《高级通信原理》
高级通信原理4
Some useful words
representation characterization performance convergence response detection distortion criterion predictive algorithm estimate recursive adaptive blind maximum-likelihood 表示， 表示，代表 描述 性能， 性能，特性 收敛 响应 检测 失真，变形 失真， 准则 预测性的 算法 估值 递归的 匹配 盲的 最大似然
4
By using Fourier transform, the time domain signal g(t) is expressed as a continuous sum of exponential function with frequencies in the interval -∞ to ∞. The Fourier transform of signal defines the frequency-domain representation of the signal. The signals can be defined by either the time domain or frequency domain representation.
−1
( y(t ) x(t ))
The energy in the signal s(t) is
1 ∞ 2 E = ∫ s (t )dt = ∫ sl (t ) dt −∞ 2 −∞
2
14
∞
15
Representation of Bandpass stationary stochastic processes
高级通信原理第5章数字信号频带传输.ppt
接收信号波形中所有的信息。本节将描述基于观测向量 r 的 最佳判决准则。
假定在连续信号间隔内的发送信号中不存在记忆。设计 一个信号检测器，它根据每个信号间隔中的观测向量
r r1, r2 ,rN 对该间隔内的发送信号作出判决，并使正确
➢ 最大相关度量准则
最佳AWGN接收机的实现形式
如果所有信 号具有相同 的能量？
注意：
1、要求先验等概； 2、与所有发送信号进行相 关，而不是基函数的相关。
例 5－1－3 研究二进制 PAM 信号，其中两个可能的信号
点为 s1 s2 b ， b 表示为每比特能量。
先验概率 Ps1 p, P s2 1 p 。
1
N0 N
2
exp
N k 1
rk
smk N0
2
,
m 1,2,..M
ln p r sm
1 2
N
lnN0
1 N0
N
rk
k 1
smk 2
N
ln p r sm 最大，等价于“欧式距离 Dr,sm rk smk 2 ”最小。
k 1
距离度量：
N
N
N
D r,sm rn2 2 rnsmn sm2n
的 P(sm ) pr | sm 所对应的 sm ”作为判决输出，即
sˆ arg sm max P(sm ) pr | sm
“最小的错误概率”准则：选择“最大的 P(sm ) pr | sm 所对应
的 sm ”作为判决输出，即
sˆ arg sm max P(sm ) pr | sm
根据贝叶斯公式，后验概率
响应，当发送信号为 s1t 时匹配滤波器解调器的
《通信原理》樊昌信曹丽娜编著第六版课件第2章课件
调幅信号的产生
调幅信号的产生可以采用相乘器或非线性变换器 ，常用的调幅方法有普通调幅（AM）和双边带 调幅（DSB）。
调幅信号的解调
调幅信号的解调可以采用包络检波或同步检波等 解调方法。
角度调制
角度调制的基本原理
角度调制是通过改变高频载波信号的相位或频率，来反映低频调制信号的变化。
《通信原理》樊昌信 曹丽娜编著第六版课 件第2章课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 通信系统的基本概念 • 信号与频谱 • 信道与噪声 • 模拟调制系统 • 数字调制系统 • 模拟信号的数字化传输
01
通信系统的基本概 念
通信系统的组成
发送器
将信源产生的信息转换为适合 传输的信号，如调制器等。
接收器
接收信道传输的信号并将其还 原为原始信息，如扬声器、显 示器等。
信源
产生需要传输的信息的设备， 如话筒、摄像头等。
信道
传输信号的媒介，如无线电波 、光纤等。
信宿
接收并使用信息的设备或人。
通信系统的分类
有线通信
利用导线传输信号的通信方式 ，如电话线、光纤等。
由于非线性元件引起的信号波形失真 ，表现为高次谐波分量。
傅立叶变换
傅立叶变换的定义
将时域信号转换为频域信号的一种数学方法。
