摘要
随着信息技术和无线通信技术的飞速发展，人们对无线传输的数据速率和服务质量提出了更高的要求。分集技术作为无线和移动通信中对抗衰落的一种有效手段，可有效提升数据传输速率，对其进行相关研究具有非常重要的意义。
关键词：
引言
随着信息技术和无线通信技术的飞速发展，人们对无线传输的数据速率和质量提出了更高的要求。由于无线传输信道存在多径效应与时变性等待性，从而使得无线衰落信道中的信号由于受到这些因素的影响造成严重的衰减，进而使得接收端不可能正确地判断发送信号，严重阻碍了信道容量增加和服务质量的改善。为了克服各种衰落和提高无线传输系统性能，分集技术应运而生。
1.分集技术的研究意义
在散射传播中存在快衰落，其起因于随机的多径传输。信号的幅度不仅随时间起伏，也随频率和空间起伏，他们分别称为时间选择性衰落、频率选择性衰落和空间选择性衰落。时间选择性衰落是指当信号波形时间宽度较大时，信号前后部分受到不同步、无确定关系的衰落，它起因于传输媒质的时变性。频率选择性衰落是指当信号带宽较宽，信号频谱中频率间隔较大的分量有不同的并随时间而随机变化的衰减和相移，它起因于多径效应。空间选择性衰落是指在空间不同的位置上的不同地点，信号的衰落几乎是不相关的，它起因于空间的扩散效应。
由于对流层散射存在严重的快衰落现象，使得信号噪声比大幅度地变化，通信质量变坏，为了克服快衰落，一般采用分集接收技术。
2分集技术的原理
分集的基本原理是根据多个新的信道（频率、时间或者空间）接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不相同，因此信号多个副本的衰落信号就不会相同，接收机使用包含多个副本的信息来恢复出原发送信号。分集技术主要包括分散传输和集中处理两个方面内容。分散传输是指接收机能够获得多个统计独立的、携带同一信息的衰落信号；而集中处理是指把接收机收到的多个统计独立的衰落信号进行合并以降低衰落的影响。
3分集技术的分类
分集技术根据获得独立路径信号的方法不同，通常可以分为空间分集、频率分集、时间分集、协作分集、角分集等，其中空间分集、频率分集用得最广，下面对其进行简要的概述。
3.1空间分集
空间分集也称天线分集，是通信中使用较多的分集形式，简单的说，空间分集的方法就是利用信号空间选择性衰落这一特性，接收端使用两副（或多副）同样的天线，分散天线的位置就能降低各天线所接收信号间的相关性。显然，接收天线相距的越远，空间分集获得的各分支信号间的相关性就越小。另外，天线的分散方式不同，分集接收的效果也不同。
在实际使用中，平原地区分集接收时天线一般采用水平空间分集接收方式，山区可方便地利用地形采取垂直空间分集方式，当然也要视具体的地形条件而定。
当然，分集的效果还与接收天线的数目有关。一般来说，天线数目越多分集效果越好。但分集重数超过三以后，分集接收效果的改进并不十分明显。实用中，当使用单一分集方式时，一般不超过三重分集。
一个详细的空间分集的分集改善系数计算公式：
1004.148.012.087.014sd 10)])100(1034.3exp(1[V F t P d f S I ----??????--=
其中d 为站距（km ），F 为无分集时衰落深度（dB ），f 为工作频率（GHz ），
21G G V -=，1G 和2G 为两个空间分集天线的增益（dB ）
，t P 为衰落因子，S 为分集接收天线间的垂直距离（m ）。
3.2频率分集
频率分集是采用信号频率选择性衰落这一特性。实验证明，在同一通信电路中，不同频率的信号衰落的相关性随频率间隔的增加而迅速下降。因此，在一定频率间隔上进行分集接收也能达到抗衰落的目的。根据对流层散射电路频率相关性的实验证明，只要两个载频的间隔足够远，大约相距在几兆赫兹以上时，信号的相关性就可以忽略。当相关系数小于0.6时，大体上就能得到较好的分集效果。
当工作频率为2GHz ，频率间隔△z 3f MH ≥时，就可以得到0.6以下的相关系数。对于1GHz 以上的工作频率，用下式选择频率分集的△f 的近似值，即 △z 225d
f 44.1f 2MH D +?=）（θ 式中，f 为载波频率，单位MHz ；θ为散射公共体积中心的散射角，单位为mrad ；d 为通信电路的大圆距离，单位为km ；D 为天线直径，单位为m 。
3.3协作分集
协作分集原理图如图3.1所示。由图可知，协作分析系统主要由源节点、中继节点和目的节点三部分构成。其具体的工作过程主要分为两部分：第一部分，首先源节点以广播形式向中继节点和目的节点发送信息，中继节点对收到的信息进行信号处理；第二部分，源节点和中继节点向目的节点发送信息，目的节点通过某种合并方式合并两步接收到的信号。
图3.1协作分集过程示意图
我们根据中继节点所进行的不同处理方式，通常协作分集可以分为放大中继、检测中继和编码协作三种模式。
（1）放大中继模式。放大中继作为最简单的协作方式。工作原理为：首先每个移动终端通过接收其伙伴传来的被噪声污染了的信号，然后直接将该信号进行放大处理后发送出去，最后基站接收来自发送端和中继节点的信号并对其进行合并。虽然在处理过程中放大信号将噪声一起进行放大，但是由于基站接收到了
两路经历独立衰落的信号，因此可以更好的对信号进行判决处理。在中继节点，我们通常根据自动增益控制来对接收到的信号进行功率调整，具体的调整系数为：o s s
r s r N P A P +≤，β 式中，s r ，A 表示源端与中继端之间的衰落系数，s P 表示信号功率，o N 表示两用户之间信道的噪声功率。
（2）检测中继模式。检测中继是最接近传统中继方法的一种工作模式。工作原理：通过在中继处消除噪声干扰，从而来避免放大中继模式中对噪声的放大。在这种工作模式下，移动终端总是试图对接收到的其合作伙伴的信号首先进行解码，然后再进行编码和转发给基站，这样就去除了中继端产生的噪声影响。检测中继模式具有简单、适应性好等优点。
