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通信原理ICommunication Theory安建伟北京科技大学通信工程系第六章 数字信号的频带传输6.1 引言 6.2 二进制数字信号正弦型载波调制 6.3 四相移相键控 6.4 M进制数字调制 6.5 恒包络连续相位调制第6章数字信号的频带传输6.1 引言1.数字信号的正弦型载波调制数字信号 d(t) 调制 频带信号 带通信道s ( t ) = A c o s ( 2 π ft + ϕ ) = F ( d ( t ))用数字基带信号去控制正弦型载波的某参量： ¾ 控制载波的幅度，称为振幅键控(ASK)； ¾ 控制载波的频率，称为频率键控(FSK)； ¾ 控制载波的相位，称为相位键控(PSK)。
3北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输2. 数字信号的分类 （1）二进制及M进制(M>2)； （2）按是否满足叠加原理分类： 线性调制及非线性调制； （3）按已调符号约束关系分类 无记忆调制及有记忆调制。
4北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输6.2 二进制数字信号的正弦载波调制1. 二进制通断键控（OOK或2ASK） 2. 二进制移频键控（2FSK） 3. 二进制移相键控（2PSK或BPSK） 4. 2PSK的载波同步 5. 差分移相键控（DPSK）5北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输 (OOK) 6.2.1 二进制通断键控二进制通断键控(OOK： On-Off Keying) 又名二进制振幅键(2ASK)，它是以单极性 不归零码序列来控制正弦载波的导通与关 闭。
即正弦载波的幅度随数字基带信号而 变化。
6北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输1. OOK信号的产生a) 模拟法n = −∞∑+∞a nδ ( t − nTb )b (t ) =a n = 0 或1脉冲成形 滤波器 冲激响应 g T ( t )n = −∞∑+∞a n g T ( t − nTb )sO O K (t ) A cos(2π f c t )b) 键控法载波 cosωct开关电路1 0KSOOK(t)b(t)7北京科技大学通信系第6章数字信号的频带传输¾时域表示b( t ) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTb )其中b(t)为单极性矩形不归零脉冲序列。
121第六章 数字调制系统（数字频带传输系统）6.1 引 言在实际通信中，有不少信道都不能直接传送基带信号，而必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即所谓调制。
数字调制是用载波信号的某些离散状态来表征所传送的信息，在收端对载波信号的离散调制参量进行检测。
数字调制信号也称键控信号。
在二进制时，有ASK ~ 振幅键控 FSK ~ 移频键控 PSK ~ 移相键控 正弦载波的三种键控波形 见樊书P129，图6－16.2 二进制数字调制原理6.2.1 二进制振幅键控（2ASK ） 一、一般原理及实现方法2ASK 是用“0”，“1”码基带矩形脉冲去键控一个连续的载波，使载波时断时续地输出。
最早使用的载波电报就是这种情况。
数字序列{}n a()t s 单极性基带脉冲序列 ()()t t s t ec ω=cos 0 与t c ωcos 相乘，()t s 频谱搬移到c f ±附近，实现2ASK 。
{}n a 信号2ASK 调制的方框图转换成数字调制系统的基本结构图122带通滤波器滤出所需已调信号，防止带外辐射，影响邻台。
二、2ASK 信号的功率谱及带宽()()()()∑∞-∞=-=ω=n s n c nT t g a t s tCos t s t e 0 ⎩⎨⎧-=ppa n 110，概率为，概率为随机变量()()()()()()()()()s s T f j s a s T j s a s e fT S T f G eT S T G E t e S t s G t g 002 π-ω-⋅π=⋅⎪⎭⎫ ⎝⎛ω=ωω↔ω↔ω↔或，设 ()()()[]c c S S E ω-ω+ω+ω=ω21()()()的功率为：则在频率轴上互不重叠，，假如t e S S c c 0ω-ωω+ω()()()[]()()()[]c S c S E c S c S E f f P f f P f P P P P -++=ω-ω+ω+ω=ω4141或)(f P S 为)(t s 的功率谱，可见，知道了)(f P S 即可知道)(f P E 。
第六章 数字调制系统1． 已知电话信道可用的信号传输频带为600-3000Hz ，取载频为1800Hz ，试说明：(1) 采用α=1余弦滚降基带信号时，QPSK 调制可以传输2400b/s 数据；(2) 采用α=0.5余弦滚降基带信号时，8PSK 调制可以传输4800b/s 数据；解：(1) R b =2400b/s , R B =1200(B) , 基带奈氏带宽W 1= R B / 2 = 600Hz ,信道带宽为 B = 3000 – 600 = 2400Hz = (1+α) 2W 1 = (1+α) R B α=1时，QPSK 系统的频带利用率为数据传输速率为（2）α=0.5时，8PSK 系统的频带利用率为数据传输速率为2．设有一个2PSK 信号，其码元传输速率为1000B ，载波波形 为A cos ( 4 π ⨯ 10 6 t )。
