北邮通信原理课件 (5)
理学通信原理北邮
AM
Pm PAM
m2 (t ) A02 m2(t)
（4.2.8）
显然，AM信号的调制效率总是小于1。
《通信原理课件》
[例4.2] 设m(t)为正弦信号，进行 100%的幅度调制，求此时的调制效率。
解：依题意可设 m(t) Am cosmt
而100%调制就是A0 = |m(t)|max 的调制，
《通信原理课件》
出的已调信号功率表达式是相同的。考虑 到本章模拟通信系统的抗噪声能力是由信 号平均功率和噪声平均功率之比（信噪比） 来度量。因此，为了后面分析问题的简便， 我们均假设调制信号（基带信号）为确知 信号。
《通信原理课件》
4.2.2 双边带调制（DSB）
1、DSB信号的模型 在AM信号中，载波分量并不携带信 息，信息完全由边带传送。如果将载 波抑制，只需在图4.2 中将直流A0去 掉，即可输出抑制载波双边带信号， 简称双边带信号（DSB）。 DSB调制器 模型如图4-3所示。
《通信原理课件》
零、具有各态历经性的平稳随机过程， 其统计平均与时间平均是相同的。由3.6 节 知 ， AM 已 调 信 号 是 一 非 平 稳 随 机 过 程 ， 经分析可得
PAM
()
A02 2
[
(
c
)
(
c
)]
1 4
[
Pm
(
c
)
Pm
(
c
)]
（4.2.9）
《通信原理课件》
上式中Pm(ω)为调制信号的功率谱密度。 由功率谱密度可以求出已调信号的平均
《通信原理课件》
4、调制信号为随机信号时已调信号的频 谱特性 前面讨论了调制信号为确知信号时已调信 号的频谱。在一般情况下，调制信号常常 是随机信号，如语音信号。此时，已调信 号的频谱特性必须用功率谱密度来表示。 在通信系统中，我们所遇到的调制信号通 常被认为是具有各态历经性的宽平稳随机 过程。这里假设m(t)是均值为
北邮通信原理信道课件
卷积码
01
卷积码是一种将信息位映射为连续的码字的编码方式。
02
卷积码具有记忆性，能够利用连续的码字之间的相关性进行纠
错。
卷积码的解码算法相对复杂，但具有良好的性能和较低的实现
03
复杂度。
03
信道模拟与仿真
信道模拟器的工作原理
信道模拟器是一种用于模拟和测试通信系统在各种信道条件下的性能的工 具。
03
目前常见的数字电视广播信道 编码技术包括LDPC码、BCH 码和卷积码等。
移动通信中的信道编码
1
在移动通信中，信道编码是实现可靠数据传输的 关键技术之一。
2
通过将数据信息与冗余信息结合，信道编码能够 抵抗无线信道中的噪声、干扰和衰落，降低误码 率。
3
常见的移动通信信道编码技术包括Turbo码、 LDPC码和Polar码等。
卫星通信中的信道编码
01
02
03
在卫星通信中，信道编 码同样用于提高信号传 输的可靠性和抗干扰能
力。
由于卫星通信信道的特 殊性质，信道编码需要 具备更高的纠错能力和 更强的抗干扰能力。
目前在卫星通信中广泛 应用的信道编码技术包 括Reed-Solomon码、 BCH码和卷积码等。
香农定理
香农定理是通信理论中的重要定理，它给出了在有噪信道中 实现可靠通信所需的最小码元速率的上限。
02
信道编码
信道编码的基本概念
信道编码是通信系统中用于提高数据传输可靠性 的重要手段。
通过在信息位中添加冗余，信道编码可以在传输 过程中检测和纠正错误。
常见的信道编码方式包括线性分组码、循环码、 卷积离散信道模型描述了信号在离散时间 点的传输情况，通常用符号表示信号 ，概率分布表示噪声。
通信原理第5节-第4章通信原理PPT课件
信噪比的概念
信噪比（Signal-to-Noise Ratio，简称SNR）是指信号功率与 噪声功率的比值，用于衡量通信系统传输质量的重要参数。
信噪比的计算
信噪比通常以分贝（dB）为单位进行计算，其计算公式为 SNR(dB) = 10 * log10(Psignal/Pnoise)，其中 Psignal为信号 功率，Pnoise为噪声功率。
而实现信号传输。
调频与调相
调频特点
调频具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强等优点，常用于长距离、高速数据传输和无线广播等领域 。
调相特点
调相具有解调简单、易于实现等优点，但抗干扰能力较弱，常用于短距离、低速数据传输等领域。
04 数字调制技术
二进制调制原理
1 2
2FSK（二进制频移键控） 通过改变载波的频率来表示二进制信息。
通信原理第5节-第4章通信原理 ppt课件
目录
• 通信系统概述 • 信号与信道 • 模拟调制技术 • 数字调制技术 • 信噪比与误码率
01 通信系统概述
通信系统的基本组成
发送设备
将信源产生的信息转换为适合 传输的信号，如调制器、编码 器等。
接收设备
将传输中的信号转换为原始信 息，如解调器、解码器等。
衰减
信号在传输过程中的幅度 减小。
干扰
信道中存在的噪声和其他 干扰信号，影响信号传输 质量。
03 模拟调制技术
调制的概念与分类
调制概念
调制是将低频信号（基带信号） 附加到高频载波上，以便传输的
过程。
调制分类
调制可以分为模拟调制和数字调制 两大类，模拟调制是指将连续变化 的模拟信号转换为载波信号的过程。
误码率的影响
误码率过高会导致数据传输质量下降，影响通信系统的性能。在通信系
北邮移动通信第五章PPT课件
6 ×
×
4
1
5
6
×
×
×
可见频率利用率与同频干扰是一对矛盾
图5－3 N=7 频率复用设计示例
Mobile Communication Theory
14
推导载波干扰比与小区簇的关系
假定小区的大小相同，移动台的接收功率门限按小区的大小调
节。若设L为同频干扰小区数，则移动台的接收载波干扰比可表示
为
C
I
5
5.1.2 蜂窝式组网理论
多信道共用 由若干无线信道组成的移动通信系统，为大量
的用户共同使用并且仍能满足服务质量的信道利用 技术 越区切换
当正在通话的移动台进入相邻无线小区时，业务 信道自动切换到相邻小区基站，从而不中断通信过 程
