最新《通信原理教程》(第3版)-樊昌信-编著----第四章--PPT课件教学讲义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。
通信原理第四章 (樊昌信第七版)PPT课件
则接收信号为
2 1
fo(t) = K f(t - 1 ) + K f(t - 2 ) 相对时延差
F o () = K F () e j 1 + K F () e j ( 1 )
信道传输函数
H()F F o(( ))K Keejj 11((1 1 eejj ))
常数衰减因子 确定的传输时延因子 与信号频率有关的复因子
课件
精选课件
1
第4章 信道
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
精选课件
2
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
精选课件
3
概述
信道的定义与分类
n 狭义信道：
—传输媒质 有线信道 ——明线、电缆、光纤 无线信道 ——自由空间或大气层
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~ 相频特性
2. 无失真传输
H()Kejtd
H() K
()td
精选课件
27
n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td
()d() d
td
相频特性
群迟延特性
精选课件
28
n 理想恒参信道的冲激响应:
恒参信道
H()Kejtd
h(t)K(ttd)
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:
《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3版)课件CH9
二、基本概念
◼ 信道编译码 信道编码是使不带规律性或规律性不强的原始数字信
号变为带上规律性或加强了规律性的数字信号 信道译码器则利用这些规律性来鉴别是否发生错误，
或纠正错误。
❖ 差错控制：包括信道编码在内的一切纠正错误手段。 ❖ 差错控制的工作方式
➢ 前向纠错FEC、检错重发ARQ、信息反馈IF、混合纠错HEC
a0
（2）生成矩阵；
（3）此码的全部码字；
（4）此码的最小码距
d
及纠、检错能力；
0
（5）此码的编码效率 。
三、汉明码
汉明码是一种高效率的纠单个错误的线性分组码，其最小码距 d0 = 3。
0 0 1 0
0 0 0 1
a5
a4 a3
a2
a1
=
0 0 0 0
a0
H A = 0n−k n = 7列
监督方程即为约束关系
简记为
1 0 1 1 0 0 0 H = 1 1 1 0 1 0 0
1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1
(n−k) = 7−3 = 4行
输入二进制信息{bi}
比特速率 Rb a3 , a2 , a1, a0
将 k位信息
分为一组
信道 编码器
长度为 k 的信息组
输出{bˆi }
比特速率 Rb
信道 译码器
编码输出 {di}
比特速率 Rc = Rbn / k b6 , b5 , b4 , b3 , b2 , b1, b0
长度为 n 比特的码字
k 比特信息 n − k 监督位
数字 调制器
有噪声 信道
长度为 n 比特的码字
解调输出{dˆi} 比特速率 Rc
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。
樊昌信 通信原理 课件
数字通信系统
二进制数字信号的传
二进制数字信号
由0和1组成的数字信号，是数字通信中最基本的信号形式。
二进制信号的传输方式
通过数字信号传输线路，将二进制信号进行传输。
二进制信号的传输速率
指单位时间内传输的二进制位数，是衡量数字通信系统性能的重要 指标之一。
多进制数字信号的传
多进制数字信号
除二进制外的其他进制数字信号，如四进制、 八进制等。
03
调幅信号的缺点是抗干 扰能力较差，信号质量 容易受到噪声和干扰的 影响。
04
调幅信号广泛应用于广 播、电视、无线电通讯 等领域。
调频（FM）通信系统
调频（FM）通信系统是一种通过改变载波信号的频率 来传递信息的方式。
调频信号的缺点是接收设备相对复杂，成本较高。
调频信号的优点是抗干扰能力强，信号质量稳定，适用 于短距离传输。
数字信号传输实验
总结词
掌握数字信号传输的基本原理和技术 。
详细描述
通过实验，学生将学习如何进行数字 信号的传输和处理，了解数字信号的 调制解调、同步、纠错编码等关键技 术，以及数字信号传输在通信系统中 的应用和优势。
THANKS
感谢观看
樊昌信《通信原理》课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 目录