（3）编码协作。编码协作是将协作技术和信道编码技术结合起来的一种技术。工作原理：首先对接收到的协作伙伴的信息进行正确解码，然后按照原编码方式进行编码并发送相应的冗余信息。各移动端通过重新编码发送了不同的冗余信息，把分集和编码结合起来，从而达到了提升系统性能的目的。
3.4角分集
角分集是利用两个或两个以上天线波速指向不同方向时，其相关性随角度间隔增大而减小的特性进行分集的。为实现角分集，接收天线具有不止一个波束，以便从不同角度同时接收信息。在微波波段，通常是在一个抛物面天线上装有两个馈源，则两个信号的相关性将随着两波束的间隔（或空间散射角间隔）、波束宽度等因素的不同而不同，调整这些参数就可获得良好的分集效果。角分集使分集波束在水平面内排列时称为水平角分集或方位角分集，使分集波束在垂直面内排列时称为垂直角分集或仰角分集。
任何角分集系统都不可避免地存在着三种附加损耗，其中最重要的是角偏移损耗和相关损耗。角偏移损耗是由于角分集系统中的各波速都不可能像无分集系统那样波束都指向最佳方向（即最佳方位角和最佳仰角）。因此，实际波束接收的能量相对于最佳接收方向所收到的能量来说就小一些，这就相当于一种损耗，称之为角偏移损耗。另外，由于角分集信号之间具有一定的相关性，这种相关性对信号的合成效果有明显的影响。相对于理想分集（指分集系统中的各分集支路
信号是完全不相关的）的合成信号能量有一损失，称为相关损耗。随着相关系数的增大，相关损耗增加。角分集中相关系数的大小是随着两波束的角度间隔加大而减小的。再有一种就是天线的散焦损耗，这是由于抛物面天线的馈源（如喇叭照射器）偏离焦点而使天线波束变宽，边瓣电平提高而引起的天线增益下降。它是照射器偏离焦点的距离，天线直径与焦距之比F
D以及工作波长的函数。一般来说，偏焦距离越大，则偏焦损耗越大，但相关损耗越小，显然这是有矛盾的。因此必须兼顾各种损耗，恰当地确定角分集天线照射器的最佳位置以期获得较小的附加损耗。
4分集技术在实际中的应用
4.1空间分集技术在水声系统中的应用实例
4.1.1空间分集在海上遥测中的应用
当带宽有限时，水声遥测中使用空间分集技术可以提高传输可靠性。通过实验，证明了空距离为0.35-2m时，信号互不相关，使用宽带MFSK，15-35KHz，相关距离为0.35米。接收端面可以在船上、浮标上、遥测方案用于运动的船只。10kbit/s，文中的接收机结构如图4.1所示。
图4.1空间分集遥测接收机
4.1.2基于自适应均衡的空间分集系统
自适应空间分集系统可以在浅海短距离信道中使用，水池实验证明了其比较较好的性能。并且可以作为多用户的网络平台，干扰分析时，要考虑码间干扰或多用户之间的干扰。
我们提出一种简单的空间分集自适应接收机，使用LMS算法来更新权重，用BPSK调制方式，水池实验证明，其误码性能有明显增加，并能较好地抵抗多
径。
图4.2自适应空间分集接收机
图4.1是自适应空间分集接收机框图，设有k 个分集信道，第k 个分集信道的接收信号为：）
（）（）（）（t v n -t f n d t i i i +=∑T S i=0，1，…，k-1 其中，d （n ）是数据符号，fi （t-nT ）是脉冲响应，T 是符号周期。输入自适应滤波器由k 个自适应均衡器以及L 个抽头的横向滤波器构成，前向为：
)()()(1n S n W n Y i T i ∑=
反向为：)()()(2n d n W n Y T b ∑= i=0，1，…,k-1
e(n)=d(n)-y(n)用于更新横向以及反向之权重。采用RLS 算法来进行估计，DFE 均衡器能产生良好性能。
4.1.3基于扩频的空间分集系统
使用自适应阵列的CDMA 结构和空间分集合并，低速多用户通信网络。海洋实验证明其可以进行成功的多用户通信。使用8个全向传感器，水平面有四个，相距为三米，QPSK ，DS-CDMA ，9.6KHz ，用一个接收机的结构实现了三个通信功能。均衡、多接入干扰消除、解扩，但接收端要知道其训练序列，并能支持异步通信。这种接收是RAKE 机结构，可以用在数据稳定，抗干扰能力强的场合。自适应信道均衡，可以与空间滤波器联合使用。
当多用户系统接入时，网络发生困难，TDMA 不易处理，这时可以用CDMA 区分用户，但会降低速率。使用空时分集合并，其传送帧为包含一个PN 码序列，然后是一个复值的训练序列，最后才是数据。
4.2WCDMA 系统中传输分集技术应用
CDMA2000系统采用了多种传输技术:多载波传输分集、正交传输分集OTD 和空时扩频STS 传输分集。WCDAM 也采用了多种传输分集技术：系统下行链路的发射分集包括开环发射分集和闭环发射分集。开环发射分集有基于空间时间域编码的发射天线分集（STTD ）和基于时间切换的发射分集TSTD 。以STTD 为例，介绍WCDMA 系统中传输分集技术的应用。图4.3和图4.4分别为时空发射分集框图和STTD 编码方法原理图。
图4.3 STTD 发射分集原理框图
图4.4 STTD 编码方法原理图
信源比特流先经过STTD 编码，分成A 、B 两路，每一路又分成I 、Q 两路，扩频调制后进行正交载波调制，分别从两天线发射。STTD 编码后，每一路都由串变并，进行QPSK 编码。实际上，将信号转换成双比特的复信号传输：322101,jb b s jb b s +=+=。设第k 个用户的扩频码为k C ，则可得两天线的发烧死
矩阵如下：212221
1211天线天线??????T T T T T
其中，),)sin()(cos(),)sin()(cos(s 212111kq c ki c kq c ki c C t w j C t w s T C w j C t w T +?=+*= ))sin()(cos(),)sin()(cos(122221kq c ki c kq c ki c C t w j C t w s T C t w j C t w s T +?=+?-=。
假设两根天线是相互独立的，两个独立的衰落信道的冲击响应分别为,,21h h 则接收到的信号为：[]hT T T T T h h r =??