傅立叶变换的性质
包括线性性、时移性、频移性、对称性等。
傅立叶变换的应用
在通信、图像处理、音频处理等领域有广泛的应 用。
01
信道与噪声
信道的定义与模型
信道定义
信道是通信系统中的传输媒介，负责传输信息信号。
高级通信原理
f t
1 πt
f t
^
1 f t H f t f t πt
^
^
2、性质：
ht
1 , πt j
^
jsgn H
^
j
0 0 0 0
^
jF F jsgn F jF
t 0
问题： 1、如果输入为平稳随机过程，通过线性系统后，输出是否 为平稳随机过程？ 2、如何计算输出随机过程的均值、相关函数、功率谱密度？
高斯白噪声
随机过程通常是按它的概率分布和功率谱来进行分类的。 ① 就概率分布而言，服从高斯分布的的随机过程占有重要地位； ② 就功率谱特点而言，白噪声对通信理论是极为重要的。 1、白噪声：指噪声的功率谱密度在频域内是常量。即 n Pn 0 , 2 n R Pn Rn 0 2 白噪声只有在 0时才相关，而它在任意 两个时刻上的
基带PAM信号
带通PAM信号
无码间干扰条件
1、时域表达式 k 0 1 , h( kTs ) 0 , k为其他整数
对 h(t ) 在时刻 kTs （以令 t0 0 ）抽样，除 t 0 时不为 零外，在其他所有抽样点均为零。
2、频域表达式 奈奎斯特第一准则
2i 常数， 当基带传输特性 满足 TS i 则不存在码间干扰。
平稳随机过程通过线性系统
ξi t
h(t)
ξ0 t
ξ 0 t ξi t ht ξ i τ ht τ dτ
如果线性系统为物理可实现系统，则
ξ 0 t hτ ξ i t τ dτ ξ i τ ht τ dτ
《通信原理》课后习题答案及每章总结(樊昌信,国防工业出版社,第五版)第一章
《通信原理》习题参考答案第一章1-1. 设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。
试求E 及x 的信息量。
解： )(25.3105.01)(log 2bit E I ==)(97.8002.01)(log 2bit X I == 题解：这里用的是信息量的定义公式)(1log x P I a =注：1、a 的取值：a ＝2时，信息量的单位为bita ＝e 时，信息量的单位为nita ＝10时，信息量的单位为哈特莱2、在一般的情况下，信息量都用bit 为单位，所以a ＝21-2. 某信息源的符号集由A ，B ，C ，D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。
试求该信息源符号的平均信息量。
解：方法一：直接代入信源熵公式：)()()()()(E H D H C H B H A H H ++++=516165316163881881441log log log log log 22222++++=524.0453.083835.0++++= 符号）/(227.2bit =方法二：先求总的信息量I)()()()()(E I D I C I B I A I I ++++= 516316884log log log log log 22222++++= 678.1415.2332++++= )(093.12bit =所以平均信息量为：I/5＝12.093/5＝2.419 bit/符号题解：1、方法一中直接采用信源熵的形式求出，这种方法属于数理统计的方法求得平均值，得出结果的精度比较高，建议采用这种方法去计算2、方法二种采用先求总的信息量，在取平均值的方法求得，属于算术平均法求平均值，得出结果比较粗糙，精度不高，所以尽量不采取这种方法计算注：做题时请注意区分平均信息量和信息量的单位：平均信息量单位是bit/符号，表示平均每个符号所含的信息量，而信息量的单位是bit ，表示整个信息所含的信息量。
高级通信原理第6章无线通信系统的链路预算分析
针对性能评估结果，识别系统存 在的瓶颈和问题，如误码率较高、 吞吐量不足等。
优化措施
提出针对性的优化策略，如改进 信道编码方式、采用更高效的调 制技术、实施分集技术等，以提 高系统性能。
系统概述
优化效果
简要介绍案例所涉及的无线通信 系统的基本架构、工作原理和主 要特点。
对比优化前后的性能数据，验证 优化措施的有效性，并给出性能 提升的具体数值。
通过增加冗余信息提高系统抗干扰能 力，降低误码率。
调制技术
选择合适的调制方式以提高频谱利用 率和传输效率。
分集技术
利用多条独立路径传输相同信息，提 高接收信号的可靠性。
功率控制
根据信道条件和业务需求调整发射功 率，实现系统性能与能耗的平衡。
案例分析：某无线通信系统性能评估与优化
问题诊断
性能评估
