《通信原理》——数字调制信号

通信系统中的数字信号调制原理在通信系统中，数字信号调制是非常重要的一个环节。

数字信号调制的原理是将数字信号转换为模拟信号，以便在信道传输过程中能够准确传输和恢复原始信息。

下面我将详细介绍数字信号调制的原理。

数字信号调制的主要目的是将数字信号转换为模拟信号，以便在信道传输过程中可以准确传输信息。

这样一方面可以减小传输的带宽，另一方面也可以提高信号的传输质量和抗干扰能力。

数字信号调制主要有两种方式：ASK（Amplitude Shift Keying）和FSK（Frequency Shift Keying）。

对于ASK调制，其原理是通过改变信号的振幅来表示不同的数字信号。

具体实现方法是，在一个固定频率的载波信号上，当需要传输高电平（1）时，将振幅调制成一定水平；当需要传输低电平（0）时，将振幅调制成另一个水平。

这样，接收端可以通过测量信号的振幅来还原原始的数字信号。

而对于FSK调制，其原理是通过改变信号的频率来表示不同的数字信号。

具体实现方法是，在一个固定振幅的载波信号上，当需要传输高电平（1）时，将频率调制成一定值；当需要传输低电平（0）时，将频率调制成另一个值。

接收端则可以通过测量信号的频率来还原原始的数字信号。

值得注意的是，数字信号调制的过程中会引入一定的量化误差和噪声干扰，因此在设计通信系统时需要考虑到这些因素。

此外，不同的数字信号调制方式在传输效率、带宽利用率、抗干扰能力等方面可能有所不同，需要根据具体的应用场景进行选择。

总的来说，数字信号调制在通信系统中起着至关重要的作用。

掌握数字信号调制的原理和实现方法，可以帮助我们设计出更高效、更可靠的通信系统，从而更好地满足人们对信息传输的需求。

希望以上内容对您有所帮助。

通信原理绪论给舍友同学总结的考点知识点；通信的目的是传递消息中所包含的信息；消息是信息的物理表现，是物质或精神状态的一种反映；消息中包含的有效内容是信息，信息是消息的内涵；通信就是信息传输； 信号参量的传递→通信原理；电信号的参量取值连续（不可数、无穷多）,指某一取值范围内可以取无穷多个值，不一定时间上连续，则为模拟信号；电信号的参量仅可能取有限个值，则为数字信号；基带信号：原始信号，频带从零频附近开始，不适合在信道传输；→带通信号（频带信号）：调制后，适合信道传输且有带通的特性；复用：频分(模拟)、时分（数字）、码分（WCDMA ）；时分复用：用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；频分复用：用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；码分复用：用正交的脉冲序列分别携带不同的信号；信息量：；熵：平均信息量 等概率最大；性能指标：有效性和可靠性矛盾统一；1.有效性：传输一定信息量时所占用的信道资源，传输的“速度”问题； 衡量：传输速率和频带利用率； 码元传输速率RB ：单位时间传送码元的数目，Baud ；RB=1/T;信息传输速率Rb: 信息率，比特率；单位时间内传递的平均信息量；bps ；b/s ； 二进制：RB=Rb;频带利用率：；单位带宽（每赫）内传输速率；2.可靠性：接收信息的准确程度，即传输“质量”问题； 衡量：误码率；误信率 误码率Pe ：错误码/总传输码元；Pb 误信率：错误比特/总传输比特数；二进制：Pe=Pb;随机过程一维概率分布函数：F 1(x 1,t 1)=P [ξ(t 1)≤x 1] 数学期望:信号或噪声的直流成分;方差:信号或噪声交流功率；自相关函数:用来判断广义平稳,用来求随机过程的功率谱密度及平均功率。