(1) 试问每个码元中包含多少个载波周期？(2) 若发送“0”和“1”的概率分别是0.6和0.4，试求此信号的功率谱密度的表达式。
解：(1)由载波波形可知已调信号载频为2⨯106 Hz ，因此每个码元中包含2⨯106 / 1000 = 2000个载波周期。
222log log log 4 1 //(1)(1)11b B b B R R M M b s Hz B R ηαα=====+++240012400 /b b R B b sη==⨯=22log log 8 2 //(1)10.5b M b s Hz ηα===++240024800 /b b R B b sη==⨯=(2) 2PSK 功率谱密度为因为P s （f ）为基带信号双极性矩形脉冲的功率谱密度，因此有：注：因为先验不等概，所以P s ( f )的离散谱中只有m = 0一项不为零， 故P 2PSK ( f )存在离散载波f c 分量。
3．设有一个2DPSK 传输系统对信号采用A 方式编码，其码元速率为1200B ，载波频率为2400Hz ，已知输入码元序列为011010， 试画出此2DPSK 信号序列的波形图。
填空题1. PSK是用码元载波的(相位)来传输信息，DSP是用前后码元载波的（相位差）来传输信息，它可克服PSK的相位模糊缺点。
2.采用相干解调方式时，相同误码率条件下，2ASK,2FSK,2PSK系统所需信噪比数量关系为（2ASK>2FSK>2PSK）3.MSK信号时包络恒定，（相位连接），（带宽最小）并且严格正交的2FSK信号。
4二进制调制中，载波的幅度，频率或相位有（2）种变化，，相应的调制方式有（2ASK,2FSK,2PSK/2DPSK）5对正弦载波的振幅，频率或相位进行键控，便可获得（振幅键控）（频移键控）（相位键控）三种基本的数字调制方式。
6在误码率Pe相同的条件下，对信噪比r的要求：2ASK比2FSK高（3）dB,2FSK 比2PSK高（3）dB,2ASK比2PSK高（6）dB。
7 如果理想MPSK数字调制传输系统的带宽为12KHz,则该系统无码间串扰最大信息传输速率为（12㏒2Mkb/s）8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），而键控法产生的2FSK信号的相位在相邻码元之间（不一定连续）9. 2ASK信号中的调制信号s(t)是（单极性）非归零数字基带信号，而在2PSK 中的调制信号s(t)是（双极性）非归零数字基带信号。
10数字带通传输系统的最高频带利用率是（1）Baud/Hz,8PSK的系统的信息传输速率为1500b/s,其无码间干扰传输的最小带宽为（500）Hz.11 二进制数字调戏系统，当码元速率相同时，（2FSK）系统带宽最宽，抗噪声性能方面，（OOK）最差。
12对于2DSK、2ASK、2FSK通信系统，按可靠性好坏，排列次序为（2DPSK、2ASK、2FSK），按有效性好坏，排列次序为（2DPSK（2ASK）、2FSK）13在2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK通信系统中，可靠性最好的是（2PSK），有效性最好的是（2ASK、2PSK）14设信息速率为2.048Mbit/s,则2DPSK信号带宽为（4.096Mbit/s,），QPSK信号的带宽为（2.048Mbit/s,）。
第一部 各章重要习题及详细解答过程第1章 绪论1—1 设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。
试求E 及x 的信息量。
解：英文字母E 的信息量为105.01log 2=E I =3.25bit 英文字母x 的信息量为002.01log 2=x I =8.97bit 1—2 某信息源的符号集由A 、B 、C 、D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、l/8、l/8/、3/16和5/16。
试求该信息源符号的平均信息量。
解：平均信息量，即信息源的熵为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-163log 1632-165log 1652- =2.23bit/符号1—3 设有四个消息A 、BC 、D 分别以概率1/4、1/8、1/8和l/2传送，每一消息的出现是相互独立的，试计算其平均信息量。
解：平均信息量∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 412-81log 812-81log 812-21log 212-=1.75bit/符号1—4 一个由字母A 、B 、C 、D 组成的字。
对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A ，01代替B ，10代替C ，11代替D ，每个脉冲宽度为5ms 。
(1)不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率。
(2)若每个字母出现的可能性分别为P A =l/5，P B =1/4，P C =1/4，P D =3/10 试计算传输的平均信息速率。
