2022年通信概论电子教案 .pdf

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1、学习好资料欢迎下载重庆科创学院教师授课教案课程名称通信概论课程性质专业课主讲教师程佳佳授课时数48 教学日期2016.2.26 重庆科创职业学院机电工程学院电信教研室2016 年 2 月 26 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 27 页学习好资料欢迎下载第一章通信基础【主要讲授内容】1.1 通信的基本概念1.2 通信系统的组成1.3 通信系统的分类1.4 通信方式1.5 信号与频谱1.6 信道和噪声1.7 多路复用技术1.8 通信系统的性能指标1.9 通信技术发展简史（自学）1.10 小结（自学，要求熟记）【重点与难点】

2、1、重点：通信系统的组成和性能指标。2、难点：信道噪声和信道容量。【教学要求】1、掌握消息、信息、信号的定义；2、掌握数字通信的概念，理解数字通信的优点；3、掌握数字通信系统模型及其主要性能指标；4、熟悉无线信道、有线信道；5、掌握信道模型，并会分析信道特性对信号传输的影响；6、熟悉信道中的噪声。【实施方法】课堂讲授， PPT配合1.0 通信的发展史一、远古的通信方式烽火通信：最古老的光通信、二进制数字通信，速度鼓通信：非洲鼓驿站通信：古老的邮政通信、电视里的紧急军情：600 里加急、 800 里加急、官方运动通信（邮政：退化为传递物品）与电信二、现代通信电通信技术的发展电报（安培、莫尔斯）电

3、话（贝尔、模拟通信的开始、实时、交互）数字通信（ 20 世纪 60 年代开始，随着半导体、计算机、激光技术的发展）1.1通信的基本概念重点：三者的概念以及区别；信息量的定义和计算。难点：信息量的计算，1bit 信息量的涵义。一、信息、消息和信号的定义与区别通信的目的实现两地之间信息的交换。消息是信息的物理表现，而信息是消息中包含的有意义的内容，在通信系统中，消息转换为信号才能在通信系统中传输。二、消息中信息量的度量1 信息量与消息发生的概率有关，且成反比；消息发生的可能性越大，带给我们的信息就越小，反之。事件的不确定程度可以用其出精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结

4、- - - - - - -第 2 页，共 27 页学习好资料欢迎下载现的概率来表述。信息量是消息出现概率的函数：消息出现的概率越大，信息量越大，确定的事实，信息量为0；事件不可能发生，发生概率为0，则含有无限的信息量。MMxPIaaalog1log)(log2 信息量的单位；比特（ a = 2） ；奈特（ a = e） ；哈特莱（ a = 10）3 二进制消息的信息量计算；4 多进制消息的信息量计算。1.2通信系统的组成重点：模拟通信与数字通信的区分；数字通信的优点；数字通信系统模型，以及系统各组成部分的功能；数字通信系统的主要性能指标。难点： 掌握数字通信系统模型的主要构成部分，了解数字通信

5、系统中衡量有效性与可靠性的主要性能指标。一、基本概念模拟与数字的区别：现实的世界是模拟的世界说话、景象；拥抱数字的世界相机、电视、电脑等等（让同学们自己想自己说）；模拟与数字信号各自的特点，传输质量的度量标准信噪比（参量估计问题）与误码率（统计判决理论）。二、优点三、系统模型组成部分，各部分的功能：1信源：信息的发出者，是主动方，比如我们上课，由老师把未知的知识以讲授的方式传授给大家，那么在这个系统中，老师就是信源。当然，这是个最简单的例子，信源还要完成讲信息转换为信号的功能。2信源编码：模拟信源模/数转换；对保密性高的信息，加密3信道编码：增加多余的字符，以求自动发现或纠正传输中的错误。（两

6、个相对立的过程）减少冗余（多余之物） ，提高有效性增加冗余（符合特定规律的字符），提高可靠性；4调制：目的调整信号，使信号特性与信道特性相适应，使信号能顺利通过信道传输。基带信源信号占用的频带，基本频带。包含较低频率成分，甚至直流分量。有些信道不能传输基带信号，如无线信道频带搬移至足够高的频段（调制载波）带通信号经过载波调制后的信号。基带调制不用载波调制，只对其波形作适当改变，就能适应信道的特性。带通调制使用载波调制。5信道：从两个方面对信号产生影响。噪声：系统内部各个元器件产生的噪声、外来干扰。线性叠加加性噪声6同步：为同步、多个码元组成一个码组（字）1.3通信系统的分类1、按通信业务分：电

