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通信原理第7版第3章PPT课件(樊昌信版)名师优秀资料

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通信原理第3章(樊昌信第七版)PPT

通信原理第3章(樊昌信第七版)PPT
根据互相关函数的性质应有代入上式得到上式表明rsc的奇函数所以同理可证sccssccsscsc代入下两式得到根据平稳性故由式得到因为t是高斯过程所以一定是高斯随机变量从而根据可知0处互不相关又由于它们是高斯型的因此t同样是平稳高斯过程而且均值为零方差也相同
通信原理
1
通信原理
第3章 随机过程
2
第3章 随机过程
第3章 随机过程
将 Rsc(0)0 代入下两式
Rcs(0) 0
R () R c ()co c s R c(s)sicn R () R s()co c s R s( c)sicn
E0t Ei tH 0= a H 0
a是输入过程的均值，H(0)是线性系统在f=0时的频率响 应，即直流增益。
15
输出过程o(t)的均值
0(t) h()i(t)d
对上式两边取统计平均：
得到
E [0 ( t) ] E h ()i( t ) d h () E [i( t ) ] d
(t)c (t)co c t ss(t)sic tn
得到
E ( t ) E [ c ( t ) c ] c t o E [ s ( s t ) s ] c t in
因为(t)平稳且均值为零，故对于任意的时间t，都有 E[(t)] = 0 ，所以
E [c ( t) ] 0 ， E [s( t) ] 0
Po f ＝Hf 2 Pi f
H(f)为系统的频率响应。
19
输出过程o(t)的功率谱密度
对下式进行傅里叶变换：
R o ( t 1 ,t 1 ) h () h () R i( ) d d R o ()
得出
Po(f) Ro()ejd
h ( )h ()R i()dd e jω τ d

樊昌信版通信原理课件

樊昌信版通信原理课件

数字信号的表示与处理
数字信号的表示方法：包括模拟信号的抽样、量化、编码等过程，以及数字信号的二进制表示 形式。
数字信号的处理方法：包括数字信号的滤波、调制解调、编码解码等处理技术，以及数字信号 处理在通信系统中的应用。
数字信号的传输方式：包括数字信号的传输码型、传输速率、传输距离等，以及数字信号在光 纤、无线等传输介质中的传输特性。
通信原理的基本原理与概念
通信系统的基本组成
信号的传输方式
信号的调制与解调
信道容量与香农定理
樊昌信版通信原理的特点与优势
内容丰富：涵盖了通信原理 的各个方面，包括信号分析、 信道特性、调制解调、编码 解码等。
结构清晰：采用模块化的方式 组织内容，使得学习更加系统 化、条理化。
理论性强：注重理论推导和 证明，对于通信原理的核心 概念和原理进行了深入的探 讨。
实践性强：通过大量的例题和 实验，帮助学生更好地理解和 掌握通信原理的应用。
语言简洁：用简洁明了的语言 描述复杂的概念和原理，使得 学习更加轻松愉快。
樊昌信版通信原理的应用与发展
樊昌信版通信原理的应用领域 樊昌信版通信原理在通信系统中的应用 樊昌信版通信原理在无线通信中的应用 樊昌信版通信原理的发展趋势与未来展望
因果系统与非因 果系统
线性时不变系统
定义：满足线性 性和时不变性的 系统
特性：具有叠加 性和比例性，满 足齐次性和可逆 性
描述方式：常系 数线性微分方程 或差分方程
分类：连续时间 系统和离散时间 系统
Part Four
模拟通信原理
调制的基本概念
调制的作用：将低频信号转换 为高频信号，以便传输
调制的方式：调幅、调频、调 相
数字信号的接收与处理：包括数字信号的接收、解码、解调等处理过程，以及数字信号处理在 接收系统中的应用。