采用上述性能指标对系统进行全 面评估，分析系统在不同场景下 的性能表现。
计算噪声功率
根据接收端引入的噪声源和噪声系数，计算噪声功率。
计算信噪比和误码率
根据发射功率、接收灵敏度、路径损耗和噪声功率，计 算信噪比和误码率。
分析结果
根据计算结果，评估无线通信系统的性能是否满足要求 ，如果不满足，则需要调整系统参数或采取其他措施进 行优化。
03
无线通信系统链路预算分析
发射机链路预算分析
高可靠性
提高系统抗干扰能力和鲁棒性 ，保障通信质量和服务连续性
。
02
链路预算基本概念与原理
链路预算定义及意义
链路预算定义
链路预算是指在无线通信系统中，对 信号在传输过程中的各种损耗和增益 进行定量分析和计算，以确定系统性 能的过程。
链路预算意义
通过链路预算，可以预测无线通信系 统的覆盖范围、通信质量、系统容量 等关键性能指标，为网络规划、优化 和故障排除提供重要依据。
《通信原理》第六版课件(全)
媒质。分为有线信道和无线信道两大类。 2021/8/18 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。
第1章 绪论
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。
x3,…,
1
xM
所包含的信息量分别为
log2 P(x1) ， log2 P(x2 ) ， ， log2 P(xM )
于是，每个符号所含平均信息量为
H (x) P(x1)[ log2 P(x1)] P(x2 )[ log2 P(x2 )] P(xM )[ log2 P(xM )]
M
P(xi )lo g2 P(xi ) (比特 / 符号） i 1
2021/8/18
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 57 1.906 108.64 (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。
(1.4 6)
2021/8/由18 于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵
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
《通信原理》一流课程建设中的教学创新与应用推广
《通信原理》一流课程建设中的教学创新与应用推广发布时间：2021-01-12T15:01:52.190Z 来源：《教育学文摘》2020年29期作者：王尔馥赵冰[导读] 《通信原理》课程为首批国家级线上线下混合式一流课程。
王尔馥赵冰黑龙江大学黑龙江省哈尔滨市 150080摘要：《通信原理》课程为首批国家级线上线下混合式一流课程。
按照布鲁姆教学目标分类法，课程教学设计注重学生的“分析、综合、评价”等要求，重视课堂教学这一主阵地，专业课程中做有温度的国情思政。
努力营造课堂教学热烈氛围，积极推进“课堂教学+自主学习”的新模式，合理运用现代信息技术手段，切实利用好虚拟仿真实验实训项目，两性一度镀“金课”。
关键词：两性一度；自主学习；线上线下混合1 课堂教学的创新举措重视课堂教学主阵地，以“学生为中心”组织和实施课堂教学。
课程教学设计注重学生的“分析、综合、评价”能力[1]，积极推进“课堂教学+自主学习”的新模式。
1.1 以学生为中心组织/实施课堂教学以90分钟课程为例，创设555教学法。
（1）5分钟课前回顾。
利用学习通-课堂活动-选人功能，随机提问同学对上一节课知识点进行归纳总结，针对回答情况奖励一定的分值。
学生成为每节课程的首先发起人，由于是随机选取，学生会认真准备，达到温故知新的目的。
（2）5分钟新课导入。
问题导向、启发式思维，从实际通信系统中的实例出发，抛出若干个问题引入新课，学生带着问题更有针对性、更高效地进行学习。
（3）5分钟争优考。
争优考意为在全对情况下，速度快者为优。
每节课的最后5分钟，是学生梳理知识点的时间。
通过学习通下发一道多选题（形式为：以下说法正确的是…），考核点为本节课中高频次出现的重难点问题，学生需要关注教师的整堂课且集中注意力才能准确把握该知识点。
教师可以借此来考察学生当节课的听课及学习效果。
由于每节课都设有争优考，学生的主观能动性和学习积极性被充分调动起来。
除555教学法外，在课程主体部分，灵活运用课堂讨论、线上线下混合、自主学习、合作学习等方式，组织和实施课堂教学，全面提升课堂教学质量。
《通信原理说课》课件
05
通信协议与标准
通信协议概述
通信协议定义
通信协议是通信系统中的规则集 合，用于规范不同设备间的信息
传输和交换。
通信协议的作用
