通信原理樊昌信优秀PPT
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樊昌信版通信原理课件
数字信号的表示与处理
数字信号的表示方法：包括模拟信号的抽样、量化、编码等过程，以及数字信号的二进制表示 形式。
数字信号的处理方法：包括数字信号的滤波、调制解调、编码解码等处理技术，以及数字信号 处理在通信系统中的应用。
数字信号的传输方式：包括数字信号的传输码型、传输速率、传输距离等，以及数字信号在光 纤、无线等传输介质中的传输特性。
通信原理的基本原理与概念
通信系统的基本组成
信号的传输方式
信号的调制与解调
信道容量与香农定理
樊昌信版通信原理的特点与优势
内容丰富：涵盖了通信原理 的各个方面，包括信号分析、 信道特性、调制解调、编码 解码等。
结构清晰：采用模块化的方式 组织内容，使得学习更加系统 化、条理化。
理论性强：注重理论推导和 证明，对于通信原理的核心 概念和原理进行了深入的探 讨。
实践性强：通过大量的例题和 实验，帮助学生更好地理解和 掌握通信原理的应用。
语言简洁：用简洁明了的语言 描述复杂的概念和原理，使得 学习更加轻松愉快。
樊昌信版通信原理的应用与发展
樊昌信版通信原理的应用领域 樊昌信版通信原理在通信系统中的应用 樊昌信版通信原理在无线通信中的应用 樊昌信版通信原理的发展趋势与未来展望
因果系统与非因 果系统
线性时不变系统
定义：满足线性 性和时不变性的 系统
特性：具有叠加 性和比例性，满 足齐次性和可逆 性
描述方式：常系 数线性微分方程 或差分方程
分类：连续时间 系统和离散时间 系统
Part Four
模拟通信原理
调制的基本概念
调制的作用：将低频信号转换 为高频信号，以便传输
调制的方式：调幅、调频、调 相
数字信号的接收与处理：包括数字信号的接收、解码、解调等处理过程，以及数字信号处理在 接收系统中的应用。
《通信原理教程》(第3版)-樊昌信-编著----第四章--PPT课件
*
由 有 为了保持信号量噪比恒定，要求： x x 即要求： dx/dy x 或 dx/dy = kx, 式中 k =常数 由上式解出： 为了求c，将边界条件(当x = 1时，y = 1)，代入上式，得到 k + c =0， 即求出： c = -k， 将c值代入上式，得到 由上式看出，为了保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性 。 对于电话信号，ITU制定了两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法 － 13折线法和15折线法。
*
由抽样信号恢复原信号的方法 ： 从频域看：当fs 2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些冲激响应之和就构成了原信号。 理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比 2fH 大较多。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400 Hz，而抽样频率采用8000 Hz。
*
4.4 脉冲编码调制 4.4.1脉冲编码调制（PCM）的基本原理 抽样 量化 编码 例：见右图 3.15 3 011 3.96 4 100 方框图：
*
A压缩率 式中，x为压缩器归一化输入电压； y为压缩器归一化输出电压； A为常数，决定压缩程度。 A律中的常数A不同，则压缩曲线的形状不同。它将特别影响小电压时的信号量噪比的大小。在实用中，选择A等于87.6。
*Hale Waihona Puke *求量化噪声功率的平均值Nq ： 式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 求信号sk的平均功率 ： 由上两式可以求出平均量化信噪比。
通信原理第7章(樊昌信第七版)PPT课件
跳变周期 2Tb
带宽 B=Rb
误码性能与BPSK相同
00
Q 11
0
I
10
最大相位跳变：180° 发生在0011或0110交替时，
即双比特ab同时跳变时，信号点沿对角线移动。
第20页/共46页
20
QPSK 缺点：
最大相位跳变180°，使限带的QPSK信号包络起伏 很大，并出现包络零点。
频谱扩展大，旁瓣对邻道干扰大。
b 0（−1） 0（−1） 1（+1） 1（+1）
n
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
B 方式
225° 315° 45° 135°
矢量图
11
10
00 参考相位
01
A方式
前一码元 载波相位
01 a(0)
b(1)
11 a(1)
00
B方式
10 b(0)
第32页/共46页
波形
11
01
两个比特的组合 称做 双比特 码元，记为 a b
第14页/共46页
1）双比特与载波相位的关系
注：对应关系可有不同 规定，但相邻码组应符 合格雷码编码规则
双比特码元 ab
a 0（−1） 1（+1） 1（+1） 0（−1）
b 0（−1） 0（−1） 1（+1） 1（+1）
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