通信原理第7版课件樊昌信版

通信原理第7版课件樊昌信版

? 2 F2 (x1，x2；t1, t2 ) ?x1?x2
?
f2 ( x1，x2；t1，t2 )
二维概率密度函数
大家好
? n 维分布函数 n 维概率密度函数
大家好
§3.1.2 随机过程的数字特征 ---描述随机过程的主要特性
? 均值 ---随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心
? E ??(t)??
t1
t2
t
? 特性描述 ：
大家好
§3.1.1 随机过程的分布函数
? 一维分布函数 ---描述孤立时刻的统计特性
F1(x1，t1) ? P[t?() 1 ? x1]
?F1 (x1，t1 ) ? ?x1
f1(x1，t1 )
一维概率密度函数
? ? ? 二维分布函数 F2 (x1，x2；t1，t2 ) ? P? (t1 ) ? x1， (t2 ) ? x2 ?
—— 自变量的 递减 函数
erf (c0) ? 1 erf (?c ) ? 0
大家好
课件制作：曹丽娜
erfc()x ? 1 ? erf ()x
erf (? x) ? ? erf (x) erf (? x)c ? 2 ? erf (x) c
利用误差函数，可将F(x)表示为：
意义：
F
(x)
?
? ?? ?
西安电子科技大学 通院
大家好
课件制作：曹丽娜
例
解题 第1步：判断? (t)是否平稳，即求其统计平均值
思路：
若均值为常数，且自相关函数只与时间
间隔? 有关， 则? (t) 是广义平稳的。 第2步：求? (t) 的时间平均值
第3步：比较 统计平均值 和 时间平均值
解题 过程： 参见教材41页

通信原理第3章(樊昌信第七版)

通信原理第3章(樊昌信第七版)
6
3.3.3 高斯随机变量
定义：高斯过程在任一时刻上的取值是一个正态分布的 随机变量，也称高斯随机变量，其一维概率密度函数为
1
(x a)2
f (x)
2
exp
2 2
式中 a － 均值
2 － 方差
f (x) 1 2
曲线如右图：
o
a
x
7
性质
f (x)对称于直线 x = a，即
f a x f a x
1 1 xa
erf
2 2 2σ
式中
erf (x)
2
x 0
et
2
dt
－误差函数，可以查表求出其值。10
用互补误差函数erfc(x)表示正态分布函数：
式中
F
(x)
1
1 2
erfc
x
a
2
erfc(x) 1 erf (x) 2 et2dt
x
当x > 2时，
erfc(x) 1 ex2 x
11
用Q函数表示正态分布函数：
➢ Q函数定义： Q(x) 1 et2 /2dt
2 x
➢ Q函数和erfc函数的关系：
Q(x)
1 2
erfc
x 2
erfc(x) 2Q( 2 x)
➢ Q函数和分布函数F(x)的关系：
F ( x)
1
1 2
erfc
x
a
2
1
Q
x
a
➢ Q函数值也可以从查表得到。
f (x) 1 2
f (x)dx 1
a
1
f (x)dx f (x)dx
Байду номын сангаас

樊昌信 通信原理 课件

樊昌信 通信原理 课件
数字通信系统
二进制数字信号的传
二进制数字信号
由0和1组成的数字信号，是数字通信中最基本的信号形式。
二进制信号的传输方式
通过数字信号传输线路，将二进制信号进行传输。
二进制信号的传输速率
指单位时间内传输的二进制位数，是衡量数字通信系统性能的重要 指标之一。
多进制数字信号的传
多进制数字信号
除二进制外的其他进制数字信号，如四进制、 八进制等。
03
调幅信号的缺点是抗干 扰能力较差，信号质量 容易受到噪声和干扰的 影响。
04
调幅信号广泛应用于广 播、电视、无线电通讯 等领域。
调频（FM）通信系统
调频（FM）通信系统是一种通过改变载波信号的频率 来传递信息的方式。
调频信号的缺点是接收设备相对复杂，成本较高。
调频信号的优点是抗干扰能力强，信号质量稳定，适用 于短距离传输。
数字信号传输实验
总结词
掌握数字信号传输的基本原理和技术 。
详细描述
通过实验，学生将学习如何进行数字 信号的传输和处理，了解数字信号的 调制解调、同步、纠错编码等关键技 术，以及数字信号传输在通信系统中 的应用和优势。
THANKS
感谢观看
樊昌信《通信原理》课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 目录
• 绪论 • 信号与频谱 • 模拟通信系统 • 数字通信系统 • 信道编码与差错控制 • 通信原理实验
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统的总称，它由信源、信道和信宿组 成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
码等。
线性分组码