?????=2221121121 对上式进行载波和扩频解调，在送入最大似然判决器，恢复出原始信号比特。 上述STTD 分集方式的性能进行了仿真，仿真条件为：chip 速率以3.84MHz ；扩频码码长为256的Walsh 码；信道为单径Reyeigh 信道。仿真结果如图4.5所示。其中，“一般信道估计”是指最简单的信道估计，即只对pilot 信道作简单的相关，将相关后的结果直接作为STTD 解码的输入。从结果上看，一般信道估计下的STTD 与理想信道估计下的STTD 相比，大约有3dB 的增益损失。
图4.5 STTD 性能曲线
5总结
本报告主要介绍了分集技术的定义、研究意义、分类（主要有空间分集、频
率分集、协作分集、角分集等）以及对抗衰落的原理，另外还重点展示了分集技术在水声系统和WCDMA系统中的应用。通过这次报告，我对分集技术有了更深的认知，也激发了我对电磁场空间技术浓厚的兴趣，感谢这个学期里在我学习遇到困惑时曾经给予过我帮助的老师与同学。
参考文献：
《电磁波空间传播》张瑜编著西安电子科技大学出版社
《分集技术在无线通信中的应用研究》向腊硕士论文
《协作分集：一种新的空域分集技术》殷勤业张莹丁乐孟银阔博士论文《无线通信中协作分集技术的研究》黄微洁硕士学位论文
《水抗多径干扰水下通信系统的设计及空间分集技术的应用》汤碧玉杨光松陈辉煌厦门市科协2005年学术年会暨福建省科协第五届学术年会
《发射分集技术及在WCDMA系统中的应用》卢鑫上海航天测控通信研究所《Mobile Receive Diversity Technology Improves 3G Systems Capacity》Saad Z.Asif Sprint Corporation
《The Performance Analysis of Diversity Technologies for Underwater Moving Channel Environments Using Experimental Data》Hak-Lim Ko, Min-Sang Kim, Seung-Goo Lee, Jae-Hoon Jung, Jong-Won Park, Yong-Kon Lim Hoseo University
第1章绪论知识结构图
重点内容： 本章为通信学科的基础入门知识。虽然简单，但很重要。 1.名词术语：码元，码元宽度，传码率，传信率。误码率，频带利用率。信息量，平均信息量 注意：码元宽度用Ts表示。他只取决于信号的持续时间长度，而与数字信号的波形无关，因此有关系式RB=1/Ts。 2.基本性能度量指标： 有效性。模拟系统由信号占用带宽，数字系统有频带利用率。 可靠性。模拟系统为输出信噪比，数字系统为误码率 3.重点公式： 信息量计算公式，平均信息量计算，传信率与传码率的关系。
重要公式 信道容量：)/(1log 1log 022s b B n S B N S B C ??? ? ??+=??? ??+= 白噪声功率谱密度函数：)(2 )(0∞+<<-∞=ωωn P n 高斯噪声的概率密度函数：]2)(exp[21 )(2 2 σσ πa x x p --= 相关带宽：Bc=1/τm
重点公式 调制定理：m （t ）cos ωc t ←→1/2[M （ω-ωc ）+M （ω+ωc ）] 输出信噪比：功率解调器输出噪声的平均平均功率 解调器输出有用信号的=o o N S 输入信噪比： 功率 解调器输入噪声的平均平均功率解调器输入已调信号的=i i N S 调制制度增益：i i o o N S N S G //= 卡森公式，单音调频波调频指数的计算。 难点 在于系统性能分析，包括各种模拟调制系统的带宽、制度增益、抗噪性能分析，应掌握各类调制方式的计算公式。
重点内容： 1.本章要求掌握数字基带传输系统结构，数字基带信号及其频谱特性，包括数字基带信号的各种类型及它们的特点，基带传输常用的码型以及各种码型的特点，适用范围。 2.重点理解码间干扰的定义及无码间干扰的基带传输特性，学会判断所给的基带传输特性是否满足无码间干扰的要求； 3.了解部分相应系统是如何在某些抽样点有目的地引入码间干扰，从而能在高频带利用率与“尾巴”衰减小，收敛慢这对矛盾中取得平衡的。 4.掌握无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能并熟悉其推导过程； 5.熟悉时域均衡的基本原理及简单应用。 重点公式 1.数字基带信号功率谱密度： [] ∑∞ -∞ =--++ --=m b b b b b x mf f mf G p mf pG f f G f G p p f P )()()1()()()()1()(2 212 21δω 2.奈奎斯特第一准则： 时域条件：?? ?≠==0 0)(1)(k k kT h b 或常数 频域条件：∑???? ?>≤=+ =i b b b b eq T T T T i H H /0 /)2()(πωπωπωω）常数（比如（B R 1/b T =）；W1=1/2T b 或 B ()(2R )0 b B eq i B T R H H i R ωπωωπωπ?≤?=+=?>??∑常数（比如）
通信原理课程设计 题目：脉冲编码调制（PCM）系统设计与仿真 院（系）：电气与信息工程学院 班级：电信04-6班 姓名：朱明录 学号： 0402020608 指导教师：赵金宪 教师职称：教授
摘要 : SystemView 仿真软件可以实现多层次的通信系统仿真。脉冲编码调制（PCM ）是现 代语音通信中数字化的重要编码方式。利用SystemView 实现脉冲编码调制(PCM)仿真，可以为硬件电路实现提供理论依据。通过仿真展示了PCM 编码实现的设计思路及具体过程，并加以进行分析。 关键词: PCM 编译码 1、引言 随着电子技术和计算机技术的发展，仿真技术得到了广泛的应用。基于信号的用于通信系统的动态仿真软件SystemView 具有强大的功能，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，并且提供了嵌入式的模块分析方法，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了，便于完成复杂系统的设计。 SystemView 具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在教学领域也得到认可，尤其在信号分析、通信系统等领域。其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统，并提供了内容丰富的基本库和专业库。 本文主要阐述了如何利用SystemView 实现脉冲编码调制（PCM ）。系统的实现通过模块分层实现，模块主要由PCM 编码模块、PCM 译码模块、及逻辑时钟控制信号构成。通过仿真设计电路，分析电路仿真结果，为最终硬件实现提供理论依据。 2、系统介绍 PCM 即脉冲编码调制，在通信系统中完成将语音信号数字化功能。PCM 的实现主要包括三个步骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A 律和μ律方式，我国采用了A 律方式，由于A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码,采用非均匀量化PCM 编码示意图见图1。 图1 PCM 原理框图 下面将介绍PCM 编码中抽样、量化及编码的原理： (a) 抽样 所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。 (b) 量化 从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。如图2所示，量化器Q 输出L 个量化值k y ，k=1，2，3，…，L 。k y 常称为重建电