确保信息传输的可靠性和高效性 ，实现不同设备间的互操作性。
通信协议的组成
包括语法、语义和时序三个部分 。
常见通信协议标准
TCP/IP协议族
用于互联网通信的标准协议族，包括TCP、 UDP等。
理论与实践结合
课程注重理论与实践相结 合，通过实验和课程设计 等环节，提高学生实际操 作和解决问题的能力。
课程目标
知识目标
学生应掌握通信系统的基 本概念、原理、性能指标 及关键技术。
能力目标
培养学生分析、设计、优 化通信系统的能力，以及 实验操作和团队协作能力 。
素质目标
培养学生的创新意识、严 谨的科学态度和良好的职 业道德。
实验安排
每个实验2-3课时，共10个课时，分两周完成。
实验目的
通过实验，使学生掌握通信原理的基本概念和原 理，提高实际操作和解决问题的能力。
实践项目与要求
实践项目
设计并实现一个简单的通信系统，如无线传输系统或卫星通信系 统。
实践要求
学生需自行设计系统方案，完成硬件搭建和软件编程，并进行测试 和优化。
通信系统模型
发送端
负责将信息转换为可传输的信号 。
信道
传输信号的媒介，可以是无线电波 、光纤、电缆等。
接收端
负责将传输的信号还原为原始信息 。
03
信号处理基础
信号的时域与频域表示
总结词
信号的时域与频域表示是通信原理中的重要概念，它们分别描述了信号在不同 时间与频率上的特性。
高级通信原理第4章 信号的分析(于秀兰)
4.2 AWGN条件下的最佳接收 及误码率分析
1) 信号的矢量表示 2) AWGN下的最佳接收(含“统计判决理论”) 3)误码率分析
复习：信号的矢量表示
一、最佳接收机
信号解调器
相关解调器
MF解调器
最佳检测器
最大后验概率准则
最大似然准则
最小距离准则
无论是数字基带传输还是数字频带传输，都存在着“最 佳接收”的问题。最佳接收理论是以接收问题作为研究对象， 研究从噪声中如何准确地提取有用信号。 对于数字信号而言， “最佳”可描述为使接收信号的差错率最低。
则判错。如何使平均错判概率最小？
如何确定判决准则？ 根据观察矢量 r 落入哪个判决区域 Rm ， 作出发端发送的是哪个 s m 的
ˆ 表示。若输出判决 s ˆ 不等于 s m ，则判错。所以错误概率表示为 估计，用 s
ˆ s m | s m ) P( s m ) 1 pr | s m dr PM P( s m ) P( s m 1 m 1 Rm
参见<<数字通信>>(第4版)172页
解：
例 5－1－2 M=4 的双正交信号是由两个正交信号构成的。 该信号用来在 AWGN 信道传输信息。假定噪声均 值为 0，功率谱密度为 N0 / 2 。 求该信号集的基函数，匹配滤波解调器的冲激 响应，当发送信号为 s1 t 时匹配滤波器解调器的 输出 r r1 , r2 。
2 0 2 0
s1 t
s2 t s1 t dt 0 2
f 2t s2 t 0
f 2 t s2 t
3 0
s2 t 2 2 f 2 ' t dt
《通信原理》_樊昌信_曹丽娜(第六版)第2章_确知信号
s(t) sin(t) 0 t 1
s(t)
1
s(t) f (t 1) t
由式(2.2-1)：
t
Cn
1 T
T / 2 s(t)e j 2nf0t dt
T / 2
1sin(t)e j2nt dt
2
0
(4n 2 1)
s(t) 2
1
e j 2nt
n 4n 2 1
V , s(t) 0,
/2 t /2 / 2 t (T / 2)
s(t)
s(t) s(t T ),
t
V
由式(2.2-1)：
t
-T
0
T
/2
Cn
1 T
/
2
Ve
/ 2
dt j 2nf0t
1 T
V
j 2nf 0
e j 2nf0t
/2
V T
e e j 2nf0 / 2
T0 / 2
(2.2 1)
式中，f0 ＝ 1/T0，n为整数，- < n < +。
s(t)
C e j 2nt / T0 n
n
(2.2 2)
C0
1 T0
T0 / 2 s(t )dt
T0 / 2
(2.2 3)
Cn Cn e jn －双边谱，复振幅
(2.2 － 4)
|Cn| －振幅， n－相位
0
t
)
j sin(2nf0t)]dt
1 T
T0 / T0
2 /2
s(t
)
cos(2nf
0
t
)dt
j
1 T
T0 / T0
2 /2
《通信原理》_樊昌信_曹丽娜(第六版)第9章_模拟信号的
nfs )
26
第9章模拟信号的数字传输
M s ( f )
1 T
M(f
n
nfs )
1
MH ( f )
T
H( f )M ( f
n
nfs )
比较上面的MH(f)表示式和Ms(f)表示式可见，其区别在于和 式中的每一项都被H(f)加权。因此，不能用低通滤波器恢 复（解调）原始模拟信号了。但是从原理上看，若在低通 滤波器之前加一个传输函数为1/H(f)的修正滤波器，就能 无失真地恢复原模拟信号了。
