通信原理第10章
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通信原理第10章 同步原理
通信原理
第10章 同 步 原 理
10.1 同步的概念及分类 10.2 载波同步 10.3 码元同步 10.4 群同步 10.5* 网同步
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10.1 同步的概念及分类
主要内容
★ 同步的概念 ★ 同步的分类 ★ 同步的意义
第10章 同 步 原 理
一、同步的概念
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 同步是数字通信系统以及某些采用相干解调的模拟通信系 统中一个重要的实际问题。由于收、发双方不在一地，要使它 们能步调一致地协调工作，必须要有同步系统来保证。
t4
第二帧
(a )
图中接,收t信2~号t3就带是通插入导频的时间，它一般插解入调 在群同步脉冲
之后。这种插入的结果线只性 门是在每帧的一小段时间内才出现载波
标准，在接收门端控应信 号用控制信号将载波标准取出。
锁相环
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
第10章 同 步 原 理
从理论上讲可以用窄带滤波器直接取出这个载波，但实际
输 入 已 调平 方 律 信 号 部 件
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
二分频载 波 输 出
锁 相 环
图10.2-7 平方环法提取载波
我 们 以 2PSK 信 号 为 例 ， 来 分 析 采 用 平 方 环 的 情 况 。 2PSK
e(t) [ a ng(t nS)T 2]c2 o w cts (10.2 - 4)
(10.2 - 2)
经过低通滤除高频部分后，就可恢复调制信号m(t)。
如果发端加入的导频不是正交载波，而是调制载波，则收端 v(t)中还有一个不需要的直流成分，这个直流成分通过低通滤波 器对数字信号产生影响， 这就是发端正交插入导频的原因。
第10章 同 步 原 理
10.1 同步的概念及分类 10.2 载波同步 10.3 码元同步 10.4 群同步 10.5* 网同步
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10.1 同步的概念及分类
主要内容
★ 同步的概念 ★ 同步的分类 ★ 同步的意义
第10章 同 步 原 理
一、同步的概念
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 同步是数字通信系统以及某些采用相干解调的模拟通信系 统中一个重要的实际问题。由于收、发双方不在一地，要使它 们能步调一致地协调工作，必须要有同步系统来保证。
t4
第二帧
(a )
图中接,收t信2~号t3就带是通插入导频的时间，它一般插解入调 在群同步脉冲
之后。这种插入的结果线只性 门是在每帧的一小段时间内才出现载波
标准，在接收门端控应信 号用控制信号将载波标准取出。
锁相环
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
第10章 同 步 原 理
从理论上讲可以用窄带滤波器直接取出这个载波，但实际
输 入 已 调平 方 律 信 号 部 件
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
二分频载 波 输 出
锁 相 环
图10.2-7 平方环法提取载波
我 们 以 2PSK 信 号 为 例 ， 来 分 析 采 用 平 方 环 的 情 况 。 2PSK
e(t) [ a ng(t nS)T 2]c2 o w cts (10.2 - 4)
(10.2 - 2)
经过低通滤除高频部分后，就可恢复调制信号m(t)。
如果发端加入的导频不是正交载波，而是调制载波，则收端 v(t)中还有一个不需要的直流成分，这个直流成分通过低通滤波 器对数字信号产生影响， 这就是发端正交插入导频的原因。
《数字通信原理》第10章 扩频通信
系数c2为0，表明其对应的寄存器与相加器无连接关系，则编码 器所对应的特征多项式为：
f (x) 1 x x3