实验一：抽样定理实验 一、实验目的 1、熟悉TKCS—AS型通信系统原理实验装置； 2、熟悉用示波器观察信号波形、测量频率与幅度； 3、验证抽样定理； 二、实验预习要求 1、复习《通信系统原理》中有关抽样定理的内容； 2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤； 三、实验原理和电路说明 1、概述 在通信技术中为了获取最大的经济效益，就必须充分利用信道的传输能力，扩大通信容量。因此，采取多路化制式是极为重要的通信手段。最常用的多路复用体制是频分多路复用(FDM)通信系统和时分多路复用(TDM)通信系统。频分多路技术是利用不同频率的正弦载波对基带信号进行调制，把各路基带信号频谱搬移到不同的频段上，在同一信道上传输。而时分多路系统中则是利用不同时序的脉冲对基带信号进行抽样，把抽样后的脉冲信号按时序排列起来，在同一信道中传输。 利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为“抽样”，抽样后的信号称为脉冲调幅(PAM)信号。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原信号。 抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础的。在工作设备中，抽样过程是模拟信号数字化的第一步。抽样性能的优劣关系到整个系统的性能指标。 作为例子，图1-1示意地画出了传输一路语音信号的PCM系统。从图中可以看出要实现对语音的PCM编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，也是一切模拟信号数字化的重要环节。 图1-1 单路PCM系统示意图 为了让实验者形象地观察抽样过程，加深对抽样定理的理解，本实验提供了一种典型的抽样电路。除此，本实验还模拟了两路PAM通信系统，从而帮助实验者初步了解时分多路的通信方式。 2、抽样定理 抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)如果它的最高频率为f H(即m(t)的频谱中没有f H以上的分量)，可以唯一地由频率等于或大于2f H的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400Hz的语音信号m(t)，可以用频率大于或等于6800Hz的样值序列来表示。抽样频率fs和语音信号m(t)的频谱如图1-2和图1-3所示。 由频谱可知，用截止频率为f H的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)，这就说明了抽样定理的正确性。 实际上，考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语音信号，通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带，见图1-4。如果fs<2f H，就会出现频谱混迭的现象，如图1-5所示。 在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率f H的正弦波来代替实际的语音信号，采用标准抽样频率fs=8KHz，改变音频信号的频率f H，分别观察不同频率时，抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。
第一章 1.1 以无线广播和电视为例，说明图 1-1 模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么？ 在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波 1.2 何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么？ 数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的。 1.3 何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点？ 传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统； 优缺点： 1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5. 设备便于集成化、微机化。数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6. 便于构成综合数字网和综合业务数字网。采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为 4KHZ 带宽，一路数字电话约占64KHZ。 1.4 数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么？ 数字通行系统的模型见图1-4 所示。其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰
《通信原理》课程教学大纲 课程编号： 课程名称：《通信原理》 参考学时：60 实验学时：18 先修课及后续课：先修课：电路原理、模拟电子技术基础、数字电子技术基础 后续课：现代DSP技术 （一）说明部分 1．课程性质 本课程是通信工程、电子信息工程本科专业的一门重要的专业基础课，授课对象为在校本、专科学生。该课程设置的目的是使学生学习和掌握通信原理的基本知识，为后续专业课程的学习打下良好的基础。 2．教学目标及意义 通过本课程的学习使学生掌握通信系统基础理论知识，使学生掌握典型通信系统的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法、工程计算方法和实验技能等。了解通信技术当前发展状况及未来发展方向。为学生学习后续专业课程提供必要的基础知识和理论背景，为学生形成良好的专业素质打好基础。 3．教学内容和要求 通信系统是通信、电子信息及相关专使学生学习和掌握通信原理的基本知识，它运用了高等数学、概率论、线性代数等专业数学知识，以及信号与线性系统分析方法，进一步为学生在确知信号的谱分析、随机信号（随机过程）和噪声的统计分析方面打下坚实的数理基础。在此基础上要求学生掌握模拟通信系统的基本知识、分析方法和噪声性能。掌握模拟信号数字化技术的基础理论。重点分析数字通信系统的数学模型、误码特性、差错控制编码。并从最佳接收观点提出统计通信理论的基础知识，使学生能够掌握当前通信系统建模和优化的思维方法。 本课程配有通信原理实验，主要涉及的内容有对模拟信号的数字化部分如：脉冲幅度调制PAM、脉冲编码调制PCM、增量调制△M等；有数字信号的调制部分如：二相PSK（DPSK）、FSK等。 4．教学重点、难点 教学的重点在于模拟信号的编码、数字信号的传输及差错控制部分。其中基带传输部分介绍的无码间串扰系统及频带传输部分介绍的最佳接收是难点。 5．教学方法和手段 本课程需要运用先修的高等数学、概率论、线性代数等专业数学知识，信号与系统分析方法，又涉及到后续专业课程的各个领域，本课的理论性和应用性均较强。因此教学上采用课内和课外教学相结合。课内以课堂教学为主，课后学生自学部分内容的形式，课外教学则
通信原理实验报告
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通信原理实验报告 实验名称：实验一—数字基带传输系统的—MATLAB方真 实验二模拟信号幅度调制仿真实验班级：10通信工程三班_________ 学号：2010550920 ________________ 姓名：彭龙龙______________