Mobile Communication Theory
6
5.2 频率复用和蜂窝小区
实际形状
由于地形地貌、传播环境、衰落形式的多样性，小区的实 际无线覆盖是一个不规则的形状
Mobile Communication Theory
11
同频干扰
小区簇的意义 频率复用距离与小区簇的关系 载波干扰比与小区簇的关系
Mobile Communication Theory
12
小区簇的意义
一个共有S个双向信道的蜂窝系统，如果每簇含N个 小区，每个小区分配K个信道（k<S）
切换和位置管理
Mobile Communication Theory
7
5.2.1 大容量的小区制
频率复用和覆盖方式
带状服务覆盖区 面状服务覆盖区
•簇 • 小区的覆盖形状 • 同频干扰
同频相邻小区的找法
Mobile Communication Theory
北邮 移动通信原理课件
BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
• 在前三代移动通信中，除了上述物理层关键技术的不 断发展外，在网络层其功能也在逐步完善。它主要体 现有： • 1)网络协议逐步走向规范化，到了第三代(3G)已初步形 成了横向三层：物理层、链路层、网络高层；纵向两 个平面：用户业务平面与控制平面的初步规范结构。 • 2)逐步增强并完善网络层辅助物理层实现对三重动态 性的匹配功能，加强并完善对无线资源管理、移动性 管理以及接入分配、调度算法的实现。 • 3)第二代(2G)开始逐步引入智能网，实现交换与控制的 分离，并通过业务生成系统快速生成新业务。
第一章 绪 论
• §1.1 移动通信的主要特点
• 移动通信是通信领域中最具有活力，最具有发 展前途的一种通信方式。它是当今信息社会中 最具有个性化特征的通信手段。它的发展与普 及改变了社会也改变了人类的生活方式，它让 人们领悟到现代化与信息化的气息。 • 移动通信，顾名思义其最本质的特色是“移动” 二字，就是说这类通信不是传统静态的固定式 通信，而是动态的移动式通信。
4
BUPT Information Theory & Technology Education & Research Center
1.2 移动通信的发展
•移动通信，确切地说蜂窝式移动通信，就正式商业运营 而言，至今也不过只有20多年的历史，就其发展历程 看，大约每十年更新一代。目前正处于第二代(2G)与第三 代(3G)交接期。 •自上世纪八十年代我国引入模拟式(TACS)移动通信网以 来，经过短短二十多年的发展，截止2002年底，我国已 拥有2亿以上的移动通信用户，成为全球头号移动用户大 国。我国的第一代移动通信TACS系统目前已完成其历史 任务而被淘汰；第二代移动通信GSM系统是全球第一， 规模最大、用户最多，CDMA系统目前也是数一数二， 并即将成为全球第一；第三代移动通信，我国目前还处 于即将投入运营的阶段。
北邮通信原理讲义
当 T∞时，其平均功率为：
P lim
T
1 T2 2 1 f ( t ) dt T T T 2 2
| FT ( w) | dw lim T T
2
定义：功率谱密度 S f ( w)
| FT ( w) | 2 1 平均功率 P lim 2 T T
|t| |t|
n
Sa(
nw1 ) ( w nw1 ) 2
w1
2 T
A |t| A T (t ) { 0
ASa (
2
w ) 2
4
5 阶越函数
u (t )
( w)
1 jw
6 指数函数
e
a t
2a a w2
2
三.功率谱密度和能量谱密度 1．功率信号：时间无限的信号，具有无限的能量，但平均功率有限。 2．能量信号：时间有限的信号，信号能量有限，在全部时间内的平均功率为 0。 3．信号的功率（能量） ：电压（电流） f (t) 加在单位电阻上消耗的功率（或能量） 。 信号的瞬时功率（能量）为 f (t ) ，总功率（能量）为 4．能量信号的能量和能量谱密度
输入信号 f (t) F(w) 系统 h(t) H(w) 输出信号 r (t) R(w)
的响应 h (t)为该系统的传递函数 2．线性系统——满足叠加定理 若激励 f1 (t)和 f2 (t)的响应分别是 r1 (t)和 r2 (t)，则激励 af1 (t)+bf2 (t) 的响应是 ar1 (t)+br2 (t)。 3．确知信号通过线性系统 已知：h (t) =δ (t) * h (t) 利用时域卷积定理： R(w)=F(w)H(w) 2.2 随机过程 利用叠加定理： r (t) = f (t) * h (t)
北邮通信原理课件-第五章1
如果一个数字通信系统的信息传输速率是Rb ， 该系统所占用的带宽是B，则其频带利用率是 Rb/B （bit/s/Hz）。
信息速率 带宽
或者按波特率来衡量：如果一个数字通信系统 的符号输速率是 Rs，该系统所占用的带宽是B， 则其频带利用率是 Rs/B （Baud/Hz）。
符号速率 带宽
12
5.2 数字基带信号波形及其功率谱密度
j 2 fmTs
m0 m0
Pa f m
2 a
2 a
m
e j 2 fmTs
m j 2 fmTs j 2 fmTs f T e T e T s m s m m s
Pa f m
2
连续谱 若MPAM信号均值为零，则：
Ps f
2 a
线谱
T
2 s
GT f
2
31
例题
求单极性不归零二元码的功率密度谱。
32
5.2.4 常用线路码型
同轴电缆： 60KHz
P( f )
单极性不归零码：
0
Rb
2Rb
f
33
5.2.4 常用线路码型
概述：基带传输时，采用的一些基带数字信号，主要用于 基带设备连接（如交换机连接传输设备、网卡连接hub 等）、磁记录、以及其它用途。 设计原则 符合信道的特性 高频分量少 便于提取符号同步信号 减少误码扩散 便于误码检测：内在的检错能力 尽量高的编码效率
半占空脉冲
传号交替反转
36
AMI
0.25
