通信原理重点知识总结资料ppt课件.ppt
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1、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统通信原理重点知识总结篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统题型判断题10分,10题选择题10分,10题填空题20分,每空一分简答题20分,每题5分计算题40分,每题8分篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第1章知识点通信系统的基本模型模拟信号与数字信号的区别信息量数字通信系统的有效性与可靠性篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的
2、,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统通信系统的组成通信系统的组成1.2 通信系统的一般模型信信信信 源源源源发送设备发送设备发送设备发送设备信信信信 宿宿宿宿噪声噪声噪声噪声信道信道信道信道接收设备接收设备接收设备接收设备发端发端收端收端把各种把各种消息转换消息转换成原始电成原始电信号信号对原始信号对原始信号完成某种变完成某种变换,使之适换,使之适合在信道中合在信道中传输传输信号传输的通信号传输的通道,提供了信源道,提供了信源与信宿之间在电与信宿之间在电气上的联系。分气上的联系。分为有线信道和无为有线信道和无线信道两大类线信道两大类把接收到把接收到的信号反的信号反变换,转变换,转
3、换成原始换成原始电信号电信号将复原的将复原的原始电信原始电信号转换成号转换成相应的消相应的消息息MODEMMODEMMODEMMODEMTerminalTerminalPSTNPSTNHostHost4篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统模拟信号与数字信号的区别模拟信号与数字信号的区别1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号:代表消息的信号参量取值连续,模拟信号:代表消息的信号参量取值连续,例如麦克风输出电压:例如麦克风输出电压:数字信号:
4、代表消息的信号参量取值为有数字信号:代表消息的信号参量取值为有限个,例如电报信号、计算机输入输出信限个,例如电报信号、计算机输入输出信号:号:5篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统信息熵定义信息熵定义设:一个离散信源是由设:一个离散信源是由M个符号组成的集合,其中每个符号个符号组成的集合,其中每个符号xi(i=1,2,3,M)按一定的概率按一定的概率P(xi)独立出现,即独立出现,即 且有且有则则x1,x2,x3,xM 所包含的信息量分别为所包含的信息量分别为 于是,每个符号所含平均信息量为于是,每个符号所含平均信息量为由
5、于由于H(x)同热力学中的熵形式相似,故称它为信息源的同热力学中的熵形式相似,故称它为信息源的熵熵 6篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统最大信息熵不同的离散信息源可能有不同的熵值。信息源的最大熵发生在每一符号等概率出现时即 P(xi)l/n,i l,2,n,最大熵值等于7篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统信息量某信息源的符号集由A、B、C、D和E组成,设每一符号独立出现,其出现概率分别为1/4,1/8,1/8,3/16和5/16;信息源以1000B
6、速率传送信息。(1)求传送1小时的信息量;(2)求传送1小时可能达到的最大信息量。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统数字通信系统的有效性与数字通信系统的有效性与可靠性可靠性数字通信系统数字通信系统有效性:用传输速率和频带利用率来衡量。有效性:用传输速率和频带利用率来衡量。码元(符号)传输速率码元(符号)传输速率RB:定义为单位时间(每秒)传送:定义为单位时间(每秒)传送码元的数目,单位为波特(码元的数目,单位为波特(Baud),简记为),简记为B。式中式中T 码元的持续时间(秒)码元的持续时间(秒)信息传输速率信息传输速
7、率Rb:定义为单位时间内传递的平均信息量或:定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数,单位为比特比特数,单位为比特/秒,简记为秒,简记为 b/s,或,或bps 9篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统数字通信系统的有效性与数字通信系统的有效性与可靠性可靠性码元速率和信息速率的关系码元速率和信息速率的关系或或 对于二进制数字信号:对于二进制数字信号:M=2,码元,码元速率和信息速率在数量上相等。速率和信息速率在数量上相等。对于多进制,例如在八进制(对于多进制,例如在八进制(M=8)中,若码元速率为)中,若码元速率为1200 B
