通信原理考试要点gonu.docx
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1、一、绪论论11.模拟拟信号:是信号号参量的的取值是是连续的的或取无无穷多个个值的信信号。如如电话机机送出的的语音信信号、电电视摄像像机输出出的图像像信号等等。模拟拟信号有有时也称称连续信信号,这这个连续续是指信信号的某某一参量量可以连连续变化化或取无无穷多个个值,而而不一定定在时间间上也连连续。 2.数字字信号:是信号号参量只只能取有有限个值值的信号号。如电电报信号号、计算算机输入入/输出出信号、PPCM信信号等。数数字信号号有时也也称离散散信号,这这个离散散是指信信号的某某一参量量是离散散变化的的,而不不一定在在时间上上也离散散。3.通信信系统的的一般模模型信源:是是消息的的产生地地, 其其
2、作用是是把各种种消息转转换成原原始电信信号(基基带信号号)。电电话机、电电视摄像像机和电电传机、计计算机等等各种数数字终端端设备就就是信源源。前者者属于模模拟信源源,输出出的是模模拟信号号;后者者是数字字信源,输输出离散散的数字字信号。 发送设备备:是将将信源和和信道匹匹配起来来,即将将信源产产生的消消息信号号变换成成适合在在信道中中传输的的信号(如调制制成已调调信号)。信道:是是指传输输信号的的物理媒媒质。在在无线信信道中,信信道可以以是大气气(自由由空间),在在有线信信道中,信信道可以以是明线线、 电电缆、波波导或光光纤。噪声源:是通信信系统中中各种设设备以及及信道中中噪声与与干扰的的集中
3、表表现。 接收设备备:是完完成发送送设备的的反变换换,它的的任务是是从带有有干扰的的接收信信号中正正确恢复复出相应应的原始始基带信信号来。信宿:是是信息传传输的归归宿点,其其作用是是将复原原的原始始信号转转换成相相应的消消息。4.按照照信道中中传输的的是模拟拟信号还还是数字字信号,可可相应地地把通信信系统分分为模拟拟通信系系统和数字通通信系统统。模拟通信信系统:利用模模拟信号号来传递递信息的的系统。分分为模拟拟基带传传输系统统和模拟拟调制传传输系统统。数字通信信系统:利用数数字信号号来传递递信息的的系统。分分为数字字基带传传输系统统和数字字调制传传输系统统5.语音音信号为为300034400H
4、Hz6.数字字通信的的优点:(1)抗抗干扰能能力强,可可消除噪噪声积累累;(2)差差错可控控, 可可以采用用信道编编码技术术使误码码率降低低, 提提高传输输的可靠靠性; (3)易易于与各各种数字字终端接接口,用用现代计计算技术术对信号号进行处处理、加加工、变变换、存存储,从从而形成成智能网网;(4) 易于集成成化, 从而使使通信设设备微型型化; (5) 易于加密密处理, 且保密密强度高高。数字通信信的缺点点:(1) 频带利利用率不不高。数数字通信信中,数数字信号号占用的的频带宽宽,以电电话为例例,一路路数字电电话一般般要占据据约200600kHzz的带宽宽,而一一路模拟拟电话仅仅占用约约4 k
5、kHz带带宽。如如果系统统传输带带宽一定定的话,模模拟电话话的频带带利用率率要高出出数字电电话的55155倍。 (2) 需要严严格的同同步系统统。数字字通信中中,要准准确地恢恢复信号号,必须须要求收收端和发发端保持持严格同同步。通信系统统的分类类:1 按按通信业业务分类类 通信系系统可分分为话务务通信和和非话务务通信。 近年来来,非话话务通信信发展迅迅速,未未来的综综合业务务数字通通信网中中各种用用途的消消息都能能在一个个统一的的通信网网中传输输。 2 按按调制方方式分类类 通信系系统分为为基带传传输和频频带(调调制)传传输。调调制方式式很多, 表 11-1 列出了了一些常常见的调调制方式式。
6、 基带传传输:将将未经调调制的信信号直接接传送。 频带传传输:对对各种信信号变换换方式后后传输。3 按按信号特特征分类类 通通信系统统分成模模拟通信信系统和和数字通通信系统统。4 按按传输媒媒质分类类 通通信系统统可分为为有线通通信系统统和无线线通信系系统。5 按按工作波波段分类类 通通信系统统可分为为长波通通信、中中波通信信、短波波通信、微微波通信信、远红红外线通通信等。 6 按按信号复复用方式式分类传输多路路信号主主要有三三种复用用方式:频分复用用:是用用频谱搬搬移的方方法使不不同信号号占据不不同的频频率范围围;FDDMA,OOFDMM时分复用用:是用用脉冲调调制的方方法使不不同信号号占据