主瓣占81%的能量，92%的能量在2Rb内
0.2
北京邮电大学 通信原理 第5章
第五章数字基带传输系统主要内容 引言 数字基带信号波形及其功率谱密度 通过AWGN信道传输的数字基带信号的接收 数字PAM信号通过限带基带信道的传输 AWGN干扰下数字PAM信号通过理想限带信道 的最佳基带传输 眼图 信道均衡 部分响应系统 符号同步2数字通信系统模型信 源 信 源 编 码 加 密 器 信 道 编 码 调 制 器信道噪声干扰信 宿信 源 译 码解 密 器信 道 译 码解 调 器3数字信号的基带传输与频带传输数字信号的基带传输：将数字基带信号通 数字信号的基带传输 将数字基带信号通 过基带信道(传递函数为低通型)传输 —— 信号频谱不搬移 直接传送 信号频谱不搬移，直接传送。
同轴 缆 双绞线 同轴电缆，双绞线数字信号的频带传输：将数字带通信号通 过带通信道传输光纤, 无线4基本概念-信息量信息量：I ( x ) = − log 2 P ( x ) (比特 )1 = log a P ( x1 , x2 ,= − ∑ log a P ( xi )n i =1I ( x1 , x2 ,, xn ), xn )= ∑ I ( xi )i =1n相互独立事件构成的消息 所含信息量等于各独立事件信息量之和 相互独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量之和5基本概念-信源熵设离散信息源是一个由 设离散信息源是 个由n个符号组成的符号集，且 个符号组成的符号集 且⎡ x1 ⎢P ( x ) 1 ⎣x2 P ( x2 )n xn ⎤ ,且 ∑ P P ( xn )⎥ ⎦ i =1( xi )=1每个符号所含信息量的统计平均值(平均信息量)为H ( x) = E ⎡ ⎣ I ( x )⎤ ⎦ = P ( x1 ) ⎡ ⎣ − log 2 P ( x1 ) ⎤ ⎦+ P ( x2 ) ⎡ l 2 P ( x2 )⎤ l 2 P ( xn )⎤ ⎣ − log ⎦ + … P ( xn ) ⎡ ⎣ − log ⎦= ∑ P ( xi ) ⎡ ⎣ − log 2 P ( x i ) ⎤ ⎦ ( bit / 符号 )i =1n信息源的熵M = 2k 且独立等概H ( x ) = log 2 M = k ( bit / 符号 )6基本概念(续) 符号传输速率： Rs (Baud) 信息传输速率：Rb (bit/s) Rb ＝ Rs log2 M (bit/s) Rs ＝ Rb /log2 M (baud) 误符号率 Ps 误符号率： 误比特率：Pb 频带利用率：单位为bit/s/Hz或Baud/Hz7主要内容 引言 数字基带信号波形及其功率谱密度 通过AWGN信道传输的数字基带信号的接收 数字PAM信号通过限带基带信道的传输 AWGN干扰下数字PAM信号通过理想限带信道 的最佳基带传输 眼图 信道均衡 部分响应系统 符号同步8数字脉冲幅度调制(PAM)二进制信息序列 M进制幅度序列 MPAM信号∑ b δ ( t − nT )n b nRb =1 Tb码型 编码∑ a δ ( t − nT )n s nM = 2K发送 滤波器s ( t ) = ∑ an gT ( t − nTs )nTs = KTbgT ( t ) ⇔ GT ( f )■s(t) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTs )an ∼ 传输码(线路码 ) 随机序列gT ( t ) ∼ 发送脉冲波形 (矩形、升余弦、高斯、半余弦脉冲)9数字基带系统的构成{bn }码型 编码{a n } d (t)发滤 波器s(t)信道x (t)收滤 波器r (t)抽样 判决{a }' n码型 译码{b }' nGT ( ω )gT ( t )n(t )cp ( t )位同 步器■s(t) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTs )~ 数字脉冲幅度调制(PAM)随机序 an ∼ 传输码(线路码 ) 随机序列∞gT ( t ) ∼ 发送脉冲波形 (矩形、升余弦、高斯、半余弦脉冲)■x (t) =n = −∞∑angT ( t − nTs ) + n ( t )10数字基带系统中各点的波形bn d(t) s(t) TS x(t) 1 τ 0 0 1 1r(t)cp ( t ) d’ ( t )11基本的数字基带信号波形(1) 二进制单极性不 归零(NRZ)码bn = 0, , 1 ⇔ an = 0, ,1A 0A 011101001Tst⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝ Ts 2 ⎠ 二进制 双 极 性 不 归零(NRZ)码bn = 0,1 ⇔ an = −1, +1⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝ Ts 2 ⎠A 0 -A1110100112基本的数字基带信号波形(2) 二进制单极性归 零(RZ)码bn = 0, , 1 ⇔ an = 0, ,1A 0 τA 011101001Tsτ⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝τ 2⎠t 二进制 双 极 性 归 零(RZ)码bn = 0,1 ⇔ an = −1, +1⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝τ 2⎠A 0 -A13基本的数字基带信号波形(2)差分码：用相邻码元电平是否跳变代表‘0 差分码：用相邻码元电平是否跳变代表 0’或 或‘1 1’bnanbn ∼ 绝对码 an ∼ 相对码 an = bn ⊕ an − 1差分编码 (相对编码)A 0 1 1 0 1 1延迟Tb101001 二进制单极性不归零码1 10 11 00 