7、报、电话、数据、图像2、按调制方式分类：基带系统和调制（带通）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：有线通信系统和无线通信系统5、按工作波段分类： （需要记忆低中高三个频段）1.4 通信方式1、单工、半双工和全双工（定义）2、并行和串行传输精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 27 页学习好资料欢迎下载1.5信号和频谱（略）1.6 信道和噪声信道：连接发送端和接收端的通信设备。按传输媒体分类：无线信道和有线信道。一、无线信道原则上，任何频率的电磁波都可以产生，但是电磁波的发射和接收是用天线进行的，

8、为了有效地接收电磁波，要求天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。=C/f 。c=3*108，计算举例。微波频段： 1300GHz 根据通信距离、频率和位置的不同，电磁波的传播可以分为视距传播、地波和天波。1 地波2MHz 以下；绕射；传播路径曲线。2 天波2-30MHz ；电离层反射；电离层产生的原因：太阳的紫外线和宇宙射线辐射使大气电离的结果。白天，日光强，多个电离层，晚上，日光弱，电离层减少。电离层会对电磁波产生吸收和衰减，且频率越高，衰减越小。较高频的电磁波能穿过D 层，高频信号主要依靠F 层反射，维持通信。3 视距传播30MHz 以上；无线电中继（在传播距离达到极限时，设置一个中继）；

9、利用地面中继。地面物体的高度总是有限的，人造卫星。4 其它通信方式卫星通信、平流层通信、散射通信二、有线信道1明线：平行架设在电线杆上的架空线路，导电裸线或带绝缘层的导线。干扰大，不易多敷设2对称电缆：双绞线：两根包着绝缘材料的细铜线按一定的比率相互缠绕而成。双绞线的原理是：如果外界电磁信号在两条导线上产生的干扰大小相等而相位相反，那么这个干扰信号就会相互抵消。可以传送模拟和数字，但衰减大， 适合较短距离传输。由于利用双绞线传输信息时要向周围幅射,信息很容易被窃听,因此要花费额外的代价加以屏蔽。屏蔽双绞线电缆的外层由铝泊包裹, 以减小幅射 ,但并不能完全消除辐射。屏蔽双绞线价格相对较高,安装时

10、要比非屏蔽双绞线电缆困难。100BaseTX ：指的是使用两对非屏蔽双绞线接线或者屏蔽双绞线接线的100Mbit/s基带快速以太网规范。10 BaseTX：指的是使用两对双绞线电缆连接（第3，4 或 5 类电缆）的10Mbit/s 基带以太网规范。3同轴电缆：CATV （有线电视网）4光纤：调整包层和芯区的折射率将光纤束缚在芯区传输。阶跃型、渐变型。最早的光通信是直接在大气中传输，但通信能力和质量受天气影响太大介质中传输1966 年英籍华裔学者高锟发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤（Optical Fiber）进行信息传输的可能性和技术途径， 奠定了现代光通信光纤通信的基础。但是当

11、时石英纤维的损耗高达1000dB/km 以上， 高锟指出，这样的高损耗不是石英纤维本身固有的特性，而是由于材料中的杂质，材料本身的固有损耗基本上由瑞利（Rayleigh）散射决定，它随波长的四次方下降，其损耗很小，因此，有可能通过原材料的提纯制造出适合长距离通信使用的低损耗光纤。1970 光纤研制取得了重大突破，美国康宁（Corning）公司制造出了损耗为20dB/km 的石英光纤。光纤传输的频率选择性。三、信道模型研究各种调制制度的性能时调制信道；研究信道编码和解码时编码信道。1调制信道模型：数学模型：)()()(tntefteio)()()(tntetki式中， n(t)为加性噪声， k(

12、t)为乘性干扰。根据k(t)的不同变化情况，可将信道分为随参信道和恒参信道。2编码信道模型：与调制信道不同，编码信道的输入信号和输出信号是数字序列。由于输入输出均为数字序列，故编码信道对信号的影响是使传输的数字序列发生变化，用误码概率来描述编码信道的特性转移概率。四、信道特性对信号传输的影响精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 27 页学习好资料欢迎下载1 恒参信道：无失真情况下的振幅-频率特性一条水平直线；频率失真波形畸变相邻码元重叠码间串扰。无失真情况下的相位特性一条过原点的直线；或传输时延等于常数。相位失真波形失真码间串

