lecture8—现代通信原理
现代通信原理正弦载波数字调制系统
2ASK信号的非相干解调
r t eo t nR t
包络检波
低通 滤波器
eo t
带通 滤波器
半波或全 波整流器
y t
输出 抽样 判决器 定时脉冲
n t
Hf
B 2BG
BG B f c
nR t nc t cosct ns t sin ct 窄带高斯噪声
-9-
-2
-1
1
2
fc
现代通信原理 Principle of Modern Communications
2ASK信号的产生
模拟相乘法
s(t ) an g (t nTs )
cos ct
eo t
二进制单极性不 归零基带信号
数字键控法：利用数字基带信号控制载波的幅值 载波 开关电路 cosct an 1 eo t an 0 0 cosct s(t) 通-断键控(OOK,On-Off Keying)
BG：基带信号带宽
-12-
fc
f
f
现代通信原理 Principle of Modern Communications
1 nc t cos ct ns t sin ct r t eo t nR t nc t cos ct ns t sin ct
st an g t nTs
n
2ASK信号的功率谱
eo t PE f , st Ps f PE f 1 Ps f f c Ps f f c 4
所以2ASK属于线性调制。
-7-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
现代通信原理的内容是啥
现代通信原理的内容是啥
现代通信原理的内容包括以下几个方面：
1. 信号与频谱分析：包括信号的表示与描述、信号的频谱分析等，用来分析信号的特性和频率成分。
2. 模拟调制与解调：包括模拟信号的调制和解调技术，如调幅、调频、调相等，用来将模拟信号转换为适合传输的模拟信号。
3. 数字调制与解调：包括数字信号的调制和解调技术，如ASK、FSK、PSK等，用来将数字信号转换为适合传输的数字信号。
4. 传输信道和传输损耗：包括传输媒介（如光纤、电缆、空气等）对信号的传输特性以及传输损耗的分析和计算。
5. 复用与多路复用技术：包括时分复用、频分复用、码分复用等技术，用来提高信道利用率，实现多个用户共享同一条信道。
6. 误码与纠错：包括编码和纠错码技术，用来提高数据传输的可靠性，减小传输过程中的误码率。
7. 信噪比与干扰：包括信号与噪声的关系及对信号传输的影响，还包括干扰的
分类和抑制方法。
8. 数字通信系统设计与实现：包括数字通信系统的设计流程、关键技术等，以及数字通信系统的各种应用和实现。
总之，现代通信原理的内容涵盖了信号处理、调制解调、传输损耗分析、复用技术、编码纠错、干扰抑制等方面，旨在提高通信系统的传输性能和可靠性。
现代通信原理
f x dx 1 ；
x2
（4）若 f x 在 x 处连续，则 f x
dF x 。 dx
正态随机变量
f x
x a 2 1 exp 2 2 2
标准正态随机变量
2019/4/3
f x
x2 1 exp 2 2
b.概率密度函数 f x
F x f ( x)dx
2019/4/3 信息与通信工程系 13
3.2.1随机过程的分布函数和概率密度函数
f x 的性质：
（1） f x 为非负 函数；
（2） （3） x2 x1 时， F ( x2 ) F ( x1 ) x f x dx ；
2019/4/3 信息与通信工程系 5
3.1 随机过程的基本概念 数学上可用随机实验和样本空间的概念定义随机 过程：设进行某一随机实验 E，S {e} 是它的样本空 间。如果对每一个样本 e(e S ) 来说，总可以按某一规 则确定一个时间函数 X (e, t )与之对应，那么，对所有 的样本，就得到一簇时间函数，并称此簇时间函数为 随机过程，其中每个时间函数称为该随机过程的样本 函数。
典型随机过程---接收机噪声
2019/4/3 信息与通信工程系 6
3.1 随机过程的基本概念
典型随机过程---噪声
2019/4/3 信息与通信工程系 7
3.1 随机过程的基本概念 归纳起来，随机过程具有如下特性：
（1）取值的随机性；
X t1 是一个随机变量（在t1时刻观察随机过程的值）
（2）样本的确定性。
2019/4/3
信息与通信工程系
现代通信原理
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2020/11/23
现代通信原理
•例：试求功率信号为周期性信号时的功率谱密度 •解：取截短周期T=NT0
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•周期信号的功率与信号谱 •的关系。
2020/11/23
现代通信原理
•周期信号的功率谱是离散谱。
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2020/11/23
现代通信原理
四.自相关函数
•1. 能量信号
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现代通信原理
3rew
演ห้องสมุดไป่ตู้完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/23
现代通信原理