7、不不同的时时间区间间;TDDMA码分复用用:是用用正交的的脉冲序序列分别别携带不不同信号号。CDDMA通信方式式:1 按按消息传传递的方方向与时时间关系系分 对于点点与点之之间的通通信,通通信方式式可分为为单工、半半双工及及全双工工通信三三种。 2 按按数字信信号排列列顺序分分 通信信方式可可分为并并行传输输和串行行传输。并行传输输:是将将代表信信息的数数字序列列以成组组的方式式在两条条或两条条以上的的并行信信道上同同时传输输。并行行传输的的优点是是节省传传输时间间,但需需要传输输信道多多,设备备复杂,成成本高,故故较少采采用,一一般适用用于计算算机和其其他高速速数字系系统,特特别适用用于设备
8、备之间的的近距离离通信。串行传输输:是数数字序列列以串行行方式一一个接一一个地在在一条信信道上传传输。通通常,一一般的远远距离数数字通信信都采用用这种传传输方式式。一、绪论论21.信息息量 定定义式:对消息息的统计计特性的的定量描描述,信信息量与与消息出出现的概概率之间间的对应应关系:a=2时时,单位位为biit(比比特)aa=e时时(应用用广泛),单位位为niit(奈奈特)aa=100时, 单位为为哈特莱莱o 例 1-1 设二进进制离散散信源(00、1),每每一符号号波形等等概率独独立发送送,求传传送二进进制波形形之一的的信息量量?Bito 例1-22 四四进制离离散信源源(0、11、2、3
9、3),独独立等概概率发送送,求传传送每一一波形的的信息量量。o P=1/2的信信息量为为1比特特o P=1/4的信信息量为为2比特特o P=1/8的信信息量为为3比特特o P=1/M的信信息量为为logg2 MM(biit) o 若M是22的整幂幂次,2.平均均信息量量 设设离散信信源是一一个由nn个符号号组成的的符号集集, 其其中每个个符号xxi(ii=1, 2, 3, , nn)出现现的概率率为P(xi),概率率和为11xi所包包含的信信息量:平均信息息量(信信源中每每个符号号所含信信息量的的统计平平均值)为为:由于H同同热力学学中的熵熵形式一一样, 故通常常又称它它为信息息源的熵熵,其单
10、单位为bbit/符号。当离散信信源中每每个符号号等概出出现且各各符号出出现为统统计独立立时,该该信源的的熵有最最大值,此此时,若若信源中中有N个个符号,则则信息源源的最大大熵为:3.平均均信息量量的另一一种算法法对于由一一串符号号构成的的消息,假假设各符符号的出出现是相相互独立立的,根根据信息息量相加加的概念念,整个个消息的的信息量量为各独独立事件件所含信信息量之之和:例1-44:一离离散信源源由0、11、2、33四个符符号组成成,它们们出现的的概率分分别为:3/88、1/4、11/4、11/8,且且每个符符号的出出现都是是独立的的,求下下面此消消息的信信息量?2010020113022130
11、00122032210110033210010002311020002001033120032110011202210解:0出出现233次,11出现114次,22出现113次,33出现77次。共共57个个符号解法一:该消息息的信息息量:每个符号号的算术术平均量量解法二:若用熵熵的概念念计算平平均信息息量:则该消息息的信息息量为:I=符符号数熵=557 1、9906=1088.644(biit)4.通信信系统的的质量标标准有效性:在给定定信道内内所传输输的信息息内容的的多少,或或者说是是传输的的“速度”问题;可靠性:接收信信息的准准确程度度,也就就是传输输的“质量”问题。5.模拟拟通信系系统的主
12、主要技术术指标有效性:用有效效传输频频带来度度量。信信号本身身频带宽宽度越窄窄,有效效性越好好,传输输的速度度越快。同同样的消消息用不不同的调调制方式式,则需需要不同同的频带带宽度。可靠性:用接收收端最终终输出信信噪比来来度量。信信噪比越越大,通通信质量量越高,可可靠性越越好。不不同调制制方式在在同样信信道信噪噪比下所所得到的的最终解解调后的的信噪比比是不同同的。6.数字字通信系系统的主主要技术术指标1.有效效性:传传输速率率和频带带利用率率码元传输输速率RRS 简简称码元元速率,又又称符号号速率等等。它表表示单位位时间内内传输码码元的数数目,单单位是波波特(BBaudd),记记为B。信息传输
13、输速率RRb 简简称传信信率,又又称比特特率等。它它表示单单位时间间内传递递的平均均信息量量或比特特数,单单位是比比特/秒秒,可记记为biit/ss ,或或 b/s ,或或bpss。 每个码码元或符符号通常常都含有有一定bbit数数的信息息量,因因此码元元速率和和信息速速率有确确定的关关系,即即 当等概概率传输输时,熵熵有最大大值loog2MM,信息息速率也也达到最最大,则则: (M为为符号的的进制数数)二进进制的码码元速率率和信息息速率在在数量上上相等 频带利利用率:比较较不同通通信系统统的有效效性时,单单看它们们的传输输速率是是不够的的,还应应看在这这样的传传输速率率下所占占的信道道的频带