n级的移位寄存器的线性反馈电路产生的序列周期不会超过2n – 1， 若序列周期的最大值为2n – 1，那么该序列就是m序列
产生m序列的充要条件是：特征多项式是本原多项式，即满足： 1）f(x)是既约型的，即f(x)是不能分解因子的多项式； 2）f(x)可整除xm + 1，m = 2n – 1 3）f(x)不可整除xq + 1，q < 2n – 1
地面战术移动通信系统、 民用移动通信系统、 全球定位系统（GPS）、 无线局域网（WLAN）、 测距与测速系统等
引言(续) 扩频的三个特点：
1.信号占用的带宽远远大于发送信息所需的最小带宽，而且几乎 与信息比特速率无关； 2.在发送端需要利用扩频码进行扩频，所采用的扩频码通常是伪 随机序列，与所发送信息本身无关； 3.在接收端需要利用与发送端同步的扩频码进行解扩，以恢复原 始信号。
第 10 章 扩展频谱通信技术
本章的基本内容： 基本概念； 伪随机序列； 直接序列扩频技术； 调频技术； 扩频系统的同步； 扩频技术的应用
10.1 基本概念
引言 扩展频谱技术是数字通信的一个重要发展方向之一 最初应用于军事通信中，具有抗干扰能力强和低检测概率等优
点，以实现战场抗干扰和保密通信 随着技术的发展，已广泛应用于军事通信和民用通信中
10.3 直接序列扩频技术
直接序列扩频技术 发送端：直接利用扩频序列进行扩频处理； 接收端：则需要利用与发送端同步的扩频序列进行解扩处理 BPSK 直接序列扩频是直扩中最简单的形式 假设待发送的数字信号d(t) 为二进制双极性脉冲信号，载波功率 为P，角频率为 0 ，初始相位为零，则载波信号s(t)可以表示为
f (x) 1 x x3
n级的移位寄存器的线性反馈电路产生的序列周期不会超过2n – 1， 若序列周期的最大值为2n – 1，那么该序列就是m序列
产生m序列的充要条件是：特征多项式是本原多项式，即满足： 1）f(x)是既约型的，即f(x)是不能分解因子的多项式； 2）f(x)可整除xm + 1，m = 2n – 1 3）f(x)不可整除xq + 1，q < 2n – 1
地面战术移动通信系统、 民用移动通信系统、 全球定位系统（GPS）、 无线局域网（WLAN）、 测距与测速系统等
引言(续) 扩频的三个特点：
1.信号占用的带宽远远大于发送信息所需的最小带宽，而且几乎 与信息比特速率无关； 2.在发送端需要利用扩频码进行扩频，所采用的扩频码通常是伪 随机序列，与所发送信息本身无关； 3.在接收端需要利用与发送端同步的扩频码进行解扩，以恢复原 始信号。
第 10 章 扩展频谱通信技术
本章的基本内容： 基本概念； 伪随机序列； 直接序列扩频技术； 调频技术； 扩频系统的同步； 扩频技术的应用
10.1 基本概念
引言 扩展频谱技术是数字通信的一个重要发展方向之一 最初应用于军事通信中，具有抗干扰能力强和低检测概率等优
点，以实现战场抗干扰和保密通信 随着技术的发展，已广泛应用于军事通信和民用通信中
10.3 直接序列扩频技术
直接序列扩频技术 发送端：直接利用扩频序列进行扩频处理； 接收端：则需要利用与发送端同步的扩频序列进行解扩处理 BPSK 直接序列扩频是直扩中最简单的形式 假设待发送的数字信号d(t) 为二进制双极性脉冲信号，载波功率 为P，角频率为 0 ，初始相位为零，则载波信号s(t)可以表示为
数字通信原理与技术(第四版)第10章伪随机序列及应用
性和稳定性。
扩频技术
通过将信号扩展到更宽的频带，降 低信号的功率谱密度，从而减小信 号被截获或干扰的风险。
编码技术
采用差分编码、卷积编码等编码技 术，提高信号的纠错能力和抗干扰 能力。
保密性能优化
加密技术
利用伪随机序列对明文进行加密，使非法用户无 法获取通信内容，保证通信的安全性。
跳频技术
通过快速跳变频率，使得敌方难以跟踪和截获信 号，提高通信的保密性。
扩频通信
在扩频通信中，伪随机序列用于扩频和解扩频过程，实现 信号的频谱扩展和还原，从而提高信号的抗干扰能力和隐 蔽性。
02 伪随机序列的生成方法
线性反馈移位寄存器
线性反馈移位寄存器是一种常用的伪随机序列 生成器，其基本原理是利用线性反馈函数对寄 存器的状态进行运算，产生新的状态序列。
线性反馈移位寄存器有多种类型，如扭结型、 斐波那契型等，它们生成的伪随机序列具有不 同的特性和应用场景。
相关性
相关性定义
伪随机序列的相关性是指序列中不同位置的元素之间的相互关系。
