北邮通信原理课件09

AM
Pm PAM
m2 (t ) A02 m2(t)
（4.2.8）
显然，AM信号的调制效率总是小于1。
《通信原理课件》
[例4.2] 设m(t)为正弦信号，进行 100%的幅度调制，求此时的调制效率。
解：依题意可设 m(t) Am cosmt
而100%调制就是A0 = |m(t)|max 的调制，
《通信原理课件》
出的已调信号功率表达式是相同的。考虑 到本章模拟通信系统的抗噪声能力是由信 号平均功率和噪声平均功率之比（信噪比） 来度量。因此，为了后面分析问题的简便， 我们均假设调制信号（基带信号）为确知 信号。
《通信原理课件》
4.2.2 双边带调制（DSB）
1、DSB信号的模型 在AM信号中，载波分量并不携带信 息，信息完全由边带传送。如果将载 波抑制，只需在图4.2 中将直流A0去 掉，即可输出抑制载波双边带信号， 简称双边带信号（DSB）。 DSB调制器 模型如图4-3所示。
《通信原理课件》
零、具有各态历经性的平稳随机过程， 其统计平均与时间平均是相同的。由3.6 节 知 ， AM 已 调 信 号 是 一 非 平 稳 随 机 过 程 ， 经分析可得
PAM
()
A02 2
[
(
c
)
(
c
)]
1 4
[
Pm
(
c
)
Pm
(
c
)]
（4.2.9）
《通信原理课件》
上式中Pm(ω)为调制信号的功率谱密度。 由功率谱密度可以求出已调信号的平均
《通信原理课件》
4、调制信号为随机信号时已调信号的频 谱特性 前面讨论了调制信号为确知信号时已调信 号的频谱。在一般情况下，调制信号常常 是随机信号，如语音信号。此时，已调信 号的频谱特性必须用功率谱密度来表示。 在通信系统中，我们所遇到的调制信号通 常被认为是具有各态历经性的宽平稳随机 过程。这里假设m(t)是均值为

卷积码
01
卷积码是一种将信息位映射为连续的码字的编码方式。
02
卷积码具有记忆性，能够利用连续的码字之间的相关性进行纠
错。
卷积码的解码算法相对复杂，但具有良好的性能和较低的实现
03
复杂度。
03
信道模拟与仿真
信道模拟器的工作原理
信道模拟器是一种用于模拟和测试通信系统在各种信道条件下的性能的工 具。
03
目前常见的数字电视广播信道 编码技术包括LDPC码、BCH 码和卷积码等。
移动通信中的信道编码
1
在移动通信中，信道编码是实现可靠数据传输的 关键技术之一。
2
通过将数据信息与冗余信息结合，信道编码能够 抵抗无线信道中的噪声、干扰和衰落，降低误码 率。
3
常见的移动通信信道编码技术包括Turbo码、 LDPC码和Polar码等。
卫星通信中的信道编码
01
02
03
在卫星通信中，信道编 码同样用于提高信号传 输的可靠性和抗干扰能
力。
由于卫星通信信道的特 殊性质，信道编码需要 具备更高的纠错能力和 更强的抗干扰能力。
目前在卫星通信中广泛 应用的信道编码技术包 括Reed-Solomon码、 BCH码和卷积码等。
香农定理
香农定理是通信理论中的重要定理，它给出了在有噪信道中 实现可靠通信所需的最小码元速率的上限。
02
信道编码
信道编码的基本概念
信道编码是通信系统中用于提高数据传输可靠性 的重要手段。
通过在信息位中添加冗余，信道编码可以在传输 过程中检测和纠正错误。
常见的信道编码方式包括线性分组码、循环码、 卷积离散信道模型描述了信号在离散时间 点的传输情况，通常用符号表示信号 ，概率分布表示噪声。