• 绪论 • 信号与频谱 • 模拟通信系统 • 数字通信系统 • 信道编码与差错控制 • 通信原理实验
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 统的总称，它由信源、信道和信宿组 成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
码等。
线性分组码
二进制数字信号的传
二进制数字信号
由0和1组成的数字信号，是数字通信中最基本的信号形式。
二进制信号的传输方式
通过数字信号传输线路，将二进制信号进行传输。
二进制信号的传输速率
指单位时间内传输的二进制位数，是衡量数字通信系统性能的重要 指标之一。
多进制数字信号的传
多进制数字信号
除二进制外的其他进制数字信号，如四进制、 八进制等。
03
调幅信号的缺点是抗干 扰能力较差，信号质量 容易受到噪声和干扰的 影响。
04
调幅信号广泛应用于广 播、电视、无线电通讯 等领域。
调频（FM）通信系统
调频（FM）通信系统是一种通过改变载波信号的频率 来传递信息的方式。
调频信号的缺点是接收设备相对复杂，成本较高。
调频信号的优点是抗干扰能力强，信号质量稳定，适用 于短距离传输。
数字信号传输实验
总结词
掌握数字信号传输的基本原理和技术 。
详细描述
通过实验，学生将学习如何进行数字 信号的传输和处理，了解数字信号的 调制解调、同步、纠错编码等关键技 术，以及数字信号传输在通信系统中 的应用和优势。
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• 绪论 • 信号与频谱 • 模拟通信系统 • 数字通信系统 • 信道编码与差错控制 • 通信原理实验
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 统的总称，它由信源、信道和信宿组 成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
码等。
线性分组码
《通信原理》培训PPT课件第一章
数字通信的主要特点
优点: 1、抗干扰能力强，尤其是数字信号通过中继再生后可 消除噪声积累; 2、数字信号通过差错控制编码，可提高通信的可靠性; 3、数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强； 4、在数字通信中，可以综合传输各种模拟和数字输入 消息，包括语音、文字、图像、信令等；并且便于 存储和处理； 5、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减小冗余 度，提高信道利用率; 6、信噪比随带宽增大按指数规律明显提高； 7、通信设备设计制造更容易，体积更小、重量更轻。
1970-80年
1980年 1990年 1995年
大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、 光纤通信系统、微处理机等迅速发展
实现超大规模集成电路； 综合业务数字网崛起 移动通信系统迅速发展 internet及WWW浏览广泛流行
2000年—— 进入基于微处理器的数字信号处理、数字调谐接收 机、高速个人计算机、扩频通信、数字卫星系统、数字电视、个 人通信系统（PCS）时代
发明真空管
调幅无线电广播 超外差接收机问世 第一台全电子式电视机问世，并于1936年在 英国BBC电台正式投入商用电视广播。 调频无线电广播开播
1937年
发明PCM数字语音传输技术，并用于二次大战的语 音加密通信，构成24路系统。 1940-45年 二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展 1948年 1950年 1956年 发明晶体管； 香农提出了信息论，通信统计理论开始建立 时分多路通信应用于电话 敷设了越洋电缆
1957年
1958年 1958年 1962年
苏联发射了第一颗人造卫星，并传送21天遥测信号
美国发射了第一颗通信卫星，持续6个月遥测信号 开发出第一个集成电路（IC），集成度日益提高。 贝尔实验室研制的第一颗同步通信卫星开始转播 电视节目；1965年第一颗商用通信卫星投入使用。
《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》樊昌信课后习题答案及解析
习题解答《通信原理教程》樊昌信第一章 概论1.3 某个信息源由A 、B 、C 、D 等4个符号组成。
这些符号分别用二进制码组00、01、10、11表示。
若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1） 这4个符号等概率出现；（2） 这4个符号出现的概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16。
