通信原理第11章
通信原理(第二版)(章 (11)
第11章 同步原理 图11.2.5 DSB信号中插入导频示意图
第11章 同步原理 图11.2.6 插入导频法发送端及接收端框图
第11章 同步原理 图11.2.6(a)是插入导频法发送端方框图，根据此图可知
uo(t)=acm(t) cos2πfct+ac sin2πfct 其中，acm(t) cos2πfct为DSB信号项， acsin2πfct为插入的导频信 号，它与载波accos2πfct正交，所以也称为正交载波(导频)。图 11.2.6(b)是接收端解调的方框图，假设收到的信号就是uo(t)， uo(t)的导频经中心频率为fc的窄带滤波器滤出来，再经过90° 相移后得到同步载波ac cos2πfct， uo(t)与载波accos2πfct经相乘 器相乘后输出，有
S Ts 2 n (步) Ts n 2
第11章 同步原理
在接收二进制数字信号时，各码元出现“0”或“1”是随机 的，两个相邻码元出现01、10、11、00的概率可以近似认为相 等。若把码元“0”变“1”或“1”变“0”时的交变点提取出来作 为比相用的脉冲，也就是说，每出现一次交变点，鉴相器比相 一次，使得控制器扣除或附加一个脉冲，位定时信号调整一次， 那么，对位定时信号平均调整一个Ts/n所需要的时间为2Ts秒， 故同步建立时间为
下面以DSB及2PSK为例来说明插入导频法实现载波同步 的基本方法。图11.2.5(a)是基带信号的频谱，(b)是其DSB信号 的频谱及插入导频的位置(虚线所示)。导频插在DSB信号频谱 为0的地方，即导频的频率为fc，且与调制用的载波信号正交。 插入导频法发送端及接收端的方框图如图11.2.6所示。
第11章 同步原理 图11.2.4 Costas环法提取同步载波及解调方框图
(完整版)现代通信原理复习资料整合
现代通信原理教学要求第一章绪论1通信、通信系统的定义；通信：从一地向另一地传递消息（信息或消息的传输和交换）；通信系统：实现消息传递所需的一切技术设备和信道的总和称为通信系统2•通信系统的一般模型及各框图作用；信息源：消息的发源地，把各种消息转换成原始电信号（称为消息信号或基带信号）。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。
信道：传输信号的物理媒质。
噪声源：不是人为加入的设备，而是信道中的噪声以及通信系统其它各处噪声的集中表示。
接收设备：功能是放大和反变换（如滤波、译码、解调等），其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复原始电信号。
受信者（信宿）：传送消息的目的地。
（将原始电信号还原成相应的消息）。
3•基带信号、频带信号、模拟信号、数字信号的含义；基带信号：信息源把各种消息转换成原始电信号的信号。
频带信号（带通信号）：（经过调制以后的信号称为已调信号，特点：携带信息，适合在信道中传输）信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频。
模拟信号（连续信号）：凡信号参量的取值连续（不可数，无穷多），称为模拟信号。
数字信号（离散信号）：凡信号参量只可能取有限个值，称为数字信号。
信源编码与译码：信源编码的作用是提高信息传输的有效性，完成模/数（A/D）转换；信源译码是信源编码的逆过程。
信道编码与译码：数字信号在信道传输时会因为各种原因产生差错，为了减少差错则在信息码中按照一定的规则加入监督码，组成抗干扰编码，接收端译码器则按照一定规则解码，发现错误或纠正错误，从而提高心态的抗干扰能力（提高可靠性）。
数字调制与解调：数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
数字解调就是采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。
同步：同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。
（载波同步、位同步、群同步和网同步）。
数字通信的主要特点：（1）抗干扰能力强而且噪声不累加；（2）差错可控；（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网；（4）易于集成化，从而使通信设备微型化；（5）易于加密处理，且保密强度高。