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2020/11/23
现代通信原理
•2.频域：
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现代通信原理
•2.理想低通滤波器
•理想高通滤波器(High-pass Filter,HPF) •理想带通滤波器(Band-pass Filter,BPF) •理想低通滤波器(Low-pass Filter,LPF)
计者们所追求的目标和面临的挑战。
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2020/11/23
现代通信原理
单元学习提纲
• （1）离散信源和连续信源的统计描述； • （2）离散信源的信息量、条件信息量、互信
息量和平均信息量（熵）的定义和物理意义； • （3） 连续信源的平均信息量、平均互信息量
的定义和物理意义； • （4） 信息量的单位——比特，比特率与波特
现代通信原理
•2. 功率谱密度
•功率信号：信号在- ∞＜t ＜+ ∞内存在，
现代通信原理
1.简述时分复用（TDM ）和频分复用（FDM ）原理。
解：所谓频分复用是指多路信号在频率位置上分开，但同时在一个信道内传输的技术。
因 此频分复用信号在频谱上不会重叠，但在时间上是重叠的。
在发送端各路信号首先通过低通滤波器，用来限制最高频率m f 。
为简单起见，假设各路信号的m f 都相等，对应有相同的频谱密度函数。
然后各路信号对各路副载波）进行调制，调制方式可以是调幅、调频或调相，但常用的是单边带调制方式，因为它最节省频带。
为保证各路信号频谱不重叠，相邻的副载波之间应保持一定的频率间隔，同时为了防止相邻信号互相干扰引起串扰，相邻的副载波之间还应考虑一定的保护间隔g f 。
在接收端，利用中心频率不同的带通滤波器来区分各路信号，并进行相应的解调以恢复各路的调制信号。
时分复用（TDM ）的主要特点是利用不同时隙来传送各路信号，其理论基础是抽样定理。
抽样定理告诉我们，模拟信号可用时间上离散出现的抽样脉冲值来代替，这样在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。
利用这种空隙就可以传输其它信号的抽样值，因此在一个信道上可以同时传输多路信号。
这种复用信号到了接收端只要在时间上恰当地进行分离，就能恢复各路信号。
2.已知二元离散信源只有‘0’、‘1’两种符号，若‘0’出现的概率为1/3，求出现‘1’所含的信息量。
解题思路：考查信息量的基本概念，用公式1log ()a I P =。
底数a 一般采用2，这时信息量单位为bit解：由题知，‘1’出现的概率为2/3，bit P I 58.0667.0log log 2121≈-=-= 3.已知英文字母中e 出现概率为0.105, z 出现的概率为0.001,求英文字母e 和z 的 解题思路：考查信息量的基本概念，用公式1log ()a I P=。
底数a 一般采用2，这时信息量单位为bit解：bit P I e e 25.3105.0log log 22≈-=-=， bit P I z z 97.9001.0log log 22≈-=-=4.某气象员用明码报告气象状态，有四种可能的消息：晴、云、雨、雾。
现代通信原理
2013-8-4
数字通信系统的主要性能指标
可靠性：误码率Pe、误比特率（误信率）Pb、误字率PW。 误码率、误信率、误字率越小，可靠性越高。当码元足够 多的情况下，误码率、误信率、误字率分别定义为： 1误码率＝错误接收码元数目/传输码元总数目，表示 码元传错的概率； 1误信率＝错误接收信息量/传输总信息量，表示信息 量丢失的概率。 1误字率＝错误接收字数/传输总字数，表示字传错的 概率。 例如，语音信号数字化传输时，一般要求误码率小于 0.001。
2013-8-4 第1讲 绪论之一 23
数字通信系统的主要性能指标
有效性 传输速率（以及频带利用率、能量利用率），分为传码率（码元速率） RB、传信率（信息速率）Rb、消息速率RM。传输速率越大，有效性越 高。 1传码率（码元速率）RB 单位时间内传输的码元数量，单位是波特（Baud）。 1传信率（信息速率）Rb 单位时间内传输的信息量，单位是比特/秒（bit/s，b/s或bps） 相互联系：对于M进制的码元，
信道定义 信道类型 无线信道 有线信道 信道模型 信道特性对信号传输的影响
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2013-8-4 第1讲 绪论之一 28
信道
信道定义 信道分类
狭义信道：指的是传输媒质。例如： 有线信道：明线、电缆、光纤等。 无线信道：长波、中波、人造卫星等。 广义信道：除了传输媒质之外，还包括其它收发设备。 调制信道(模拟信道)：传输模拟信号。 编码信道(数字信道)：传输数字信号。
若一个消息是一个码元，则熵H( )的单位：比特 / 码元
2013-8-4
第1讲 绪论之一
13
H()～曲线： 当 = 1/2时，此信源的熵最大；这时的两个消息是等概率出现
现代通信原理随机性问题
现代通信原理 Principle of Modern Communications
随机过程(t)的概率密度函数 • 一维概率分布与密度函数 F ( x; t ) P[ (t ) x]