指导老师：王仕果______________
实验一数字基带传输系统的MATLA仿真 一、实验目的 1、熟悉和掌握常用的用于通信原理时域仿真分析的MATLAB函数； 2、掌握连续时间和离散时间信号的MATLAB产生； 3、牢固掌握冲激函数和阶跃函数等函数的概念，掌握卷积表达式及其物理意义，掌握卷积的计算方法、卷积的基本性质； 4、掌握利用MATLAB计算卷积的编程方法，并利用所编写的MATLAB程序验证卷积的常用基本性质； 5、掌握MATLAB描述通信系统中不同波形的常用方法及有关函数，并学会利用MATLAB求解系统功率谱，绘制相应曲线。 基本要求：掌握用MATLAB描述连续时间信号和离散时间信号的方法，能够编写 MATLAB程序，实现各种常用信号的MATLA实现，并且以图形的方式再现各种信号的波形。 二、实验内容 1、编写MATLAB程序产生离散随机信号 2、编写MATLAB程序生成连续时间信号 3、编写MATLAB程序实现常见特殊信号 三、实验原理 从通信的角度来看，通信的过程就是消息的交换和传递的过程。而从数学的角度来看，信息从一地传送到另一地的整个过程或者各个环节不外乎是一些码或信号的交换过程。例如信源压缩编码、纠错编码、AMI编码、扰码等属于码层次上的变换，而基带成形、滤波、调 制等则是信号层坎上的处理。码的变换是易于用软件来仿真的。要仿真信号的变换，必须解 决信号与信号系统在软件中表示的问题。 3.1信号及系统在计算机中的表示 3.1.1时域取样及频域取样 一般来说，任意信号s(t)是定义在时间区间(-R, +R)上的连续函数，但所有计算机的CPU都只能按指令周期离散运行，同时计算机也不能处理( -R, + R)这样一个时间段。 为此将把s(t)按区间T, T截短为 2 2 S T(t)，再对S T(t)按时间间隔△ t均匀取样，得到取样 点数为: 仿真时用这个样值集合来表示信号 T Nt t s(t)。显然△ t反映了仿真系统对信号波形的分辨 率， (3-1) △ t越小则仿真的精确度越高。据通信原理所学，信号被取样以后，对应的频谱时频率的周期函数，其重复周期是—。如果信号的最高频率为f H，那么必须有f H W 丄才能保证不发 t 2 t 生频域混叠失真。设 1 B s 2 t 则称B s为仿真系统的系统带宽。如果在仿真程序中设定的采样间隔是△ (3-2) t,那么不能用
通信实验指导书电气信息工程学院
目录 实验一AM调制与解调实验 (1) 实验二FM调制与解调实验 (5) 实验三ASK调制与解调实验 (8) 实验四FSK调制与解调实验 (11) 实验五时分复用数字基带传输 (14) 实验六光纤传输实验 (19) 实验七模拟锁相环与载波同步 (27) 实验八数字锁相环与位同步 (32)
实验一 AM调制与解调实验 一、实验目的 理解AM调制方法与解调方法。 二、实验原理 本实验中AM调制方法：原始调制信号为1.5V直流＋1KHZ正弦交流信号，载波为20KHZ正弦交流信号，两者通过相乘器实现调制过程。 本实验中AM解调方法：非相干解调（包络检波法）。 三、实验所需部件 调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。 四、实验步骤 1.熟悉实验所需部件。 2.按下图接线。 3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面 各图中。 4.结合上述实验结果深入理解AM调制方法与解调方法。
实验一参考结果
实验二 FM调制与解调实验 一、实验目的 理解FM调制方法与解调方法。 二、实验原理 本实验中FM调制方法：原始调制信号为2KHZ正弦交流信号，让其通过V/F （电压/频率转换，即VCO压控振荡器）实现调制过程。 本实验中FM解调方法：鉴频法（电容鉴频＋包络检波＋低通滤波） 三、实验所需部件 调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。 四、实验步骤 1.熟悉实验所需部件。 2.按下图接线。 3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面 各图中。 4.结合上述实验结果深入理解FM调制方法与解调方法。
5-2 解(1)随机二进制序列的双边功率谱密度为 由得 式中，是的频谱函数，在功率谱密度中,第一部分是连续谱成分，第二部分是离散谱成分。 随机二进制序列的功率为 （2）当基带脉冲波形为 的付式变换为 因为 所以该二进制序列不存在离散分量。 （3）当基带脉冲波形为
的付式变换为 因为 所以该二进制序列存在离散分量。 5-3 解（1）由图5-7得 的频谱函数为 由题意 且 所以 代入二进制数字基带信号的双边功率谱密度函数式,可得
(2)二进制数字基带信号的离散谱分量为 当 代入上式得 因为该二进制数字基带信号中存在离散谱分量，所以能从该数字基带信号中提取码元同步所取得频率的分量。 该频率分量的功率为 5-6 解AMI码为+1 0 -1 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 +1 HDB3码+1 0 -1 +1 0 0 0 +V –B 0 0 –V 0 +1 0 -1 5-7 解PST码为- + + 0 + - - + 0 - + 0 - + + - 双相码为01 01 10 01 10 10 01 01 01 10 10 01 01 01 10 10 5-8 解原信息代码为101000010000110000101 5-9 解（1）令 由图5-8可得， 因为的频谱函数为 所以，系统的传输函数为 （2）系统的传输函数由发送滤波器，信道和接收滤波器三部分
组成，即 因为 则 所以，发送滤波器 和接收滤波器 为 5-10 解（1）总特性H （f ）可以看成是图5-11两个三角形特性之差，即 H （f ）=H1（f ）-H2（f ） 其中 []211111()()(1)(1)2H f h t W Sa W t α απαα +?= ++g []222111()()(1)(1)2H f h t W Sa W t α απαα -?= --g 所以冲激响应 [][]122222 1`1`()()() (1)(1) (1)(1)22h t h t h t W Sa Wt W Sa Wt ααπαπααα =-+-=+--g g （2）因为该系统克等小成理想低通特性1 1 1,()0, eq f W H f f W ?≤? =? >?? 它所对应的无码间串扰的最高传码率为2W1，所当传输速率为2W1时，在抽样店无码间串扰。 （3）系统实际带宽为 2() i s s H C T T ππωω+ =≤∑1(1)B W α=+，因此频带利用率为 1122 (1)1B R W B W ηαα = ==++ （4）该系统的h(t)的谓不衰建较快，与2 t 成反比，因此有利于减小由码元定时误差所引起的码间串扰。 5-11 解 方法一：根据奈奎斯特第一准则，当最高传码率1 B s R T = 时，能够实现无码间串扰传输的基带系统的总特性()H ω应满足 2() i s s H C T T ππωω+ =≤∑