《通信原理》_樊昌信_曹丽娜_编著第六版课件_1-14全
1.1通信的基本概念
通信原理
第1章绪论
通信的目的：传递消息中所包含的信息。 消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
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。
满足上述3条件的关系式如下：
1 P(x)
IlogalogaP(x)－信息量的定义
第1章绪论
IlogalogaP(x)
1 P(x)
上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 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)。 通常广泛使用的单位为比特，这时有
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电 信号。 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
第1章绪论
1.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
模拟信号和数字信号
tt
图1-2模拟信号
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：
(a)话音信号(b)抽样信号
第1章绪论
【例1】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。试求某消息 2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。 【解】此消息中，―0‖出现23次，―1‖出现14次，―2‖ 出现13次，―3‖出现7次，共有57个符号，故该消息的
通信原理第11章同步原理
s (t )
平方器
e (t )
窄带 BPF
2 fc
二分频
fc
若m ( t ) = ±1
1 1 e (t = ) + cos 2ωct 2 2
11.2 载波同步
西安电子科技大学 通信工程学院
平方环法
s (t )
平方器
e (t )
鉴相器
ud
环路 滤波器
uc
压控 振荡器
uo ( t )
二分频
uo ( t )
= uo ( t ) m ( t ) cos ωc t + sin ωc t
插入导频法收端 uo ( t ) uo ( t )
BPF 窄带 BPF
×
v (t )
LPF
mo ( t )
v ( t ) = uo ( t ) cos ωc t
1 mo ( t ) = m ( t ) 2
sin ωct
90
波形变换常用电路：微分+整流
11.3 位同步
西安电子科技大学 通信工程学院
包络检波滤波法 适用：带限的2PSK
O
(a)
t
O
(b)
t
O
(c)
t
11.3 位同步
西安电子科技大学 通信工程学院
（2）锁相法
位同步输出
a
整形 接收码元 相位 比较器
超 前 脉 冲 滞 后 脉 冲
晶振
d
n分频器
c
或 门
扣除门 (常开)
一、群同步的实现方法
1.起止式同步法
止 起
1 2 3 4 5 止
1
5 字
1.5
缺点： 不便于同步传输 传输效率低
通信原理CH11V20100609
2k个不同码组
2n个不同码组 总的码组个数
许用码组
在2n个码组中，许用码组数量仍然是2k个 余下（2n 2k）的个码组为禁用码组
12
11.2 纠错编码的基本原理 P331 3. 编码的几个概念术语 (1) 码重、汉明重量 code weight
码组中“1”码元的个数。 (2) 码距、汉明距离 Hamming distance
a2 a3 a4 a5 a6 无错
s1＝a2a4a5a6 s2＝a1a3a5a6 s3＝a0a3a4a6
(11.5-3) (11.5-4) (11.5-5)
25
11.5 线性分组码 2. 汉明码构造
P335
如果没有误码，则校正子s1 = s2 = s3 =0，则可得： s1＝a2a4a5a6 =0 s2＝a1a3a5a6 =0 s3＝a0a3a4a6 =0