f ( x; t ) F ( x; t ) x
• 二维概率分布与密度函数 F ( x1 , x2 ; t1 , t2 ) P[ (t1 ) x1; (t2 ) x2 ] 随机过程(t)的数字特征 • 数学期望 • 方差
• 广义平稳随机信号功率谱密度和平稳随机过程自相关函数间的关系 (相关证明参见教材p.17-18) 维纳-辛钦定理：
2 f ( x1 , x2 ; t1 , t2 ) f ( x1 , x2 ; t1 , t2 ) x1x2
a(t ) E (t ) xf ( x, t )dx
2 (t ) D (t ) E{ (t ) E (t )}2
E (t ) {E (t )} x 2 f ( x, t )dx a(t )
2
Байду номын сангаас
2 R0 2 R R R0
E t t 0 E 2 t 2 t 2 E t t
2
R E t t E t E t E 2 t 统计独立性
-11-
现代通信原理 Principle of Modern Communications
2.7 平稳随机过程
平稳随机过程：统计特性（概率密度函数，相关函数等）具有不随时 间的推移而改变（即与时间的起点无关）的平稳性的随机过程。 • 严平稳(狭义平稳)：全部统计特性平稳
现代通信原理PPT课件第8章+同步技术
2021/6/10
29
8.6 群同步
群同步不是获取群的频率信息，而是指示群开始或 结束的位置，其本质与前两种同步有较大区别。
8.6.1 连贯插入
1. 巴克码
连贯插入的关键是寻找群同步码，其要求：
1.方便识别 2.与信息码区别较大 3.码长适当，以便提高效率
2021/6/10
30
目前尚未找到巴克码的一般构造方法，只搜索到10组 巴克码，其码组最大长度为13，全部列于表中：
一、滤波法
若基带信号为全占空矩形序列,无论是单极性或双极 性信号，它们都不含 f B或 2成f B 份，因此不能直接提 取位同步信息。若是归零脉冲，则一定含有 f B成份。 因此对全占空矩形随机序列先进行波形变换，如采用 微分、全波整流等变换手段，就能提取 f B信息。
其方框图如8.17，各点波形图如图8.18
S (t )若 为 相 对 码 ， 则 上 式 表 示 D P S K 调 制 。
从 上 式 看 出 S P SK ( t )的 频 谱 是 S ( t ) 频 谱 的 线 性 搬 移
当 S (t )无 直 流 ， 则 S PSK (t )无 载 波 ，
若 S PSK (t)将 平 方 我 们 得 到 ：
双导频确定的原则：
（1）双导频在信号带外，不会干扰信号，同时也 不要离信号频带太远。
（2）揷入的双导频应便于求得 f c
2021/6/10
17
例 如 我 们 设 计 fc与 f1 、 f2的 关 系 为 ： fcf1f2Q f1 据 此 画 出 电 路 图 如 下 ：
++
f1
f2
信道 f 2 窄带
2021/6/10
12
现代通信原理课件
第七章 数字信号的基带传输系统
u(t)的截短函数的表达式
u0 (t) =
g1(t)v(t)概 [ 率 P]为 g2(t)v(t)概 [ 率 1P为 ]
v(t)E [(t) ]P1 (tg ) (1 P )g 2(t)代入上
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第七章 数字信号的基带传输系统
[例7.1]HDB3编码举例
0 +1 0 0 0 +V0 -1 +1 -B0 0 0 -V0 0 -+1 0 +-1 0
第1个破坏节
第2个破坏节
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第七章 数字信号的基带传输系统
[例7.2]HDB3解码举例
0 +1 0 0 0 +01 -1 +1 -01 0 0 -01 0 +1 0 -1 0
第七章 数字信号的基带传输系统
如果输入00000,00000,00000,…
则输出110010,110010,110010,…
如果输入00001,00001,00001,00001,…
则输出110011,100001,110011,100001,…
如果输入00001,00010,00001,00010,…
同 u 1 ( t) 理 a 1 [ g 1 ( t T b ) g 2 ( t T b )]
u 2 ( t) a 2 [g 1 ( t 2 T b ) g 2 ( t 2 T b )]
N
可 u(t知 )的截短 a n[g 函 1(tn数 b)T g2(为 tnb)T] n N
N
对应付立anF 叶 {g[1(变 tnbT 换 )g2(t为 nbT )}] nN
现代通信原理
二,当今通信的热点
1,卫星通信 2,移动通信 3,多媒体通信 4,用户数据接入 5,全光网 6,其它
二,当今通信的热点
1,卫星通信
2,移动通信 1982年 国际海事通信组织开通由四颗地球同步卫星 组成的INMARSAT系统,实现全球移动通信. 3,多媒体通信 1998年 中,低轨道的卫星系统得以研究成功并陆续 4,用户数据接入 开通,其中有 5,全光网 美国Motorala公司的铱星(Iridium)系统 - 美国LORAL公司的全球星(Global Star)系统 6,其它 - 国际海事通信组织的ICO系统 1999年 国际卫星组织发射电视直播卫星,应用于高 速信息公路.