14、带宽度。所所以,真真正衡量量数字通通信系统统传输效效率的应应当是单单位频带带内的码码元传输输速率,即即数字信号号的传输输带宽BB取决于于码元速速率RSS,而码码元速率率和信息息速率RRb有着着确定的的关系。为为了比较较不同系系统的传传输效率率, 又又可定义义频带利利用率为为2.可靠靠性:差差错率误码率(码码元差错错率)PPs 是指发发生差错错的码元元数在传传输总码码元数中中所占的的比例,更更确切地地说,误误码率是是码元在在传输系系统中被被传错的的概率,即即 误信率(信信息差错错率)PPb 是是指发生生差错的的比特数数在传输输总比特特数中所所占的比比例, 即 显然然在二进进制中有有Pb=Ps第二
15、章1.信道道的定义义所谓信道道就是信信号传输输的途径径。根据通信信的概念念,信号号必须依依靠传输输介质传传输,所所以传输输介质被被定义为为狭义信信道。另另一方面面,信号号还必须须经过很很多设备备(发送送机、接接收机、调调制器、解解调器、放放大器等等)进行行各种处处理,这这些设备备显然也也是信号号经过的的途径,因因此,把把传输介介质(狭狭义信道道)和信信号必须须经过的的各种通通信设备备统称为为广义信信道。 2.噪声声的分类类概括地讲讲,不携携带有用用信息的的信号就就是噪声声。显然然,噪声声是相对对于有用用信号而而言的,一一种信号号在某种种场合是是有用信信号,而而在另一一种场合合就有可可能是噪噪声
16、若根据噪噪声的来来源进行行分类,一一般可以以分为三三类:人人为噪声声、自然然噪声、内内部噪声声;根据噪声声的波形形是否可可以预测测,噪声声可以分分为可预预测噪声声:电源哼哼声,自自激振荡荡,各种种内部的的谐波干干扰等等等,虽然然消除这这些噪声声不一定定很容易易,但至至少可以以在原理理上消除除或基本本消除:和随机机噪声根据噪声声的性质质分类,噪噪声可以以分为单单频噪声声、脉冲冲噪声和和起伏噪噪声。这这三种噪噪声都是是随机噪噪声。3.高斯斯白噪声声o 高斯随机机过程如如下特征征:o a. ff(x)对对称于xx=a这这条直线线。o b.c. a表表示分布布中心,表示集中程度,f(x)图形将随着的减
17、小而变高和变窄。当a=0,=1时,称为标准正态分布的密度函数如果白噪噪声又是是高斯分分布的,我我们就称称之为高高斯白噪噪声。高高斯白噪噪声在任任意两个个不同时时刻上的的取值之之间,不不仅是互互不相关关的,而而且还是是统计独独立的。 我们所定定义的这这种白噪噪声在实实际中是是不存在在的。但但是,如如果噪声声的功率率谱均匀匀分布的的频率范范围远远远大于通通信系统统的工作作频带,就就可以把把它视为为白噪声声。4.信道道容量(香香农公式式)信道容量量是指信信道中信信息无差差错传输输的最大大速率,记记为C: 30ddB SS/N=10000,220dBB S/N=1100,110dBB S/N=110例
18、222 若若一帧电电视图像像的信息息量为9996000biit,电电视的帧帧频为330Hzz,为使使接收端端能收到到良好的的图像,要要求信道道的信噪噪比S/N=330dBB,求信信道的带带宽B。解:若信信息的传传输速率率为 VV=999600030=29.9106b/ss ,则信信道的容容量C至至少应等等于V,有有 C=999600030=29.9106b/ss 由香农农公式可可得即信道带带宽约为为3MHHz。第三章1.调制制的概念念:让载载波的某某个参数数(或几几个)随随调制信信号(原原始信号号)的变变化而变变化的过过程或方方式称为为调制。而而载波通通常是一一种用来来搭载原原始信号号(信息息
19、)的高高频信号号,它本本身不含含有任何何有用信信息。2.调制制的功能能:(1).频率变变换 把低频频信号变变换成高高频信号号以利于于无线发发送或在在信道中中传输。关关于无线线发送前前面已经经讲过,在信道道中传输输主要指指有线通通信中的的高频对对称电缆缆要求传传输信号号的频率率为1222552kHHz,显显然,频频率为00.33.44kHzz的话音音信号(考考虑保护护带,通通常将带带宽定义义为4kkHz)不不能直接接在其中中传输,必必须经过过调制。(2).信道复复用 信号必必须通过过信道才才能传输输,而每每一种物物理信道道的频率率特性一一般都比比所传的的基带信信号带宽宽要大很很多(比比如同轴轴电
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