；（广义/宽）平稳随机过程：数学期望与方差与时间无关，自相关函数只与时间间隔有关；α(t)=α；R(t,t+τ)=R(τ)各态历经性：()()ττR R a a ==，统计平均值等于它的任一次实现的平均值，随机过程中的任一次实现都经历了随机过程的所有可能状态；具有各态历经性的随机过程一定是平稳过程，但平稳过程不一定具有各态历经性；P41 例题； 自相关函数：R(τ)＝E[ξ(t)ξ(t+τ)]， R(τ)=R(-τ),偶函数；R(0)=E[ξ^2(t)]=s ，R(0)为ξ(t)的均方值 (ξ(t)的平均功率，时域计算方法)；上限； R(∞)=E^2[ξ(t)]， R(∞)是ξ(t)的直流功率，R(0)- R(∞)=σ^2 ，方差，ξ(t)的交流功率；功率谱密度：频域角度描述ξ(t)的统计特性，ξ(t)的平均功率关于频率的分布；平稳过程的自相关函数与其功率谱之间为傅立叶变换关系； P ξ (ω ) 《----》R(τ)；ωωπτωτςd e)(P 21)(R j ⎰∞∞-=；ττωωτξd e)(R )(P j -∞∞-⎰=；功率谱密度的性质：P ξ（ω）＞＝0，非负性 P ξ（-ω）＝ P ξ（ω），偶函数单边功率谱密度： P ξ1（ω）＝2 P ξ（ω）ω〉=0P44, 例题；高斯过程：随机过程的概率密度服从正态分布；过程中的任一时刻的取值即为随机变量；一维概率密度和分布函数：)2)(exp(21)(22σασπ--=x x f ，α均值，σ平均差，a=0,σ=1为标准高斯分布； 性质：高斯过程若为宽平稳，必为窄平稳；若随机变量不相关，则变量相互独立；代数和及线性变化后仍为高斯过程；窄带随机过程：Δ f<<f c >>0;正弦波表示：，;同相与正交分量表示：；1) 结论1：ξ(t)是均值为0、方差为σ^2的窄带平稳高斯过程，它的同相分量和正交分量同样是平稳高斯过程，且均值为0、方差也相同。

通信原理思考题答案第一章1-3 何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？数字通信即通过数字信号传输的通信。

数字通信具有以下特点：（1）传输的信号是离散式的或数字的；（2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；（3）抗干扰能力强，因为数字信号可以再生，从而消除噪声积累；（4）传输差错可以控制；（5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；（6）便于加密，可靠性高；（7）便于实现各种信息的综合传输。

缺点：一般需要较大的传输带宽。

1-4数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？（1）信息源：把各种消息转换成原始电信号。

（2）信源编码：一是提高信息传输的有效性，二是完成模/数转换。

（3）加密：保证所传信息的安全。

（4）信道编码：增强数字信号的抗干扰能力。

（5）数字调制：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

（6）信道是用来将来自发送设备的信号传送到接收端。

（7）解调：在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。

（8）信道译码：接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。

（9）解密：在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。

（10）信源译码：是信源编码的逆过程。

（11）受信者：是接受消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息。

1-5按调制方式，通信系统如何分类？按调制方式，可将通信系统分为基带传输系统和带通传输（频带或调制）系统。

基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频室内电话；带通传输是对各种信号调制后传输的总称。

1-8单工,半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释它们的工作方式并举例说明。

按消息传递的方向与时间关系来分类。

（1）单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。

如：广播，遥控，无线寻呼等例子。

（2）半双工通信，指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。

实验2 数字频带传输系统实验一、实验目的掌握数字频带传输系统调制解调的仿真过程 掌握数字频带传输系统误码率仿真分析方法二、实验原理数字频带信号通常也称为数字调制信号，其信号频谱通常是带通型的，适合于在带通型信道中传输。

数字调制是将基带数字信号变换成适合带通型信道传输的一种信号处理方式，正如模拟通信一样，可以通过对基带信号的频谱搬移来适应信道特性，也可以采用频率调制、相位调制的方式来达到同样的目的。

1.调制过程 1）2ASK如果将二进制码元“0”对应信号0，“1”对应信号tf A c π2cos ，则2ASK 信号可以写成如下表达式：()()cos2T n s c n s t a g t nT A f tπ⎧⎫=-⎨⎬⎩⎭∑{}1,0∈n a ，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g 。

可以看到，上式是数字基带信号()()∑-=ns n nT t g a t m 经过DSB 调制后形成的信号。

其调制框图如图1所示：图1 2ASK 信号调制框图2ASK 信号的功率谱密度为：()()()][42c m c m s f f P f f P A f P ++-=2）2FSK将二进制码元“0”对应载波t f A 12cos π，“1”对应载波t f A 22cos π，则形成2FSK 信号，可以写成如下表达式：()()()()()12cos 2cos 2T n s n n s n nns t a g t nT A f t a g t nT A f t πϕπθ=-++-+∑∑当=n a 时，对应的传输信号频率为1f ；当1=n a 时，对应的传输信号频率为2f 。