2G
2G+
3G (IMT-2000)
UTRA (UMTS) UWCC-136
GSM
GSM/GPRS
D-AMPS (IS-136) JDC CDMA (IS-95)
cdma2000
Continued...
参考材料
移动通信的演进
IMT-2000
UTRA - UMTS Terrestrial Radio Access (通用移动通信系统微波无线 电接入) – 由 ETSI(欧洲通信系统协会)提交 – 采用WCDMA(宽带码分多址接入) cdma2000 (码分多址接入2000) – 根据 IS-95标准(CDMA)演化而来 – 由 美国 TIA(电信业协会)提交 – 采用WCDMA UWCC-136 – 根据 IS-136 标准(D-AMPS)演化而来 – 由美国UWCC(通用无线通信合作组织)提交 – 采用TDMA UMTS - Universal Mobile Telecommunications System WCDMA - Wideband Code Division Multiple Access UWCC - Universal Wireless Communications Consortium
(完整版)现代通信原理考点
现代通信原理知识点第一章绪论1、通信、通信系统的定义；通信：从一地向另一地传递消息。
通信系统：将信息从信源传到一个或多个目的地。
2、通信系统的模型及各框图作用；信息源：消息的发源地，把各种消息转换成原始电信号。
发送设备：将信源信号变换成适合在信道中传输的信号。
信道：指传输信号的物理媒质。
噪声源：干扰信号的传输。
接收设备：放大和反变换，从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。
受信者：将复原的原始电信号还原成相应的消息。
3、数字通信系统模型及各框图作用；数字通信的主要特点；信源编码：1）提高信息传输的有效性；2）完成模/数转换；信源译码：是信源编码的逆过程；信道编码：把抗干扰编码加入传输信息中，提高可靠性；信道译码：将信息进行解码，并且有发现解码错误或纠正错误的功能；加密：将传输的信息加上密码，保证信息的安全性；解密：将已加密的信息进行解密恢复；数字调制：形成适合在信道中传输的频带信号；数字解调：将频带信号还原为数字信号；主要特点：1）抗干扰能力强2）差错可控3）易于与各种数字终端接口4）易于集成化5）易于加密处理，且保密强度高每个符号的算术平均信息量为：I===1.89（bit/符号）H=-lb-lb-lb-lb=1.906(bit/符号）1Bd =4、通信系统分类（按传输媒质、信号复用方式）；按传输媒质分：有线通信系统、无线通信系统；按信号复用方式分：频分复用、时分复用、码分复用；5、信息量的含义；信息量、平均信息量（熵）、一条消息的信息量计算；信息量：对消息中这种不确定性的度量。
I=loga1P(x)=-log aP(x)(a=2,单位：bit)平均信息量：每个符号所含信息量的统计平均值。
H(x)=P(x)[-lbP(x)]+P(x)[-lbP(x)]+...+P(x)[-lbP(x)](bit/符号）1122n n例：一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。
现代通信原理(乔延华)课件 (8)
接收端的检错电路如图8－3(b)所示,当一个接收码字B 完全进入5级移位寄存器内, 开关S立即接通,从而得到检错信 号 M =b4+b3+b2+b1+b0。如果接收码字B 无错,即 B=A,则 M =0;如果接收码字B 有单个(或奇数个)错误,则 M =1。
这种码属于非线性分组系统码,检错能力很强,除了“1” 错成“0”和“0”错成“1”成对 出现的差错之外,能检测出 所有形式的错误。
第8章 信道编码
8.4 线 性 分 组 码
8.4.1 基本概念 分组码是一组固定长度的码组,可表示为(n,k),通常它用
