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第一章 绪论通信发展史1819年 奥斯特发现电流的磁效应18311831年年 法拉第发现电磁感应现象法拉第发现电磁感应现象18441844年年 美国人莫尔斯发明电报美国人莫尔斯发明电报18641864年年 麦克斯韦方程，预测电磁辐射的存在麦克斯韦方程，预测电磁辐射的存在18761876年年 贝尔发明电话贝尔发明电话18881888年年 赫兹证明空间电磁波存在赫兹证明空间电磁波存在三网融合：三网融合：三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。模拟信号和数字信号v时间和幅值（信号参量）都为连续的信号又称为模拟信号模拟信号。模拟信号就是连续信号。v如果离散信号的幅值是连续的，则又可取名为抽抽样信号样信号。(即：时间离散、幅度连续）v时间与幅度取值都具有离散性的信号数字信号。数字信号。（不需要按书上定义，用自己语言表达）通信系统模型信源信宿发信机收信机信道噪声源消息消息信号信号通信目的：信息的传输与交换v消息转换一般经历二个步骤：信源编码和信道编码。信源编码：压缩数据信道编码：差错控制、抗干扰功能。调制器(Modulator)：将基带信号已调信号（频带信号）通信协议标准的拟定组织 vISO：国际标准化组织OSI七层模型vITU-T：国际电信联盟电信标准化部CCITT（V Series；X Series）宽 带 W-ISDNvANSI：美国国家标准化协会ASCII码vIEEE：电子电气工程师协会802项目（局域网通信标准）1394 USB 通信接口标准vEIA:电子工业联合会EIA-232-D,EIA-449vBell：贝尔中心11 Nobel prize-winnerv信息量、平均信息量相关计算（作业）v手机中扬声器和受话器v两台电脑相连至少需要的线 GND、TXD、RXD 电话：DTMF 数字信令v码元传输速率:又称波特率，波特率，指单位时间所传送的码元（符号）数目，单位为波特(Baud)。码元宽度的倒数。RB。v信息传输速率：即比比特特传传输输速速率率,Rb。它表示单位时间内传递的信息量，单位是比特/秒，可记为bit/s 或 b/s 或bps。第二章 信道与噪声v信息及其度量信道及其容量数据传输速率v数据信号传输形式掌握单工、半双工、全双工特点，例子异步、同步传输的区别，例子 传输单位(字符；帧）如何计算传输效率?传输效率=有用数据位数/字符总长理想恒参信道的特性：幅频特性、相频特性和群迟延-频率特性 其中RB=1/Ts Ts为码元宽度 RB为码元速率 多进制数字信号，1码元包含log2M比特比特率比特率=R=RB B*log*log2 2M M （M为进制数）v了解常见通信传输介质硬介质：双绞线、同轴电缆、屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的区别 趋肤效应 光纤（结构、原理、光源）软介质：无线电波、微波、卫星v了解短波形式：沿地球的表面主要以地波的形式传播 通过电离层的反射主要以天波的形式传播理解各种不同带宽的区别v信道带宽针对信号传输的通道信道带宽针对信号传输的通道v系统带宽针对处理信号的系统系统带宽针对处理信号的系统v信号带宽针对信号本身信号带宽针对信号本身信号的有效带宽就是指包含信号大部分功率大部分功率的这部分频谱的宽度v已知八进制数据信号的传输速率为1600波特率，求该信号转换成二进制数字信号时的传输速率（比特率）是多少？波特率：Baud；B 比特率：bps；bit/s比特率与波特率的关系信息传输速率与码元传输速率的关系v二进制与多进制转换有两种方式：码率相同或信息传输速率相同 的条件下v如果题目没有给出采用哪种方式，默认是 信息传输速率相同v功率与信噪比的分贝功率与实际值的换算v1mW=0 dBmvPdbm=10log(Pmw/1mw)v为为了了使使用用方方便便通通常常采采用用分分贝贝（dBdB）来来表表示信噪比，公式如下示信噪比，公式如下香农定理香农定理v计算传输速率上限的方法。