a. 在检测的前后窗口的参考音能量大 小,若两窗口能量均大于某个门限时,同 步处于跟踪模糊区内,就自动向固定方向 调一个样点,使同步头脱离跟踪模糊区. b. 在条件①不满足的条件下,检测两 窗口内参考音能量差值,依据前述准则判 别.
(3) Doppler
在通信过程中,由于多种因素的影响 会导致频率漂移,若不对此进行校正,将
在误码率为10 -2 的情况下采用该种校 验方式后,其误码率小于10 -11,可以认为 是无差错传输.另外采用了 S-ARQ技术, 即重发有错的小组,大大地提高了通过率. 另外在ARQ工作方式下,实现了自动 降速的功能,共分为两档:300bit/s以上及 150bit/s以下.在每一挡下,通信速率可以 根据信道的实际情况实现自动的速率升降, 以获得大的通过率.
(1) 电离层的衰耗随时间变化及多 径效应所引起的衰落. (2) 多径效应所引起的波形展宽.
(3) 电离层快速运动和反射层高度 变化所引起的多普勒频移.
一般情况下,短波高速数字通信系统
框图如图9-1所示.
图9-1 短波无线数字通信系统框图
9.2 TCT-301短波高速调制解 调器的基本原理
图9-2和图9-3分别是短波高速 调制解调器的发送端和接收端的 原理框图.
3. 群同步建立,位同步跟踪,
(1)
这里所指的群同步是指译码同步.在 位同步建立之后,抽样的位置确定了.
(2)
在通信过程中,由于时钟等各种因素 的影响,位同步的位置会发生变化,如果 不跟踪其变化,则在通信建立一段时间之 后因同步位置丢失而导致通信中断.
① 上下帧相位突跳点附近有比较好的 线性关系, Diff>0, Diff=0, Diff<0,同步滞后. ② 上,下帧相位突跳点同时位于两窗 口内,则存在一个同步跟踪的模糊区.

线性 时移 频移 比例
a
n 1
n f n (t )
a
n 1
N
n
Fn ( w)
f (t t 0 ) f (t ) e jw0t
f (at )
F ( w) e jwt0 F ( w w0 )
1 F ( w a) a
2f (w)
对偶 复共轭 微 分 时域
F (t )
f * (t )


S f ( w)dw S f ( f )df


பைடு நூலகம்
5．无限周期信号的平均功率和功率谱密度 功率谱密度 S f ( w) 2
n
| C
n
| 2 ( w nwT ) ， 平均功率 P
n
| C

n
|2
Cn 为各个频率点的幅度，|Cn|2 为 nwT 分量的平均功率 四.信号通过线性系统 1．系统的传递函数 以冲激函数 δ (t)作为激励，通过系统后
信噪比
信号平均功率 噪声平均功率
二.数字通信系统性能指标 1． 速度指标 码元速率 RBN：每秒传送码元的数目。单位：B 信息速率 Rb：每秒传送的信息 量。单位：b/s, bps Rb = RBN log2 N (bit/s) 2． 质量指标 误码率 P B：码元被错误接收的概率。 误信率 Pb：传输每比特信息发生错误接收的概率。
第二章
2.1 确知信号的频谱分析 一．付立叶变换
随机信号分析
任一信号有两种表示方法：时域表示法 f (t ) ：信号的大小随时间的变化。
频域表示法 F ( w) ：信号的振幅和相位随频率成分的变化。两种表示法互相对应，记做：
f (t ) F (w) 。变换式为： f (t )

在给定输入信号概率密度p(x)及量化级数M，如
何进行最佳量化，使量化噪声的平均功率最小，
量化信噪比最大？
2006-6-16
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
21
模拟信号的量化
2. 均匀量化器(线性量化器)
量化间隔Δk相等，即Δk =Δ
量化范围(-V,V)及量化级数M时
信息源
调制器
信道
解调器
信宿
模拟 信息源
抽样、量化 和编码
数字 通信系统
译码和低 通滤波
m(t) 模拟随机信号
{sk} 数字随机序列
{sk}
m(t)
数字随机序列 模拟随机信号
数字通信
2006-6-16
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
5
模拟信号数字化的基本原理
抽样 量化 编码
– 抽样、量化、编码
• 模拟信号的抽样 • 模拟信号的量化 • 脉冲编码调制PCM
2006-6-16
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
7
模拟信号的抽样
抽样定理：
一个频带限制在(0, fH) 赫内的时间连续信号m(t)， 如果以Ts≤1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔（均匀） 抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
18
模拟信号的量化
1. 标量量化的基本原理 标量量化(一维量化)：每个样值独立地进行量化
x∈{xk-1, xk}时， y=Q( x)=yk k =1,2,…, M， M为量化级数
量化误差 eq = x − yk = x − Q(x)
m(t )
mS (t)
m~ S (t) 低通滤 m~(t)