MASK可看成是二进制振幅键控（2ASK）的推广。
M
eMASK (t) an g(t nTs ) cosct n1
0,
an
1,
以概率P1 以概率P2
通信原理(樊昌信)PPT课件
sin 0t
c2 (t)
A点的信号为： f1(t) cos0t f2 (t) sin 0t
是两个互相正交的双边带信号，采用相干解调，所以：
c1(t) 2 cos0t
看上支路：
c2 (t) 2sin 0t
2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t
2 f1(t) cos2 0t 2 f2 (t) sin 0t cos0t f1(t)(1 cos 20t) f2 (t) sin 20t
出端同时得到 f1(t)及f2 (t)。试确定接收端的 c1(t)及c2 (t)。
f1 (t )
cos 0t
c1 (t )
LPF
f1 (t )
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
sin 0t
c2 (t)
f1 (t )
cos 0t
c1 (t )
LPF
f1 (t )
A
f2 (t)
LPF
f2 (t)
BSm Bm
单边带按所选取边带的不同，可分为上边带调制和 下边带调制，单边带数学模型可为：
m(t) 乘法器 单边带滤波器h(t)
Sm (t)
cos ct
下边带时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
mˆ (t)
sin
ct
上边带的时域表达式为：
Sm
(t)
1 2
m(t)
cos ct
1 2
t
m(t)mˆ (t)dt 0
mˆ (t) 和 m(t) 的希尔伯特变换是正交的。
对于幅度调制，由于它的频谱完全是基带信号频谱 结构在频域内的简单搬移，这种搬移是线性的，并不改 变信号的频谱结构，所以，幅度调制也称为线性调制。
通信原理樊昌信课件(优选.)
数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字 传输系统。
2
第7章数字带通传输系统
z 概述
数字调制技术有两种方法：
利用模拟调制的方法去实现数字式调制,即把数字基 带信号当做模拟信号的特殊情况处理；
利用数字信号的离散取值特点,通过开关键控载波， 实现数字调制, 通常称为键控法。
基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控
式中，ϕnϕ表n 示= 第π0n，,个发发 符送号送“ 的“01绝” ”对时 时相位：
因此，上e2式PSK可(t)以=改−写AA为ccoossωωcctt,,
概率为 P 概率为1 − P
4
第7章数字带通传输系统
由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述 为一个双极性全占空矩形脉冲序列与) P2PSK f
" − fc
"
fc − fs
fc
fc + fs
f
从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK 的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在
于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），此时 2PSK信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此， 它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。
式中
e2PSK (t) = s(t )cosωct
∑ s(t) = an g(t − nTs )
n
这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为
an =
1, − 1,
概率为 P 概率为1 − P
5
第7章数字带通传输系统
即发送二进制符号“0”时（an取+1），e2PSK(t)取0相位； 发送二进制符号“1”时（ an取 -1）， e2PSK(t)取π相位。 这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信 号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。 典型波形
2
第7章数字带通传输系统
z 概述
数字调制技术有两种方法：
利用模拟调制的方法去实现数字式调制,即把数字基 带信号当做模拟信号的特殊情况处理；
利用数字信号的离散取值特点,通过开关键控载波， 实现数字调制, 通常称为键控法。
基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控
式中，ϕnϕ表n 示= 第π0n，,个发发 符送号送“ 的“01绝” ”对时 时相位：
因此，上e2式PSK可(t)以=改−写AA为ccoossωωcctt,,
概率为 P 概率为1 − P
4
第7章数字带通传输系统
由于两种码元的波形相同，极性相反，故2PSK信号可以表述 为一个双极性全占空矩形脉冲序列与) P2PSK f
" − fc