13、扰误码率增大。线性网络补偿：线性网络的频率特性与信道的频率特性之和，在信号频谱占用的频带内，为一条水平直线。非线性失真是指信道输入信号和输出信号的振幅关系不是直线关系；产生新的谐波分量，造成谐波失真。2 变参信道：无线信道信道特性时变，传输路径变化。3 经过信道传输后的信号分类确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号，理想情况。随相信号：信号的相位由于传输时延的不确定而带有随机性，使接收码元的相位随机变化。起伏信号：接收信号的包络随机起伏，相位也随机变化。多径信道传输五、信道噪声1、 按照来源分类人为噪声：电火花、家用电器自然噪声：闪电、大气噪声、热噪声2、按照性质分类脉冲噪声：电火花窄带

14、噪声：相邻电台或其它电子设备起伏噪声：热噪声3、白噪声频谱均匀分布六、信道容量信道容量 指信道能够传输的最大平均信息速率。连续信道容量 香农公式)/(1log2sbNSBC式中S 信号平均功率（W） ；N 噪声功率（ W） ；B 带宽（ Hz） 。设噪声单边功率谱密度为n0，则 N = n0B；故上式可以改写成：)/(1log02sbBnSBC由上式可见，连续信道的容量C 和信道带宽B、信号功率S及噪声单边功率谱密度n0 三个因素有关。关于香农公式的几点讨论总结：（ 1）在给定 B、S/N的情况下， 信道的极限传输能力为C即确定，而且此时能够做到无差错传输（即差错率为零） 。（ 2）提高信噪比

15、，可提高信道容量。（ 3）信道容量可以通过系统带宽与信噪比的互换而保持不变。（4）增加信道带宽，也可有限的增加信道的容量。（ 5）当给定S / n0 时，若带宽B 趋于无穷大，信道容量不会趋于无限大，而只是S / n0 的 1.44倍。这是因为当带宽B 增大时，噪声功率也随之增大。【例 4.6.2】已知黑白电视图像信号每帧有30 万个像素；每个像素有8 个亮度电平；各电平独立地以等概率出现；图像每秒发送25 帧。若要求接收图像信噪比达到30dB，试求所需传输带宽。【解】因为每个像素独立地以等概率取8 个亮度电平，故每个像素的信息量为Ip = -log2(1/ 8) = 3 (b/pix) 并且

16、每帧图像的信息量为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 27 页学习好资料欢迎下载IF = 300,000 3 = 900,000 (b/F) 因为每秒传输25 帧图像，所以要求传输速率为Rb = 900,000 25 = 22,500,000 = 22.5 106 (b/s) 信道的容量C 必须不小于此Rb 值。将上述数值代入香农公式：得到22.5 106=Blog2(1+1000)9.97B 最后得出所需带宽B=(22.5106)/9.972.26 (MHz) 1.7 多路复用技术1.频分复用Frequency Divis

17、ion Multiplexing 原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。2.波分复用Wave Division Multiplexing 原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。3.时分复用Time Division Multiplexing 原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙），每个用户占用一个通道传输数据。1.8通信系统的性能指标1、 有效性模拟通信系统：传输带宽（带宽越小有效性越好）数字通信系统：传输速率和频带利用率二进制中的信息传输速率与多进制中的码元速率间的换算关系

18、为：Rb RB log2M 其中： RB 为码元速率，单位叫波特（Baud） ，且RB 1Ts（波特）其中： Ts为码元宽度采用多进制（ M 进制， M2）可以提高通信系统的有效性2、可靠性含义：在给定信道内接收到的信息的可靠程度。衡量通信可靠性的指标模拟通信系统：输出信噪比数字通信系统：误码率1.9 通信技术发展史（略）1.10小结1 消息、信息和信号的定义2 数字通信的概念和数字通信系统模型3 信道和信道中的噪声精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 27 页学习好资料欢迎下载第 2 章模拟信号的数字化【主要讲授内容及时间分

19、配】2.1 引言2.2 模拟信号的抽样2.3 抽样信号的量化2.4 脉冲编码调制2.5 差分脉冲编码调制2.6 增量调制2.7 基带传输2.8 小结【重点与难点】1、重点：模拟信号的抽样率的确定（低通和带通信号）；抽样信号的均匀量化和非均匀量化；脉冲编码调制（ PCM ） 、差分脉冲编码调制（DPCM） 、增量调制（ DM ）系统的原理和信号量噪比的分析。掌握基带数字信号的基本波形，理解和掌握AMI 码和 HDB3码的编码规则，分析和掌握无码间串扰应具有的传输特性。2、难点：抽样信号的非均匀量化；差分脉冲编码调制（DPCM ） 、增量调制（ DM ）系统的原理和信号量噪比的分析。基带数字信号的

