通信原理第7版第4章PPT课件(樊昌信版)
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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:
通信原理第7版课件樊昌信版
? 2 F2 (x1，x2；t1, t2 ) ?x1?x2
?
f2 ( x1，x2；t1，t2 )
二维概率密度函数
大家好
? n 维分布函数 n 维概率密度函数
大家好
§3.1.2 随机过程的数字特征 ---描述随机过程的主要特性
? 均值 ---随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心
? E ??(t)??
t1
t2
t
? 特性描述 ：
大家好
§3.1.1 随机过程的分布函数
? 一维分布函数 ---描述孤立时刻的统计特性
F1(x1，t1) ? P[t?() 1 ? x1]
?F1 (x1，t1 ) ? ?x1
f1(x1，t1 )
一维概率密度函数
? ? ? 二维分布函数 F2 (x1，x2；t1，t2 ) ? P? (t1 ) ? x1， (t2 ) ? x2 ?
—— 自变量的 递减 函数
erf (c0) ? 1 erf (?c ) ? 0
大家好
课件制作：曹丽娜
erfc()x ? 1 ? erf ()x
erf (? x) ? ? erf (x) erf (? x)c ? 2 ? erf (x) c
利用误差函数，可将F(x)表示为：
意义：
F
(x)
?
? ?? ?
西安电子科技大学 通院
大家好
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
第3步：比较 统计平均值 和 时间平均值
解题 过程： 参见教材41页
《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
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。
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
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4章(樊昌信版)课件
正确
错误
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
学习交流PPT
24
四进制 无记忆 编码信道
0
1
发 送 端2
3
学习交流PPT
0
1
接 收 2端
3
25
§4.4
恒参/随参信道特性 对信号传输的影响
学习交流PPT
26
恒参信道 特性及其对信号传输的影响
线性时不变系统
• 特点：传输特性随时间缓变或不变。
传播路径 天波传播方式
学习交流PPT
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
D2 D2 h (m)
8r 50
D 为收发天线间距离(km)
So()C()Si()
C n (t )
学习交流PPT
22
不同的物理信道具有不同的特性C() = 常数（可取1）
加性高斯白噪声信道模型
学习交流PPT
23
§4.3.2 编码信道模型 模型： 可用 转移概率来描述。
二进制 无记忆 编码信道 模型
P(0/0) + P(1/0) = 1
P(1/1) + P(0/1) = 1
例如 设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为：
D = 44.7 km
学习交流PPT
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
通信原理第7版第4章PPT(樊昌信版)选编
多径效应
n
n
r(t) ai (t) cosi cosct ai (t)sini sin ct
i 1
i 1
包络 X (t) cosct Y (t)sinct 同相 ~ 正交形式
相位 随机
V (t)cosct (t)
包络 ~ 相位形式
缓变
瑞利
的
分布
窄带
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
入出关系：
r(t) s0 (t) n(t) so (t) f [si (t)] c(t) si (t)
So () C()Si ()
C n(t)
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
不同的物理信道具有不同的特性C() = 常数（可取1）
电离层
平流层
对流层
地面
对流层：约 0 ~10 km 平流层：约 10~60 km 电离层：约 60~400 km
西安电子科技大学 通信工程学院
60 km 10 km 0 km
课件制作：曹丽娜
电磁波的传播方式：
地波 ground- wave
频率： < 2 MHz 特性：有绕射能力 距离：数百或数千米 用于：AM广播
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§4.5
信道噪声
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
1. 何谓噪声
2. 噪声类型
按 人为噪声
噪 声ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
自然噪声