"
fc − fs
fc
fc + fs
f
从以上分析可见，二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK 的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。区别仅在
于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量），此时 2PSK信号实际上相当于抑制载波的双边带信号。因此， 它可以看作是双极性基带信号作用下的调幅信号。
式中
e2PSK (t) = s(t )cosωct
∑ s(t) = an g(t − nTs )
n
这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为
an =
1, − 1,
概率为 P 概率为1 − P
5
第7章数字带通传输系统
即发送二进制符号“0”时（an取+1），e2PSK(t)取0相位； 发送二进制符号“1”时（ an取 -1）， e2PSK(t)取π相位。 这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信 号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。 典型波形
通信原理第7版第3章PPT课件樊昌信版91706
)P
)
偶函数：P
(
(
Q&A
西安电子科技大学 通院
自相关函数的意义？作用？
功率谱密度的意义？作用？
课件制作：曹丽娜
例
解题 第1步：判断 (t )是否平稳，即求其统计平均值
思路：
若均值为常数，且自相关函数只与时间
间隔 有关， 则 (t ) 是广义平稳的。
第2步：求 (t ) 的时间平均值
意义：
注意：
含义：
§3.2.3 平稳过程的自相关函数
R
(
)
E
[
((
t
)(
t
)
]
重要性质：
2
(
0
)
E
[
(
t)
]
S
（1） R
---平均功率
2
2
(
)
E
[
()
t]
a
（2） R
---直流功率
(0
)R
(
) 2
（3） R
---交流功率（方差）
)
（4） R()R(
---偶函数
平稳、高斯
正交分量
s(t)
且 均值为0，方差也相同：
2 c2 s2
平均功率相同
并且 R (0) 0 互不相关
CS
∴统计独立
∵高斯
∵均值 0
§3.5.2 包络和相位的统计特性
借助结论1,根据关系：
按照推导思路：
推出结论2：
结论2
均值0 、方差
2
的平稳高斯窄带过程
)
偶函数：P
(
(
Q&A
西安电子科技大学 通院
自相关函数的意义？作用？
功率谱密度的意义？作用？
课件制作：曹丽娜
例
解题 第1步：判断 (t )是否平稳，即求其统计平均值
思路：
若均值为常数，且自相关函数只与时间
间隔 有关， 则 (t ) 是广义平稳的。
第2步：求 (t ) 的时间平均值
意义：
注意：
含义：
§3.2.3 平稳过程的自相关函数
R
(
)
E
[
((
t
)(
t
)
]
重要性质：
2
(
0
)
E
[
(
t)
]
S
（1） R
---平均功率
2
2
(
)
E
[
()
t]
a
（2） R
---直流功率
(0
)R
(
) 2
（3） R
---交流功率（方差）
)
（4） R()R(
---偶函数
平稳、高斯
正交分量
s(t)
且 均值为0，方差也相同：
2 c2 s2
平均功率相同
并且 R (0) 0 互不相关
CS
∴统计独立
∵高斯
∵均值 0
§3.5.2 包络和相位的统计特性
借助结论1,根据关系：
按照推导思路：
推出结论2：
结论2
均值0 、方差
2
的平稳高斯窄带过程
通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)
实验二：数字调制与解调实验
实验目的
掌握数字调制与解调的基本原理和实现方法。
实验内容
设计并实现一个数字调制与解调系统，包括调制器、解调器和信道等部分。
实验二：数字调制与解调实验
01
实验步骤
02
1. 选择合适的数字调制方式，如2ASK、2FSK、2PSK等。
03
2. 设计并实现调制器，将数字基带信号转换为已调信号。
循环码
编码原理
01
循环码是一种具有循环特性的线性分组码，其任意码字的循环
移位仍然是该码的码字。
生成多项式与校验多项式
02
生成多项式用于描述循环码的编码规则，而校验多项式则用于
检测接收码字中的错误。
编码效率与纠错能力
03
循环码的编码效率与线性分组码相当，但纠错能力更强，可以
纠正多个错误。
卷积码
编码原理
06
同步原理与技术
载波同步技术
载波同步的定义
在通信系统中，使本地产生的载波频率和相位与接收到的信号载波保持一致的过程。
载波同步的方法
包括直接法、插入导频法和同步法。直接法利用接收信号中的载波分量进行同步；插入导频法在发送端插入一个导频 信号，接收端利用导频信号进行同步；同步法则是通过特定的同步信号或同步头来实现同步。
归零码（RZ）
在码元间隔内电平回归到零，有利于时钟提取。
差分码（Differential Cod…
利用相邻码元电平的相对变化来表示信息，抗干扰能力强。
眼图与误码率分析
眼图概念
通过示波器观察到的数字基带信号的一种图形表示，可以 直观地反映信号的质量和传输性能。