00 01 1相对码an = bn ⊕ an −1A 001单极性不归零传号差分码 跳变：”1“ 0 0 0 0 1 1 0 1 1相对码an = bnan − 1A 0单极性不归零空号差分码 跳变：”0“14基本的数字基带信号波形(3)多电平码波形 k个二进制符号bi 例. k =3, M=8b1b2b3 000 001 010 011 100 101 110 111 an +7 +5 +3 +1 -1 1 -3 -5 -7M = 2kbi an75310 -1 1-3 -5 -7 -一个M进制符号an1 1 1 0 1 0 0 1 1-7+3+115数字PAM信号的功率谱密度(1)s(t) =n = −∞∑a∞ngT ( t − nTs )其中 {an } ∼ 广义平稳随机序列， E ( an ) = ma；E an an + k = Ra ( k )gT ( t ) ∼ 发送脉冲波形，t ∈ ⎡ ⎣0, Ts ⎤ ⎦■()∞ ⎡ ∞ ⎤ gT ( t − nTs ) E⎡ ⎣ s ( t )⎤ ⎦ = E ⎢ ∑ an gT ( t − nTs ) ⎥ = ma n∑ = −∞ ⎣ n = −∞ ⎦周期为Ts■Rs ( t , t + τ ) = E ⎡ ⎣ s ( t ) s ( t + τ )⎤ ⎦= =n = −∞ m = −∞ ∞ ∞ n = −∞ m = −∞∑ ∑∞∞E⎡ ⎣ an am ⎤ ⎦ gT ( t − nTs ) gT ( t + τ − mTs ) Ra ( m − n ) gT ( t − nTs ) gT ( t + τ − mTs )∑ ∑Rs ( t + kTs , t + τ + kTs ) = Rs ( t , t + τ )∴ s ( t ) ∼ 循环平稳16数字PAM信号的功率谱密度(2)循环平稳过程 s(t) 的功率谱密度1 Rs (τ ) = Ts∫∞Ts 2 − Ts 2Rs ( t , t + τ ) dt=m =−∞∑∞Ra ( m )1 ∑T n =−∞ s∞∞∫−TTs 2sg (t 2 T− nTs )gT ( t + τ − nTs − mTs )dt=m =−∞∑Ra ( m )1 ∑T n =−∞ s∞∫nT −TsnTs + Ts 2s2gT ( t ) gT ( t + τ − mTs )dt1 = Ts1 = Tsm =−∞∑∞Ra ( m )∫g ( t ) gT ( t −∞ T+ τ − mTs )dtm = −∞∑∞Ra ( m ) Rg (τ − mTs )Rg (τ )∫∞ −∞gT ( t ) gT ( t + τ ) dt17数字PAM信号的功率谱密度(3)循环平稳过程 s(t) 的功率谱密度1 Rs (τ ) = Tsm = −∞∑∞Ra ( m ) Rg (τ − mTs )Ps (1 − j 2π f τ = f ) = ∫ Rs (τ )e dτ Ts −∞∞m =−∞∑∞Ra ( m )∫∞ −∞Rg (τ − mTs )e − j 2π f τ dτ1 = Tsm =−∞∑∞Ra ( m )e− j 2π fmTs∫−∞∞Rg (τ − mTs )e − j 2π f (τ − mTs ) dτ=2 1 Pa ( f ) ⋅ GT ( f ) TsgT ( t ) ⇔ GT ( f )∼ 随机序列{an }的功率谱密度Pa ( f )m = −∞∑∞Ra ( m ) e − j 2π fmTsP a ( f ) ⇔ R a (τ)= ∑∞m = −∞Ra( m ) δ (τ− m Ts)18数字PAM信号的功率谱密度(4)循环平稳过程 s(t) 的功率谱密度Ps ( f ) =2 1 Pa ( f ) ⋅ GT ( f ) Ts其中：Pa ( f ) = 其中m = −∞∑∞Ra ( m ) e − j 2π fmTsgT ( t ) ⇔ GT ( f )数字基带信号 数字 带信号s ( t ) 的功率谱 的功率谱密度与随机序列 度与随机序列{an }的功率谱特性 Pa ( f )以及发送滤波器的频率特性GT ( f ) 有关.19数字PAM信号的功率谱密度(5)特例：实随机序列{an }的各符号互不相关 特例Cov ( an an + m ) = E ⎡ ⎣ an − E ( an ) ⎤ ⎦⎡ ⎣ an + m − E ( an + m ) ⎤ ⎦ = 0, m ≠ 0{}Ra ( m ) = E ( an an + m ) = Cov ( an an + m ) + E ( an ) E ( an + m )2 2 ⎧ ⎪σ a + ma , m = 0 =⎨ 2 m≠0 ⎪ ⎩ ma ,∴ Pa ( f ) = σ + m2 a∞2 am = −∞∑e∞− j 2π f fmTs2 ma =σ + Ts 2 am = −∞∑∞δ⎜ f −⎝⎛m⎞ ⎟ Ts ⎠m = −∞∑e− j 2π mfTs1 = Tsm = −∞∑∞δ⎜f −⎝⎛m⎞ ⎟ Ts ⎠20数字PAM信号的功率谱密度(6)结论：在实随机序列 {an }的各符号互不相关时，s ( t ) 的PSDPs ( f ) =2σ2 aTsGT ( f ) +2m T2 ∞ a 2 s m = −∞∑⎛m⎞ ⎛ m⎞ GT ⎜ ⎟ δ ⎜ f − ⎟ Ts ⎠ ⎝ Ts ⎠ ⎝ 连续谱： 形状取决于GT ( f ) 离散谱： 间隔 1 Ts , 可提取位同步信息.若ma = 0,Ps ( f ) =σ a2TsGT ( f )221数字PAM信号的功率谱密度(7)■例1.双极性不归零码，{bn } 各符号互不相关且0、1等概出现an = ±1且等概⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝ Ts 2 ⎠2 2 2 ma = 0, σ a = E an − ma = 1( )GT ( f ) = ATs Sa ( π fTs ) e − jπ fTs2 = A2Ts ⋅ Sa ( π fTs )Ps ( f ) =σ a2TsGT ( f )2Ps ( f )σ a2 A2Ts−3 Ts−2 Ts−1 Ts1 Ts2 Ts3 Ts22数字PAM信号的功率谱密度(8)■例2.