解： 每秒可传输的二进制位为：()20010513=⨯÷-每个符号需要2位二进制，故每秒可传输的符号数为：1002200=÷（1） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为： bit 24log 2= 故平均信息速率为：s b R b /2002100=⨯=（2）每个符号包含的平均信息量为：bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为： s b R b /7.197977.1100=⨯=1.6 设一个信号源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125s μ。
试求码元速率和信息速率。
解：码元速率为：()baud R B 80001012516=⨯÷=- 信息速率为：s kb R R B b /16280004log 2=⨯==第二章 信号2.2 设一个随机过程X （t ）可以表示成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在（0，2π）之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
解：它的能量无限，功率有界，所以是一个功率信号。
`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=•+++=⎰⎰d t d t t由维纳－辛钦关系有：()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-⎰=()()[]πωδπωδπ222++-=2.3 设有一信号可表示为：()()⎩⎨⎧>≥-=000exp 4t t t t x试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
通信原理(范馨月)fanxy-4PPT课件
支撑各种通信应用
培养专业人才的关键
学习和掌握通信原理有助于培养出具 备专业技能和创新能力的通信人才。
无论是移动通信、卫星通信、光纤通 信还是物联网，其背后的原理都离不 开通信原理的支撑。
通信系统的基本组成
发送设备
将信息信号转换为适合传输的 电信号或光信号。
接收设备
将传输中的信号还原为原始的 信息信号。
缺点
需要高带宽、对信道要求高、对同步要求高、设备成本较高 等。
04
无线通信原理
无线电波传播特性
无线电波传播方式
无线电波通过直射、反射、折射和散射等方式传播，受到地形、 建筑物和大气等因素的影响。
无线电波传播损耗
随着距离的增加，无线电波的强度会逐渐减弱，同时还会受到环境 因素的影响，如吸收、散射和干扰等。
通过改变载波信号的频率来传递信息。
调相（PM）
通过改变载波信号的相位来传递信息。
调相而幅度不变（APSK）
调制解调器的选择
通过同时改变载波信号的相位和幅度来传 递信息。
根据不同的通信需求和信道条件选择合适 的调制解调方式。
数字通信的优缺点
优点
传输质量高、抗干扰能力强、传输速率快、可实现多种通信 业务等。
通信原理(范馨月)fanxy4ppt课件
目录 CONTENT
• 引言 • 模拟通信原理 • 数字通信原理 • 无线通信原理 • 光纤通信原理 • 未来通信技术的发展趋势
01
引言
通信原理的重要性
信息时代的基石
随着信息技术的发展，通信原理在信 息传输、处理和交换中发挥着至关重 要的作用，是现代通信系统的理论基 础。
感谢您的观看
THANKS
03
通信原理教程第三版樊昌信部分课后习题答案
第一章：信息量、平均信息速率、码元速率、信息速率第二章：习题2.1 设随机过程X (t )可以表示成：式中，θ是一个离散随机变量，它具有如下概率分布：P (θ=0)=0.5，P (θ=π/2)=0.5试求E [X (t )]和X R (0,1)。
解：E [X (t )]=P (θ=0)2cos(2)t π+P (θ= π/2)2cos(2)=cos(2)sin 22t t t ππππ+- 习题2.2 设一个随机过程X (t )可以表示成：判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
解：为功率信号。
习题2.6 试求X (t )=A cos t ω的自相关函数，并根据其自相关函数求出其功率。
解：R (t ，t+τ)=E [X (t )X (t+τ)] =[]cos *cos()E A t A t ωωτ+功率P =R(0)=22A 习题2.10 已知噪声()t n 的自相关函数()ττk -e 2k R n =，k 为常数。
(1)试求其功率谱密度函数()f P n 和功率P ；(2)画出()τn R 和()f P n 的曲线。