通信原理课程总结 1、建立数学模型的学习方法。将通信系统模块化，我们并不需要了解各个部分具体的电路连接和实现，我们将其用一个模型来代替，研究这个模型的性能。例如在调制解调时，我们注重的是调制的几种分类，他们分别在带宽，抗噪声性能，实现难易程度上的特点。根据不同的条件需要来采用不同的调制。 2、总结分类对比的学习方法。学习过程中，我们不能死记硬背的记模块的性能，相互对比有助于更好理解。模拟调幅波学习时，我们可以将AM，DSB，SSB几种性能做一个简单的总结，将他们优缺点相互对比，既简单又明了还记忆印象深刻。 3、简单逻辑推理的方法。在通信系统中，每种技术的使用都是有原因的。通过简单的推理可以将各种措施方法将相互联系，将各部分之间联系起来，更好的从整体上把握。在数字基带通信中，很容易产生码间串扰，为了消除这种现象，我们采取理想低通和余弦滚降特性的设计。根据他们各自优缺点，我们又引进部分响应这一改进技术。这样我们很容易将这几个知识点联系起来并更好地理解。 4、数学工具的应用。本课程数学推导多且繁琐，但是我们要记得，数学推导过程是我们借助的工具，并不是我们的重点。很多时候我们只要掌握了推导方法即可，千万不要陷入数学计算的漩涡中。很幸运李世银教授带领我们学习这门课程。老师讲课很
有经验，非常有特点。他系统概念很强，善于总结。每堂课前总会带领我们回顾上节课讲过的重点内容，将每章节之间都联系在一起。老师注重启发式教育，每次讲解新的概念时，他不会直接给出而是通过前序章节的学习带我们分析现有系统的状态存在的问题，以此来引入新的概念。通信原理理论性强又比较抽象，李老师经常会举日常生活中例子让我们更好地理解知识点。他人和蔼可亲，上课与大家互动特别多，带动上课的积极性，避免一味讲课灌输式学习。课堂上我们的思想是活跃开放的，不断思考老师提出的问题并和老师互动交流，提高了学习的热情和积极性。《通信原理》有极强的理论性,有大量、严密的数学推导和公式,而且分析推导的方法往往从时域和频域同时展开,要求我们从时域和频域的不同侧面全面、准确、方便地理解信号,掌握系统处理的特点和结果。这些充分体现了它作为专业核心课程的特点。虽然课程学习已经结束，但是在学习本课程中学到的学习方法将会使我们受益匪浅。
实验一常用信号的表示 【实验目的】 掌握使用MATLAB的信号工具箱来表示常用信号的方法。 【实验环境】 装有MATLAB6.5或以上版本的PC机。 【实验内容】 1. 周期性方波信号square 调用格式：x=square(t,duty) 功能：产生一个周期为2π、幅度为1 ±的周期性方波信号。其中duty表示占空比，即在信号的一个周期中正值所占的百分比。 例1：产生频率为40Hz，占空比分别为25%、50%、75%的周期性方波。如图1-1所示。 clear; % 清空工作空间内的变量 td=1/100000; t=0:td:1; x1=square(2*pi*40*t,25); x2=square(2*pi*40*t,50); x3=square(2*pi*40*t,75); % 信号函数的调用subplot(311); % 设置3行1列的作图区，并在第1区作图plot(t,x1); title('占空比25%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]); % 限定坐标轴的范围 subplot(312); plot(t,x2); title('占空比50%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]); subplot(313); plot(t,x3); title('占空比75%'); axis([0 0.2 -1.5 1.5]);
图1-1 周期性方波 2. 非周期性矩形脉冲信号rectpuls 调用格式：x=rectpuls(t,width) 功能：产生一个幅度为1、宽度为width、以t=0为中心左右对称的矩形波信号。该函数横坐标范围同向量t决定，其矩形波形是以t=0为中心向左右各展开width/2的范围。Width 的默认值为1。 例2：生成幅度为2，宽度T=4、中心在t=0的矩形波x(t)以及x(t-T/2)。如图1-2所示。 t=-4:0.0001:4; T=4; % 设置信号宽度 x1=2*rectpuls(t,T); % 信号函数调用 subplot(121); plot(t,x1); title('x(t)'); axis([-4 6 0 2.2]); x2=2*rectpuls(t-T/2,T); % 信号函数调用
学生实验报告
） 实际上，考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语言信号，通常采用8KHz 抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带。见图4。如果fs＜fH，就会出现频谱混迭的现象，如图5所示。 在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率fH的正弦波来代替实际的语音信号。采用标准抽样频率fs＝8KHZ。改变音频信号的频率fH，分别观察不同频率时，抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。 验证抽样定理的实验方框图如图6所示。在图8中，连接（8）和（14），就构成了抽样定理实验电路。由图6可知。用一低通滤波器即可实现对模拟信号的恢复。为了便于观察，解调电路由射随、低通滤波器和放大器组成，低通滤波器的截止频率为3400HZ
2、多路脉冲调幅系统中的路际串话 ~ 多路脉冲调幅的实验方框图如图7所示。在图8中，连接（8）和（11）、（13）和（14）就构成了多路脉冲调幅实验电路。 分路抽样电路的作用是：将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号。N路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的。各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。本实验设置了两路分路抽样电路。 多路脉冲调幅信号进入接收端后，由分路选通脉冲分离成n路，亦即还原出单路PAM信号。 图7 多路脉冲调幅实验框图 冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。这样大的衰减带来的后果是严重的。但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100％的占空比，从而解决信号幅度衰减大的问题。但我们知道平顶抽样将引起固有的频率失真。 PAM信号在时间上是离散的，但是幅度上趋势连续的。而在PAM系统里，PAM信只有在被量化和编码后才有传输的可能。本实验仅提供一个PAM系统的简单模式。 3、多路脉冲调幅系统中的路标串话 路际串话是衡量多路系统的重要指标之一。路际串话是指在同一时分多路系统中，某一路或某几路的通话信号串扰到其它话路上去，这样就产生了同一端机中各路通话之间的串话。 在一个理想的传输系统中，各路PAM信号应是严格地限制在本路时隙中的矩形脉冲。但是如果传输PAM信号的通道频带是有限的，则PAM信号就会出现“拖尾”的现象。当“拖尾”严重，以至入侵邻路时隙时，就产生了路标串话。 在考虑通道频带高频谱时，可将整个通道简化为图9所示的低通网络，它的上截止频率为：f1=1/(2
《现代通信原理与技术》是全国高职高专一体化教学通信专业通用教材。本书全面介绍了现代通信系统的基本原理、基本技能和基本分析方法。全书共七章，分别是：绪论、模拟调制系统、数字基带传输系统、数字信号的频带传输、模拟信号的数字传输、差错控制编码和同步系统。 本书是全国高职高专一体化教学通信专业通用教材。本书全面介绍了现代通信系统的基本原理、基本技能和基本分析方法。全书共七章，分别是：绪论、模拟调制系统、数字基带传输系统、数字信号的频带传输、模拟信号的数字传输、差错控制编码和同步系统。 作为高职高专通信专业的一门核心技术基础课程教材，在本书的编写中考虑了以下的原则与特点： 1．充分考虑了高职教育以应用能力培养为主线的特点，并考虑了高职学生的学习能力，内容上力求通俗易懂，以必需够用为度，并适当考虑学生的可持续发展的要求。 2．讲述简明透彻、概念清楚，重点突出。着重使学生掌握通信系统的基本概念、基本原理，大大缩减了不必要的数学推导和计算。 3．本着学用一体的思想，本书加强了针对性和实用性，尽可能的体现现代通信系统中的新知识、新技术和新方法，并在大部分章节配有相应的实训内容与要求，以强化学生的动手能力。 4．在教学内容和思考练习中，着重训练学生对基本概念的理解与掌握，系统的培养学生科学的思维方法和学习能力。 全书内容丰富，编排连贯，系统性强。先介绍基础知识，后介绍