v香农定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率为 （2.11）v式中C是极限传输速率，其单位是bit/s；B是信道带宽，其单位是Hz；S/N是信噪比（非dB），其中S为信号功率，N为噪声功率。v例例2.8 假设一个音频电话线路支持的频率范假设一个音频电话线路支持的频率范 v 围为围为300 Hz到到3 400 Hz，其信噪比是，其信噪比是v 25 dB，试求这个线路传输速率的上，试求这个线路传输速率的上 v 限。限。v解：由题可知，这条线路的带宽解：由题可知，这条线路的带宽v B B=3 400=3 400300=3 100300=3 100（HzHz）v 又因为信噪比为又因为信噪比为25 dB25 dB，故由公式（，故由公式（2.102.10）可得）可得v 316316v 因因此此根根据据公公式式（2.112.11），线线路路传传输输速速率率的的上上限限约为约为v =3 100log=3 100log2 2(317)25 761(317)25 761（bit/sbit/s）v也就是说，这条线路传输速率的上限将近也就是说，这条线路传输速率的上限将近26 26 kbit/skbit/s。假设系统输出16种符号，可以用4bit来表示。第第 三三 章章 模拟调制系统模拟调制系统v幅度调制、角度调制的分类v为什么需要调制？1、天线长度问题 2、频率复用问题调制解调v调制本质：频谱搬移v调制方式分类：v信号形式 模拟调制 幅度调制（AM DSB SSB VSB）v 角度调制（FM PM）v 数字调制（ASK FSK PSK）v载波形式 连续波调制（载波为正弦波）v 脉冲调制（脉冲串为载波）解调方式 非相干解调（本地不产生载波）相干解调（接收机中产生载波，载波恢复）v信噪比增益（调制制度增益）G=v带限噪声平均功率Ni=调制制度增益是衡量模拟解调器的抗噪声性能，用输出信噪比与输入信噪比的比值来表示。G越大，解调器抗噪声性能越好。1、DSB调制系统性能DSB调制系统的制度增益GDSB=2 双边带已调信号的平均功率是单边带信号的 2 倍，所以两者的输出信噪比是在不同的输入信号功率情况下得到的。如果我们在相同的输入信号功率Si，以及其它相同条件下进行比较，可以发现它们的输出信噪比是相等的。因此双边带信号与单边带信号的抗噪声性能是相同的，但双边带信号所需的传输带宽是单边带的 2 倍2、SSB调制系统性能SSB调制系统的制度增益GSSB=1 角度调制的基本概念角度调制的基本概念 角度调制信号的一般表达式为sm(t)=A cosct+(t)平均功率：A2/2 c :载波角频率 A：载波的振幅；ct+(t)：信号的瞬时相位(t)(t)：瞬时相位偏移；dct+(t)/dt：信号的瞬时角角频率，d(t)/dt：瞬时角角频偏，最大角角频偏f=d(t)/dt max。=2fc调频指数调制角频率卡森公式卡森公式调频波带宽调频波带宽BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm)当mf1时，宽带调频，WBFM，BFM2f 最大角频偏加大调制指数mf，可使调频系统的抗噪声性能迅速提高。FM系统以带宽换取输出信噪比改善并不是无止境的。带宽越大（mf增大），包含的噪声功率越大，输入信噪比下降，当输入信噪比降到一定程度时就会出现门限效应，输出信噪比将急剧恶化。FM系统抗噪声性能GFM=3m2f(mf+1)3m3fBFM=2(mf+1)fm （卡森公式）mf 则 GFM 同时BFM v什么是门限效应，为什么会产生门限效应？v AM、FM模拟信号非相干解调非相干解调会产生门限效应。