通信原理第7版第3章PPT课件樊昌信版91706

通信原理第7版第3章PPT课件樊昌信版91706
)P

)
偶函数：P
(
(
Q&A
西安电子科技大学 通院

自相关函数的意义？作用？

功率谱密度的意义？作用？
课件制作：曹丽娜
例
解题 第1步：判断 (t )是否平稳，即求其统计平均值
思路：
若均值为常数，且自相关函数只与时间
间隔 有关， 则 (t ) 是广义平稳的。
第2步：求 (t ) 的时间平均值
意义：
注意：
含义：
§3.2.3 平稳过程的自相关函数

R
(

)

E
[
((

t
)(
t

)
]
重要性质：
2
(
0
)
E
[

(
t)
]
S
（1） R
---平均功率
2
2
(
)
E
[
()
t]
a
（2） R
---直流功率
(0
)R
(
) 2
（3） R
---交流功率（方差）
)
（4） R()R(
---偶函数


平稳、高斯

正交分量
s(t)
且 均值为0，方差也相同：
2 c2 s2
平均功率相同
并且 R (0) 0 互不相关
CS
∴统计独立
∵高斯
∵均值 0
§3.5.2 包络和相位的统计特性
借助结论1,根据关系：
按照推导思路：
推出结论2：
结论2
均值0 、方差

2
的平稳高斯窄带过程

通信原理樊昌信PPT课件


2．难点： 在掌握理论推导的基础上，弄清其物理意义
有部分随机信号分析的方法
大量采用付立叶变换的谱分析方法
3．方法： 住系统框图，理清分析思路
弄清推导思路，学会分析方法
深入领会结论，灵活应用解题
提倡简单预习，重听更重思考
认真完成作业，障碍及时清扫
§0.3参考书
1． 《现代通信原理》 清华 曹志刚
2． 《通信原理》
并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方 式在两条或两条以上的并行信道上同时传输
1.3.1 通信系统的分类
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 … …
按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传 输系统
调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。
按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、
因特网和计算机通信等。
第1章 绪论
电信发明史
1837年：莫尔斯发明有线电报 1876年：贝尔发明有线电话 1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世 1936年：商业电视广播开播
……………
后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”， 包括光通信，因为光也是一种电磁波。
信 道 编
码
数
字 调
信道
制
数 字 解 调
信 道 译
码
解
信 源
译 密码
受 信 者
噪声源
图1-5 数字通信系统模型
信源编码与译码目的：
➢ 提高信息传输的有效性 ➢ 完成模/数转换

通信原理 樊昌信第七版


t 0
；说明此信号类型。
else
[解析] 计算x(t)的总能量
E x(t)2dt t2dtt3
0
3
0
计算x(t)的平均功率
P lim 1T /2 t2 d tlim 1(T /2 )3 lim T 2
T T 0
T T 3 T 2 4
该x(t)的能量和平均功率皆为，因此此信号既非能量信号 也非功率信号。
n
能量和功 率计算的
c S1/T0
T0/2 f2 t
T0/2
dt
2
n
第二种方 法：通过 频域函数。
25
帕什瓦尔定理的证明
证明：
ft2 d t ft 1 /2 F ej td d t
e 1/2 F ft j td d t
1/2 FF*d
1/2 F2d
a
n
bn 2
,
cn
a0 2
,
an
2
jb n
,
n0 n0
n0
将时域周期型号转换为频域的频谱信号 21
非周期信号的傅立叶变换
F() f(t)ejtdt
f(t)21
F()ejtd
幅度频谱：F() F()F()ej()
相位频谱：()
22
功率信号的频谱
周期性信号（功率信号）可以用指数 形式的傅里叶级数展开
随机信号（不确知信号），其在定义域内的任意 时刻都没有确定的函数值。例如，通信系统中的 接收信号、热噪声等。
3
确知信号的类型
一、确知信号的定义
在任何时间都确定和可预知的信号，可用数学公式表达
二、确知信号的分类
1、按周期性：周期信号 eg:正弦信号、周期脉冲串 非周期信号eg:冲激信号、指数函数、语音信号、Sa(x)函数