任一码组在传输中产生传输中产生一个或多 个错误，都会变成另一个信息码组。无法检 错和纠错。
P 15
原因：码组中只有信息码元，没有监督码元
9.1 信道编码的基本概念
检错和纠错的基本原理
例2：利用2位二进制数字的4种组合表示4 种天气，再加1位奇偶校验位。
信息位 监督位
晴
00
0
云
01
1
P 19
dmin t e 1
9.1 信道编码的基本概念
两种简单的信道编码
(n,1)重复码（以(3,1) 重复码为例）
许用码组(000),(111) dmin=n 可纠1位错或检2位错 用来纠错时，出现错误的概率为
信道分类（按差错出现类型）
独立随机差错信道
差错随机出现，且相互独立（无记忆性） 原因：由高斯白噪引起（信道本身的传输特性比
较理想） 太空信道、卫星信道、同轴电缆、光缆信道、视
距微波信道
P5
9.1 信道编码的基本概念
信道分类（按差错出现类型）
突发差错信道
差错成串出现（记忆性） 原因：信道传输特性不理想（衰落和码间干扰），
非线性码：约束关系不是线性关系。（缺少 理论和应用上的研究）
P9
9.1 信道编码的基本概念
信道编码分类（按编码方式分类）
分组码：将信息序列分成独立的若干组进行 编码。编码后，一组中的码元只与本组的原 始信息码元有关，而与其他组的信息码元无 关。
分组码用符号（n，k）表示。k是一组中信息码 元的数目，n是码元总数目，则监督码元有n-k位
P 18
9.1 信道编码的基本概念
一种编码的最小码距直接关系到这种编码的检错和纠 错能力（图9.1.2）

14
BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
• 就接入网而言，客观上看可分为有线接入与无 线接入，这里仅讨论无线接入，再细致一些无 线接入又可分为室内无线接入比如红外、蓝牙 等；小范围的无线局域网接入比如IEEE802.11 系列等；中等及大范围的蜂窝移动接入和覆盖 全球的卫星接入。 • 本书讨论内容仅限于陆地系统的蜂窝移动网， 它是实现宏伟的个人通信蓝图的第一步，仅这 一步目前已经历了第一代(1G)、第二代(2G)系 统，正在向第三代(3G)系统过渡。
第一章 绪 论
• §1.1 移动通信的主要特点
• 移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发 展前途的一种通信方式。它是当今信息社会中 最具有个性化特征的通信手段。它的发展与普 及改变了社会也改变了人类的生活方式，它让 人们领悟到现代化与信息化的气息。 • 移动通信，顾名思义其最本质的特色是“移动” 二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式 通信，而是动态的移动式通信。
2
BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
• 传统的固定式通信，又称为有线通信。它的最 大特点是静态的，信道是封闭的，且是人造 的，从而是优质的。它的最大缺点是缺乏动态 性，不适应现代人快节奏的生活需求，特别是 快速移动的需求。 • 无线通信针对上述静态的缺点，以开放式传播 来传递信息，它的代价是牺牲了全封闭式的优 质人造信道，换取了无需采用固体介质专用线 路的开放式传输的灵活性，但是信道的开放性 必然引起了信道的时变性和随机性，从而大大 降低了通信容量和质量。