第四章 数字信号的基带传输系统v衡量系统抗噪声性能：模拟信号：信噪比 数字信号：误码率 眼图v数字基带传输系统的模型模型，各部分功能 Ts最佳占空比：50%占空比占空比 为脉冲宽度为脉冲宽度与码元宽度与码元宽度TsTs之比之比(/Ts),(/Ts),如下如下图所示。图所示。v码型表示0、1的方案v常见的码型：二电平码，差分码，交替反转码（AMI），HDB3,曼彻斯特码，差分曼彻斯特码，密勒码等(波形、虚线分隔码元）第五章 数字信号的频带传输系统v信号经调制后再传输的方式称为频带传输。v实现数字调制的方法有幅度调制、频率调制、相位调制等。v幅度调制利用数字基带信号控制载波的幅度来传送信息。幅度调制信号的解调方法有两种，即相干解调和非相干解调。v2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的波形（作业）v基带传输和频带传输v未经过调制的原始低频信号称为基带信号。将基带信号直接在信道中传输的方式称为基带传输方式。v把数字信号调制成频带信号，再进行传输的方法称为频带传输。2ASK调制方法乘法器法：平衡调制器载波基带信号了解其工作原理了解其工作原理-电流方向、波形图电流方向、波形图n相干解调：同步解调法：相干解调：同步解调法：BPF乘法器乘法器抽样判决器LPF定时抽样定时抽样输入已调信号输入已调信号输出基带信号输出基带信号相干波发生器相干波发生器2ASK信号的解调信号的解调非相干解调（包络检波）v不适用于高速数字传输系统，因为高速数字信号码元较窄，无明显包络，则必须适用相干解调法。相干解调法（同步法）v相干解调法需要相干载波与已调信号严格同频同相，设备复杂度高，抗噪声性能差。二进制振幅键控信号的带宽B2ASK是基带信号波形带宽的两倍,即B2ASK=2B=2fs=2/Ts 基带信号带宽为fs（码元速率）2PSK、2DPSK与2ASK信号带宽相同v频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。v对于频率调制信号的解调方法分为相干解调和非相干解调两类。相干解调和非相干解调的区别？v改进：MSK-连续相位连续相位频率调制频率调制2FSK调频信号的频带宽度：B2FSK=|f2-f1|+2RB ，其中RB=1/Ts Ts为码元宽度 RB为码元速率 多进制数字信号，1码元包含log2M比特比特率=RB*log2M （M为进制数）书上例5.2 错误 B=f2-f1+2RB=4000-1000+2*600=4200Hz v绝对相位调制：用载波的初相表达数字信息v相对相位调制：用载波相位的变化值表达数字信息 DPSK可以克服PSK相位模糊的缺点。信号波形信号波形：2DPSK信号调制过程波形图绝对码相对码载波DPSK信号101100100转转换换2PSK调制v例1：设发送数字信息为10110010，试分别画出2ASK,2FSK,2PSK,2DPSK波形示意图。1 0 0 1=0=0 采样周期是码元周期的两倍 v多进制调制的优缺点多进制调制的优缺点第第 六六 章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输v抽样频率的选择 fs2B，混叠失真 (B：调制信号最高频率）vPCM信号的抽样频率、采样间隔、理想信号带宽、采用升余弦滤波器的带宽v理解抽样、量化、编码的含义v我国语音通信采用的非均匀量化标准:A律13折线 v多路复用技术的基本概念vFDM，同时（t），不同频（率）（f）主要用于传输模拟信号 波分复用是频分复用的特例vTDM，同频（率）（f），不同时（t）主要用于传输数字信号，GSM 包括同步TDM、异步（统计STDM)作业（课件上）作业（课件上）、实例图（课件）、实例图（课件）vCDMA：不同码片序列区分多路信号多路复用技术DBCABACS4S3S2S1时分多路复用器AABBCCDABBCACDB ABD CAC同步同步TDM帧长度不固定帧长度不固定STDM帧长度固定的帧长度固定的STDM不同TDM比较v3.