眼图参数
包括眼睛张开度、眼睛高度、眼睛宽度和交叉点位置等， 用于评估信号的定时误差、幅度失真和噪声影响等。
《通信原理教程》版樊昌信编著十三课件PPT课件
11
式中，N是密钥流的长度。
因为在模2运算中加法和减法是一样的，所以上式也 可以写为 xn yn zn , n 1, 2, , N
因此，同样的装置既可以用于加密，也可以用于解密。
5
密钥流应当尽可能地近似于一个完全随机的序列。 若密钥流是一个m序列，则图中的密钥流产生器就是一
个m序列产生器；密钥则是控制此m序列的生成多项式和 同步信息等。 二进制加性流密码没有错误传播；在密文中一个错误比 特解密后只影响输出中的相应比特。 （分组密码可能有错误传播，使明文分组中很少几个比 特的改变在密文输出中产生很多比特的变化。分组密码 的这种错误传播性质在认证中很有价值，因为它使敌方 的破译人员不可能修改加密后的数据，除非知道密钥。） 流密码通常较适用于通过易出错的通信信道传输数据， 用于要求高数据率的应用中，例如视频保密通信，或者 用于要求传输延迟很小的场合。
原理方框图：一种流密码，其密钥和密钥流相同，并且密 钥只使用一次。
密钥
消息 xn
zn 密文 yn
(a) 加密
密钥
密文
zn 消息
yn
xn
(b) 解密
密文 yn = xn zn,
n = 1, 2, …
式中，xn － 消息比特序列； zn － 统计独立和均匀分布的密钥比特序列。
一次一密密码是完善安全的，因为消息和密文之间的互信 息量为0；所以它是完全不可解密的。
香农对安全性的基本度量 － 互信息量I(X; Y) 令X = (X1, X2, …, XN)表示一个N 比特的明文消息; Y = (Y1, Y2, …, YN)表示相应的N 比特密文。
假定：
密钥Z服从某种概率分布 H(X) － X的不确定性 H(X/Y) － 给定Y后X的不确定性 I (X; Y) = H(X) – H(X/Y) － X和Y之间的互信息量。
通信原理樊昌信PPT课件
2．难点： 在掌握理论推导的基础上，弄清其物理意义
有部分随机信号分析的方法
大量采用付立叶变换的谱分析方法
3．方法： 住系统框图，理清分析思路
弄清推导思路，学会分析方法
深入领会结论，灵活应用解题
提倡简单预习，重听更重思考
认真完成作业，障碍及时清扫
§0.3参考书
1． 《现代通信原理》 清华 曹志刚
2． 《通信原理》
并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方 式在两条或两条以上的并行信道上同时传输
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 数据通信系统、图像通信系统 … …
按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传 输系统
调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。
按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、
因特网和计算机通信等。
第1章 绪论
电信发明史
1837年：莫尔斯发明有线电报 1876年：贝尔发明有线电话 1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世 1936年：商业电视广播开播
……………
后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”， 包括光通信，因为光也是一种电磁波。
信 道 编
码
数
字 调
信道
制
数 字 解 调
信 道 译
码
解
信 源
译 密码
受 信 者
噪声源
图1-5 数字通信系统模型
信源编码与译码目的：
➢ 提高信息传输的有效性 ➢ 完成模/数转换
通信原理第7版第1章完整(樊昌信版)ppt课件
西安电子科技大学 通信工程学院
.
课件制作：曹丽娜
① 模拟信号 和 数字信号:
西安电子科技大学 通信工程学院
.
课件制作：曹丽娜
② 消息 ~ 电信号的转换:
传感器
t
➢ 话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号； ➢ 数字终端把符号转变成数字信号； ➢ 摄像机把图像转变成视频信号； ➢ 热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。
信源
channel
能传输信号的 各种物理媒介
发送设备 信道 接收设备
信宿
source
消息 → 电信号
如 电话机的话筒
把声音→音频信号
噪声
noise
transmitter
原始电信号→适合在信道中传输
的信号。如 编码、调制
destination
电信号 → 消息
如电话机的听筒
把音频信号→声音
receiver
卞静
西安电子科技大学 通信工程学院
.
课件制作：曹丽娜
第1章
绪论
西安电子科技大学 通信工程学院
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
.
课件制作：曹丽娜
本章内容:
基本概念
模型/分类/通信方式
信息度量
信息量/信源熵
性能指标
有效性/可靠性
西安电子科技大学 通信工程学院
.
