高级通信原理第1章绪论(于秀兰)

高级通信原理
课程类型ຫໍສະໝຸດ Baidu 学位课
学时数： 48学时
先修课程：通信原理、信号与系统、概率论与随机过程
参考教材：
1）通信系统 （第4版）Simon Haykin,电子工业出版社。
2）周炯磐，《通信原理》（第3版），北京邮电大学出版 社，2008。
3） John G.Proakis，“Digital communications”， 4th Edition，电子工业出版社，2001。
在数字通信中，接收机的主要功能不是单纯的解调， 而在于作出“判决”，这是与模拟通信最大的不同。
判决方法不是唯一的。
解调
判决
研究数字通信系统理论的目的：在信道给定的条件下，设 计传输信号的形式(确知波形)，并选择最好的判决方法， 使传输的信息有最大的可靠性和尽可能高的有效性。
由于传输信道不理想，接收信号r(t)不可能是发送波形si(t) 的精确再现。设计接收机应当使这种错误极小化，这称为 接收机的优化。
调制
调制：
1)基带调制 2)频带调制
① 等效低通分析 ② 信号的矢量分析
符号速率和信息速率的关系： Ts NTb , Rb NRs
M 状态符号(Symbol)采用的波形：
波形设计的原则
si (t) i 1, 2,L M , 0 t T
有利于提高接收的可靠性 有利于充分利用信道资源
最佳接收机的常见结构
➢信号的矢量空间分析 ➢判决准则
六、数字通信系统的主要性能指标 可靠性：误比特率、误符号率 有效性：频带利用率
通信系统的基本矛盾：可靠性与有效性 可靠性——发送消息在接收端的准确还原。 有效性——信道资源的充分利用（时域、频域）。
形成这种矛盾的根本原因：信道不理想 带宽、时间受限 噪声和干扰
信道噪声 基本特点是存在随机噪声。 为分析的方便，认为噪声是从信道集中引入的。 当信道的噪声和其他用户的干扰与期望信号占有相同 的频带时，可以通过发送信号和接收机解调器的适当 设计来使影响最小。
加性高斯白噪声
AWGN (Additive White Gaussian Noise)
以相加的形式叠加于传输信号 占据无穷带宽，且双边功率谱处处为常量N0/2(W/Hz) 瞬时值分布密度是高斯函数
数字通信：利用数字信号(包括其变换形式)传递消息的通 信方式。
二、主要通信资源
发送功率：发送信号的平均功率。 信道带宽：为传输信号分配的频带。
在大部分通信信道中，一个资源可能比另一个更重要， 因此可以将信道分为 带宽受限信道。 功率受限信道。 电话线路是一个典型的带宽受限信道； 空间通信链路和卫星通信信道则是功率受限信道。
➢ 无失真信源编码：
假设信源输出S1、S2、S3、S4四种符号，出现概率 分别为1/2，1/4，1/8，1/8，如何编码可以使得有效 性得以提高？
信道编码：添加监督码元，使之具有检错或纠错 能力，提高传输消息的可靠性。
➢ 信道编码：
例如： 晴：00 雨：01 阴：10 雪：11 问题：如果码元出错无法检测，如何检测一个错码？
三、通信系统的组成模型
信源：产生消息信号。比如语音、音乐、图像、计算机 数据 。 发送机：将信源产生的消息符号转变为适合信道传送的 形式。 接收机：对接收信号进行处理，将其再现为可被用户识 别的原始消息信号的形式。
数字通信系统的基本模型
信源编码：分为无失真编码和限失真编码。
作用：把信源发出的消息变换成二进制码元组成 的代码组；压缩信源的冗余度，提高通信系统传 输消息的有效性。
4） Bernard Sklar，“Digital communicationsFundamentals and Applications”，2th Edition， 电子工业出版社，2001
《高级通信原理》
主讲人：于秀兰
第1章 绪论
第1章 主要内容
一、什么是通信？ 二、主要通信资源 三、数字通信系统的组成部分 四、通信信道 五、数字信号传输的最佳接收 六、通信系统的性能指标 七、香农信道容量 八、数字通信系统的设计 九、课程的主要内容
基带or频带？
四、通信信道
传输的可靠性和有效性都取决于信道，实际信道都是非理 想信道。影响传输的信道缺陷(impairment)主要是：
传递函数H()不理想而带来的传输信号的线性失真，带
来相邻符号间的干扰ISI (Inter-symbol-interference) 由信道引入的噪声是造成接收机判决失误的主要原因。
Pn
N0 2
0
R
N0
2
0
1
x2
p( x)
2 x
exp
2
2 x
信道需要考虑的因素 衰减 时延 多径传播 带宽受限 功率受限
常见信道的数学模型
2、线性滤波器信道 在某些物理信道中，采用滤波器来保证传输信号不超过规定的 带宽限制，从而不会引起相互干扰。其数学模型如下：
研究通信系统的基本出发点 在一定可靠性要求下，如何尽可能去提高系统的有效性 在一定的有效性要求下，如何最大限度的提高可靠性
一、什么是通信?
通信的任务是传递消息。
消息的本质和价值取决于它所包含的信息量， 即对接收者的不确定性
定义独立消息xi 的信息量:
I (xi )
log2
1 Pi
log2 Pi
信号是消息的承载者。最简单的消息是二择一的消息(二
元消息)，它所对应的信号称为二元数字信号。
广义数字信号：时间离散、状态数有限的波形。
rt ct st nt
c
st
d
nt
五、数字信号传输的最佳接收
因为xi 是离散的有限取值, 与si 的对应是固定的唯一的， 是发、收双方事先约定的。即si(t)是确知的(known)(注 意，不是确定的determinant)，接收端只是不知道观察 时间 [0, T]内，发送端发出的是哪一个波形。
在[0, T]内并不知道发送端发出的是哪一个消息xi ，唯 一得到的是一段波形
r(t) si (t) w(t) 0 t T
由于si(t)被z(t) 掩盖不能直接作出逆映射
si (t ) xi
接收机的根本任务：对r(t)进行处理，按一定的标准(判 决准则)，判定[0, T]内发送端发出的是哪一个消息xi， 这一过程称为判决(decision)。