上式中，n ϕ、n θ是两个频率波的初相。

2FSK 也可以写成另外的形式如下：()()cos 22T c n s n s t A f t h a g t nT ππ∞=-∞⎛⎫=+- ⎪⎝⎭∑其中，{}1,1-+∈n a ，()2/21f f f c +=，()⎩⎨⎧≤≤=其他 0T t 01s t g ，12f f h -=为频偏。

第8章新型数字带通调制技术思考题8-1 何谓MSK？其中文全称是什么？MSK信号对每个码元持续时间T B内包含的载波周期数有何约束？答：（1）MSK信号是指一种相位连续、包络恒定并且占用带宽最小的二进制正交2FSK 信号。

（2）其中文全称是最小频移键控。

（3）MSK信号每个码元持续时间T B内包含的波形周期数必须是1/4载波周期数的整数倍。

8-2 试述MSK信号的6个特点？答：MSK信号的6个特点：（1）其频率间隔为2FSK信号的最小频率间隔；（2）其每个码元持续时间T B内包含的波形周期数必须是1/4载波周期数的整数倍；（3）附加相位在码元间是连续的；（4）包络是正弦形；（5）正交的两路码元是偏置的；（6）对相邻频道干扰小。

8-3 何谓GMSK？其中文全称是什么？GMSK信号有何优缺点？答：（1）在进行MSK调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器。

这样的体制称为GMSK。

（2）其中文全称是高斯最小频移键控。

（3）GMSK信号的优缺点：①优点：进一步减小了对邻道的干扰。

②缺点：有码间串扰。

8-4 何谓OFDM？其中文全称是什么？OFDM信号的主要优点是什么？答：（1）OFDM是指一类多载波并行调制的体制。

（2）其中文全称是正交频分复用（3）OFDM信号的主要优点：①各路已调信号是严格正交的，接收端能完全地分离各路信号。

②能够充分利用频带。

③每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制，并且可以自适应地改变调制体制以适应信道特性的变化。

8-5 在OFDM信号中，对各路子载频的间隔有何要求？答：在OFDM信号中，为了使各路子载波信号相互正交，要求各路子载频间隔大于或等于1/T B，T B为码元持续时间。

8-6 OFDM体制和串行单载波体制相比，其频带利用率可以提高多少？答：设一OFDM系统中共有N路子载波，子信道码元持续时间为T B，每路子载波均采用M进制的调制，则它占用的频带宽度为频带利用率为单位带宽传输的比特率若用单个载波的M进制码元传输，为得到相同的传输速率，则码元持续时间应缩短为T B／N，而占用带宽等于2N／T B，故频带利用率为因此并行的OFDM体制和串行的单载波体制相比，频带利用率大约可以增至2倍。

通信的数学原理
通信的数学原理包括调制、信道编码、差错控制和解调等技术。

这些技术可以有效地在数据传输过程中提高数据传输的可靠性和效率。

调制是指将数字信号转换成模拟信号的过程。

常用的调制技术有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）等。

调制技术可
以将数字信息转换成模拟信号，以便在信道中传输。

信道编码是为了抵抗信道噪声而设计的重要技术。

通过引入冗余信息，信道编码可以在传输过程中检测和纠正错误。

最常用的信道编码形式是纠错码，如海明码、卷积码和低密度奇偶校验码（LDPC码）等。

差错控制是为了提高信号传输的可靠性而采取的措施。

差错控制技术通过检测和纠正传输过程中产生的差错，保证数据的完整性。

常用的差错控制技术有前向纠错（FEC）和自动重传请
求（ARQ）等。

解调是将模拟信号还原成数字信号的过程。

解调器可以将接收到的模拟信号转换成数字信号，以便在终端设备中进行处理和解码。

解调还可以进行信号恢复和时钟恢复等操作，以确保数据传输的准确性。

综上所述，调制、信道编码、差错控制和解调等数学原理是现代通信系统中不可或缺的核心技术。

这些技术的应用可以提高
数据传输的可靠性和效率，为人们的通信活动提供了强大的支持。

二进制数字调制原理数字带通传输系统：包括数字调制和数字解调过程的数字传输系统。

数字调制：利用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程。

数字解调：通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程。

二进制数字调制：调制信号是二进制数字基带信号的调制，其载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。