20、功率谱密度分析及其作用的理解和掌握，部分响应系统的原理、分析和作用的理解和掌握。【教学要求】1、 掌握模拟信号的抽样，熟悉PAM 、PDM 、PPM ；2、 掌握抽样信号的量化，包括均匀量化和非均匀量化；3、 掌握脉冲编码调制（PCM ） 、差分脉冲编码调制（DPCM ） 、增量调制（ DM ）系统的原理及信号量噪比的分析。4、 了解字符的编码方法；5、 掌握基带数字信号的基本波形；6、 掌握基带数字信号的传输码型，熟悉传输码型的基本要求；7、 掌握基带数字信号的频率特性；8、 掌握基带数字信号传输系统模型、码间串扰、奈氏准则、部分响应系统；9、 掌握眼图模型，及信号波形和眼图的对应关系；【实

21、施方法】课堂讲授， PPT配合2.1 引言1两类信源：模拟信号、数字信号模拟信号（原始的语音信号、图像等等）、数字信号（文字、计算机数据等）：前面讲过，相对于模拟信号而言，数字信号的传输有着非常多的优势，如抗噪性能好、可以采用差错控制技术和保密技术等。因此数字通信系统基本上已经全方位地代替了模拟通信系统，成为通信的主流。但是，原始的信号很多是模拟信号，那就存在一个问题，如何将这些模拟信号转换成数字信号使之适应数字通信系统的传输。声卡：麦克风（模拟音频输入）声卡（模/ 数转换）数字音频存储在计算机中。2模 /数变换的三步骤：抽样、量化和编码2.2 模拟信号的抽样重点：两类采样频率：低通模拟（基带

22、）信号的采样频率（奈奎斯特频率）带通信号的采样频率（奈奎斯特频率）一、低通模拟信号的抽样两个问题：1. 抽样后离散信号的频谱是什么样的？它与未被取样的连续信号的频谱有什么关系？2. 连续信号被取样后，是否保留了原信号的所有信息？即在什么条件下，可以从抽样信号还原精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 27 页学习好资料欢迎下载成原始信号？具体实现：通常是在等间隔T 上抽样理论上，抽样过程 周期性单位冲激脉冲模拟信号实际中，抽样过程 周期性单位窄脉冲模拟信号抽样定理：若一个连续模拟信号s(t)的最高频率小于fH，则以间隔时间为T

23、1/2fH的周期性冲激脉冲对其抽样时，s(t)将被这些抽样值所完全确定。抽样结果得到的是一系列周期性的冲激脉冲，其面积和模拟信号的取值成正比。抽样所得离散冲激脉冲显然和原始连续模拟信号形状不一样。可以证明， 对一个带宽有限的连续模拟信号进行抽样时，若抽样速率足够大，则这些抽样值就能够完全代表原模拟信号。换句话说，由这些抽样值能够准确恢复出原模拟信号波形。抽样定理就是描述了抽样速率条件。二、带通模拟信号的抽样带通信号的频带限制在fL和 fH之间，即其频谱低端截止频率明显大于零。要求抽样频率fs：)1 (222nkBnkBBfs式中， B 信号带宽， n 小于 fH/B 的最大整数，0 k 最大跟

24、踪斜率时，将发生过载量化噪声。避免发生过载量化噪声的途径：使fs的乘积足够大。因若取值太大，将增大基本量化噪声。所以，用增大fs的办法增大乘积 fs，保证基本量化噪声和过载量化噪声两者都不超过要求。实际中增量调制采用的抽样频率fs 值比 PCM 和 DPCM 的抽样频率值都大很多。当输入电压 /2 时，输出为 “ 1”和“ 0”交替序列。3量化噪声功率它只和量化台阶与(fL / fs)有关，和输入信号大小无关。量化信噪比：最大量化信噪比和fs3成正比，而和f02成反比。所以，提高抽样频率fs将能显著增大量化信噪比。延 迟sk*抽 样二电平量化s(t)skekrksk延 迟rksk*(a) 编码

25、器(b) 解码器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 27 页学习好资料欢迎下载2.7 基带数字信号的表示和传输2.7.1 概述一、基带信号与频带信号1基带信号：频带分布在低频段（通常包含直流）且未经调制的信号。2基带传输：直接传输基带信号的通信方式。3频带信号（带通信号） ：经过载波调制后的信号。4频带传输：直接传输频带信号的通信方式。二、采用不同基带信号表示方法的目的1.为了除去直流分量和频率很低的分量；2.为了在接收端得到每个码元的起止时刻信息；3.为了使信号的频谱和信道的传输特性相匹配。三、字符的编码方法1.字符的定