解：(1)222()()2(2)k j j n n k k P f R e d e e d k f τωτωττττπ-+∞-+∞--∞-∞===+⎰⎰ (2)()n R τ和()f P n 的曲线如图2-2所示。
图2习题2.16 设有一个LC 低通滤波器如图2-4所示。
若输入信号是一个均值为0、双边功率谱密度为02n 的高斯白噪声时，试求 (1) 输出噪声的自相关函数。
(2)解：(1)LC 低通滤波器的系统函数为H(f)=2221221422j fCf LC j fL j fC ππππ=-+输出过程的功率谱密度为20021()()()21i n P P H LCωωωω==- 对功率谱密度做傅立叶反变换，可得自相关函数为00()exp()4Cn C R L Lττ=- (2) 输出亦是高斯过程，因此 第三章：习题3.1 设一个载波的表达式为()5cos1000c t t π=，基带调制信号的表达式为：m(t)=1+cos200t π。
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ppt课件
1887 赫兹通过实验加以证实
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
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
通信原理樊昌信课件
不同（an不同），前者为单极性，后者为双极性。因此， 我们可以直接引用2ASK信号功率谱密度的公式来表述
2PSK信号的功率谱，即
P2PSK (
f
)
=
1 4
[Ps
(
f
+
fc) +
Ps ( f
−
fc )]
应当注意，这里的Ps(f)是双极性矩形脉冲序列的功率谱。
10
第7章数字带通传输系统
由第6章知，双极性全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度
2DPSK信号相位：(0) π 0 0 π π π 0 π π
或
(π ) 0 π π 0 0 0 π 0 0
相应的2DPSK信号的波形如下：
(a)绝对码
1
1
0
1
0
(b)相对码
0
1
0
0
1
1
参考
(c)2DPSK t
由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信 号的相位可以不同。
即：2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元的相对
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
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间隔时间为T 1/2fH的周期性冲激脉冲对其抽样时，s(t)将被 这些抽样值所完全确定。
模拟信号
s(t)
模拟信号的抽样
2
抽样定理的证明：
设： s(t) － 最高频率小于fH的信号，
T(t) － 周期性单位冲激脉冲，其重复周期为T，重复频率
为fs = 1/T
则抽样信号为： sk(t)s(t)T(t) s(k)T
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
mi aiv
qi
aivv 2
求信号sk的平均功率 ：
SE(sk2)a bsk2f(sk)dks
由上两式可以求出平均量化信噪比。
10
【例4.1】设一个均匀量化器的量化电平数为M，其输入信号 抽样值在区间[-a, a]内具有均匀的概率密度。试求该量化器的 平均信号量噪比。
量化区间的端点为： mi aiv
若量化输出电平qi 取为量化间隔的中点，则有
qi m i 2m i 1,
i1,2,..M .,
量化噪声＝量化输出电平和量化前信号的抽样值 之差
信号功率与量化噪声之比（简称信号量噪比）
9
求量化噪声功率的平均值Nq ：
N q E [s k ( s q ) 2 ] a b ( s k s q ) 2 f( s k ) d k s i M 1m m ii 1 ( s k q i) 2 f( s k ) d k s
相同，故共有13段折线。
15
A律和13折线法比较
i
87
6543
2 10
y =1-i/8 0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 1
由 有
xdxy 1 dx dy Ndy
dx Nx dy
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： lnxkyc
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
➢ 共有M个离散电平，它们称为量化电平。 ➢ 用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。
➢ 例：见图，