第1章 绪 论
课件制作：曹丽娜
§1.1
引言
信息具有以下特性：
存在 压缩
扩充
存储 传输
共享
相对
时效
度量
在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。
西安电子科技大学 通信工程学院
通信原理樊昌信课件
模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
信息是通信的实质，信号则是信息的 载体，用于传输信息。
通信系统的分类
有线通信与无线通信
01
根据传输介质的不同，通信系统可分为有线通信和无线通信。
模拟通信与数字通信
02
根据信号类型的不同，通信系统可分为模拟通信和数字通信。
卫星通信、移动通信和光纤通信
多进制调制简介
总结词
利用多个状态来表示多位信息
详细描述
多进制调制是一种数字调制方法，它使用多个状态来表示多位信息。与二进制调制相比 ，多进制调制具有更高的频带利用率和抗干扰能力。常见的多进制调制方法包括四相相
移键控（QPSK）和正交幅度调制（QAM）等。
05
信道编码
信道编码的基本概念
1
信道编码是在发送端对原始信号进行适当的编码 ，以便在信道传输过程中减少错误的发生。
通信原理樊昌信课件
contents
目录
• 绪论 • 信号与噪声 • 模拟调制系统 • 数字调制系统 • 信道编码 • 通信同步原理 • 通信中的多址技术
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统，由信源、信道、信宿和信号处理 等部分组成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
VS
分类
多址技术可以分为频分多址（FDMA）、 时分多址（TDMA）、码分多址（ CDMA）和空分多址（SDMA）等。
FDMA（频分多址）
原理
频分多址采用不同的频率通道分配给不同的 用户，每个用户占用一个独立的频带，通过 频带复用实现多用户通信。
特点
频分多址具有实现简单、保密性好等优点， 但频率资源有限，随着用户数增加，频率资 源将变得紧张。
信息是通信的实质，信号则是信息的 载体，用于传输信息。
通信系统的分类
有线通信与无线通信
01
根据传输介质的不同，通信系统可分为有线通信和无线通信。
模拟通信与数字通信
02
根据信号类型的不同，通信系统可分为模拟通信和数字通信。
卫星通信、移动通信和光纤通信
多进制调制简介
总结词
利用多个状态来表示多位信息
详细描述
多进制调制是一种数字调制方法，它使用多个状态来表示多位信息。与二进制调制相比 ，多进制调制具有更高的频带利用率和抗干扰能力。常见的多进制调制方法包括四相相
移键控（QPSK）和正交幅度调制（QAM）等。
05
信道编码
信道编码的基本概念
1
信道编码是在发送端对原始信号进行适当的编码 ，以便在信道传输过程中减少错误的发生。
通信原理樊昌信课件
contents
目录
• 绪论 • 信号与噪声 • 模拟调制系统 • 数字调制系统 • 信道编码 • 通信同步原理 • 通信中的多址技术
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统，由信源、信道、信宿和信号处理 等部分组成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
VS
分类
多址技术可以分为频分多址（FDMA）、 时分多址（TDMA）、码分多址（ CDMA）和空分多址（SDMA）等。
FDMA（频分多址）
原理
频分多址采用不同的频率通道分配给不同的 用户，每个用户占用一个独立的频带，通过 频带复用实现多用户通信。
特点
频分多址具有实现简单、保密性好等优点， 但频率资源有限，随着用户数增加，频率资 源将变得紧张。
通信原理樊昌信PPT课件
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：
0
t
(a) 话音信号
0
t
(b) 抽样信号
图1-2 模拟信号
第1章 绪论
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、计算机输入输出信号：
码元
t
0
t
(a) 二进制信号
(b) 2PSK信号
图1-3 数字信号
通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。
2．难点： 在掌握理论推导的基础上，弄清其物理意义
有部分随机信号分析的方法
大量采用付立叶变换的谱分析方法
3．方法： 抓住系统框图，理清分析思路
弄清推导思路，学会分析方法
深入领会结论，灵活应用解题
提倡简单预习，重听更重思考
认真完成作业，障碍及时清扫
§0.3参考书
1． 《现代通信原理》 清华 曹志刚
2． 《通信原理》
第1章 绪论
若用熵的概念来计算：
H
3 8
log
2
3 8
1 4
log
2
1 4
1 4
log
2
1 4
1 8
log
2
1 8
1.906 （比特 / 符号）
则该消息的信息量
I 571.906 108.64 (b)
以上两种结果略有差别的原因在于，它们平 均处理方法不同。前一种按算数平均的方法，结果可 能存在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增 加而减小。
若a = e，信息量的单位称为奈特(nat)，
若 a = 10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) 。
0
t
(a) 话音信号
0
t
(b) 抽样信号
图1-2 模拟信号
第1章 绪论
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、计算机输入输出信号：
码元
t
0
t
(a) 二进制信号
(b) 2PSK信号
图1-3 数字信号
通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。