随着计算机和数字化技术的发展，数字通信逐渐取代模 拟通信成为主流。
3 移动通信的飞速发展
移动通信技术的出现和发展，使得人们可以随时随地进 行通信，极大地改变了人们的生活方式。
4 未来通信的趋势
未来通信将朝着更高速度、更低时延、更广覆盖的方向 发展，同时还将融合人工智能、大数据等技术，实现更 加智能化和个性化的通信服务。
05
信号的检测与估计
信号检测的基本原理
信号检测的基本概念
阐述信号检测的定义、目的和意义，以及信号检测在通信系统中 的作用。
信号检测的基本原理
介绍信号检测的基本原理，包括假设检验、似然比检验、贝叶斯准 则等。
信号检测的性能指标
分析信号检测的性能指标，如虚警概率、漏警概率、检测概率等， 以及它们之间的关系。
TCP/IP协议族
包括TCP、UDP、IP等协议，用于实现不同网络之间的互连和通 信。
HTTP协议
用于Web浏览器和服务器之间的通信，实现网页的浏览和数据 的传输。
SSL/TLS协议
提供安全的数据传输通道，保护数据在传输过程中的安全性和完 整性。
通信网络的安全与可靠性
防火墙技术
通过设置访问控制规则， 防止未经授权的访问和数 据泄露。
01
02
信源
产生和发送信息的设备或实体， 如话筒、摄像头等。
03
04
信宿
接收和处理信息的设备或实体， 如扬声器、显示器等。
通信原理的研究对象
信号与噪声
研究信号的特性、噪声的来源和性质，以及 信号在噪声干扰下的传输性能。
编码与调制
研究信道的传输特性、信道容量和信道编码 等问题，以提高通信系统的可靠性和有效性
传输媒介

I log a 1 p(x) log a p ( x )
（1.4-1）
《通信原理课件》
28
I代表两种含义：当事件x发生以前，表示事件x发生的 不确定性；当事件x发生以后，表示事件x所含有（或所提 供）的信息量。 信息量的单位由对数底的取值决定。若对数以2为底时 单位是“比特”（bit — binary unit的缩写）；若以e为 底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；若以 10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。 通常采用“比特”作为信息量的实用单位。
《通信原理课件》
32
1.5.1模拟通信系统的主要性能指标
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。当信道容许传输带宽一定，而进行多路频分复用 时，每路信号所需的有效带宽越窄，信道内复用的路数就 越多。显然，信道复用的程度越高，信号传输的有效性就 越好。信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。 同样的信号用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一 样的。 模拟通信系统的可靠性指标用整个通信系统的输出信噪 比来衡量。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。例如宽带调频系统的有效性不如调幅系统，但是 调频系统的可靠性往往比调幅系统好。
《通信原理课件》
10
1.2.3 数字通信系统模型
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通信系统。 一、数字频带传输通信系统 数字频带传输通信系统如图1-3 所示。 图1-3中，变换器的作用是把信息转换成数字基带 信号。信源编码的主要任务是提高数字信号传输的 有效性。信源编码器的输出就是信息码元,此外，话 音和图像压缩编码等都是在信源编码器内完成。接 收端信源译码则是信源编码的逆过程

1887 赫兹通过实验加以证实
20世纪初，电子管等器件出现，电报和电 话通信获得迅速发展，相继有了较高水平 的有线通信及长波，中波和短波一类的无 线电通信。
4
20世纪30年代开始，在通信理论上，先 后形成：过滤和预测理论，香农信息论， 纠错编码理论，信源统计特性理论，信 号与噪声，调制理论，信号检测理论等。
Hmax=
n
1
log
n log
n
n i1
2
2
（bit/符号）
15
模拟通信系统：
1.5
消息传送速度，均方误差
主 （加性干扰产生的误差，信噪比）
要
性 数字通信系统：
能
传输速率，差错率
指
传输速率可用传码率（RB B）或
标
传信率（Rb bit/s）表示
16
Rb=RB·H
1.5
主 要
二进制下：
RB=Rb
题
(2) 每秒钟内这四个相位出现的次数 都为250，求此通信系统的码速率 和信息速率。
18
解 (1) 每秒钟传输1000个相位，即每秒钟
=
传输1000个符号，故 RB=1000 Bd，每个符号
出现的概率分别为P(0)= 1
2
P
P(π)=
1 8
P
3 = 1 2 4
2=
1 8
，每个符号所含的平均=RB·㏒2N
指 标
差错率也相应分为误码率和误信率。
17
某数字通信系统用正弦载波的四个 相位0、 、π、 3来传输信息， 这四个相2 位是互相2独立的。
3
例 (1) 每秒钟内0、 2 、π、 2 出现的次
数分别为500、125、125、250，求