代价：增加带宽。
16
11.4 简单的实用编码 P333
11.4.1 奇偶监督码 Parity check P333 1. 码结构
an1,an2,an3,....a.0.,
其中，an1 , an2 , …, a1,a0为信息位；, a0为监督位。
2. 编码规则 偶监督码：加监督位后，使码组中”1”的个数为偶数
两个码组对应位上不同码元的位数d
在图11-4中，码距就是两个码组（两个 顶点）之间沿立方体各边到达的最少边 数
对于集合式(11.2-1)，最少边数均为2
对于000、111集合，最少边数为3
13
11.2 纠错编码的基本原理 P331 3. 编码的几个概念术语 (3) 最小距离（最小码距）
在一个码组集合中，码组间码距的最小值。 用d0或dmin。 (4) 纠错能力、检错能力
通信原理(Ⅱ)第11章 -线性分组码-一般原理
110 101
I
k
Q
G
（11.5-15）
0001
011
G称为生成矩阵,具有[IkQ]形式
的生成矩阵称为典型生成矩阵 6
生成矩阵G 可以产生整个码组
a6a5a4a3a2a1a0 a6a5a4a3 G
A [a6a5a4a3]G
（11.5-16） （11.5-17）
a6 a4 a3 a0 0
式中已将模２ 加简写成“+”。
1 a6 1 a5 1 a4 0 a3 1 a2 0 a1 0 a0 0
1 a6 1 a5 0 a4 1 a3 0 a2 1 a1 0 a0 0 （11.5－8）
② 错码较多（超过该编码的检错能力），即式（11.5-10） 成立,B变为另一许用码组，这样的错码不可检测。
10
7、线性分组码的性质
封闭性： 指一种线性码中的任意两个码组之和仍为这种码的另一个码组。
Q
a6
1011 001
a5
a4
（11.5-12）
a3
Q为一个k × r阶
（11.5-13） 矩阵，Q=PT
011
上式表示，信息位给定后，用信息位
的行矩阵乘以矩阵Q就得到监督位。 若在Q的左边加上1个k × k阶单位方阵
1000 111
0100 0010
1 a6 0 a5 1 a4 1 a3 0 a2 0 a1 1 a0 0
a6
a5
1110100 1101010
a
4
a3
0 0
（模2）
1011001
《通信原理》_樊昌信第11章
每个码组中的1的个数都一样 电传机传输汉字时每个汉字用4位阿拉伯数字表示，每个阿拉伯数字用 5个比特的码字表示。由于阿拉伯数字只有10个，因此从32中可能的码 字中挑出 C 5 =10个1的个数为3的码字作为阿拉伯数字的编码方式
3
阿拉伯数字 1 2 3 4 5
编码 01011 11001 10110 11010 00111
我们看到，重复码中假设传输时每个符号的Es/N0相等， 因此才得到以上的性能分析对比 但是如果我们以Eb/N0的指标进行比较，则我们看到
例1的 例2的
Eb 2 E s = N0 N0
Eb 5E s = N0 N0 如果要求各系统在Eb/N0相同的情况下进行比较（n重复码中用 了n倍能量来传输一个比特，从每个比特能量的角度来看），则 可看到这2种系统性能相近（即获得相近的编码增益）
线性分组码（n，k）的性质
许用码字（组）为2k个 定义线性分组码的加法为模2加，乘法为二进制乘法。 即有
1+1=0、1+0=1、0+1=1、0+0=0 1x1 = 1, 1x 0 =0, 0x0 =0, 0x1 =0
且码字与码字的运算是各相应比特位上符合上述二进 制加法运算规则
27
2.4 线性分组码
编码信道
所谓的编码信道就是将调制解调包括在信道内的一种模型 上的等效。 即如果研究编码和译码，完全可以将调制、 解调与信道合起来等效成一个等效的信道，这种信道就称 之为编码信道
源 编码 调制 信道 解调 译码 宿
16
2.1 引言
编码信道（续）
根据调制解调的不同输入和输出具有不同的类型
离散无记忆对称二进制输入二进制输出信道（BSC）
第十一章 差错控制编码和线性分组码
北京理工大学《通信原理》第11章-差错控制编码
但是这种码不能发现一个码组中的两个错码，因为发生两
个错码后产
检错和纠错
上面这种编码只能检测错码,不能纠正错码。例如，当接收码 组为禁用码组“100”时，接收端将无法判断是哪一位码发生了 错误，因为晴、阴、雨三者错了一位都可以变成“100”。