2．难点： 在掌握理论推导的基础上，弄清其物理意义
有部分随机信号分析的方法
大量采用付立叶变换的谱分析方法
3．方法： 抓住系统框图，理清分析思路
弄清推导思路，学会分析方法
深入领会结论，灵活应用解题
提倡简单预习，重听更重思考
认真完成作业，障碍及时清扫
§0.3参考书
1． 《现代通信原理》 清华 曹志刚
2． 《通信原理》
第1章 绪论
若用熵的概念来计算：
H
3 8
log
2
3 8
1 4
log
2
1 4
1 4
log
2
1 4
1 8
log
2
1 8
1.906 （比特 / 符号）
则该消息的信息量
I 571.906 108.64 (b)
以上两种结果略有差别的原因在于，它们平 均处理方法不同。前一种按算数平均的方法，结果可 能存在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增 加而减小。
若a = e，信息量的单位称为奈特(nat)，
若 a = 10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) 。
通信原理第7版第4章PPT课件(樊昌信版)
D = 44.7 km
7
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
8
微波中继
无线信道
9
卫星中继
无线信道
地面站
地面站
地球
10
散射通信
无线信道
有效散射区域
地球
对流层散射通信
11
流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
1.44
S n0
52
应用： C一定时，信道带宽B、信噪比S/N、传输时间t 三者之间可以互相转换。 增加B，可以换取S/N的降低；反之亦然。 若S/N不变，增加B，可以换取 t 的减少。
【例如】 C 12103 b/s
53
例
解： 每个像素的信息量
Ii
log2
1 P(xi )
天波传播方式
6
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
恒参信道
H() K
幅频特性
( ) td
()
d ( ) d
td
相频特性
7
微波中继（微波接力） 卫星中继（静止卫星、移动卫星） 平流层通信
8
微波中继
无线信道
9
卫星中继
无线信道
地面站
地面站
地球
10
散射通信
无线信道
有效散射区域
地球
对流层散射通信
11
流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
1.44
S n0
52
应用： C一定时，信道带宽B、信噪比S/N、传输时间t 三者之间可以互相转换。 增加B，可以换取S/N的降低；反之亦然。 若S/N不变，增加B，可以换取 t 的减少。
【例如】 C 12103 b/s
53
例
解： 每个像素的信息量
Ii
log2
1 P(xi )
天波传播方式
6
无线信道
视线传播 line-of-sight
d
频率： > 30 MHz
h
发射
特性：直线传播、穿透电离层 天线 r
用途：卫星和外太空通信
传播途径
d
D
接收 天线
r
超短波及微波通信
视线传播方式
距离：与天线高度有关
h D2 D2 (m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
恒参信道
H() K
幅频特性
( ) td
()
d ( ) d
td
相频特性
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D2 D2 502 h 50 m
8r 50 50
增大视线传播距离的其他途径 ➢ 中继通信： ➢ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ➢ 平流层通信：
图 4-3 视线传播
图4-4 无线电中继 7
第4章 信 道
散射传播 电离层散射 机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上 对流层散射 机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
衰
减
降雨率
(dB/km)
频率(GHz)
(b) 降雨的衰减
图4-6 大气衰减
5
第4章 信 道
电磁波的分类：
地波
频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离：数百或数千千米
天波
频率：2 ~ 30 MHz 特点：被电离层反射 一次反射距离：< 4000 km 寂静区：
传播路径 地面
图4-1 地波传播
n2 n1 折射率
多模光纤 (c)
单模光纤
单模阶跃折射率光纤
125
7～10
12
第4章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
13
第4章 信 道
4.3 信道的数学模型
0
发送端 P(0 / 1)
P(0 / 0) P(1 / 0)
0 接收端
1
1
P(1 / 1)
图4-13 二进制编码信道模型
P(0 / 0)和P(1 / 1) － 正确转移概率
P(1/ 0)和P(0 / 1) － 错误转移概率
P(0 / 0) = 1 – P(1 / 0)
P(1 / 1) = 1 – P(0 / 1)
地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
60 km
电离层 平流层
对流层
10 km
地面
0 km
4
第4章 信 道
电离层对于传播的影响
反射
衰 减
散射
(dB/km)
水蒸气
氧 气
大气层对于传播的影响
散射 吸收
频率(GHz) (a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减
变参信道的影响
变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。 变参信道举例：天波、地波、视距传播、散射传播… 变参信道的特性：