同步TDM与STDM比较时间片上：N条输入线路vTDM:帧内时间片数为M =N vSTDM:帧内时间片数M=N 效率上：v TDM:效率低，但技术可靠，通信费用低（即使数据源、线路空闲也要占用时间片）v STDM:效率高，技术先进，但缓冲的容量较大，需附加地址信息，较复杂。为什么需要比特填充？同步TDM传输标准v北美和日本的技术：T1线路（24）话音信道 传输速率传输速率=1.544(Mbps)vITU-T推荐的TDM标准：E1线路（30）话音信道 传输速率传输速率=2.048(Mbps)作业v第6章作业（没做但评讲过）第七章 同步原理v分类：载波同步、位同步、帧同步v帧同步的作用帧同步的作用:起始、结束标识v取样判决基础取样判决基础：位同步同 步分析只有收发设备之间建立了同步后才能开始传送信息，所以同步是进行信息传输的必要和前提。同步性能的好坏又将直接影响着通信系统的性能。如果出现同步误差或失去同步就会导致通信系统性能下降或通信中断。v线性分组码：许用码组、禁用码组数量；编码效率的计算v差错控制的编码原理 冗余度越高，检错纠错能力越强，传输效率越低v理解海明距离、最小距离v交织：克服突发错误（一连串错误）卷积：克服随机错误（一个一个错误）v作业：卷积码作业：卷积码第八章 差错控制编码 v常用差错控制编码方法奇偶校验编码方法恒比码、正反码编码方法CRC编码方法，如何计算完整CRC编码v了解不同的差错控制方法：（1）自动请求重发（ARQ）（2）前向纠错（FEC）（3）混合纠错（HEC）（4）信息反馈（IRQ）（5）冗余法（6）多数表决法（7）正反码法如何编码奇偶校验码v写出下列二进制序列的偶校验码：1001110 0101111 n写出下列二进制序列的奇校验码：n1100101 n0110010 10011100010111111100101101100100了解如何用D触发器构成二分频附加 随机过程v随机过程的数字特征：数学期望、方差、相关函数代表的含义 相关的计算 平稳随机过程自相关函数的性质平稳随机过程自相关函数的性质 设(t)为实平稳随机过程，则它的自相关函数 R()=E(t)(t+)具有下列主要性质：（1）R(0)=E2(t)=S(t)的平均功率 （2）R()=E2(t)(t)的直流功率 （3）R()=R(-)的偶函数 （4）|R()|R(0)R()的上界 （5）R(0)-R()=2方差，(t)的交流功率 当均值R()为0时，有R(0)=2。这里利用了当时，(t)与(t+)没有依赖关系，即统计独立，且认为(t)中不含周期分量。（3）R()=R(-)的偶函数 (2.2-11)这一点可由定义式（2.2-8）得证。（4）|R()|R(0)R()的上界 (2.2-12)考虑一个非负式即可得证。（5）R(0)-R()=2方差，(t)的交流功率(2.2-13)当均值为0时，有R(0)=2。窄带随机过程窄带随机过程v窄带系统：通带宽度ffc，且fc远离零频率的系统v窄带平稳高斯过程的包络和相位分布 均值为零平稳高斯窄带过程包络a(t)的一维分布是瑞利分布，相位(t)的一维分布是均匀分布。v正弦波加窄带高斯噪声包络概率密度函数 小信噪比时，接近瑞利分布 大信噪比时，接近高斯分布 正弦波加窄带高斯噪声正弦波加窄带高斯噪声v适用范围v小S/N和大S/N时包络相位分布v平稳、加性、高斯、白平稳、加性、高斯、白 的噪声的噪声 的含义的含义 信道中各种噪声可以用平稳加性高斯白噪声近似模信道中各种噪声可以用平稳加性高斯白噪声近似模拟、宽带噪声拟、宽带噪声v平稳：统计特性不随时间的推移而变化。v加性：以叠加到信号上去的形式出现v高斯：噪声的概率密度函数为高斯（正态）分布v白：噪声的功率谱密度为均匀的（常数）v每章节作业每题都要看！v带计算器v建议画图题用铅笔、尺子