26、义汉字、数字和英文字母 ，统称为字符。2.汉字的编码方法4 位十进制数字表示一个汉字。举例说明：电报编码：“ 中” “0022”“ 国” “0948”区位码：“ 中” “ 5448”“ 国” “2590”3.英文字母编码方法ASCII 码 7 位二进制数字表示一个字符。4.码组表示字符的数字组合称为码组，也称为“ 代码 ” 。四、基带数字信号的波形基带信号的码型很多，有30 多种，下面以矩形脉冲为例，给出几种基本的表示方法。一）、单极性波形1特点： 0 电压与正电压（或负电压）分别表示0 和 1；一个码元内电平不变。2优点：最简单。3缺点：有直流分量，不适合信道传输；判决电平不稳；不能直接提取

27、同步信号。二）双极性波形1 特点：波形与单极性类似；正电压和负电压分别表示1 和 0；节约能源；利于判决（判决门限为0） 。2优点：若0 和 1 等概出现，则无直流分量；判决电平稳定，为0。3缺点：不能直接提取同步信号；若 0 和 1 不等概出现，则仍有直流分量。三）单极性归零波形1 特点：信号电压在一个码元持续时间的中间回到0 值；有直流分量。2 优点：可直接提取同步信息，故可将其作为过渡码型，将其它适合信道传输的码型可转换成该码型，提取同步信息。3 缺点：具有单极性码的缺点。四）双极性归零波形1 特点：每个波形的起始时刻都是由0 电平变为正电平或者负电平，容易判断；无直流分量。精选学习资料

28、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 27 页学习好资料欢迎下载2优点：具有双极性码的优点。五）差分波形1特点： 0 和 1 不用电压值表示，而用电压的变化表示，如0跳变， 1不变。2优点：该码型波形与码元本身的极性无关，因此即使接收到的码型极性与发送端完全相反，也能正确进行判决。六）多电平波形4 进制、 8 进制每个码元携带的信息量多。七）小结前五种都属于低频成分比较丰富的码型，且双极性码型中，若0 和 1 不等概出现时，仍有直流成分。下面介绍几种低频成份较少，且0 和 1 不等概出现时也无直流分量的码型。五、基带数字信号的传输码型一

29、）基带传输对码型的要求1 无直流分量和只有很小的低频分量；2 含有码元的定时信息；3 传输效率高；4 最好有一定的检错能力；5 适合于各种信源，即要求以上性能和信源的统计特性无关。下面介绍几种常用的传输码型。二）AMI 码全称 Alternative Mark Inverse ，即传号交替反转码，又称平衡对称码。1 编码规则：0 0；1 +V 和-V 交替。实质：二进制脉冲序列三电平符号序列；nB/mT 码 n 个二进制码元由m 个三进制码元表示。2 优点无直流分量；译码电路简单，整流电路；易于发现错误。3 缺点连 0 码过多时同步提取困难。三）HDB3 码1编码规则：连 03：当发现 4 个

30、或 4 个以上连 “0”的码元串时， 就将第 4 个“0”变成与其前一个非“0”码元（“ 1” 或“ 1” ）同极性的码元；将这个码元称为“ 破坏码元 ” ， 并用符号 “ V ” 表示，即用 “+ V ” 表示 “ 1” ，用“ V ” 表示 “ 1” ；为了保证相邻“ V”的符号也是极性交替：1.当相邻 “ V ” 之间有奇数个非“0”码元时，这是能够保证的。2.当相邻 “ V ” 之间有偶数个非“0”码元时，不符合此“ 极性交替 ” 要求。这时，需将这个连“0”码元串的第1 个“0”变成 “ B” 或“ B” 。B 的符号与前一个非“0”码元的符号相反；并且让后面的非“0”码元符号从V

31、码元开始再交替变化。2译码：3.发现相连的两个同符号的“ 1”时，后面的 “ 1”及其前面的3 个符号都译为“ 0”。4.然后，将 “ +1”和“ -1” 都译为 “1”，其它为 “ 0”。3优点：除了具有AMI 码的优点外， 还可以使连 “0”码元串中 “0”的数目不多于3 个，而且与信源的统计特性无关。四）双相码 Biphase Code曼彻斯特码1编码规则精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 27 页学习好资料欢迎下载消息码 “0” 传输码 “01”消息码 “1” 传输码 “10”属于 1B2B 码2译码规则消息码 “