n(t)
式中
图4-13 调制信道数学模型
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t)－ 信道输出端的信号电压；
n(t) － 噪声电压。
通常假设： f [ei (t)] k(t)ei (t)
这时上式变为：
eo (t) k(t)ei (t) n(t)－ 信道数学模型
15
第4章 信 道
eo (t) k(t)ei (t) n(t)
信号传播路径
地面
图 4-2 天波传播
6
第4章 信 道
视线传播：
频率 > 30 MHz
距离: 和天线高度有关
h D2 D2 m 8r 50
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
(4.1-3) 式中，D – 收发天线间距离(km)。 [例] 若要求D = 50 km，则由式(4.1-3)
通信原理
1
通信原理
第4章 信 道
2
第4章 信 道
信道分类：
无线信道 － 电磁波（含光波） 有线信道 － 电线、光纤
信道中的干扰：
有源干扰 － 噪声 无源干扰 － 传输特性不良
本章重点：
介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于 信号传输的影响。
3
第4章 信 道
4.1 无线信道
无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制
用插入损耗便于测量
(a) 插入损耗～频率特性
19
第4章 信 道
相位～频率特性：要求其为通过原点的直线， 即群时延为常数时无失真
群时延定义： () d d
群（
延
迟）
ms
0
相位～频率特性
频率(kHz)
(b) 群延迟～频率特性
20
第4章 信 道
频率失真：振幅～频率特性不良引起的
频率失真 波形畸变 码间串扰
有效散射区域
地球
图4-7 对流层散射通信
8
第4章 信 道
流星流星余迹散射
流星余迹
图4-8 流星余迹散射通信
流星余迹特点 － 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率 － 30 ~ 100 MHz 距离 － 1000 km以上 特点 － 低速存储、高速突发、断续传输
解决办法：线性网络补偿
相位失真：相位～频率特性不良引起的
对语音影响不大，对数字信号影响大
解决办法：同上
非线性失真：
输
可能存在于恒参信道中
出 电
压
定义：
直线关系
非线性关系
输入电压～输出电压关系
是非线性的。
其他失真： 频率偏移、相位抖动…
输入电压
图4-16 非线性特性
21
第4章 信 道
信道模型的分类：
调制信道 编码信道
信 息 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数 字 调
制
信道
数 字 解 调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
受 信 者
噪声源
调制信道 编码信道
14
第4章 信 道
4.3.1 调制信道模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo (t) f [ei (t)] n(t)
17
第4章 信 道
四进制编码信道模型
0
0
发1
1接
送
收
端
端
2
2
3
3
18
第4章 信 道
4.4 信道特性对信号传输的影响
恒参信道的影响
恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道… 恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系
统的分析方法。线性系统中无失真条件：
振幅～频率特性：为水平直线时无失真
左图为典型电话信道特性
因k(t)随t变，故信道称为时变信道。 因k(t)与e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。 因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。 若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。 乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。
16
第4章 信 道
4.3.2 编码信道模型
二进制编码信道简单模型 － 无记忆信道模型
9
第4章 信ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ道
4.2 有线信道
明线
10
第4章 信 道
对称电缆：由许多对双绞线组成
导体 绝缘层
同轴电缆
图4-9 双绞线
实心介质 导体
金属编织网
保护层
图4-10 同轴线
11
第4章 信 道
n2 n1 折射率
光纤
结构
(a)
纤芯 包层
n2 n1 折射率
按折射率分类 (b) 阶跃型
梯度型 按模式分类
8r 50 50
增大视线传播距离的其他途径 ➢ 中继通信： ➢ 卫星通信：静止卫星、移动卫星 ➢ 平流层通信：
图 4-3 视线传播
图4-4 无线电中继 7
第4章 信 道
散射传播 电离层散射 机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上 对流层散射 机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km
衰
减
降雨率
(dB/km)
频率(GHz)
(b) 降雨的衰减
图4-6 大气衰减
5
第4章 信 道
电磁波的分类：
地波
频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离：数百或数千千米
天波
频率：2 ~ 30 MHz 特点：被电离层反射 一次反射距离：< 4000 km 寂静区：
传播路径 地面