来 内部噪声
源 （如热噪声）
西安电子科技大学 通信工程学院
按 脉冲噪声
通信原理第7版第1章PPT课件(樊昌信版)
I0
I1
log2
1 P(x)
log2 2 1 b
I0 I1 I2 I3 log2 4 2 b
评注 ➢
概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同；
➢ 二进制的每个码元含 1 （b) 每个四进制符号可用 ➢ 四进制的每个码元含 2 （b) 2 个二进制符号表示。
➢ 推广：M进制的每个码元含 log2M （b)
49
29
2. 离散消息的平均信息量
—— 信源中每个符号所含信息量的统计平均值。
设
x1 , P( x1
),
, ,
xi , P(xi
),
, ,
P
xM (xM
)
且
M
P(xi ) 1
i
则 统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为
M
1
H i1 p(xi ) log2 p(xi )
其功能与发送设备相反。
如 译码、解调
14
1.2.2 模拟通信系统模型
模拟信源
调制器
信道
解调器
信宿
噪声
两对重要变换：
模拟消息 原始电信号（基带） 基带信号 已 调 信号（带通）
15
1.2.3 数字通信系统模型
信 源
信 源 编
码
加 密
信 道 编
码
数 字 调
制
信道
数 字 解 调
信 道 译
2b / (s Hz)
√
43
例题
２、某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200b/sBaud， 求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码 元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？
通信原理第7版第1章PPT课件(樊昌信版)
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。
10
基于以上对 消息 、信息 和 信号 的理解： 通信
通信系统
11
§1.2
通信系统模型
12
1.2.1 通信系统一般模型
发射天线将AM信号感应成 可以辐射到大气中的电磁波 （无线电波）
声音
音频信号
接收天线将电磁波转换为
AM信号（含有噪声）
将音频信号放大、调制， 产生 AM信号，并耦合到 发射天线
将AM信号解调还原为音频 信号，再经音频功放后，驱 动扬声器，还原为声音。
调幅（AM）无线广播系统
6
消息
：通信系统传输 的对象。形式多种:
全双工通信： （双向、同时）
20
按数字码元传输时序分：
并行传输：在并行信道上同时传输 n 个比特信息。
0
发
1 1
接
送0
收
1
方1
方
0
0
串行传输：
21
串行传输： 数字码元序列按时间顺序一个接一个地在 一条信道中传输。
0
0
1
1
发 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010 1 接
41
例题
1、对于同样以2400b/s比特率发送的信号，若A系统以2PSK 调制方式传输时所需带宽为2400hz，而B系统以4PSK调制 方式传输时所需带宽为1200hz，哪个系统更有效？
42
例题
1、对于同样以2400b/s比特率发送的信号，若A系统以2PSK
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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→RB↓
课件制作：曹丽娜
归纳
随参信道特性
多径效应
减小衰落的措施
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§4.5
信道噪声
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
1. 何谓噪声
2. 噪声类型
按 噪 声 来 源
人为噪声
自然噪声
内部噪声
（如热噪声）
按 噪 声 性 质
（1）信源发送的平均信息量（熵）
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§4.2
有线信道
明线 对称电缆 同轴电缆 光纤
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
明线
1880年纽约街貌
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
对称电缆
有线信道
由多对 双绞线组成
非屏蔽双绞线(UTP)
（便宜、易弯曲、易安装）
屏蔽双绞线(STP)
第i条路径 接收信号振幅
n i 1 n
an (t ) cos c t n (t )
传输时延
ai (t ) cos c t i (t ) ai (t ) cos c t i (t )
i 1
西安电子科技大学 通信工程学院
i (t ) c i (t )
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
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
信道幅频特性
H ( ) 1 e
j
2 cos
2
信道对信号不同的频率成分，将有不同的衰减。 ——频率选择性衰落
频选衰落的含义： 信道对不同f 的信号分 量的衰减大小不同，且随时间变化.