32、0”和 “1”交替处有连 “0”和连 “1”，可以作为码组的边界。3优缺点只有 2 电平，可以提供定时信息，无直流分量；但是占用带宽较宽。五）密勒码1编码规则消息码 “1” 用中点处电压的突跳表示，或者说用“01”或“10”表示；消息码 “0” 单个消息码 “0”不产生电位变化，连“0”消息码则在边界使电平突变，用“11”或“00”表示。1 特点当 “1”之间有一个 “0”时，码元宽度最长（等于两倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。2 产生双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此， 用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。六）CMI 码 传号反转码编码规则：消息码 “1”

33、交替用 “11”和“00”表示；消息码 “0” 用 “01”表示。七）nBmB 码1这是一类分组码，它把消息码流的n 位二进制码元编为一组，并变换成为m 位二进制的码组，其中 mn。后者有2m 种不同组合。由于mn，所以后者多出(2m 2n)种组合。在2m 种组合中，可以选择特定部分为可用码组，其余部分为禁用码组，以获得好的编码特性。2双相码、密勒码和CMI 码等都可以看作是1B2B 码。在光纤通信系统中，常选用m = n + 1，例如 5B6B 码等。3除了 nBmB 码外，还可以有nBmT 码等等。 nBmT 码表示将n 个二进制码元变成m 个三进制码元。2.7.2 基带数字信号的频谱一、

34、二进制随机信号序列的功率谱密度1信号表示矩形脉冲：带宽无穷大；无法物理实现。故，单个脉冲的形状不应为矩形。2功率谱计算假设随机信号序列是一个平稳随机过程，其中 “0”和“1”的出现概率分别为P 和(1 P)，而且它们的出现是统计独立的，则有：nntsts)()(式中PnTtgPnTtgtsn1)()()(21概率为概率为截取长度为Tc的一段信号，设Tc=(2N+1)T，其中 N 是个足够大的整数，此时，截取的信号可以表示成NNnnctsts)()(将 sc(t)看成由一个稳态波vc(t)和一个交变波uc(t)合成的，稳态波是截短信号sc(t)的统计平均分量，而交变波uc(t)就是 sc(t)与

35、 vc(t)之差。)()()(tvtutsccc)()()(fPfPfPvus经计算，双边功率谱密度表示式：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 27 页学习好资料欢迎下载单边功率谱密度表示式：二、功率谱密度计算举例1单极性二进制信号2双极性二进制信号3二者比较（1）在一般情况下，随机信号序列的功率谱密度中包含连续谱和离散谱两个分量。但是对于双极性信号g(t) = -g(t)，且概率P = 1/2 时，则没有离散谱分量。（2）若 g1(t) = g2(t)，则功率谱密度中没有连续谱分量，只有离散谱。为周期性序列，不含信息量。

36、2.7.3码间串扰一、基带数字信号传输系统模型1典型的基带数字信号传输系统模型)(sinsin)(222fTTSafTfTTfTfTTffPcs)(41)(4)(41sin41)(222ffTSaTffTfTTffPcsmcccccvusmffmfGPmfPGffGfGPPffPfPfP)()()1()()()()1()()()(2212211221222122210),()()1()(2)()0()1 ()0()()1 (2)(mccccccsfmffmfGPmfPGffGPPGffGfGPPffP（精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

37、 15 页，共 27 页学习好资料欢迎下载图中，设： GT(f) 发送滤波器的传输函数，GR(f) 接收滤波器的传输函数，C(f) 信道的传输函数，H(f) = GT(f) C(f) GR(f)。2简化的基带数字信号传输系统模型二、码间串扰及奈奎斯特准则1码间串扰?相邻码元间的互相重叠?产生的原因 系统总传输特性H(f)不良。?特点 随信号的出现而出现，随信号的消失而消失（乘性干扰）。2克服码间串扰的原理（ 1）理想情况设：系统总传输函数H(f)具有理想矩形特性：其它处,021,)(TfTfH式中， T 为码元持续时间。当系统输入为单位冲激函数(t)时，抽样前接收信号波形h(t)应该等于 H(

38、f)的逆傅里叶变换：在理论上，可以用持续时间为T 的码元进行传输而无码间串扰。这时，传输带宽： W = 1/(2T) Hz 传输速率： RB =(1/T) 波特速率带宽比：RB /W 2 Baud/Hz 奈奎斯特速率理想传输特性的问题：不能物理实现；波形的 “ 尾巴 ” 振荡大，时间长，要求抽样时间准确。（ 2）实用无码间串扰传输特性：奈奎斯特1928 年给出了一条解决途径，他证明了为得到无码间串扰的传输特性，系统传输函数不必为矩形，而容许是具有缓慢下降边沿的任何形状。要求：传输函数是实函数，且在f = w 处奇对称，称为奈奎斯特准则。三、部分响应系统1部分响应系统解决的问题：理想矩形传输特性