要能够纠正错误，还要增加多余度。例如，若规定许用码组只 有两个：“000”（晴），“111”（雨），其他都是禁用码组， 则能够检测两个以下错码，或能够纠正一个错码。
例如：“000”（晴），“001”（云），
“010”（阴），“011”（雨），
“100”（雪），“101”（霜），
“110”（雾），“111”（雹）。
其中任一码组在传输中若发生一个或多个错码，则将变 成另一个信息码组。这时，接收端将无法发现错误。
12
第11章差错控制编码
若在上述8种码组中只准许使用4种来传送天气，例如：
若码组A中发生两位错码，则其位置不会超出以O点为圆 心，以2为半径的圆。因此，只要最小码距不小于3，码 组A发生两位以下错码时，
不可能变成另一个准用 码组，因而能检测错码 的位数等于2。
0123
A
B 汉明距离
e
d0
19
第11章差错控制编码
同理，若一种编码的最小码距为d0，则将能检测(d0 - 1)个错码。 反之，若要求检测e个错码，则最小码距d0至少应不小于( e + 1)。
N － 码组的总位数，又称为码组的长度（码长）， k － 码组中信息码元的数目， n – k ＝ r － 码组中的监督码元数目，或称监督位数目。
16
第11章差错控制编码
分组码的码重和码距
码重：把码组中“1”的个数称为码组的重量，简称码重。 码距：把两个码组中对应位上数字不同的位数称为码组
通信原理 第1-9 11章 习题 测试题 1-15 答案 ok
1-2 某信源符号集由A 、B 、C 、D 和E 组成，设每一符号独立出现，其概率分布分别为1/4、1/8、1/8、3/16和5/16。
试求该信源符号的平均信息量。
解：平均信息量（熵）H (x )符号）/(22.252.045.0375.025.01635.8162.7838321)67.1(165)4.2(163)3(81)3(81)2(41165log 165163log 16381log 8181log 8141log 41)(log )()(2222212bit x P x P x H i Mi i =++⨯+≈++++=----------=-----=-=∑=1-3 设有四个符号，其中前三个符号的出现概率分别为1/4、1/8、1/8，且各符号的出现是相对独立的。
试该符号集的平均信息量。
解：各符号的概率之和等于1，故第四个符号的概率为1/2，则该符号集的平均信息量为：符号）/(75.15.0375.025.021838321)1(21)3(81)3(81)2(4121log 2181log 8181log 8141log 41)(2222bit x H =+⨯+≈+++=--------=----=1-6 设某信源的输出由128个不同的符号组成，其中16个出现的概率为1/32，其余112个出现的概率为1/224。
信源每秒发出1000个符号，且每个符号彼此独立。
试计算该信源的平均信息速率。
解：每个符号的平均信息量符号）/(405.6905.35.2)81.7(2241112)5(32116224log 224111232log 32116)(22bit x H =+=⨯+⨯≈⨯+⨯=已知符号速率R B =1000(B)，故平均信息速率为： R b = R B ×H = 1000×6.405 = 6.405×103 (bit /s)2-6 设信号s (t )的傅里叶变换S ( f ) = sin πf /πf ，试求此信号的自相关函数R s (τ)。
通信原理的讲义第十一章复用
故，在乘积之后，信号的带宽便拓宽了， 这就是扩频。
可见，扩频后信号的功
率在原信号带宽的功率
原信号频谱
内低于原信号。
扩频后信号频谱 这对于军事上的应用非
常重要，即使得我方的
通信信号不易被敌方检
W频率
测到。
扩频的另外一个特点是抗干扰：
窄带噪声
扩频后信号
W频率 经过解扩之后
原信号
窄带噪声带宽展
W频率
i 为第i 路信号及特征波形的时延参数， i 为第i 路信
号的相位参数， wc 为载波频率。 现考虑用 ck (t ) 特征波形对第k 路信号实现解扩，可
认为此时在第k 路上，接收端已实现同步。即此时可认 为， k 0 ， k 0
用2ck (t ) cos( wct ) 去乘s(t ) 得
第十一章 复用
复用又称多址或多路。
通信中复用的本质是：在同一信道上允 许多路信号同时传输。