自相关和互相关
自相关表示序列与其自身相关的情况，互相关表示两个不同序列 之间的相关情况。
相关函数
相关函数用于描述伪随机序列的相关性，其值越接近于0表示相 关性越弱，越接近于1表示相关性越强。
均匀分布性
均匀分布性定义
伪随机序列的每个元素出 现的机会应该是相等的， 即具有均匀分布性。
特性
伪随机序列具有良好的随机性、 周期性、可重复性和可预测性， 通常用于模拟噪声环境、加密通 信、扩频通信等领域。
伪随机序列的应用领域
模拟噪声环境
在无线通信、雷达和声呐等系统中，伪随机序列常被用作 噪声源，模拟自然界的噪声环境，以提高系统的抗干扰性 能。
扩频技术
通过将信号扩展到更宽的频带，降 低信号的功率谱密度，从而减小信 号被截获或干扰的风险。
编码技术
采用差分编码、卷积编码等编码技 术，提高信号的纠错能力和抗干扰 能力。
保密性能优化
加密技术
利用伪随机序列对明文进行加密，使非法用户无 法获取通信内容，保证通信的安全性。
跳频技术
通过快速跳变频率，使得敌方难以跟踪和截获信 号，提高通信的保密性。
扩频通信
在扩频通信中，伪随机序列用于扩频和解扩频过程，实现 信号的频谱扩展和还原，从而提高信号的抗干扰能力和隐 蔽性。
02 伪随机序列的生成方法
线性反馈移位寄存器
线性反馈移位寄存器是一种常用的伪随机序列 生成器，其基本原理是利用线性反馈函数对寄 存器的状态进行运算，产生新的状态序列。
线性反馈移位寄存器有多种类型，如扭结型、 斐波那契型等，它们生成的伪随机序列具有不 同的特性和应用场景。
相关性
相关性定义
伪随机序列的相关性是指序列中不同位置的元素之间的相互关系。
自相关和互相关
自相关表示序列与其自身相关的情况，互相关表示两个不同序列 之间的相关情况。
相关函数
相关函数用于描述伪随机序列的相关性，其值越接近于0表示相 关性越弱，越接近于1表示相关性越强。
均匀分布性
均匀分布性定义
伪随机序列的每个元素出 现的机会应该是相等的， 即具有均匀分布性。
特性
伪随机序列具有良好的随机性、 周期性、可重复性和可预测性， 通常用于模拟噪声环境、加密通 信、扩频通信等领域。
伪随机序列的应用领域
模拟噪声环境
在无线通信、雷达和声呐等系统中，伪随机序列常被用作 噪声源，模拟自然界的噪声环境，以提高系统的抗干扰性 能。
光纤通信原理-光接入网
并具有较强的OAM功能；
提供更远的传输距离，采用光纤传输，接入层的覆 盖半径达20km，局端单根光纤经分光后引出多路到 户光纤，节省光纤资源；
拥有高速宽带及高效率传输的特性。
2.GPON帧格式
分为下行帧和上行帧结构，GPON帧结构比EOPN帧结 构复杂。
下行 4 PSync
4 标记符
13
1
PL OA M
⑤ 支持QoS。在EPON中QoS主要体现在3个方面：一 是物理层和数据链路层的安全性；二是如何支持业 务等级区分；三是如何支持传统业务。 ⑥ EPON的安全性。ONU通过上行信道传送一些保密 信息（如数据加密密钥），OLT使用该密钥对下行信 息加密，因为其他ONU无法获知该密钥，接收到下行 广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。
6
帧起 始 定界
72～1526
净负荷 以太网帧
8 前导 码
6
目的 地址
6
源端 地址
2
数据 长度
6
帧结束 定界
16
前向 差错 校验
6 字节
帧结 束 定界
46～1500
数据 信息
0-46
4 字节
填充 帧校验 （PAD) （FCS)
帧起始定界（SFD，Start of Frame Delimiter），共6字节， 用来为帧的头部定界；
对于上行数据，采用时分多址接入技术（TDMA）， 根据IEEE802.3ah协议，当ONU在注册成功后，OLT会 根据系统的配置，给ONU分配一个唯一的LLID，给 ONU分配特定的带宽，TDMA 技术为每个ONU分配时隙， 每个ONU的信号通过使用不同时间长度的光纤传输来 完成“时分”功能，再把“时分”后的信号聚到光 分路器，完成“复用”功能。在采用动态带宽调整 时，OLT会根据指定的带宽分配策略和各个ONU的状 态报告，动态地给每一个ONU分配带宽。
提供更远的传输距离，采用光纤传输，接入层的覆 盖半径达20km，局端单根光纤经分光后引出多路到 户光纤，节省光纤资源；
拥有高速宽带及高效率传输的特性。