39、：最高频带利用率（带宽最小），但不能物理实TtTtdfefHthTTftj/sin)()(2/12/12基带抽样H(f)发送信 道接收抽样噪声GR(f)C(f)GT(f)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 27 页学习好资料欢迎下载现，输出波形 “ 尾巴” 振荡过大、过长；滚降特性： 可以实现， 输出波形 “ 尾巴 ” 减小，但带宽增大， 频带利用率降低了；部分响应特性：可以解决上述矛盾。2部分响应特性原理：3部分响应系统的原理方框图2.7.4 眼图一、什么是眼图眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整） 传输系统性能时

40、在示波器上观察到的像人的眼睛一样的图形。二、眼图的基本原理1原理：在示波器的垂直Y 轴上加入接收信号码元序列电压，在水平X 轴上加入一个锯齿波，其频率等于信号码元传输速率，即示波器水平时间轴的长度等于信号码元的持续时间。2二进制双极性信号眼图的特点：在理想情况下（无噪声和码间串绕），显示有如一只睁开的眼睛；在有干扰情况下，“ 眼睛 ” 张开的程度代表干扰的强弱。三、眼图的模型1“ 眼睛 ” 张开最大的时刻是最佳抽样时刻；2中间水平横线表示最佳判决门限电平；3阴影区的垂直高度表示接收信号振幅失真范围；4“ 眼睛 ” 斜边的斜率表示抽样时刻对定时误差的灵敏度；5在无噪声情况下，“ 眼睛 ” 张开的

41、程度，即在抽样时刻的上下两阴影区间的距离之半，为噪声容限；若在抽样时刻的噪声值超过这个容限，就可能发生错误判决。28 小结1模拟信号的抽样：包括低通模拟信号抽样和带通模拟信号抽样，重点掌握抽样定理；2抽样信号的量化：包括均匀量化和非均匀量化，讨论了两种非均匀量化方法：A 压缩率（ 13折线）和压缩率（ 15 折线）；3脉冲编码调制（PCM） 、差分脉冲编码调制（DPCM ） 、增量调制（ DM ）系统的原理及信号量噪比的分析。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 27 页学习好资料欢迎下载第 3 章调制和解调【主要讲授内容及

42、时间分配】3.1调制的概念3.2幅度调制3.3角度调制3.4二进制数字调制3.5多进制数字调制3.6新型数字调制3.7小结第一部分模拟调制【重点与难点】1重点：掌握线性调制与解调的原理模型，及其数学分析、波形分析、频谱分析，理解各种调制方式的特点。2难点：非线性调制频谱和带宽特性的分析和理解。【教学要求】1 掌握模拟调制、载波、调制信号、已调信号、调制器的定义；2 掌握调制的目的及模拟调制的分类；3 掌握线性调制器的原理模型，会分析AM 、DSB 、SSB、VSB 调制与解调特性；4 掌握非线性调制器的原理，及非线性已调信号的频谱和带宽特性。【实施方法】课堂讲授， PPT 配合3.1 调制的概

43、念一、定义模拟调制是指用来自信源的基带模拟信号去调制某个载波。载波是一个确知的周期性波形。数学表达式：)cos()(00tAtc载波有三个参量：振幅、角频率、初始相位，使载波中的三个变量之一携带上调制信号的信息，即得到三种不同的调制方式，幅度调制、频率调制和相位调制。二、调制的目的1频谱搬移；2提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时会对传输效率有关。三、模拟调制的分类1线性调制：调制前后频谱结构不变2非线性调制：调制前后频谱结构变化很大3.2 幅度调制一、基本概念1 基本模型其中， H(f)为带通滤波器，根据H(f)设计的不同，可以得到不同的线性调制种类。2 公式推导s(t) 调制信号m(t

44、)Acos0tH(f) 已调信号s(t) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 27 页学习好资料欢迎下载tAtmts0cos)()()()(fMtm)(cos)(0fStAtm)()(2)(00ffMffMAfS3 频谱分析二、振幅调制（ AM ）1原理包络检波器由一个整流器和一个低通滤波器组成。2 已调信号的频谱与功率分配调幅信号中的大部分功率被载波占有，而载波本身并不含有基带信号的信息。3 包络检波法的性能分析三、双边带（ DSB）调制1.原理调制信号m(t)没有直流分量时，得到DSB 信号。由于发送DSB 信号时不发