系统知识，每章配有小结和富有针对性的思考题和习题，便于学生学习掌握。 本书既可作为高职高专层次的各类高校通信、电子、计算机应用等专业的教材，又可作为成人高等学校有关专业教学用书，还可以作为信息类专业工程技术人员的参考用书。 本书由济南铁道职业技术学院陈霞、山东省农业管理干部学院杨现德担任主编，曾庆磊、姜维正、秦爱民担任副主编，寇迎辉、张慧香、房曙光、崔雪彦参加了部分章节的编写。垒书由陈霞统稿并主审。 限于编者水平，书中难免有疏漏和不足，恳请读者批评指正。
通信原理”课程教学大纲 Communication Principles” 课程编号： 适用专业：通信工程，电子信息工程，电子信息科学与技术和相关专业 学时数：84 学分数： 4.5 执笔者：刘维周编写日期：2009 年9 月30 日 一、课程的性质和目的 通信原理（Communication Principles ）是通信、电子信息类专业的专业基础必修课，适合在三年级下学期时开设。本课程的任务旨在使学生掌握现代通信原理及各种通信系统分析、设计的基本方法。通过理论学习与实验环节掌握好本课程内容是学好后续各门专业课的前题。 二、课程教学内容 第1 章绪论 信息及其度量。通信方式，通信系统的组成、分类及其主要性能指标。 第2 章随机信号分析 随机过程的一般表述。平稳随机过程的定义、相关函数及功率谱密度。高斯过程。窄带过程。正弦波加窄带高斯过程。随机过程通过线性系统。 第3 章信道与噪声 信道定义及其数学模型。恒参、随参信道特性及其对信号传输的影响。分集接收。信道的加性噪声。信道容量的概念。 第4 章模拟调制系统 幅度（AM、DSC、SSB、VSB ）、角度（FM、PM）调制的原理及其抗噪声性能。频分复用、复合调制、多级调制的基本概念。 第5 章数字基带传输系统 数字基带传输系统的基本结构。数字基带信号的常用波形、码型及其频谱特性。基带脉冲传输与码间干扰。无码间干扰的基带传输特性。部分响应系统。无码间干扰基带系统的抗噪声性能。眼图及时域均衡的基本概念。 第6 章数字调制系统
二进制数字调制系统原理及其系统的抗噪声性能。二进制数调系统的性能比较。多进制数字调制系统。改进的数字调制方式（MSK ）。 第7 章模拟信号的数字传输 抽样定理。脉冲振幅调制（PAM ）。模拟信号的量化。脉冲编码调制（PCM）。增量调制（厶M ）。PCM系统和△ M系统的性能比较。时分复用和多路数字电话系统。 第8 章?????????? 数字信号的最佳接收* 数字信号接收的统计表述及最佳接收准则。确知信号的最佳接收。随机信号的最佳接收，起伏信号的最佳接收的基本概念。匹配滤波器。基带系统的最佳化。 第9 章差错控制编码 纠错编码的基本原理。常用的简单编码。线性分组码。循环码。卷积码。 第10 章正交编码与伪随机序列* 正交编码与码分复用。伪随机序列。伪随机序列的主要应用。 第11 章同步原理 载波同步的方法。载波同步系统的性能及误差分析。位同步的方法。位同步系统的性能及误差分析。群同步的方法。网同步的基本概念。 三、实验教学内容 1.HDB 3 编译码实验 2.移频键控（FSK）实验 3.移相键控（PSK）实验 4.抽样定理与脉冲调幅实验 5．? PCM 编译码实验 6. △ M 编译码实验 7．循环码（15，6）纠错编码实验 四、课程教学和实验教学内容的学时分配
实验三FSK调制及解调实验 一、实验目的 1、掌握用键控法产生FSK信号的方法。 2、掌握FSK非相干解调的原理。 二、实验器材 1、主控&信号源、9号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 三、实验原理 1、实验原理框图 FSK调制及解调实验原理框图 2、实验框图说明 基带信号与一路载波相乘得到1电平的ASK调制信号，基带信号取反后再与二路载波相乘得到0电平的ASK调制信号，然后相加合成FSK调制输出；已调信号经过过零检测来识别信号中载波频率的变化情况，通过上、下沿单稳触发电路再相加输出，最后经过低通滤波和门限判决，得到原始基带信号。 四、实验步骤 实验项目一FSK调制 概述：FSK调制实验中，信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态。本项目中，通过调节输入PN序列频率，对比观测基带信号波形与调制输出波形来验证FSK调制原理。 1、关电，按表格所示进行连线。
2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【FSK数字调制解调】。将9号模块的S1拨为0000。调节信号源模块的W2使128KHz载波信号的峰峰值为3V，调节W3使256KHz载波信号的峰峰值也为3V。 3、此时系统初始状态为：PN序列输出频率32KH。 4、实验操作及波形观测。 （1）示波器CH1接9号模块TH1基带信号，CH2接9号模块TH4调制输出，以CH1为触发对比观测FSK调制输入及输出，验证FSK调制原理。 （2）将PN序列输出频率改为64KHz，观察载波个数是否发生变化。 答：PN序列输出频率增大后，载波个数会增多。 实验项目二FSK解调 概述：FSK解调实验中，采用的是非相干解调法对FSK调制信号进行解调。实验中通过对比观测调制输入与解调输出，观察波形是否有延时现象，并验证FSK解调原理。观测解调输出的中间观测点，如TP6（单稳相加输出），TP7（LPF-FSK），深入理解FSK解调过程。 1、保持实验项目一中的连线及初始状态。 2、对比观测调制信号输入以及解调输出：以9号模块TH1为触发，用示波器分别观测9号模块TH1和TP6（单稳相加输出）、TP7（LPF-FSK）、TH8（FSK解调输出），验证FSK解
通 信 原 理 实 验 指 导 书 （２０１７版） 编者 张水英 汪泓 浙 江 理 工 大 学 ２０１７年３月
目 录 实验一 常规双边带幅度调制系统设计及性能分析 (1) 实验二 模拟信号数字化传输系统的建模与分析 (6) 实验三 BPSK调制、解调实验 (9)
实验一 常规双边带幅度调制系统设计及性能分析 一、实验目的 1、熟悉常规双边带幅度调制系统各模块的设计； 2、研究常规双边带幅度调制系统的信号波形、信号频谱、信号带宽、输入信噪比、输出信噪比及两者之间的关系； 3、掌握 MATLAB 和SIMULINK 开发平台的使用方法； 4、熟悉 Matlab 与Simulink 的交互使用。 二、实验仪器 带有MATLAB 和SIMULINK 开发平台的微机。 三、实验原理 AM 信号产生的原理图如图1所示。AM 信号调制器由加法器、乘法器和带通滤波器（BPF ）组成。图中带通滤波器的作用是让处在该频带范围内的调幅信号顺利通过，同时抑制带外噪声和各次谐波分量进入下级系统。 图1 AM 信号的产生 3.1 AM 信号时域表达式及时域波形图 AM 信号时域表达式为 0()[()]cos AM c s t A m t t ω=+ 式中0A 为外加的直流分量；为输入调制信号，它的最高频率为 ()m t
