重点 通信原理课程复习课件.ppt
第一章 绪论,通信发展史,1819年 奥斯特发现电流的磁效应,1831年 法拉第发现电磁感应现象,1844年 美国人莫尔斯发明电报,1864年 麦克斯韦方程，预测电磁辐射的存在,1876年 贝尔发明电话,1888年 赫兹证明空间电磁波存在,模拟信号和数字信号,时间和幅值（信号参量）都为连续的信号又称为模拟信号。模拟信号就是连续信号。如果离散信号的幅值是连续的，则又可取名为抽样信号。时间与幅度取值都具有离散性的信号数字信号。,通信系统模型,图1-5 通信系统基本模型,通信系统模型,信源：产生/形成消息，消息的形式有多种。如：符号、文字、语音、数据、图像、视频等，发信机：也叫发送器，将消息转换成为适合在信道中传输的信号信道（channel)：信号的传输媒介/通道，将信号由发信机传输到收信机，它的传输特性对通信质量有着直接影响。接收机：也叫接收器，与发送器相反，把接收到的电信号转换成传递的消息。噪声源：信号在信道中传输时不可避免会收到各种噪声的干扰。信宿：消息传递的终点、对象,通信系统模型,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。,模拟通信系统,调制器(Modulator )： 将基带信号已调信号（频带信号）时域上表现为模拟信号与载波信号相乘频域上是把模拟信号在频谱上进行搬移，以适应信道的频谱特性,模拟信号数字化传输通信系统,数字通信系统,通信协议标准的拟定组织,ISO：国际标准化组织OSI七层模型ITU-T：国际电信联盟电信标准化部CCITT（V Series；X Series）宽带W-ISDNANSI：美国国家标准化协会ASCII码IEEE：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EIA:电子工业联合会EIA-232-D, EIA-449Bell：贝尔中心11 Nobel prize-winner,第三章 信道与噪声,信息及其度量信道及其容量数据传输速率调制速率：波特率RB数据信号速率：比特率Rb数据信号传输形式单工、半双工、全双工特点异步、同步传输特点，如何计算传输效率? 传输效率=有用数据位数/字符总长 同步、异步传输的单位,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）,将数字消息或模拟消息转换成通信硬件能够接受和易于传输的信号，共要经过四个过程：（1）第一，把各种信息用二进制表示。包括字符编码、PCM编码、PAM编码等。（2）第二，把二进制数转换成脉冲信号（电信号），即码型编码。（3）第三，差错控制编码。（4）第四，基带信号变成频带信号。本章主要讲述第一、二次过程，第三次过程将在第三章讲述，第四次过程将在第五章讲述。,常见通信传输介质硬介质：双绞线、同轴电缆、和光纤（原理）软介质：无线电波、微波、卫星短波可以通过两种形式进行传播： 沿地球的表面以地波的形式传播和通过电离层的反射以天波的形式传播。传输损耗：衰损失真噪声,各种不同带宽的区别,信道带宽:信道可以不失真地传输信号的频率范围，即信道能够传输的信号的最高频率和最低频率的差值。,系统的带宽:通常是指系统的频率响应（幅频特性）曲线的幅度保持在其频带中心的取值的1/倍（即70%）以内的频率区间。,信号带宽：信号谐波的最高频率 f h 与最低频率 f l 之差）叫做信号的频带宽度，简称带宽。,信道带宽针对信号传输的通道系统带宽针对处理信号的系统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的这部分频谱的宽度,码型表示0、1的方案常见的码型：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）,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,功率与信噪比的分贝功率与实际值的换算1mW=0 dBmPdbm=10log(Pmw /1mw),香农定理,给出了一种计算传输速率上限的方法。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）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，其中S为信号功率，N为噪声功率。,例2.8 假设一个音频电话线路支持的频率范 围为300 Hz到3 400 Hz，其信噪比是 25 dB，试求这个线路传输速率的上 限。,解：由题可知，这条线路的带宽 B=3 400300=3 100（Hz） 又因为信噪比为25 dB，故由公式（2.10）可得 316 因此根据公式（2.11），线路传输速率的上限约为 =3 100log2(317)25 761（bit/s）也就是说，这条线路传输速率的上限将近26 kbit/s。,假设系统输出16种符号，可以用4bit来表示。,第 四 章 模拟调制系统,幅度调制、角度调制的分类各种模拟幅度调制的信号表达式、特点、优点、缺点、画出频谱图等（作业）,平稳、加性、高斯、白 的噪声 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拟、宽带噪声平稳：统计特性不随时间的推移而变化。加性：以叠加到信号上去的形式出现高斯：噪声的概率密度函数为高斯（正态）分布白： 噪声的功率谱密度为均匀的（常数）,调制解调,调制本质：频谱搬移调制方式分类：信号形式 模拟调制 幅度调制（AM DSB SSB VSB） 角度调制（FM PM） 数字调制（ASK FSK PSK）载波形式 连续波调制（载波为正弦波） 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）,信噪比增益（调制制度增益）G=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= =1,4.3.1 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 ：信号的瞬时角频率， d(t)/dt ：瞬时角频偏，最大角频偏= d(t)/dt max。,=2fc,调频指数,调制角频率,卡森公式调频波带宽,BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm) (4.3 - 23),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 ,什么是门限效应，为什么会产生门限效应？ AM FM模拟信号非相干解调会产生门限效应。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,第五章 数字基带传输系统,衡量系统抗噪声性能： 模拟信号：信噪比 数字信号：误码率 眼图数字基带传输系统的模型，各部分功能,占空比 为脉冲宽度与码元宽度Ts之比(/Ts),如下图所示。,码型表示0、1的方案常见的码型：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）,第六章 模拟信号的数字传输,抽样频率的选择 fs2B (B：调制信号最高频率）,模拟信号的数字传输,模拟信号的数字传输框图,抽样是按把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散的抽样信号； 量化是把幅度上连续的抽样信号转化为幅度上离散的抽样信号（即指定M个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示） 编码是用二进制码组表示量化后的样值脉冲,课后作业！,第七章 数字信号频带传输系统,引言部分信号经调制后再传输的方式称为频带传输。在数据通信中采用的是数字调制，实现数字调制的方法有幅度调制、频率调制、相位调制等。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。 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的波形,基带传输和频带传输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。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,相干解调：同步解调法：,2ASK信号的解调,非相干解调（包络检波）,优点：电路简单、便宜、效率高、稳定性号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。缺点：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。,相干解调法（同步法）,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,频率调制利用数字基带信号控制载波的频率来传递信息。2FSK信号解调的过零检测法的原理框图及各个模块的作用。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？,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）,例如： B=f2-f1+2RB=4000-1000+2*600=4200Hz,相位调制利用数字基带信号控制载波的相位变化来传递信息。绝对相位调制：用载波的初相表达数字信息相对相位调制：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：,2DPSK信号调制过程波形图,绝对码,相对码,载波,DPSK信号,1,0,1,1,0,0,1,0,0,转换,2PSK调制,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,调制方法调幅，用两个幅度不同的载波信号表示二进制(ASK）调频，用两个频率不同的载波信号表示二进制(FSK)调相，用两个相位不同的载波信号表示二进制(PSK)MSK，克服频选法产生的FSK信号相位不连续的缺点,线性分组码：许用码组（2k）、禁用码组数量（2n-k）；编码效率的计算差错控制的编码原理 冗余度越高，检错纠错能力越强，传输效率越低理解海明距离、最小距离,第八章 差错控制编码,常用差错控制编码方法奇偶校验编码方法恒比码、方阵校验编码方法电报一般采用恒比码，数字5中取3，字母7中取3CRC编码方法，如何计算完整CRC编码,差错控制方法的特点，如何实现！（1）自动请求重发（ARQ） 停止等待：简单 回退N帧：环境好 选择性重发：环境恶劣（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,最小距离与抗干扰能力的关系,定理3.1若一种码的最小距离为d0 ，则它能检查传输错误个数（检错能力）e应满足：d0=e+1定理3.2若一种码的最小距离为d0 ，则它能纠正传输错误个数（纠错能力）t应满足：d0=2t+1定理3.3若一种码的最小距离为d0，则它的检错能力和纠错能力应满足： d0 =e+t+1 （e=t）相关计算,奇偶校验码,写出下列二进制序列的偶校验码：1001110 0101111 ,写出下列二进制序列的奇校验码：1100101 0110010 ,10011100,01011111,11001011,01100100,多路复用技术的基本概念FDM，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TDM，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) 课件：同步异步TDM的一帧中时隙如何分配如何交错的图形 相关的计算CDMA：不同码片序列区分多路信号,第十章 复用和数字复接技术,多路复用技术,多路复用大致结构图多路复用结构中输入输出缓冲区加在哪里？为什么要加？,统计TDM性能分析,在统计TDM系统中，希望使用尽可能少的缓冲器（减少成本），使用尽可能低的复用链路传输速率（减少误码）二者是一对矛盾，一方减少会引起另一方增加减少缓冲器容量，为了不使数据溢出就要增大复用线路的传输速率，加快输出反之，如果复用线路的传输速率下降了，则数据输出的速率变慢，这就需要加大缓冲器容量，以不使它溢出。,3.同步TDM与STDM比较时间片上：N条输入线路TDM: 帧内时间片数为M = N STDM:帧内时间片数M = N 效率上： 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） 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。,同步TDM传输标准,北美和日本的技术：T1线路（24）话音信道 传输速率= 1.544 (Mbps) ITU-T推荐的TDM标准：E1线路（30）话音信道 传输速率= 2.048 (Mbps) 如何计算？,第十一章 同步原理,分类：载波同步、位同步、帧同步帧同步的作用 :起始、结束标识取样判决基础：位同步,