2.GPON帧格式
分为下行帧和上行帧结构，GPON帧结构比EOPN帧结 构复杂。
下行 4 PSync
4 标记符
13
1
PL OA M
⑤ 支持QoS。在EPON中QoS主要体现在3个方面：一 是物理层和数据链路层的安全性；二是如何支持业 务等级区分；三是如何支持传统业务。 ⑥ EPON的安全性。ONU通过上行信道传送一些保密 信息（如数据加密密钥），OLT使用该密钥对下行信 息加密，因为其他ONU无法获知该密钥，接收到下行 广播数据后，仍然无法解密获得原始数据。
6
帧起 始 定界
72～1526
净负荷 以太网帧
8 前导 码
6
目的 地址
6
源端 地址
2
数据 长度
6
帧结束 定界
16
前向 差错 校验
6 字节
帧结 束 定界
46～1500
数据 信息
0-46
4 字节
填充 帧校验 （PAD) （FCS)
帧起始定界（SFD，Start of Frame Delimiter），共6字节， 用来为帧的头部定界；
对于上行数据，采用时分多址接入技术（TDMA）， 根据IEEE802.3ah协议，当ONU在注册成功后，OLT会 根据系统的配置，给ONU分配一个唯一的LLID，给 ONU分配特定的带宽，TDMA 技术为每个ONU分配时隙， 每个ONU的信号通过使用不同时间长度的光纤传输来 完成“时分”功能，再把“时分”后的信号聚到光 分路器，完成“复用”功能。在采用动态带宽调整 时，OLT会根据指定的带宽分配策略和各个ONU的状 态报告，动态地给每一个ONU分配带宽。
通信原理(第二版)第10章信道编码
信道编码的基本原理
信息比特与冗余比特的映射
信道编码通过将信息比特映射到包含冗余比特的码字，使 得在传输过程中出现错误时，能够被检测并纠正。
错误检测与纠正
信道编码利用各种算法和规则，对接收到的码字进行解码 和校验，检测并纠正其中的错误。
码字的选择与设计
信道编码中码字的选择与设计是关键，不同的码字具有不 同的纠错能力和性能。根据实际需求选择合适的码字，能 够提高通信系统的性能和可靠性。
信道编码
目录
• 信道编码概述 • 常见信道编码方式 • 信道编码性能分析 • 信道编码的应用 • 信道编码的未来发展
01
信道编码概述
信道编码的定义
01
信道编码是一种通过在原始信息 中添加冗余以增加数据传输可靠 性的技术。
02
它通过对信息比特进行一系列的 数学变换，使得在传输过程中出 现错误时，能够被检测并纠正。
编码增益是指采用信道编码技术后相 对于未编码情况下的信噪比改善程度。
编码增益越大，说明信道编码技术的 性能越好，能够更好地提高通信系统 的可靠性。
编码增益计算
编码增益可以通过比较相同误码率下， 采用信道编码技术的系统所需的信噪 比与未采用信道编码的系统所需的信 噪比来计算。
编码效率
编码效率定义
编码效率是指信道编码过程中， 每传输一个比特所需的总的比特
循环码
定义 原理 优点 应用
循环码是一类特殊的线性分组码，其码字具有循环特性。
循环码的编码过程是将信息比特经过有限域运算映射到码字中 ，其中冗余比特由信息比特循环移位和模运算得到。
循环码具有高效的编码算法和良好的错误纠正能力，且易于实 现。
循环码广泛应用于数字通信和数据存储领域，如移动通信、卫 星通信和磁存储器等。
现代通信原理教程10章部分习题解答
10.1 已知码集合中有8个码组为（000000）、（001110）、（010101）、（011011）、（100011）、（101101）、（110110）、（111000），求该码集合的最小码距。
解 因为该码集合中包含全零码组（000000），所以对于线性分组码，最小码距等于除全零码外的码组的最小重量，即3min =d 。
10.2 上题给出的码集合若用于检错，能检出几位错码？若用于纠错，能纠正几位错码？若同时用于检错与纠错，问纠错、检错的能力如何？解 只用于检错时，由条件：最小码距1min +≥e d ，求出2=e ，即能检出2位错码。
只用于纠错时，由12min +≥t d ，可得1=t ，既能纠正1位错码。
同时用于检错与纠错，且3min =d 时，无法满足下列条件⎩⎨⎧>++≥te e t d 1m i n故该码不能同时用于检错与纠错。
10.4 已知(7,3)码的生成矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=001110101001111001110G列出所有许用码组，并求监督矩阵。