双极性归零码，{bn } 各符号互不相关且0、1等概出现an = ±1且等概⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝τ 2⎠2 2 2 ma = 0, σ a = E an − ma = 1( )GT ( f ) = Aτ Sa ( π f τ ) e − jπ f τA2τ 2 2 = ⋅ Sa ( π f τ ) TsA2τ 2 TsPs ( f ) =σ a2TsGT ( f )2Ps ( f )−3 τ−2 τ−1 τ1 τ2 τ3 τ23数字PAM信号的功率谱密度(9)■例3.单极性不归零码，{bn } 各符号互不相关且0、1等概出现 2 1 1 ⎛1⎞ 2 2 2 1 = ⋅ − = σ = E a − m ma = 0.5, a an = 0,1且等概 ⎜ 2⎟ n a 2 4 ⎝ ⎠ ⎛ t 1⎞ GT ( f ) = ATs Sa ( π fTs ) e − jπ fT gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟( )sPs (2 ma f ) = σ A Ts ⋅ S ( π fTs ) + 2 Ts 2 a 2 2 a⎝ Ts2⎠m⎞ ⎛ m⎞ 2 2⎛ AT S π T ⋅ δ f − ( s) a ⎜ s T ⎟ ⎜ T ⎟ ∑ m = −∞ s ⎠ ⎝ s ⎠ ⎝∞2 2 2 = σa A Ts ⋅ Sa ( π fTs ) + A2 ma2δ ( f )Ps ( f )σ a2 A2Ts−3 Ts−2 Ts−1 Ts1 Ts2 Ts3 Ts24数字PAM信号的功率谱密度(10)■例4.单极性归零码，{bn } 各符号互不相关且0、1等概出现2 2 2 ma = 0.5, σ a = E an − ma = 1 4( )τ=Ts , 50%占空比 2⎛ t 1⎞ gT ( t ) = Arect ⎜ − ⎟ ⎝τ 2⎠GT ( f ) = Aτ Sa ( π f τ ) e − jπ f τ2 2 ⎛ π fTs ⎞ ma A ⋅S ⎜ ⎟+ 4 2 ⎝ ⎠ 2 aPs ( f ) =σ a2 A2Ts4m⎞ ⎛πm ⎞ ⎛ S ⎜ ∑ ⎟δ ⎜ f − T ⎟ 2 ⎝ ⎠ ⎝ m = −∞ s ⎠∞ 2 aPs ( f )−6 Ts−5 Ts−4 Ts−3 Ts−2 Ts−1 Ts1 Ts2 Ts3 Ts4 Ts5 Ts6 Ts结论：单极性码带有离散谱；归零码、不归零码占用的频带宽度不一样。
北京邮电大学《通信原理》课程讲义-模拟信号的传输
在给定输入信号概率密度p(x)及量化级数M，如
何进行最佳量化，使量化噪声的平均功率最小，
量化信噪比最大？
2006-6-16
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
21
模拟信号的量化
2. 均匀量化器(线性量化器)
量化间隔Δk相等，即Δk =Δ
量化范围(-V,V)及量化级数M时
信息源
调制器
信道
解调器
信宿
模拟 信息源
抽样、量化 和编码
数字 通信系统
译码和低 通滤波
m(t) 模拟随机信号
{sk} 数字随机序列
{sk}
m(t)
数字随机序列 模拟随机信号
数字通信
2006-6-16
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
5
模拟信号数字化的基本原理
抽样 量化 编码
– 抽样、量化、编码
• 模拟信号的抽样 • 模拟信号的量化 • 脉冲编码调制PCM
2006-6-16
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
7
模拟信号的抽样
抽样定理：
一个频带限制在(0, fH) 赫内的时间连续信号m(t)， 如果以Ts≤1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔（均匀） 抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。
北京邮电大学信息工程学院 Jrlin@
18
模拟信号的量化
1. 标量量化的基本原理 标量量化(一维量化)：每个样值独立地进行量化
x∈{xk-1, xk}时， y=Q( x)=yk k =1,2,…, M， M为量化级数
量化误差 eq = x − yk = x − Q(x)
m(t )
mS (t)
m~ S (t) 低通滤 m~(t)
北京邮电大学-《通信原理》辅导-数字基带传输系统
第五章数字基带传输系统基本概念5.1数字基带传输系统5.1.1 利用基带信号传输离散消息的系统称为数字基带传输系统。
二元数字基带传输系统传送二元消息（，），是最简单的数字基带传输系统。
数字基10带传输系统框图如下：S 信道信号形成器将其输入数字信号变换为适合在基带信道中传输的信号，称为信道信号。
接收滤波器滤除噪声，通过信号，抽样判决器对信号码元抽样，根据抽样结果判决输出离散消息。
抽样判决器是数字传输系统的特点。
为了正常抽样，在接收端需要有与发端同步的抽样脉冲。
通常，收端的同步抽样脉冲需要从接收的信号中提取。
数字基带信号及其频谱特性5.1.2 输出干扰图5—1以上是几种基带脉冲信号波形的示意图-E- ca bde f由组成的序列表示信息，即为传送的对象。
我们用基带信号传送此信息，基带信号可表示为： 它是一随机过程，其唯一随机参数是；可求 得其数学期望为：称作的稳态分量，表为，不难证明：是周期为的周期函数；称为 的交变分量，显然它是均值为零的随机过程。