通信原理课件(樊昌信)通信绪论


a=2 a=e a = 10
单位为比特（ ） 单位为比特（bit） 单位为奈特 单位为哈莱特
对于若干个独立事件构成的消息， 对于若干个独立事件构成的消息，信息量为各独立 事件信息量的总和。 事件信息量的总和。
I (x) = −∑log 2 p(xi )
i
(2)
信息量最小为零，不会为负。 信息量最小为零，不会为负。 （2）信源的熵：信息源每个符号的平均信息量。 ）信源的熵：信息源每个符号的平均信息量。 一般信息源里各符号出现的概率并不相等， 一般信息源里各符号出现的概率并不相等，信息量 不同，若先后相继发出的符号互不相关（统计独立）， 不同，若先后相继发出的符号互不相关（统计独立）， 信源符号的平均信息量为： 信源符号的平均信息量为：
带 信 号
信道 噪声源
解调 器
输出变换 器和信宿
模拟通信系统模型
（4）数字通信系统： ）数字通信系统： 信道上传送数字信号。 信道上传送数字信号。 信源 和输 入变 基 带 换器
信 号
编 码 器
调 制 器
信道 噪声源
解 调 器
译 码 器
输出 变换 器和 信宿 解 密 器
数字通信系统 加 密 器 编 码 器 调 制 器 数字 解 调 器 译 码 器 输出 变换 器和 信宿
输出变换器和信宿：把接收设备复制的电信号变换成 输出变换器和信宿： 接收者能接受的消息。 接收者能接受的消息。 噪声源：由于系统中信道是受干扰最严重的地方， 噪声源：由于系统中信道是受干扰最严重的地方，把 系统受到的干扰看作是从信道引入的。（ 。（不是人为引 系统受到的干扰看作是从信道引入的。（不是人为引 入的） 入的） 信源和输 入变换器 信道 噪声源 基带传输系统示意图 输出变换 器和信宿

通信原理樊昌信课件

模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
信息是通信的实质，信号则是信息的 载体，用于传输信息。
通信系统的分类
有线通信与无线通信
01
根据传输介质的不同，通信系统可分为有线通信和无线通信。
模拟通信与数字通信
02
根据信号类型的不同，通信系统可分为模拟通信和数字通信。
卫星通信、移动通信和光纤通信
多进制调制简介
总结词
利用多个状态来表示多位信息
详细描述
多进制调制是一种数字调制方法，它使用多个状态来表示多位信息。与二进制调制相比 ，多进制调制具有更高的频带利用率和抗干扰能力。常见的多进制调制方法包括四相相
移键控（QPSK）和正交幅度调制（QAM）等。
05
信道编码
信道编码的基本概念
1
信道编码是在发送端对原始信号进行适当的编码 ，以便在信道传输过程中减少错误的发生。
通信原理樊昌信课件
contents
目录
• 绪论 • 信号与噪声 • 模拟调制系统 • 数字调制系统 • 信道编码 • 通信同步原理 • 通信中的多址技术
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统，由信源、信道、信宿和信号处理 等部分组成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
VS
分类
多址技术可以分为频分多址（FDMA）、 时分多址（TDMA）、码分多址（ CDMA）和空分多址（SDMA）等。
FDMA（频分多址）
原理
频分多址采用不同的频率通道分配给不同的 用户，每个用户占用一个独立的频带，通过 频带复用实现多用户通信。
特点
频分多址具有实现简单、保密性好等优点， 但频率资源有限，随着用户数增加，频率资 源将变得紧张。
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E XT ( f ) P ( f ) E P x ( f ) li m T T
xT (t ) ---截短函数
T
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
平稳过程的功率谱密度（PSD）与自相关函数是一对傅里叶变换：
维纳-辛钦定理 当 =0时，有 PSD 性质：

R( ) P ( )
R() E 2[ (t )] a2
R(0) R() 2
（3 ）
（4） R( ) R( )
（5 ）
R( ) R(0)

R() lim E[ (t ) (t )] E[ (t )]E[ (t )] E 2 [ (t )]
随机过程 de 基本概念
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
--- 何谓随机过程？