当 sq(k)T q i, m i 1 s(k)T m i
➢ 图示为均匀量化。
8
4.3.2 均匀量化
设：模拟抽样信号的取值范围：a～b
量化电平数 ＝ M
则均匀量化时的量化间隔为： v(ba)/M
《通信原理教程》(第3 版)-樊昌信-编著----第四
章--PPT课件
4.2 模拟信号的抽样
4.2.1 低通模拟信号的抽样
通常是在等间隔T上抽样 理论上，抽样过程 ＝ 周期性单位冲激脉冲 模拟信号 实际上，抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲 模拟信号 抽样定理：若一个连续模拟信号s(t)的最高频率小于fH，则以
为第8段；1/4至1/2间称为第7段；1/8至1/4间称为第6段； 依此类推，直到0至1/128间的线段称为第1段。 ➢ 纵坐标y则均匀地划分作8段。将这8段相应的座标点(x, y) 相连，就得到了一条折线。
➢ 除第1和2段外，其他各段折线的 斜率都不相同：
折线段号 1 2 3 4 5 6 7 8 斜 率 16 16 8 4 2 1 ½ ¼ ➢ 对交流信号，正负第1和2段斜率
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。
14
13折线压缩特性 － A律的近似 ➢ A律是平滑曲线，用电子线路很难准确地实现，但很容易 用数字电路来近似实现。
➢ 13折线特性就是近似于A律的特性。 ➢ 图中x在0～1区间中分为不均匀的8段。1/2至1间的线段称
设sk(t)的傅里叶变换为Sk(f) ，则有： Sk(f)S(f) (f) 式中，
Sk(f) － sk(t)的频谱 S(f) － s(t)的频谱
( f ) － T(t)的频谱
(f )是周期性单位冲
激脉冲的频谱，它可以求
出等于：
(f)T1n (f nsf)
3
4.2.3 模拟脉冲调制
脉冲振幅调制PAM 脉冲宽度调制PDM 脉冲位置调制PPM
解：
M
Nq
i1
(s mi
mi1 k
qi )2
f (sk)dsk
M
i1
(s mi
mi1 k
qi )221adsk
M
i1
aiv
(s a(i1)v k
aiv2v)221adsk
M i1
21a1v22
Mv3
24a
∵ M v2a
∴
Nq
v2
12S aaLeabharlann k221adksM 122(v)2
S M2 Nq
当量化区间划分很多时，在每一量化区间内压缩特性曲线 可以近似看作为一段直线。因此，这段直线的斜率可以写为
y dy y x dx
或
x dx y dy
设x和y的范围都限制在0和1之间， 且纵座标y在0和1之间均匀划分成N个 量化区间，则有区间间隔为：
y 1 N
∴
xdxy 1 dx dy Ndy
12
或
S Nq
d
B
20lg
M
（dB）
11
4.3.3 非均匀量化
均匀量化的缺点：量化噪声Nq是确定的。但是，信号的强度 可能随时间变化，例如语音信号。当信号小时，信号量噪比 也就很小。非均匀量化可以改善小信号时的信号量噪比。
非均匀量化原理：用一个非线性电路将输入电压 x 变换成输 出电压 y： y = f (x)
（a) 基带信号 (c) PDM信号
(b) PAM信号 (d) PPM信号
图4.2.6 模拟脉冲调制
7
4.3 抽样信号的量化
4.3.1 量化原理
量化的目的： 将抽样信号数字化。
量化的方法： ➢ 设s(kT) － 抽样值， ➢ 若用N位二进制码元表示， 则只能表示M = 2N个不同 的抽样值。
图4.3.1 抽样信号的量化
lnxkyk
y 1 1 ln x k
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。
13
A压缩率
y
1AlnxA, 11lnlnAAx,
0x 1 A
1 x1 A
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。
模拟信号
s(t)
模拟信号的抽样
2
抽样定理的证明：
设： s(t) － 最高频率小于fH的信号，
T(t) － 周期性单位冲激脉冲，其重复周期为T，重复频率
为fs = 1/T
则抽样信号为： sk(t)s(t)T(t) s(k)T
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
mi aiv
qi
aivv 2
求信号sk的平均功率 ：
SE(sk2)a bsk2f(sk)dks
由上两式可以求出平均量化信噪比。
10
【例4.1】设一个均匀量化器的量化电平数为M，其输入信号 抽样值在区间[-a, a]内具有均匀的概率密度。试求该量化器的 平均信号量噪比。
量化区间的端点为： mi aiv
若量化输出电平qi 取为量化间隔的中点，则有
qi m i 2m i 1,
i1,2,..M .,
量化噪声＝量化输出电平和量化前信号的抽样值 之差
信号功率与量化噪声之比（简称信号量噪比）
9