m f ，无直流分量；c ω为载波的频率。为了实现线性调幅，必须要求 0max ()m t A ≤ 否则将会出现过调幅现象，在接收端采用包络检波法解调时，会产生严重的失真。如调制信号为单频信号时，常定义0(/)AM m A A β1=≤为调幅指数。 AM 信号的波形如图2所示，图中认为调制信号是单频正弦信号，可以清楚地看出AM 信号的包络完全反应了调制信号的变化规律。 t t t t ()m t 0(A m t +cos c t ω s ()AM t 图2 AM 信号波形 3.2 AM 信号频域表达式及频域波形图 对AM 信号进行傅里叶变换，就可以得到AM 信号的频域表达式 ()ω如下： AM S 0()[(AM ()] 1 [)()][()()]2 AM c c c c S s t M M A ωωωωωπδωωδωω==++?+++?F 式中，()M ω是调制信号的频谱。 ()m t
实验七抽样定理实验 一、实验目的 1、了解抽样定理在通信系统中的重要性。 2、掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法。 3、理解低通采样定理的原理。 4、理解实际的抽样系统。 5、理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响。 6、理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响。 7、理解带通采样定理的原理。 二、实验器材 1、主控&信号源、3号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 三、实验原理 1、实验原理框图 图1-1 抽样定理实验框图 2、实验框图说明 抽样信号由抽样电路产生。将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号，自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。平顶抽样和自然抽样信号是通过开关
S1切换输出的。 抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器，即可得到恢复的信号。这里滤波器可以选用抗混叠滤波器（8阶3.4kHz的巴特沃斯低通滤波器）或FPGA数字滤波器（有FIR、IIR两种）。反sinc滤波器不是用来恢复抽样信号的，而是用来应对孔径失真现象。 要注意，这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。 四、实验步骤 实验项目一抽样信号观测及抽样定理验证 概述：通过不同频率的抽样时钟，从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形，以及信号恢复的混叠情况，从而了解不同抽样方式的输出差异和联系，验证抽样定理。 1、关电，按表格所示进行连线。 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。调节主控模块的W1使A-out输出峰峰值为3V。 3、此时实验系统初始状态为：被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦合成波。抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9KHz、占空比20%的方波。 4、实验操作及波形观测。 （1）观测并记录自然抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“自然抽样”档位，用示波器分别观测MUSIC主控&信号源和抽样输出3#。 MUSIC主控&信号源抽样输出3#
实验1 CMI码型变换实验 一、实验目的 1、了解CMI码的编码规则。 2、观察输入全0码或全1码时各编码输出码型，了解是否含有直流分量。 3、观察CMI码经过码型反变换后的译码输出波形及译码输出后的时间延迟。 4、熟练掌握CMI与输入信号的关系。 二、实验器材 1、主控&信号源、2号、8号、13号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 三、实验原理 1、实验原理框图 CMI/BPH编译码实验原理框图 2、实验框图说明 CMI编码规则是遇到0编码01，遇到1则交替编码11和00。由于1bit编码后变成2bit，输出时用时钟的1输出高bit，用时钟的0输出低bit，也就是选择器的功能。CMI译码首先也是需要找到分组的信号，才能正确译码。CMI码只要出现下降沿了，就表示分组的开始，找到分组信号后，对信号分组译码就可以得到译码的数据了。
四、实验步骤 概述：本项目通过改变输入数字信号的码型，分别观测编码输入输出波形与译码输出波形，测量CMI编译码延时，验证CMI编译码原理并验证CMI码是否存在直流分量。 1、关电，按表格所示进行连线。 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【CMI码】→【无误码】。13号模块的开关S3置为0011，即提取512K同步时钟。 3、此时系统初始状态为：PN为256K。 4、实验操作及波形观测。 （1）观测编码输入的数据和编码输出的数据：用示波器分别观测和记录TH38#和TH68#的波形，验证CMI编码规则。 （2）观测编码输入的数据和译码输出的数据：用示波器分别观测和记录TH38#和TH138#的波形，测量CMI码的时延。 （3）断开电源，更改连线及设置。 开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【CMI码】→【无误码】。将模块13的开关S3置为0011即提取512K同步时钟。 将模块2的开关置为00000000 00000000 00000000 00000011，用示波器分别观测编码输入的数据和编码输出的数据，调节示波器，将信号耦合状况置为交流，观察记录波形。保持
第一章 1-1 e 的信息量 ==)(1log 2 e P I e 3.25bit v 的信息量 ==) (1 log 2v P I v 6.96bit 1-2 因为全概率1)1()0(=+P P ，所以P(1)=3/4，其信息量为 ==) 1(1 log 2 P I 0.412(bit) 1-3平均信息量（熵） ∑=- =n i i i x P x P x H 1 2 )(log )()(=2.375（bit/符号） 1-4 （1）一个字母对应两个二进制脉冲，属于四进制符号，故一个字母的持续时间为10ms 。传送字母的符号速率为)(10010521 3 B R B =??=- 等概率时的平均信息速率 )/(200log 2s bit M R R B b == （2） 平均信息量为 ∑=- =n i i i x P x P x H 1 2 )(log )()(=1.985（bit/符号） 则平均信息量为)/(5.198s b H R R B b =?= 1-5 （1） )/(2400s bit R R B b == （2） )/(96004240016log 2s bit R R B b =?== 1-6 （1） 先求信息源的熵，∑=- =n i i i x P x P x H 1 2 )(log )()(=2.23（bit/符号） 则平均信息速率 )/(1023.23 s b H R R B b ?=?= 故传送1小时的信息量)(10028.81023.236006 3bit R T I b ?=??=?= （2）等概率时有最大信息熵，)/(33.25log 2max 符号bit H == 此时平均信息速率最大，故有最大信息量)(10352.86 max bit H R T I B ?=??= 1-7 因为各符号的概率之和等于1，所以第四个符号的概率为1/2，则该符号集的平均信息量为)/(75.12 1 log 2181log 81241log 41222符号bit H =-?-- = 1-8 若信息速率保持不变，则传码率为