解 分别将信息段（000）、（001）、（010）、（011）、（100）、（101）、（110）和（111）代入式A =m G ，得到许用码组如下 0000000 0011101 0100111 0111010 1001110 1010011 1101001 1110100生成矩阵G 为典型阵，有⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=110101111110Q 所以⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==011110111101TQ P监督矩阵[]⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==0110001110001011101001011000r I P H 10.5 已知一个(7,4)系统汉明码监督矩阵如下：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=110100101110101110100H 试求：(1) 生成矩阵G ；(2) 当输入信息序列()101101011010=m 时，求输出码序列A=？ (3) 若译码器输入()1001001B =,请计算校正子S ，并指出可能的错误图样。
通信原理 课件 第10章
A0
f0(r) P(A0/1) r0 A1 f1(r)
P(A1/0)
r
可以将此空间划分为两个区域A0和A1，其边界是r0，并将判 决规则规定为： 若接收矢量落在区域A0内，则判为发送码元是“0‖； 若接收矢量落在区域A1内，则判为发送码元是“1‖。
11
第10章 数字信号最佳接收
显然，区域A0和区域A1是两个 互不相容的区域。当这两个区
A0
/ 0)
A1
f 0 (r )dr
这两个概率在图中分别由两块阴影面积表示。
12
第10章 数字信号最佳接收
将上两式代入
Pe P (1) P ( A 0 / 1) P ( 0 ) P ( A1 / 0 )
得到
Pe P (1)
A0
f1 ( r ) d r P (0 )
'
A1
0 r ( t )
Ts
1 s 1 ( t ) dt P ( 0 ) exp n0
2
0 r ( t )
Ts
2 s 0 ( t ) dt
则判为发送码元是s1(t)。 将上两式的两端分别取对数，得到若
n 0 ln 1 P (1)
0 r ( t )
2
n
n0
0
2 当发送码元为“1‖，波形为s1(t)时，接收电压的概率密度 1 T 1 r ( t ) s 1 ( t ) dt f1 (r ) exp k 为 n0 0
s
2
n
因此，将上两式代入判决准则式，经过简化，得到：
16
第10章 数字信号最佳接收
f0(r) P(A0/1) r0 A1 f1(r)
P(A1/0)
r
可以将此空间划分为两个区域A0和A1，其边界是r0，并将判 决规则规定为： 若接收矢量落在区域A0内，则判为发送码元是“0‖； 若接收矢量落在区域A1内，则判为发送码元是“1‖。
11
第10章 数字信号最佳接收
显然，区域A0和区域A1是两个 互不相容的区域。当这两个区
A0
/ 0)
A1
f 0 (r )dr
这两个概率在图中分别由两块阴影面积表示。
12
第10章 数字信号最佳接收
将上两式代入
Pe P (1) P ( A 0 / 1) P ( 0 ) P ( A1 / 0 )
得到
Pe P (1)
A0
f1 ( r ) d r P (0 )
'
A1
0 r ( t )
Ts
1 s 1 ( t ) dt P ( 0 ) exp n0
2
0 r ( t )
Ts
2 s 0 ( t ) dt
则判为发送码元是s1(t)。 将上两式的两端分别取对数，得到若
n 0 ln 1 P (1)
0 r ( t )
2
n
n0
0
2 当发送码元为“1‖，波形为s1(t)时，接收电压的概率密度 1 T 1 r ( t ) s 1 ( t ) dt f1 (r ) exp k 为 n0 0
s
2
n
因此，将上两式代入判决准则式，经过简化，得到：
16
第10章 数字信号最佳接收
通信原理第10章信源编码(7版)资料
S M2 Nq
M 2N
v 2a / M