图4-1 地波传播
n2 n1 折射率
多模光纤 (c)
单模光纤
单模阶跃折射率光纤
125
7～10
12
第4章 信 道
损耗与波长关系
1.31 m 1.55 m
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
光波波长（m）
图4-12光纤损耗与波长的关系
损耗最小点：1.31与1.55 m
13
第4章 信 道
4.3 信道的数学模型
0
发送端 P(0 / 1)
P(0 / 0) P(1 / 0)
0 接收端
1
1
P(1 / 1)
图4-13 二进制编码信道模型
P(0 / 0)和P(1 / 1) － 正确转移概率
P(1/ 0)和P(0 / 1) － 错误转移概率
P(0 / 0) = 1 – P(1 / 0)
P(1 / 1) = 1 – P(0 / 1)
地球大气层的结构
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
60 km
电离层 平流层
对流层
10 km
地面
0 km
4
第4章 信 道
电离层对于传播的影响
反射
衰 减
散射
(dB/km)
水蒸气
氧 气
大气层对于传播的影响
散射 吸收
频率(GHz) (a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减
变参信道的影响
变参信道：又称时变信道，信道参数随时间而变。 变参信道举例：天波、地波、视距传播、散射传播… 变参信道的特性：
n(t)
式中
图4-13 调制信道数学模型
ei (t) － 信道输入端信号电压； eo (t)－ 信道输出端的信号电压；
n(t) － 噪声电压。
通常假设： f [ei (t)] k(t)ei (t)
这时上式变为：
eo (t) k(t)ei (t) n(t)－ 信道数学模型
15
第4章 信 道
eo (t) k(t)ei (t) n(t)
信号传播路径
地面
图 4-2 天波传播
6
第4章 信 道
视线传播：
频率 > 30 MHz
距离: 和天线高度有关
h D2 D2 m 8r 50
d
发射天线
h
r
d D
传播途径 接收天线
r
地面
(4.1-3) 式中，D – 收发天线间距离(km)。 [例] 若要求D = 50 km，则由式(4.1-3)
通信原理
1
通信原理
第4章 信 道
2
第4章 信 道
信道分类：
无线信道 － 电磁波（含光波） 有线信道 － 电线、光纤
信道中的干扰：
有源干扰 － 噪声 无源干扰 － 传输特性不良
本章重点：
介绍信道传输特性和噪声的特性，及其对于 信号传输的影响。
3
第4章 信 道
4.1 无线信道
无线信道电磁波的频率 － 受天线尺寸限制
用插入损耗便于测量
(a) 插入损耗～频率特性
19
第4章 信 道
相位～频率特性：要求其为通过原点的直线， 即群时延为常数时无失真
群时延定义： () d d
群（
延
迟）
ms
0
相位～频率特性
频率(kHz)
(b) 群延迟～频率特性
20
第4章 信 道
频率失真：振幅～频率特性不良引起的
频率失真 波形畸变 码间串扰
有效散射区域
地球
图4-7 对流层散射通信
8
第4章 信 道
流星流星余迹散射
流星余迹
图4-8 流星余迹散射通信
流星余迹特点 － 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率 － 30 ~ 100 MHz 距离 － 1000 km以上 特点 － 低速存储、高速突发、断续传输
解决办法：线性网络补偿
相位失真：相位～频率特性不良引起的
对语音影响不大，对数字信号影响大
解决办法：同上
非线性失真：
输
可能存在于恒参信道中
出 电
压
定义：
直线关系
非线性关系
输入电压～输出电压关系
是非线性的。
其他失真： 频率偏移、相位抖动…
输入电压
图4-16 非线性特性
21
第4章 信 道
信道模型的分类：
调制信道 编码信道
信 息 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数 字 调
制
信道
数 字 解 调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
受 信 者
噪声源
调制信道 编码信道
14
第4章 信 道
4.3.1 调制信道模型
ei(t)
f [ei(t)]
e0(t)
eo (t) f [ei (t)] n(t)
17
第4章 信 道
四进制编码信道模型
0
0
发1
1接
送
收
端
端
2
2
3
3
18
第4章 信 道
4.4 信道特性对信号传输的影响
恒参信道的影响
恒参信道举例：各种有线信道、卫星信道… 恒参信道 非时变线性网络 信号通过线性系
统的分析方法。线性系统中无失真条件：
振幅～频率特性：为水平直线时无失真
左图为典型电话信道特性
因k(t)随t变，故信道称为时变信道。 因k(t)与e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。 因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。 若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。 乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。
16
第4章 信 道
4.3.2 编码信道模型
二进制编码信道简单模型 － 无记忆信道模型
9
第4章 信ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ道
4.2 有线信道
明线
10
第4章 信 道
对称电缆：由许多对双绞线组成
导体 绝缘层
同轴电缆
图4-9 双绞线
实心介质 导体
金属编织网
保护层
图4-10 同轴线
11
第4章 信 道
n2 n1 折射率
光纤
结构
(a)
纤芯 包层
n2 n1 折射率
按折射率分类 (b) 阶跃型
梯度型 按模式分类