设序列中不同码元统计独立，则 可求得的功率谱密度为：令 a n 表示第n 个二进制信息码元,取值为0,1 ,取0的概率为, P a n = 0P ; 则取1的概率为, P a n = 1P ; 信息码元与对应的基带信号的关系为: 0 g 1t , 1 g 2t ;a n .....a -n a -n -1....a -1a 0a 1......a n -1a n a n +1.....g 1t , g 2t S t ∞∑n = -∞[1-a n g 1t - nT s + a n g 2 t - nT s a n E [S t ] = ∞∑n = -∞[P g 1t - nT s + 1- P g 2 t - nT s S t v t v t u t S t - v t S tS t a k , a j ( k ≠ j )T s随机脉冲序列的功率谱密度包括两部 分：由交变波的连续谱及由稳态波的离散谱组成。
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3 移动通信的飞速发展
移动通信技术的出现和发展，使得人们可以随时随地进 行通信，极大地改变了人们的生活方式。
4 未来通信的趋势
未来通信将朝着更高速度、更低时延、更广覆盖的方向 发展，同时还将融合人工智能、大数据等技术，实现更 加智能化和个性化的通信服务。
05
信号的检测与估计
信号检测的基本原理
信号检测的基本概念
阐述信号检测的定义、目的和意义，以及信号检测在通信系统中 的作用。
信号检测的基本原理
介绍信号检测的基本原理，包括假设检验、似然比检验、贝叶斯准 则等。
信号检测的性能指标
分析信号检测的性能指标，如虚警概率、漏警概率、检测概率等， 以及它们之间的关系。
TCP/IP协议族
包括TCP、UDP、IP等协议，用于实现不同网络之间的互连和通 信。
HTTP协议
用于Web浏览器和服务器之间的通信，实现网页的浏览和数据 的传输。
SSL/TLS协议
提供安全的数据传输通道，保护数据在传输过程中的安全性和完 整性。
通信网络的安全与可靠性
防火墙技术
通过设置访问控制规则， 防止未经授权的访问和数 据泄露。
01
02
信源
产生和发送信息的设备或实体， 如话筒、摄像头等。
03
04
信宿
接收和处理信息的设备或实体， 如扬声器、显示器等。
通信原理的研究对象
信号与噪声
研究信号的特性、噪声的来源和性质，以及 信号在噪声干扰下的传输性能。
编码与调制
研究信道的传输特性、信道容量和信道编码 等问题，以提高通信系统的可靠性和有效性
传输媒介
通信原理ppt课件
20世纪初，电子管等器件出现，电报和电 话通信获得迅速发展，相继有了较高水平 的有线通信及长波，中波和短波一类的无 线电通信。
4
20世纪30年代开始，在通信理论上，先 后形成：过滤和预测理论，香农信息论， 纠错编码理论，信源统计特性理论，信 号与噪声，调制理论，信号检测理论等。
Hmax=
n
1
log
n log
n
n i1
2
2
（bit/符号）
15
模拟通信系统：
1.5
消息传送速度，均方误差
主 （加性干扰产生的误差，信噪比）
要
性 数字通信系统：
能
传输速率，差错率
指
传输速率可用传码率（RB B）或
标
传信率（Rb bit/s）表示
16
Rb=RB·H
1.5
主 要
二进制下：
RB=Rb
题
(2) 每秒钟内这四个相位出现的次数 都为250，求此通信系统的码速率 和信息速率。
18
解 (1) 每秒钟传输1000个相位，即每秒钟
=
传输1000个符号，故 RB=1000 Bd，每个符号
出现的概率分别为P(0)= 1
2
P
P(π)=
1 8
P
3 = 1 2 4
2=
1 8
，每个符号所含的平均=RB·㏒2N
指 标
差错率也相应分为误码率和误信率。
17
某数字通信系统用正弦载波的四个 相位0、 、π、 3来传输信息， 这四个相2 位是互相2独立的。
3
例 (1) 每秒钟内0、 2 、π、 2 出现的次
数分别为500、125、125、250，求
北邮通信原理课件-第五章2解析
和改善系统的传输性能。
接收 y(t)
滤波器
眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统 性能时在示波器上观察到的像人的眼睛一样的图形。
33
眼图
信号：
示波器显示：
34
码间串扰 VS 码间串扰+噪声
3Tb
ht
Sa
2
Tb
t
2
1
2 Tb
t
-1.5Tb -0.5Tb0.5Tb1.5Tb
t
t
14
等效传递函数的频域特性
h t H f e j2 ftdf
t=kTb
h kTb H f e j2 fkTbdf
分段积分，每段长为1/Tb
3 10 1
3
5
y
2Tb 2Tb 2Tb 2Tb 2Tb
f b>2W（码元速率大于两倍系统带宽）
H ( f n Tb )
n
1 1 W W
Tb
Tb
W
1 W
1
1 W
Tb
Tb
Tb
结论：当码元速率大于基带传输系统带宽 的两倍时，无法得到一个无码间串扰的系 统，或者说无法设计一个无码间串扰的信 号波形。
18
讨论 H ( f m /Tb )
m
sin c x sin x
h t
H
f
e j2 ftdf
d t an t nTs
n
s t angT t nTs
限带情况下，如何做到： 抽样时刻无码间干扰？
11
抽样值
y
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(3) MASK系统的抗噪声性能
2. 多进制数字频率调制的原理
及抗噪声性能
(1) 多进制数字频率调制的原理
(1) 频带宽度 (2)
(3) 对信道特性变化的敏感性
在选择数字调制方式时,还应考虑它 的最佳判决门限对信道特性的变化是否敏 感.在2FSK系统中,不需要人为地设置判 决门限,它是直接比较两路解调输出的大 小来做出判决.在2PSK系统中,判决器的 最佳判决门限为零,与接收机输入信号的 幅度无关.