8、,则信息速,则信息速率为率为3600 b/s。10篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统数字通信系统的有效性与数字通信系统的有效性与可靠性可靠性频带利用率:定义为单位带宽(频带利用率:定义为单位带宽(1赫兹)内的传输速率,赫兹)内的传输速率,即即或或可靠性:常用误码率和误信率表示。可靠性:常用误码率和误信率表示。误码率误码率误信率,又称误比特率误信率,又称误比特率在二进制中有在二进制中有11篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第2、3章知识点能量信号和功
9、率信号的定义广义平稳与严平稳的关系高斯随机过程高斯白噪声篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统能量信号和功率信号的定义信号分成两类:信号分成两类:l能量信号:能量等于一个有限正值,能量信号:能量等于一个有限正值,但平均功率为但平均功率为0.0.l功率信号:平均功率是一个有限值,功率信号:平均功率是一个有限值,但能量为无限大。但能量为无限大。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统把同时满足(把同时满足(1)和()和(2)的过程定义为)的过程定义为广义平稳随机
10、过程广义平稳随机过程。显然,严平稳随机过程。显然,严平稳随机过程必定是广义平稳的,反之不一定成立。必定是广义平稳的,反之不一定成立。在通信系统中所遇到的信号及噪声,大在通信系统中所遇到的信号及噪声,大多数可视为平稳的随机过程。因此,研究平多数可视为平稳的随机过程。因此,研究平稳随机过程有着很大的实际意义。稳随机过程有着很大的实际意义。广义平稳与严平稳的关系14篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统高斯随机过程高斯随机过程 3.3 高斯随机过程(正态随机过程)3.3.1 定义定义 高斯过程高斯过程(正态随机过程正态随机过程):
11、通信领域中最重:通信领域中最重要的一种过程,大多数噪声都是高斯型的。要的一种过程,大多数噪声都是高斯型的。如果随机过程如果随机过程 (t)的任意的任意n维(维(n=1,2,.)分)分布均服从正态分布,则称它为正态过程或高斯布均服从正态分布,则称它为正态过程或高斯过程,过程,n维正态概率密度函数表示式为:维正态概率密度函数表示式为:式中式中 15篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统高斯随机过程性质高斯随机过程性质 3.3.2 重要性质重要性质由高斯过程的定义式可以看出由高斯过程的定义式可以看出,高斯过程的高斯过程的n维分布维
12、分布只依赖各个随机变量的只依赖各个随机变量的均值、方差和归一化协方差均值、方差和归一化协方差。因此,对于高斯过程,只需要研究它的数字特征就因此,对于高斯过程,只需要研究它的数字特征就可以了。可以了。广义平稳的高斯过程也是严平稳的。广义平稳的高斯过程也是严平稳的。因为,若高斯过程是广义平稳的,即其均值与时因为,若高斯过程是广义平稳的,即其均值与时间无关,协方差函数只与时间间隔有关,而与时间间无关,协方差函数只与时间间隔有关,而与时间起点无关,则它的起点无关,则它的n维分布也与时间起点无关,故它维分布也与时间起点无关,故它也是严平稳的。所以,高斯过程若是广义平稳的,也是严平稳的。所以,高斯过程若是
13、广义平稳的,则也严平稳。则也严平稳。16篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统白噪声定义白噪声白噪声n(t)定义:功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声,定义:功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声,即即 双边功率谱密度双边功率谱密度或或 单边功率谱密度单边功率谱密度式中式中 n0 正常数正常数白噪声的自相关函数:对双边功率谱密度取傅里叶白噪声的自相关函数:对双边功率谱密度取傅里叶反变换,得到相关函数:反变换,得到相关函数:17篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型
14、的系统白噪声的功率白噪声的功率由于白噪声的带宽无限,其平均功率为无穷大,即由于白噪声的带宽无限,其平均功率为无穷大,即或或因此,真正因此,真正“白白”的噪声是不存在的,它只是构造的一种理想的噪声是不存在的,它只是构造的一种理想化的噪声形式。化的噪声形式。实际中,只要噪声的功率谱均匀分布的频率范围远远大于通信实际中,只要噪声的功率谱均匀分布的频率范围远远大于通信系统的工作频带,我们就可以把它视为白噪声。系统的工作频带,我们就可以把它视为白噪声。如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布,则称之为如果白噪声取值的概率分布服从高斯分布,则称之为高斯白噪高斯白噪声声。高斯白噪声在任意两个不同时刻上的随机变量
15、之间,不仅是互高斯白噪声在任意两个不同时刻上的随机变量之间,不仅是互不相关的,而且还是统计独立的。不相关的,而且还是统计独立的。高斯白噪声定义18篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第4章知识点信道的数学模型信道容量与香农公式篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统信道数学模型信道数学模型4.3.1 调制信道模型调制信道模型式中式中 信道输入端信号电压;信道输入端信号电压;信道输出端的信号电压;信道输出端的信号电压;噪声电压。噪声电压。通常假设:通常假设:
16、这时上式变为:这时上式变为:信道数学模型信道数学模型f ei(t)e0(t)ei(t)n(t)图图 调制信道数学模型调制信道数学模型20篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统信道数学模型说明信道数学模型说明因因k(t)随随t变,故信道称为时变信道。变,故信道称为时变信道。因因k(t)与与e i(t)相乘,故称其为相乘,故称其为乘性干扰乘性干扰。因因k(t)作随机变化,故又称信道为作随机变化,故又称信道为随参信道随参信道。若若k(t)变化很慢或很小,则称信道为变化很慢或很小,则称信道为恒参信道恒参信道。乘性干扰特点:当没有信号
17、时,没有乘性干扰。乘性干扰特点:当没有信号时,没有乘性干扰。21篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统信道容量信道容量信息容量是指信道能够传输的最大平均信息速率。表示信道的极限传输能力 l从信息论观点,各种信道分二大类:从信息论观点,各种信道分二大类:离散信道离散信道编码信道(其模型用转移概率表示)编码信道(其模型用转移概率表示)连续信道连续信道调制信道(其模型用时变线性网络表示)调制信道(其模型用时变线性网络表示)1.1.离散信道容量离散信道容量编码信道是一种离散信道,可以用离散信道的信道容编码信道是一种离散信道,可以用离
18、散信道的信道容量来表征。量来表征。22篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统23香农公式香农公式 对对于于带带宽宽有有限限、平平均均功功率率有有限限的的高高斯斯白白噪噪声声连连续续信信道道,可证,其信道容量为可证,其信道容量为如如果果白白噪噪声声单单边边功功率率谱谱密密度度为为n0(w/Hz),则则Nn0B(w),故故B为为带带宽宽(Hz),S为为信信号号平平均均功功率率(w),N为为噪噪声声功功率率(w)。Ct的单位为的单位为b/s。上式是信息论中具有重要意义的上式是信息论中具有重要意义的香农(香农(shannon)公式)
19、公式 篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统24关于信道容量公式的几个重要结论:关于信道容量公式的几个重要结论:1.若提高信噪比若提高信噪比S/N,则信道容量,则信道容量Ct也提高。也提高。2.若若n00,则,则Ct,意味着无干扰信道容量为无穷大。,意味着无干扰信道容量为无穷大。3.若若S/N保持不变,但增加带宽保持不变,但增加带宽B,则,则Ct也增加,但增加的幅也增加,但增加的幅度很小,这因带宽增加的同时,噪声功率也随之增加。当度很小,这因带宽增加的同时,噪声功率也随之增加。当 时,由洛必塔法可求出时,由洛必塔法可求出 C
20、t1.44S/n0,即带宽趋于无限,即带宽趋于无限时,信道容量仍保持有限值。时,信道容量仍保持有限值。S/n0S/n0BCt1.44(S/n0)篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统254.若信息速率若信息速率Rt,则理论上可实现无误差(任意,则理论上可实现无误差(任意小的差错率)传输。小的差错率)传输。若若RCt,则不可能实现无误传输。,则不可能实现无误传输。若若R=Ct,则称为理想通信系统。,则称为理想通信系统。例题:计算电视中视频图像信号传输的带宽。设每帧例题:计算电视中视频图像信号传输的带宽。设每帧电视图像有电视图像
21、有300000(30万)个像素组成,每个像素用万)个像素组成,每个像素用10个亮度电平表示。个亮度电平表示。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统26假设对于任何像素,假设对于任何像素,1010个亮度电平等概出现。每秒发个亮度电平等概出现。每秒发送送 3030帧图像,要求信噪比帧图像,要求信噪比S/N=1000(S/N=1000(即即30dB)30dB),计算,计算传播信号所需要的最小带宽。传播信号所需要的最小带宽。解:每个像素的信息量解:每个像素的信息量=每帧图像信息量每帧图像信息量=每秒传送的每秒传送的(30(30帧帧)
22、信息量信息量 =为了传输为了传输29.9Mb29.9Mb的电视图像,信道容量的电视图像,信道容量必须必须 C Ct t 29.9Mb/s 29.9Mb/s篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统27已知:已知:图像通信系统的带宽约需要图像通信系统的带宽约需要3MHz篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第5章知识点基本概念调制与解调原理调制与解调性能比较门限效应篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分
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