A U0
4 + ξ4
BW0.7 ≈
2 f0 QL
0
f
f0
26
2. 三参差调谐放大电路
结构：三级为一组 优点：幅频特性更接近矩形，通频带更宽 缺点：难调整
1.2.3 集中选频的小信号谐振放大电路
构成：
Ui 集中选择 滤波器
宽带集成 Uo 放大电路
通频带，选择 性，抑制干扰
高增益, 宽频带
27
一. 集中选择性滤波器
实现方法：LC谐振回路（串、并联及其耦合 回路）作放大器的负载，通过调f0进行选频 放大
19
1.2.1小信号谐振放大电路的技术指标和组成方法
一. 技术指标
谐振增益
AU (f) A U0
理想：S = 0, D = 1
f0处的电压增益 AU0
通频带
电压增益下降到最大
AU0 2
值的0.707倍（3dB）
RL
=
1 p2
RL
G
' L
=
p2GL
QL
=
1
ω0L(G
' L
+ GP )
=
ω0L(1
1
R
' L
+ GP )
R
' L
>
RL
p ↓→ R'L ↑→ QL ↑
17
例：信号源采用部分接入
d
p = L1 L
1 ω0 = LC
R'S = RS/p2 > RS
L1 L
IS
C
RS
I
' S
R
' S
RP L C

2
00 1
01 0
1
00 0
011
0
折叠二进制码对小信号的抗噪性能强，大信号反之，由于语
音信号小电压出现的概率较大，所以折叠码有利于减小语音信号
的平均量化噪声。
11
9.5 脉冲编码调制
格雷二进码 表示方法:
任何相邻电平的码组只有一位码位不同，即相邻码字 的距离恒为1。
除极性码外，绝对值相等时，其幅度码相同，故又称 反射二进码。
9.5
3位编码器（均匀量化），其输入信号抽样脉冲值在-0.5和7.5之间。
现在共有3个不同的Iw值，表示量化值的二进制码有3位，即c1c2c3。它 们能够表示8个十进制数，从0至7。
量化值
c1
c2
c3
0
0
0 0.5 0
1
0
0
1
1.5
2
0
1 2.5 0
3 3.5 0
1
1
4
1
0
0
4.5
5
1 5.5 0
M=2N 在语音通信中，通常采用8位的PCM编码就能够保证满意 的通信质量。我国采用的是8位编码的A律13折线PCM 编码。
14
9.5 脉冲编码调制
若把自然二进码从低位到高位依次给以2倍的加权，就可 变换为十进数。如设二进码为(an-1, an-2, …, a1, a0)
则D=an-12n-1+an-22n-2+…+a121+a020 便是其对应的十进数（表示量化电平值）。 特点: 编码简单、易记，而且译码可以逐比特独立进行。
9
9.5 脉冲编码调制
特点: （1）相邻码之间只有一个码字不同，这样误一位码造

fs 4B
3B
2B
B
0
B
2B 3B 4B 5B 6B
12
fL
第9章模拟信号的数字传输
由上图可见，当fL = 0时，fs ＝2B，就是低通模拟信号的抽样 情况；当fL很大时，fs趋近于2B。fL很大意味着这个信号是一 个窄带信号。许多无线电信号，例如在无线电接收机的高频 和中频系统中的信号，都是这种窄带信号。所以对于这种信 号抽样，无论fH是否为B的整数倍，在理论上，都可以近似 地将fs取为略大于2B。 图中的曲线表示要求的最小抽样频率fs，但是这并不意味着 用任何大于该值的频率抽样都能保证频谱不混叠。
11
第9章模拟信号的数字传输
由于原信号频谱的最低频率fL和最高频率fH之差永远等于信 号带宽B，所以当0 fL < B时，有B fH < 2B。这时n = 1，而 上式变成了fs = 2B(1 + k)。故当k从0变到1时，fs从2B变到4B， 即图中左边第一段曲线。当fL＝B时，fH＝2B，这时n = 2。故 当k＝0时，上式变成了fs = 2B，即fs从4B跳回2B。当B fL < 2B时，有2B fH < 3B。这时，n = 2，上式变成了fs = 2B(1 + k/2)，故若k从0变到1，则fs从2B变到3B，即图中左边第二段 曲线。当fL＝2B时，fH＝3B，这时n = 3。当k＝0时，上式又 变成了fs = 2B，即fs从3B又跳回2B。依此类推。
ms(t)m(t)T(t)
用波形图示出如下：
4
第9章模拟信号的数字传输
m(t)
(a)
T(t)
-3T -2T -T 0 T 2T 3T
(c) ms(t)
(e)