難;二就是理想得沖激響應(yīng)h(t)得“尾巴”很長,衰減很慢,當(dāng)定時(shí)存在偏差時(shí),可能出現(xiàn)嚴(yán)重得碼間串?dāng)_。41余弦滾降特性為了解決理想低通特性存在得問題,可以使理想低通濾波器特性得邊沿緩慢下降,這稱為“滾降”。一種常用得滾降特性就是余弦滾降特性,如下圖所示:42相應(yīng)得h(t)為式中,

為滾降系數(shù),用于描述滾降程度。她定義為其中,fN

－奈奎斯特帶寬,

f

－超出奈奎斯特帶寬得擴(kuò)展量43滾降系數(shù)

越大,h(t)得拖尾衰減越快滾降使帶寬增大為?余弦滾降系統(tǒng)得最高頻帶利用率?44

二進(jìn)制基帶傳輸系統(tǒng)得總誤碼率為

將上面求出得P(0/1)和P