(4)
第五章 数字信号的频带传输
载波调制是按基带信号的变化规律去 改变载波某些参数的过程.调制的载波可 以分为两类:一类用正弦型信号,称为正 弦载波调制;一类用脉冲串,称为脉冲调 制.基带信号也可分为两类:一类是模拟 信号,即基带信号的取值是连续的,称为 模拟调制;另一类是数字信号,即基带信 号的取值是离散的,称为数字调制.
包络检波法的原理方框图如图5-11所 示.带通滤波器恰好使2ASK信号完整地通 过,经包络检测后,输出其包络.
图5-11 2ASK信号的包络检波
(3) 2ASK信号的功率谱及带宽
下面分析二进制振幅键控信号的频谱. 由于二进制振幅键控信号是随机的,功率 型的信号,故研究频谱特性时,应该讨论 它的功率谱密度. ① 因为2ASK信号的功率谱密度PE(f) 是相应的单极性数字基带信号功率谱密度 Ps(f)形状不变地平移至±fc 处形成的, 所以2ASK信号的功率谱密度由连续谱和离 散谱两部分组成.
图5-24 2DPSK信号的解调方框图
(4) 2PSK和2DPSK信号的
功率谱及带宽
先讨论2PSK信号的频谱.将2ASK
和2PSK的表达式比较可见,它们形式
上是完全相同的,所不同的只是an的取
值.前者an为单极性,后者an为双极性.
由以上分析可以看出: 第一,二相绝对移相信号的功率谱密 度同样由离散谱与连续谱两部分组成,但 当双极性基带信号以相等的概率(P=1/2)出 现时,将不存在离散谱部分,其连续谱部 分与2ASK信号的连续谱基本相同(仅相差 一个常数因子). 第二,2PSK信号的带宽也与2ASK信 号的相同,即带宽B2PSK=B2ASK=2fs.
(2) 2PSK和2DPSK信号的调制
模拟调相法:原理框图如图5-22(a) 所示,码变换器(即差分编码器)是用来 完成绝对码波形到相对码波形变换的,去
掉码变换器,则可进行2PSK信号的调制.
图5-22 2PSK和2DPSK调制方框图
(3) 2PSK和2DPSK信号的解调
① 2PSK信号的解调
5.4 多进制数字调制
由于多进制数字已调信号的 被调参数有多个可能取值,因此, 与二进制数字调制相比,多进制 数字调制具有以下几个特点.
① 在码元速率(传码率)相同条件下, 可以提高信息速率(传信率). ② 在信息速率相同条件下,可降低码 元速率,以提高传输的可靠性. ③ 在接收机输入信噪比相同条件下, 多进制系统的误码率比相应的二进制系统 要高. ④ 设备复杂.
3. 二进制移相键控及二进制差
分相位键控(2PSK及2DPSK)
(1) ① 绝对移相(2PSK
二进制移相键控中,载波的相位随数 字基带信号1或0而改变.通常用相位0表示 数 字信 号" 0" ,用相位 π表示 数字信 号 "1".则已调信号可表示为 e0(t)=cos(ωct+φi),且φi=0或π 则有e0(t)=±cosωct.
(2)
双边带信号不能用包络检波来解调, 可采用以下方法,将已调信号SDSB(t)乘 上一个同频同相的载波,得
由上式可知,用一个低通滤滤器就可以将 第1项与第2项分离,无失真地恢复出原始 基带信号m(t).
5.2 二进制数字调制
数字调制信号,在二进制时有振幅键 控(ASK),移频键控(FSK)和移相键 控(PSK)三种基本信号形式,如图5-7所 示. 根据已调信号的频谱结构特点的不同, 数字调制也可分为线性调制和非线性调制. 这种把基带数字信号变换为频带数字 信号的过程称为数字调制,反之,称为数 字解调.
数 字 频 率 调 制 又 称 移 频键 控, 记 作 FSK(Frequency Shift Keying),二进制
移频键控记作2FSK.