于前向纠错。在分组码中, 监督位被加到信息位之后,形成新 的码。在编码时,k 个信息位被编为n 位码组长度,而 n-k个监 督位的作用就是实现检错与纠错。当分组码的信息码元与监 督码元之间的关系为 线性关系时,这种分组码就称为线性分 组码。
态,两位二进制编码可表示4 种不同的状态,三位二进制编码 可表示8种不同的状态,n 位二进制编码可表示2n 种不同 的状 态。在n 位二进制编码的2n 种不同的状态中,能表示有用信 息的码组称为许用码组, 不能表示有用信息的码组称为禁用 码组。
第8章 信道编码
8.2.5 码重、 码距及检错、 纠错能力 1.差错控制编码的相关度量 码长:码字中码元的数目。 码重:码字中非0数字的数目。对于二进制码来讲,码重 w
第8章 信道编码
目前,我国电传通信中普遍采用3∶2码,该码共有 C35=10 个许用码字,用来传送10 个阿拉伯数字,如表8－2所示。这种 码又称为5中取3恒比码。因为每个汉字是以四位十 进制数 来表示的,所以提高十进制数字传输的可靠性,就等于提高汉 字传输的可靠性。实 践证明,采用这种码后,我国汉字电报的 差错率大为降低。
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Lecture 8
脉冲编码调制I
(Pulse Code Modulation,PCM)
Lecture 8 脉冲编码调制I
p脉冲调制—时间离散的脉冲序列作为载波p主要参数—幅度、宽度和位置
p脉冲模拟调制：
用模拟基带信号控制脉冲序列的参数变化传送信号样本值
p脉冲数字调制：
用脉冲码组表示调制信号采样值
Lecture 8 脉冲编码调制I
o PCM的基本原理
o采样方案
♦低通采样定理
♦带通采样定理
♦实际采样
o量化方案
♦均匀量化
♦非均匀量化
PCM系统模型
PCM系统模型
p脉码调制—将模拟调制信号的采样值变换为脉冲码组
♦抽样：将模拟信号转换为时间离散的样本脉冲序列
♦量化：将离散时间连续幅度的抽样信号转换成为离散时间离散幅度的数字信号
♦编码：用一定位数的脉冲码组表示量化采样值
p解调：解码器+低通滤波器
Lecture 8 脉冲编码调制I
o PCM的基本原理
o采样方案
♦低通采样定理
♦带通采样定理
♦实际采样
o量化方案
♦均匀量化
♦非均匀量化
抽样定理
在一定条件下，一个连续时间信号完全可以用该信号在等时间间隔点上的样本值来表示，并且可以用这些样本值把该信号全部恢复出来。
也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。
因此，抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。
低通抽样定理
一个带限在（0，f H ）内的连续信号x(t)，若抽样频率f s 大于等于2 f H ，则可用抽样序列{x(nT s )}无失真地重建恢复原始信号x(t)
低通抽样定理
低通抽样定理
低通抽样定理
采样定理演示
实际抽样
p理想抽样：x
(t)=x(t)δT(t)
s
p实际抽样：有限持续时间的脉冲（脉宽为τ）
♦平顶抽样：τ时间内脉冲幅度不变
♦自然抽样：τ内脉冲幅度随信号幅度而变化
平顶抽样
p脉冲幅度调制
(PAM)—采样
p脉冲宽度调制
p脉冲位置调制
(PPM)
Lecture 8 脉冲编码调制I
o PCM的基本原理
o采样方案
♦低通采样定理
♦带通采样定理
♦实际采样
o量化方案
♦均匀量化
♦非均匀量化
量化
p 量化：若x k-1≤x(nT s )＜x k ，k =1,2,…L
x q (nT s )=V k p 量化间隔：
Δk =x k -x k-1p 量化误差：
εq (t)=x(t)-x q (t)
p 量化噪声功率
()()[]()()[]()ò¥¥
--=-=dx x p t x t x t x t x E x q q q 222s
量化
均匀量化原理
p 量化噪声ε
q (t)=x(t)-x
q (t)
量化信噪比
解：p 信号功率
2
22221()()212b V x a V L S E x x p x dx x dx V V -éù===×=×D ëûòò。