求量化噪声功率的平均值Nq ：
N q E [s k ( s q ) 2 ] a b ( s k s q ) 2 f( s k ) d k s i M 1m m ii 1 ( s k q i) 2 f( s k ) d k s
相同，故共有13段折线。
15
A律和13折线法比较
i
87
6543
2 10
y =1-i/8 0 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 1
由 有
xdxy 1 dx dy Ndy
dx Nx dy
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： lnxkyc
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
➢ 共有M个离散电平，它们称为量化电平。 ➢ 用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。
➢ 例：见图，
当 sq(k)T q i, m i 1 s(k)T m i
➢ 图示为均匀量化。
8
4.3.2 均匀量化
设：模拟抽样信号的取值范围：a～b
量化电平数 ＝ M
则均匀量化时的量化间隔为： v(ba)/M
《通信原理教程》(第3 版)-樊昌信-编著----第四
章--PPT课件
4.2 模拟信号的抽样
4.2.1 低通模拟信号的抽样
通常是在等间隔T上抽样 理论上，抽样过程 ＝ 周期性单位冲激脉冲 模拟信号 实际上，抽样过程 ＝ 周期性单位窄脉冲 模拟信号 抽样定理：若一个连续模拟信号s(t)的最高频率小于fH，则以
为第8段；1/4至1/2间称为第7段；1/8至1/4间称为第6段； 依此类推，直到0至1/128间的线段称为第1段。 ➢ 纵坐标y则均匀地划分作8段。将这8段相应的座标点(x, y) 相连，就得到了一条折线。
➢ 除第1和2段外，其他各段折线的 斜率都不相同：
折线段号 1 2 3 4 5 6 7 8 斜 率 16 16 8 4 2 1 ½ ¼ ➢ 对交流信号，正负第1和2段斜率
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。
14
13折线压缩特性 － A律的近似 ➢ A律是平滑曲线，用电子线路很难准确地实现，但很容易 用数字电路来近似实现。
➢ 13折线特性就是近似于A律的特性。 ➢ 图中x在0～1区间中分为不均匀的8段。1/2至1间的线段称
设sk(t)的傅里叶变换为Sk(f) ，则有： Sk(f)S(f) (f) 式中，
Sk(f) － sk(t)的频谱 S(f) － s(t)的频谱
( f ) － T(t)的频谱
(f )是周期性单位冲
激脉冲的频谱，它可以求
出等于：
(f)T1n (f nsf)
3
4.2.3 模拟脉冲调制
脉冲振幅调制PAM 脉冲宽度调制PDM 脉冲位置调制PPM
解：
M
Nq
i1
(s mi
mi1 k
qi )2
f (sk)dsk
M
i1
(s mi
mi1 k
qi )221adsk
M
i1
aiv
(s a(i1)v k
aiv2v)221adsk
M i1
21a1v22
Mv3
24a
∵ M v2a
∴
Nq
v2
12S aaLeabharlann k221adksM 122(v)2
S M2 Nq
当量化区间划分很多时，在每一量化区间内压缩特性曲线 可以近似看作为一段直线。因此，这段直线的斜率可以写为
y dy y x dx
或
x dx y dy
设x和y的范围都限制在0和1之间， 且纵座标y在0和1之间均匀划分成N个 量化区间，则有区间间隔为：
y 1 N
∴
xdxy 1 dx dy Ndy
12
或
S Nq
d
B
20lg
M
（dB）
11
4.3.3 非均匀量化
均匀量化的缺点：量化噪声Nq是确定的。但是，信号的强度 可能随时间变化，例如语音信号。当信号小时，信号量噪比 也就很小。非均匀量化可以改善小信号时的信号量噪比。
非均匀量化原理：用一个非线性电路将输入电压 x 变换成输 出电压 y： y = f (x)
（a) 基带信号 (c) PDM信号
(b) PAM信号 (d) PPM信号
图4.2.6 模拟脉冲调制
7
4.3 抽样信号的量化
4.3.1 量化原理
量化的目的： 将抽样信号数字化。
量化的方法： ➢ 设s(kT) － 抽样值， ➢ 若用N位二进制码元表示， 则只能表示M = 2N个不同 的抽样值。
图4.3.1 抽样信号的量化
lnxkyk
y 1 1 ln x k
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。
13
A压缩率
y
1AlnxA, 11lnlnAAx,
0x 1 A
1 x1 A
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。