(1) 2FSK
前面已提到,2FSK信号可以采用模 拟调频法和数字键控法来产生. 频法:用数字基带矩形脉冲控制一个振荡 器的某些参数(例如电容C),可直接改 变振荡频率,使输出得到不同频率的已调 信号. 数字键控法:它是用数字矩形脉冲控 制电子开关,使电子开关在两个独立的振 荡器之间进行转换,从而在输出端得到不 同频率的已调信号.
1.
若基带信号为m(t),则幅度调制信 号(已调信号)一般可表示成
Sm(t)=Am(t) cos(ωct+φ0)
(1) 调幅(AM)
如果输入的基带信号m(t)带直流分 量,则它可以表示为m0与m'(t)之和,其 中, m0 是m(t)的直流分量,m'(t)是 表示消息变化的交流分量.
(2) 双边带(DSB)
5.1 调制与解调原理 5.2 二进制数字调制 5.3 二进制数字调制
系统的抗噪声性能
5.4 多进制数字调制 5.5 改进的数字调制技术
5.1 调制与解调原理
载波选用正弦型载波,基带信号为模 拟信号,设正弦型载波为
s(t)=Acos(ωct+φ0)
式中 A ωc φ0 —— —— ——载波的初始相位
2. 二进制移频键控(2FSK)
(1) 包络检波法的抗噪声性能 (2) 同步检测法的抗噪声性能
将相干解调与非相干解调系统误码率 做以比较,得到如下结论. ① 在输入信号信噪比r一定时,相干 解调的误码率小于非相干解调的误码率; 当系统的误码率一定时,相干解调比非相 干解调对输入信号的信噪比要求低. ② 相干解调时,需要插入两个相干载 波,因此电路较为复杂,但包络检测就无 需相干载波,因而电路较为简单.
② 相对移相(2DPSK)
—— 2DPSK方式是利用前后相邻码元的相 对载波相位值去表示数字信息的一种方式. 由图5-20可以看出,2DPSK的波形与 2PSK的不同,2DPSK波形的同一相位并不 对应相同的数字信息符号,而前后码元相 对相位的差才惟一决定信息符号.
图5-20 2PSK及2DPSK信号的波形
在图5-2中,如果输入的基带信号没有 直流分量,或将直流分量抑制掉,且H(ω) 同上,则得到的输出信号便是无载波分量 的双边带调制信号,或称双边带抑制载波 (DSB-SC)调制信号,简称DSB信号.
图5-2 线性调制器的一般模型
(3) 单边带(SSB)
双边带调制信号包含有两个边带,即 上,下边带.由于这两个边带包含的信息 相同,因而,从信息传输的角度来考虑, 传输一个边带就够了.所谓单边带调制, 就是只产生一个边带的调制方式.
② 2ASK信号的带宽B2ASK是单极性数 字基带信号带宽fs的两倍.当数字基带信号 的基本脉冲是矩形不归零脉冲时,fs=1/Ts. 于是2ASK信号的带宽为
B2ASK=2fs=2/Ts
2ASK信号的主要优点是易于实现, 其缺点是抗干扰能力不K)
图 5 16 2
FSK
信 号 包 络 检 波 方 框 图 及 波 形 图
②
2FSK信号的同步检波原理方框 图如图5-17所示.
③
过零检测法是一种常用而简便 的解调方法.
图5-17 2FSK信号同步检波方框图
(3) 2FSK信号的功率谱及带宽
由式(5-15)可知,二进制移频键控 已调信号可以看成是两个不同载频的幅度 键控已调信号之和,由此可求得它的功率 谱密度.
图5-7 正弦载波的三种键控波形
1. 二进制振幅键控(2ASK)
二进制数字振幅键控是数字调制中出 现最早的,也是最简单的,是研究其他各 种数字调制的基础.振幅键控,记作ASK (Amplitude Shift Keying),或称为开关 键控(通断键控),记作 OOK(On Off Keying).二进制数字振幅键控通常记作 2ASK.
——
2PSK信号的解调只能采用相干解调的
方法,其方框图及波形如图5-23所示.
图 5 23
-
2
PSK 信 号 的 解 调
② 2DPSK信号的解调
—— 极性比较——码变换法即是2PSK解调 加差分译码,其方框图如图5-24(a)所示, 2DPSK解调器将输入的2DPSK信号还原成 相对码{bn},再由差分译码器把相对码转 换成绝对码,输出{an}.
对于二进制振幅键控,移频键控及移 相键控这三种方式来说,发送端设备的复 杂程度相差不多,而接收端的复杂程度则 与所选用的调制和解调方式有关.对于同 一种调制方式,相干解调的设备要比非相 干 解 调 时 复 杂;而 同为非相 干 解 调 时 , 2DPSK的设备最复杂,2FSK次之,OOK最 简单.不言而喻,设备越复杂,其造价就 越贵.
(1) 2ASK
一般说来,数字信号的调制方法有两 种类型: ①利用模拟方法去实现数字调制,即 把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况 来处理; ②利用数字信号的离散值特点键控载 波,从而实现数字调制.
(2) 2ASK
如同AM信号的解调方法一样,OOK 信号也有两种基本的解调方法:非相干解 调(包络检波法)和相干解调(同步检测 法).
5.3 二进制数字调制系统的抗噪声性能
1. 振幅键控(2ASK)系统的抗噪声性能
由于信道加性噪声被认为只对信号的 接收产生影响,故分析系统的抗噪声性能也 只要考虑接收部分即解调器.先做如下假设: 信道噪声是均值为0,方差为σ2n的加性高斯 白噪声;信道是恒参信道,且认为发送信号 经传输后除有固定衰耗外未受到畸变;发送 信号0,1等概率出现.
(1) 包络检波法(非相干解调) (2) 同步检测法(相干解调)