目前复用技术主要包括：FDM/FDMA频 分复用/多址（波分复用）、TDM/TDMA 时分复用/多址、CDM/CDMA码分复用/ 多址。
11.1 频分复用/波分复用
所谓频分复用，就是用不同的频率传送 各路消息，以实现通信。
滤 去 2wc 信 号
r1 ( t )
dk
(
t
)
c
2 k
(
t
)
N
d i ( t i ) c i ( t i ) c k ( t ) cos( i )
i1,i k
将 r1(t) 在（0，T）上做积分，得 T 时刻接收机输 出为
T
D (T ) t 0 r1 (t )dt
周炯盘《通信原理》第3版章节题库(正交频分复用多载波调制技术)【圣才出品】
周炯槃《通信原理》第3版章节题库第11章正交频分复用多载波调制技术一、填空题1．设子信道码元持续时间为T B，则OFDM中各相邻子载波的频率间隔为Hz；频带利用率为b/（s·Hz）。
【答案】2．BPSK采用相干解调时可能出现“反向工作”现象的原因是______；解决方案是______。
【答案】接收端提供的本地载波有180°相位模糊；采用2DPSK3．若信息速率为R b，则2DPSK、MSK、QPSK、16QAM信号的谱零点带宽分别为、、、Hz。
【答案】二、综合分析题1．假设信道带宽是5MHz，如果采用滚降系数为α＝0的QPSK调制，比特速率是多少？若信道的相干带宽是200kHz，就会有严重的频率选择性衰落。
现在把5MHz带宽分割为1000个5kHz的小频带，由于每个子频带的带宽远小于信道的相干带宽，所以子频带上是平衰落，不会出现ISI。
若每个子频带也是滚降系数为α＝0的QPSK，此系统总的速率是多少？（此处的前一个系统叫单载波系统，后一个叫多载波系统）解：若QPSK的符号速率是R s，则对应到带通时的Nyquist最小带宽等于R s，此即滚降系数为0时的带宽。
因此R s＝B＝5Msymbol/s。
每个QPSK符号携带2个比特，因此比特速率是R b＝10Mbps。
对于多载波系统，类似可得每个子载波上的数据速率是10kbps，因此总速率仍然是10Mbps。
2．某通信系统在0≤t≤Ts时间内同时发送N个QPSK调制符号s i（t）＝cos（2πf i t ＋θi），其中i＝0，1，…，N−1，θi∈{π/4，3π/4，−3π/4，−π/4}是第i个载波上的QPSK相位，第i个载波的频率是f i＝f0＋i∆f，。
总的发送信号是。
（1）求能使这些QPSK信号两两正交的最小频率间隔∆f。
（2）s（t）整体上是一个符号间隔为T s的多进制数字信号，求其符号速率和比特速率。
（3）若以第一个载波（f0）的左侧第1个频率零点到最后一个载波（f N−1）右侧第1个频率0点之间的频率范围作为该系统的带宽B，那么该系统的频带利用率为多少？（4）以f0为参考载波，写出s（t）的复包络。
数字通信原理第11章_伪随机序列及编码
第 11章 伪随机序列及编码
例：设 n ＝ 4，m = 24 – 1 = 15 通过穷举法，可找出所有可整除 x15 1 的多项式：
随机序列：既不能预先确定也不能重复实现的序列，性能 与噪声性能类似（噪声序列）。
伪随机序列：貌似随机序列的确定序列（伪随机码、伪噪 声序列、ＰＮ码） 作用：误码率的测量、通信加密、数据序列的扰码和解码、 扩频通信等。
第 11章 伪随机序列及编码
伪随机序列的特点： 1、在随机序列的每一个周期内0和1出现的次数近似相等 2、在每个周期内，长度为n的游程出现的次数比长度为n+1的 游程次数多1
3、随机序列的自相关类似于白噪声自相关函数的性质
第 11章 伪随机序列及编码
本章内容在数字通信系统中所处的位置：
第 11章 伪随机序列及编码
11.２ 正交码与伪随机码
11.２.1基本定义
１．码组的互相关函数：
码组x=（x1, x2….xn) 和y=（y1, y2….yn) ， 则其相关 函数为：
{ak} a0a1an1
输出序列是一个周期序列
第 11章 伪随机序列及编码
３. 举例
＋ c0＝1
an－1
an－2
an－３
an－４
输出 ak
假设初始状态为(an-４ an-３ an-2 an-1)＝ (1000)，其反馈逻辑为：
an1 an3 an4
第 11章 伪随机序列及编码
＋
c0＝1
an－1
an－2
an－３
an－４
图 11-1 线性反馈移位寄存器