解：(1)不同的字母是等可能出现，即出现概率均为1／4。
每个字母的平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=41log 4142⨯-=2 bit/符号因为每个脉冲宽度为5ms ，所以每个字母所占用的时间为 2×5×10-3=10-2s每秒传送符号数为100符号／秒 (2)平均信息量为∑=-=ni i i x P x P H 12)(log )(=51log 512-41log 412-41log 412-103log 1032-=1.985 bit/符号平均信息速率为 198.5 比特/秒1—5 国际莫尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3单位的电流脉冲表示，点用持续1个单位的电流脉冲表示；且划出现的概率是点出现概率的l/3；(1)计算点和划的信息量；(2)计算点和划的平均信息量。
南京邮电大学工程硕士专业课入学考试复习提纲《通信原理》复习提纲（电子与通信工程领域）参考书：樊昌信等《通信原理》（第五版），国防工业出版社。
一、概论部分1）通信系统的组成了解模拟通信系统和数字通信系统的基本概念，系统模型了解数字通信的主要优势2）通信系统的分类和通信方式了解通信系统的5种主要分类方法及相应的实例了解点对点通信的3种方式：单工、半双工、全双工3）信息及其度量了解消息和信息的含义掌握信息量的定义及其单位掌握等概率条件下，M进制数字信号信息量的计算掌握非等概率条件下，每个符号所含的平均信息量的计算掌握数字通信中的传输速率和差错率概念二、随机信号分析基础知识1）随机过程的一般表述了解随机过程的统计特性：概率分布和数字特征了解几个主要的随机过程数字特征：数学期望、方差、协方差和相关函数2）平稳随机过程了解平稳随机过程的数学定义及其数字特征了解宽平稳和严平稳的意义了解平稳过程的“各态历经性”了解平稳随机过程的相关函数的主要性质，相关函数与功率谱密度的关系3）高斯过程了解高斯过程的数学定义及其特性4）窄带随机过程了解窄带随机过程的数学定义，掌握零均值平稳高斯窄带过程同相分量和正交分量的统计特性5）随机过程通过线性系统了解平稳随机过程通过线性系统的输出过程的统计特性，包括数学期望、方差、相关函数和功率谱密度等三、通信信道1）信道定义与数学模型了解狭义信道和广义信道的概念了解调制信道和编码信道的概念了解调制信道数学模型，调制信道对信号的影响：乘性干扰和加性干扰；在乘性干扰的基础上，进一步了解把信道分为恒参信道和随参信道，了解几种恒参信道和随参信道的实例了解编码信道数学模型了解恒参信道特性及其对信号传输的影响了解随参信道特性，分集接收的概念和主要方式2）信道容量掌握离散信道和连续信道的信道容量基本概念和定义，了解带宽、信号功率和噪声功率谱密度变化时的Shannon公式信道容量变化趋势四、模拟调制系统1）幅度调制（线性调制）的原理及抗噪性能了解幅度调制信号的一般表示，线性调制器的一般模型了解双边带信号、调幅信号、单边带信号和残留边带信号的产生和表达式了解各种线性调制系统的抗噪性能2）角度调制（非线性调制）的原理及抗噪性能了解角度调制（非线性调制）的原理及抗噪性能3）模拟调制系统的抗噪性能比较了解DSB、SS、AM和FM抗噪性能比较五、数字基带传输系统1）数字基带传输系统了解基带传输与频带传输概念、系统的基本结构2）数字基带信号码波形及常用传输码型了解单极性码、双极性码、单极性归零码、双极性归零码、差分码和多元码等信号码波形了解几种常用传输码型，包括：AMI、HDB3、CMI、nBmB码等3）基带脉冲传输及码间干扰了解码间干扰的基本定义了解Nyquist无码间干扰判决准则了解部分响应波形和部分响应系统的基本意义4）时域均衡了解均衡器的概念了解横向滤波器的基本概念六、正弦载波数字调制系统了解2ASK调制的基本原理，掌握2ASK信号的产生方法、波形、接收系统框图了解2FSK调制的基本原理，掌握2FSK信号的产生方法、波形、接收系统框图了解2PSK 、2DPSK调制的基本原理，掌握2PSK 、2DPSK信号的产生方法、波形、接收系统框图了解二进制数字调制系统的性能比较结果七、模拟信号的数字传输1）抽样掌握抽样定理，了解带通信号的抽样定理2）量化掌握均匀量化的基本方法和性能了解非均匀量化的基本概念、两种对数压缩率原理3）PCM及其抗噪性能了解PCM基本概念，掌握量化系统性能，包括：量化噪声功率、输出信号功率和量化信噪比4）差分脉冲编码调制DPCM及增量调制DM了解DPCM编解码器组成框图及工作原理了解DM编解码器组成框图及工作原理八、同步原理1）载波同步了解插入导频的两种方法的原理及框图了解直接法的四种方法，掌握平方变换法和平方环法的原理及框图2）位同步了解位同步的意义了解导频法和直接法位同步的基本原理3）群同步了解群同步的意义了解起止式同步法、连贯式插入法和间隔式插入法的基本原理4）网同步了解网同步的基本概念了解主从同步法、相互同步法、码速调整法和书库法的基本原理九、通信网1）通信网的分类和交换方式了解通信网的不同分类，了解两种主要的交换方式2）通信网的拓扑结构与协议了解通信网几种典型的拓扑了解信令与协议的概念了解OSI参考模型掌握几种主要的多路复用方式南邮通信最新复习大纲南京邮电大学全国统考硕士生入学考试业务课程大纲课程编号:814 课程名称:通信原理一、考试的总体要求通信原理属于电子信息技术类专业的一门重要的基础理论课程。