定义：

属性：

t1
t2
t
特性描述：
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§3.1.1 随机过程的分布函数

一维分布函数
---描述孤立时刻的统计特性
F1 ( x1，t1 ) P[ (t1 ) x1 ]
非负性： P () 0

P 偶函数： ( ) P ( )
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
Q&A
自相关函数的意义？作用？ 功率谱密度的意义？作用？


西安电子科技大学 通信工程学院 西安电子科技大学 通院
课件制作：曹丽娜 课件制作：曹丽娜
例
解题 第1步：判断 (t )是否平稳，即求其统计平均值 思路：

一维概率密度函数
记为������(a ，σ2)
a---分布中心 ---集中程度
性质： 关于直线 x=a 对称




f ( x)dx 1
f ( x)dx
a
a

若均值为常数，且自相关函数只与时间
间隔 有关， 则 (t ) 是广义平稳的。
第2步：求 (t ) 的时间平均值 第3步：比较 统计平均值 和 时间平均值
解题 过程： 参见教材41页
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§3.3
高斯随机过程
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
§3.2.2 各态历经性（遍历性）
设x(t) 是平稳过程的任一个实现（样本），它的时间平 均值为： 1 T /2 a x(t ) lim x(t )dt T T T / 2 遍历 1 T /2 R ( ) lim x(t ) x(t ) dt T T T / 2 意义： 注意的关联程度
令
， 则有： t2 - t 1
R(t1 , t2 ) R(t1, t1 )

互相关函数 ---两个过程的关联程度
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§3.2
平稳随机过程
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§3.2.1 定义
含义：
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
§3.2.3 平稳过程的自相关函数

重要性质： （1） （2）
R( ) E[( (t ) (t )]
---平均功率 ---直流功率 ---交流功率（方差） ---偶函数 ---上 界
R(0) E[ 2 (t )] S

--- t 的确定函数

方差 ---表示随机过程在时刻 t 对于均值的偏离程度
当 a(t)=0 时：
2 (t ) E[ 2 (t )]
西安电子科技大学 通信工程学院
E[ 2 (t )] 均方值
课件制作：曹丽娜
均值和方差描述了随机过程在各个孤立时刻的特征，为了描述随机过程在两 个不同时刻状态之间的联系，还需利用二维概率密度引入新的数字特征。
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜

n 维分布函数
n 维概率密度函数
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§3.1.2 随机过程的数字特征


---描述随机过程的主要特性
均值 ---随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心
E (t ) xf1 ( x, t )dx a(t )
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§3.3.1 定义
(t )
§3.3.2 重要性质
（1）若广义平稳，则狭义平稳； （2）若互不相关，则统计独立；
（3）若干个高斯过程的代数和仍是高斯型；
（4）高斯过程→线性变换→高斯过程。
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
§3.3.3 高斯随机变量
E{[ (t ) (t )]2} 0 2R(0) 2R( ) 0
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
§3.2.4 平稳过程的功率谱密度（PSD）

样本的功率谱： 过程的功率谱
XT ( f ) Px ( f ) li m T T
2
统计平均
2

F1 ( x1，t1 ) f1 ( x1，t1 ) 一维概率密度函数 x1

二维分布函数
F2 ( x1，x2；t1，t 2 ) P (t1 ) x1， (t 2 ) x2
2 F2 ( x1，x2；t1 , t 2 ) f 2 ( x1，x2；t1，t 2 ) x1x2 二维概率密度函数

狭义平稳

随机过程的统计特性与时间起点无关。

一维分布则与时间t 无关：
f1 ( x1 , t1 ) f1 ( x1 )
二维分布只与间隔τ有关： f2 ( x1 , x2 ; t1 , t2 ) f2 ( x1 , x2 ; )
注意：

广义平稳

均值与时间 t 无关: 相关函数仅与 τ有关:
第3章
随机过程
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
本章内容
随机过程的基本概念
第3章 随机过程
平稳、高斯、窄带过程的统计特性 正弦波加窄带高斯过程的统计特性 随机过程通过线性系统 高斯白噪声和带限白噪声
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§3.1