输出 ak
第 11章 伪随机序列及编码
正状态（状态）：各级移位寄存器的寄存数从右至左的顺 序排列（逆着移位脉冲的方向）。 由于带有反馈，因此在移位脉冲作用下，移位寄存器各级 的状态将不断变化 通常移位寄存器的最后一级做输出，输出序列为
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§11.1 引言
§11.2 载波同步方法§11.3 位同步方法§11.4 帧同步方法
§11.1 引 言
对数字系统： 点对点通信： 对模拟系统： 采用相干解调时，接受端需要一个与发端调制时的载波完全
同频同相的相干载波，这个载波获取就称为载波同步（或载
波提取）
调制系统除了载波同步外，还有位同步。
在接收端产生与接收
码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同
步或位同步。
同步包括载波同步，位同步和网同步(Network synchronization
（计算机通信）
同步包括载波同步(Carrier synchronization) ，位同步(bit
synchronization) ，帧同步（群同步:group synchronization ）。
点对多点通信： 同步(synchronization)：通信系统中的实际问题，信息(information)传输的前提。
§11．2 载波同步方法
定义：当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。
这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步
实现方法
插入法：在发射信号时，在适当频率位置插入一个或多个导频(Pilot)信号
直接法：在接收端从发送信号中提取载波
直接法
1. 平方变换法和平方环法 t
t m t s c ωcos )()(=DSB 已调信号
接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到
t
t m t m t t m t e c c ωω2cos )(2
12)(cos )()(222
2+==
平方律部件
2f c 窄带滤波器
输入已调信号
滤波输出
二分频
锁相环
平方器
二分频
输入已调信号
滤波输出
LF
VCO
PD
2. 同相正交环法：（costas ）
⊗⊗
低通
低通
⊗
环路滤波器
VC0
90 度相移
∙
输入已调信号
输出
3
V 2
V 1
V
5
V 7
V 4
V 6
V c
f )]
2cos()[cos (21
)cos(cos )(θωθθωω++=+=t t m t t t m c c c 3v )]
2sin()[sin (2
1
)sin(cos )(θωθθωω++=+=t t m t t t m c c c 4v θ
cos )(21
5t m =v θ
sin )(2
1
6t m =v θ
2sin )(8
12
6t m ==v v v 57θ)(412t m ≈7v 返回
§11.3位同步方法
定义：又称位定时恢复或码元同步。
即从接收信号中设法恢复出与发端频率相同的码元时钟信号，保证解调时在最佳时刻进行抽样判决，以消除噪声干扰所导致的解调接收信号的失真，使接收端能以较低的错误概率恢复出被传输的数字信息。
实现方法：
外同步法——插入导频法
自同步法——直接法
两个问题：
(1) 如果数字基带信号中确实含有位同步信息，即信号功率谱中含有位同步离
散谱，就可以直接用基本锁相环提取出位同步信号，供抽样判决使用。
(2) 如果数字基带信号功率谱中并不含有位定时离散谱时，怎样才能获得位同
步信号。
1.滤波法
输入基带
波形变换窄带滤波移相脉冲形成
微分整流
包络检波
2.锁相法
采用锁相环(PLL:Phase Lock Loop)位同步信号的方法。
锁相框图
返回
§11.3 帧同步方法
1.定义
基带信号都是按消息内容对码元进行编组形成帧，编码的规律必须一致。
帧同步(Frame Synchronization)：确定编码的开头和末尾时刻
2.方法
插入特殊码组法：在数字信息流中插入一些特殊码组作为头尾标记
连贯式插入法间隔式插入法
直接法：不需外加码组，利用数据码组之间的不同特性实现自同步
返回。