用频谱图示出如下： 8
第9章模拟信号的数字传输
|M(f)|
-fH
fH
f
-2/T
-1/T
(f)
fs
0
1/T
2/T f
|Ms(f)| fs
-fH 0 fH
f
9
第9章模拟信号的数字传输
因为已经假设信号m(t)的最高频率小于fH，所以若频率间隔fs 2fH，则Ms(f)中包含的每个原信号频谱M(f)之间互不重叠， 如上图所示。这样就能够从Ms(f)中用一个低通滤波器分离出 信号m(t)的频谱M(f)，也就是能从抽样信号中恢复原信号。 这里，恢复原信号的条件是：
28
第9章模拟信号的数字传输
量化过程图
信号实际值
q6 m5
q5
信号量化值
量化误差
m4 q4
m(t)
m(6T)
mq(6T)
m3 q3
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T
t
m2
q2
m1
－ 信号实际值
q1
－ 信号量化值
高级通信原理第7章
=
PG G ttr
r LL
fa
(P ) = (P ) + (G ) + (G ) - (L ) - (L )
r dB
t dB
t dB
r dB
f dB
a dB
第七章 无线信道与通信链路预算分析：无线通信链路预算分析
11
噪声温度与噪声系数
噪声源
热噪声近似为高斯白噪声，双边功率谱密度为
P (f ) = 2kTR av
设电波波长为l，Ae为A e源自=l24p
G r
第七章 无线信道与通信链路预算分析：无线通信链路预算分析
7
Gr为接收天线增益：
G r
=
4p
l2
A e
天线发射与接收互易，故发射天线增益
G t
=
4p
l2
A e
例：直径为D的抛物面(碟形)天线，有效面积为
A = 1 pD2h e4
其中， h为效率因子，取值范围为0.5~0.6。天 线增益为
单位面积上的辐射功率为
P¢ r
=
P t
4pd 2
第七章 无线信道与通信链路预算分析：无线通信链路预算分析
5
发射天线增益Gt
采用定向天线后，电波不再是全向辐射。
发射天线增益：定向天线的最大方向上单位 立体角发射的功率与全方向天线的单位立体 角发射的功率之比。
EIRP：相对于全向天线的有效辐射功率
自由空间：无线电波在传输中没有被吸收，同 时没有反射、折射、衍射、散射，只有直射的 信道称为自由空间。
第七章 无线信道与通信链路预算分析：无线通信链路预算分析
3
自由空间传输中的增益与损耗
通路的增益为
03高级通信原理
03高级通信原理《高级通信原理》硕士研究生课程教学大纲高级通信原理Advanced Communication Theory一、学时：48学时（其中理论课48学时）二、学分：3学分三、开课学期：秋季四、教学方式：课堂教学为主，结合专题自学五、考核方式：堂上考试(学位课)六、开课单位：通信与信息工程学院七、适用学科或对象：通信与信息系统、信号与信息处理、电路与系统、电磁场与微波技术八、教学目的和要求本课程的基本目的是在本科阶段学习了通信原理基本知识的基础上，通过本学位课程的学习，使学生掌握更为深入的数字通信原理，具体包括通信信号的表征及其最佳接收，载波及符号的同步，通过带限信道通信的信号设计及通过带限线性滤波信道的通信理论，通过多径衰落信道的数字通信等知识。
为学生从事通信领域的研究开发及通信系统性能仿真，特别是对物理层通信技术的研发奠定坚实的基础。
九、课程主要内容一、绪论（2学时）1. 数字通信系统的基本组成熟练掌握数字通信系统的基本组成框图及各个模块的功能。
2. 通信信道及其特征，通信信道的数学模型理解数字通信的信道分类及其特征；掌握数字信道的数学模型；了解数字通信技术的发展演进及其技术趋势。
二、确定与随机信号分析（7学时）1. 带通与低通信号的表示及波形的空间表示要求掌握带通与低通信号的表示方法，带通信号的低通等效；熟悉矢量空间和信号空间的概念；了解信号的正交展开方法及格拉姆-施密特展开过程。
2. 随机变量及其概率分布掌握某些有用的随机变量；了解尾部概率的边界；熟悉随机变量和的极限定理及重要的复随机变量。
3. 随机过程及其级数展开熟悉广义平稳随机过程、循环平稳随机过程、本征与环随机过程及马尔科夫链的概念；掌握平稳随机过程的性质；熟悉带限随机过程的采样定理及K-L展开方法；了解低通和带通随机过程的定义及性质。
三、数字调制方法（9学时）1. 数字调制信号的表示掌握调制星座的概念；熟悉脉冲幅度调制PAM、相位调制PM、正交幅度调制QAM等无记忆调制方法及其信号表示；熟悉连续相位频移键控CPFSK、连续相位调制CPM等有记忆信号传输方式及其信号表示；了解多维信号的概念。