1．二进制振幅键控（1）2ASK的表达式2ASK信号的一般表达式其中若取则相应的2ASK信号就是OOK信号，其表达式为（2）2ASK的波形图7-1 2ASK/OOK信号时间波形（3）2ASK的产生方法①模拟调制法（相乘器法）图7-2 模拟调制法原理框图②键控法图7-3 键控法原理框图（4）2ASK的解调方法①非相干解调（包络检波法）图7-4 非相干解调法原理框图非相干解调过程的波形分析图7-5 非相干解调过程的时间波形②相干解调（同步检测法）图7-6 相干解调法原理框图（5）2ASK的功率谱密度①表达式②示意图图7-7 2ASK信号的功率谱密度示意图③特性a．2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。

b．2ASK信号的带宽B2ASK是基带信号带宽的2倍，即其中，（码元速率）。

2．二进制频移键控（1）2FSK的表达式2FSK信号的一般表达式为式中，和分别是第n个信号码元的初始相位，在频移键控中，和不携带信息，通常令和均为0。

所以可简化为（2）2FSK的波形图7-8 2FSK信号的时间波形（3）2FSK的产生方法①模拟调频法产生的2FSK信号在相邻码元之间的相位是连续变化的，称为连续相位FSK（CPFSK）。

②键控法图7-9 键控法产生2FSK信号的原理图产生的2FSK信号相邻码元之间的相位不一定连续。

（4）2FSK的解调方法①非相干解调图7-10 非相干解调法原理框图②相干解调图7-11 相干解调法原理框图（5）2FSK的功率谱密度①表达式②示意图图7-12 相位不连续2FSK信号的功率谱示意图③特性a．相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成；连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加，离散谱位于两个载频f1和f2处。

通信原理复习资料第一章 绪论1、模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 2、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 3、数字通信的特点 优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累 （2）传输差错可控（3）便于处理、变换、存储（4）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 （5）易于集成，使通信设备微型化，重量轻 （6）易于加密处理，且保密性好 缺点：（1）需要较大的传输带宽 （2）对同步要求高4、通信系统的分类（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统 （2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 （3）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 （4）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 （5）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信（6）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用 ★★5、通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），是“速度”问题； 可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。

模拟通信系统模型数字通信系统模型（1）模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。

可靠性：可用接收端解调器输出信噪比来度量。

（2）数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。

可靠性：常用误码率和误信率表示。

码元传输速率R B ：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ）； 信息传输速率R b ：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒。

6、通信的目的：传递消息中所包含的信息。

7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信★8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。

一个二进制码元含1b 的信息量；一个M 进制码元含有log 2M 比特的信息量。

9、信息源的熵，即每个符号的平均信息量：)x (p log )x(p I i 2n1i i∑=-=结论：等概率发送时，信息源的熵有最大值。

通信原理知识
通信原理是指在传输信息时，通过信号的生成、编码、调制、调整及解码等过程，从发送端将信息通过信道传输到接收端，并从接收端恢复原始信息的技术原理和方法。

其核心目标是实现信息的可靠传输和高效传送。

在通信原理中，常见的技术原理包括：
1. 模拟通信原理：模拟通信是指将原始信息转换成连续变化的模拟信号，通过调制、放大、传输等步骤进行传输的通信方式。

常见的模拟调制技术有调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）等。

2. 数字通信原理：数字通信是指将原始信息转换为离散的数字符号，通过编码、传输和解码等步骤进行传输的通信方式。

常见的数字调制技术有振幅调制（ASK）、频移键控（FSK）、
相移键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）等。

3. 噪声及信道模型：通信过程会受到噪声和信道影响，因此了解噪声与信道的特性对通信原理至关重要。

噪声主要包括加性白噪声和信道噪声，信道模型则用于描述信号在信道中的传输特性。

4. 调制解调技术：调制解调技术是实现信号调制和解调的关键环节。

调制将原始信号转换为适合传输的信号，解调则将接收到的信号恢复为原始信号。

常见的调制解调技术有振幅调制解调、频移键控解调、相移键控解调和正交幅度调制解调等。

5. 误码控制：为了保证信息的可靠传输，通信系统常常采用纠错编码、交织技术和反馈控制等方法来进行误码控制。

这些技术可以提高通信系统的容错性，减小信道传输中出现的错误率。

综上所述，通信原理涉及信号的调制与解调、噪声与信道模型、误码控制等多个方面的知识。

深入理解通信原理对于设计和改进通信系统具有重要的意义。