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课件制作：曹丽娜
随参信道 特性及其对信号传输的影响
指传输特性随时间随机快变的信道。
短波电离层反射信道
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课件制作：曹丽娜
随参信道
衰减随时间变化 时延随时间变化 多径传播
多径传播 示意图：
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
课件制作：曹丽娜
多径效应
r (t ) ai (t ) cos i cos ct ai (t )sin i sin ct
i 1 i 1 n n
包络
相位 随机 缓变 的 窄带 信号
X (t ) cos ct Y (t )sin ct
同相 ~ 正交形式
包络 ~ 相位形式
§4.3
信道数学模型
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§4.3.1 调制信道模型
模型：叠加有噪声的线性时变/时不变网络：
共性：
有一对（或多对）输入端和输出端 大多数信道都满足线性叠加原理 对信号有固定或时变的延迟和损耗 无信号输入时，仍可能有输出（噪声）
课件制作：曹丽娜
第4章
信 道
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
本章内容:
信道分类
第4章 信道
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
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
概述
信道的定义与分类
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
3. 多径效应
设发送信号为
— 多经传播的影响
s(t ) A cos ct
幅度恒定 频率单一
经过n条路径传播（各路径有时变的衰落和传输时延），且经 过各条路径到达接收端的信号相互独立 则接收信号为
r (t ) a1 (t ) cos c t 1 (t ) a2 (t ) cos c t 2 (t )
归纳
信道加性噪声n(t) :
代表：起伏噪声（热噪声等）
性质：高斯白噪声
n0 Pn ( f ) (W/Hz) 2
Rn ( )
n0 ( ) 2
v2 f n (v ) exp 2 2 2 n n 1
n(t) ⤳ BPF ⤳ 窄带高斯噪声
相频特性 群迟延特性
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
恒参信道
理想恒参信道的冲激响应:
H () Ke
jtd
h(t ) K (t td )
若输入信号为s(t)，则理想恒参信道的输出:
so (t ) K s(t td )
固定的迟延 固定的衰减
—— 这种情况称为无失真传输
1. 传输特性
H ( ) H ( ) e
j ( )
H ( ) ~ 幅频特性
( ) ~
H () K
相频特性
2. 无失真传输
H () Ke
西安电子科技大学 通信工程学院
jtd
( ) t d
课件制作：曹丽娜
恒参信道
H () K
幅频特性
d ( ) ( ) td ( ) t d d
r
r
视线传播方式
例如
D D h ( m) 8r 50
D 为收发天线间距离(km)
西安电子科技大学 通信工程学院
2
2
设收发天线的架设 高度均为40 m，则最 远通信距离为： D = 44.7 km
课件制作：曹丽娜
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
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
无线信道
微波中继
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无线信道
卫星中继
地球
地面站
地面站
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课件制作：曹丽娜
无线信道
散射通信
有效散射区域
地球
对流层散射通信
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课件制作：曹丽娜
无线信道
流星余迹散射
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 频率: 30 ~ 100 MHz 距离: 1000 km以上 用途: 低速存储、高速突发、断续传输
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光纤 结构：
有线信道
纤芯 包层
按折射率分类：
阶跃型
梯度型 多模光纤 单模光纤
单模阶跃折射率光纤
按模式分类：
光纤结构示意图
课件制作：曹丽娜
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有线信道
优点
缺点
应用
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脉冲噪声 窄带/单频噪声 起伏噪声
（热噪声、散弹噪声和宇宙噪声）
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热噪声：
热噪声电压有效值：
V 4kTRB
式中
(V)
k = 1.38 10-23（J/K）－ 波兹曼常数 T － 热力学温度（ºK） R － 阻值（） B － 带宽（Hz）
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入出关系：
r (t ) s0 (t ) n(t )
so (t ) f [si (t )] c(t ) si (t )
So () C()Si ()
C
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n(t )
课件制作：曹丽娜
不同的物理信道具有不同的特性C() = 常数（可取1）
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如何减小？
课件制作：曹丽娜
4. 减小频率选择性衰落的措施
信道相关带宽：
△f
△f ＝1/ m
定义为相邻传输零点的频率间隔
应使信号带宽 Bs < △f
，工程经验公式：
Bs ＝(1/3 ~ 1/5)△f
数字信号的码元宽度:
Ts ＝(3 ~ 5) m
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地波传播方式
天波 sky- wave
频率：2~30 MHz 特性：被电离层反射 距离：< 4000 km（一跳） 用于：远程、短波通信
传播路径
天波传播方式
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课件制作：曹丽娜
无线信道
视线传播
line-of-sight
h
发射 天线
传播途径 d D d
接收 天线
频率： > 30 MHz 特性：直线传播、穿透电离层 用途：卫星和外太空通信 超短波及微波通信 距离：与天线高度有关
（可减少噪声干扰）
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课件制作：曹丽娜
同轴电缆
有线信道
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课件制作：曹丽娜
有线信道
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输 速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号 多用于有线电视（CATV）系统 传输距离可达几十千米