45、送载波，所以可以节省发送载波的功率，但是解调时需要在接收端的电路中加入载波，载波的频率和相位应该和发送端的完全一样，故接收电路较为复杂。2.频谱：两个边带包含相同的信息。3.解调：需要本地载波。4.DSB 的优缺点：DSB 信号可以节省发送功率，但接收电路较为复杂。四、单边带（ SSB）调制1.原理双边带调制中两个边带包含相同的信息，没有必要一定传送着两个边带，如果利用线性调制器中的滤波器将其中一个边带滤除，只传输另一个边带，就成了SSB 调制。SSB 调制要求m(t)中无太低频率。2.解调需要本地载波。3.SSB 优点比 DSB 信号进一步节省发送功率和占用带宽。整流器低通滤波器包络检波器解

46、调调幅信号0 M(f) 输入信号频谱密度0 S(f)f0-f0 输出信号的频谱密度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 27 页学习好资料欢迎下载五、残留边带 (VSB) 调制1.原理在滤波器的选择上，选取滤波器的截止特性对于f0具有互补的对称性。其频谱特性为：CffHffH)()(002.特点适合包含直流分量和很低频率分量的基带信号。VSB 仍为线性调制。3.3 角度调制一、基本原理1.频率的概念严格地说，只有无限长的恒定振幅、恒定频率和恒定相位的正弦（余弦）波形才具有单一频率。载波被调制后，不再仅有单一频率。2.“ 瞬时

47、频率 ” 的概念设一个载波可以表示为)cos()(cos)(00tAtAtc式中，0为载波的初始相位；(t) = 0t + 0为载波的瞬时相位；0 = d (t)/dt 为载波的角频率。现定义瞬时频率：tttid)(d)(上式可以改写为：0d)()(ttti3.角度调制的定义使载波)cos()(cos)(00tAtAtc的相位(t)随着调制信号的变化而变化。（ 1）相位调制若使相位(t)随 m(t)线性变化，即令)()(00tkmtt则称为相位调制。已调信号的表示式为：)(cos)(00tkmtAtsp已调载波的瞬时频率为：)(dd)(0tmtkti（ 2）频率调制若使瞬时频率直接随调制信号线

48、性地变化，则得到频率调制，此时，瞬时角频率为)()(0tkmti则，瞬时相位为：000d)(d)()(ttmktttti已调信号的表示式为：d)(cos)(00ttmktAtsf（ 3）相位调制和频率调制的比较：在相位调制中载波相位(t)随调制信号m(t)线性地变化， 而在频率调制中载波相位(t)随调制信号m(t)的积分线性地变化。若将 m(t)先积分，再对载波进行相位调制，即得到频率调制信号。类似地，若将m(t)先微分，再对载波进行频率调制，就得到相位调制信号。仅从已调信号波形上看无法区分二者。二者的区别仅在于已调信号和调制信号的关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳

49、总结 - - - - - - -第 20 页，共 27 页学习好资料欢迎下载不同。二、已调信号的频谱和带宽以用正弦波调制信号进行频率调制为例进行分析。1频谱已调信号为一个含有正弦函数的余弦函数，它可以展开成为一个由第一类n 阶贝塞尔函数为系数的无穷级数。其频谱的宽度理论上应该为无穷大，但实际上大部分的功率集中在以载频为中心的有限带宽内。2频谱特点1.边频成对2.大部分功率集中在有限带宽内3.当调制指数mf 1 时，带宽B：)(2mB（rad/s）或：)(2mffB（Hz）三、角度调制信号的接收角度调制的振幅是恒定的。经过变参信道传输后，不会因信号振幅的改变而使信息受到损失。而信道中衰落及噪声对

50、于信号角度（频率和相位）的影响与振幅相比要小得多。故，其抗干扰能力较强。第二部分基本的数字调制系统【重点与难点】1、重点：二进制数字键控的原理和性能的理解、分析和掌握，4PSK、4DPSK 信号产生和解调的方法的理解和掌握， 16QAM 信号的产生方法的理解和掌握。2、难点：数字键控系统的性能分析，相移键控原理的理解、分析和掌握。【教学要求】1、掌握带通调制的概念及目的；2、掌握 2ASK信号的调制与解调基本原理，2ASK信号的功率谱密度及误码率分析；3、掌握2FSK 信号的调制与解调基本原理，2FSK信号的最小频率间隔、功率谱密度及误码率分析；4、掌握 2PSK信号的调制与解调基本原理，2P