S 20 lg M 6N N q dB 含义？
m(nT ) (t nT )
s s
1/Ts
1 M s ( f ) M ( f ) T ( f ) Ts
M ( f ) ( f n f ) s n
n= 0
理想抽样过程的波形和频谱 ：
fs ≥ 2fH
混叠失真 ：
若 fs<2 fH
§10.4
模拟信号de量化
量化——幅度上离散化 量化后的信号——多电平数字信号
§10.4. 1 量化原理
分层 电平
—— 用 有限个 量化电平 表示 无限个 抽样值 。
抽样值 量化值
mi
量化 电平
qi=q1~qM
vi mi - mi 1
量化 间隔
抽样值
量化信号值
§10.4. 2 均匀量化
s
恢复：修正+低通滤波
1 MH( f ) Ts
n
H ( f )M ( f nf )
s
1 1 H ( f )M ( f ) + Ts Ts n= 0
H ( f ) M ( f nf )
n0 s
ˆ ( f )=M ( f ) M H
1 1 HL ( f )kTs ) mq = mq (kTs )
信号mk 的平均功率：
输入样值信号 的概率密度
信号量噪比——信号功率与量化噪声功率之比 ：
解：量化噪声功率
Nq E (m mq ) a ( x mq ) f ( x)dx
2 2
通信原理(樊昌信)第10章-信源编码可编辑全文
（3）段内码： C5 C6 C7 C8 = 0011
IW6
IW7 1270
IW5
IW4
PCM码组 C1~ C8 ＝1 111 0011
例
解
由上例可知，编码电平 ：
0
段内码
M5M6M7M8
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
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1
1
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0
1
1
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0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
表
10-6
10-5
表
段落码
M2M3M4
段
内
码
(幅值)
起始电平和量化间隔
——之三，确定样值所在的段落和量化级
各折线段落
1
2
3
4
5
6
7
8
各段落长度(∆)
段内码
极性码：表示样值的极性。正编“1”，负编“0”
段落码：表示样值的幅度所处的段落
段内码：16种可能状态对应代表各段内的16个量化级
段落序号
段
落
码
8
1 1 1
7
1 1 0
6
1 0 1
通信原理第10章 通信抗干扰技术
10.1.1基本原理及关键技术 10.1.1基本原理及关键技术
1、干扰方式与样式 按作用时间的不同可分为连续干扰 连续干扰和 连续干扰 脉冲干扰。干扰在时间上无须完全覆盖信 脉冲干扰 号，只要干扰在时域分布上达到一定密度 ，脉冲干扰也能完全压制通信。 干扰样式：是对干扰的时域、频域的统计 干扰样式 特性的总概括。不同方式样式不同，同种 方式也可采用不同样式。干扰样式按干扰 是否具有随机性分为确定干扰和随机干扰 ；按幅度分布特性可分为平滑干扰、脉冲 干扰。常见样式有：白噪声、单频连续波 、噪声调制（AM/DSB/SSB/FM）波、 随机键控（ASK/FSK/PSK）干扰等
第十章 通信抗干扰技术
2007年12月
1
引
言
定义： 一般可理解为，通信装备及 系统为对抗干扰方利用电磁能和定 向能控制、攻击通信电磁频谱，以 提高其在通信对抗中的生存能力所 采取的通信反对抗技术体系、方法 和措施。
2007年12月 2
抗干扰的基本体系、方法、 抗干扰的基本体系、方法、措施
1、信号处理。如直接序列扩频技术(DS-SS) ，其关键参量是作为时间函数的相位；跳 频技术(FH-SS)其关键参量是作为时间函数 的载频；等等。 2、空间处理。如采用自适应天线调零技术， 当接收端受到干扰时，使其天线方向图零 点自动指向干扰方向，以提高通信接收机 的信干比。 3、时间处理。如猝发传输技术，由于通信信 号在传输过程中暴露的时间很短暂，从而 大大降低了被干扰方侦察、截获的概率。
10.1.1基本原理及关键技术 10.1.1基本原理及关键技术
1、干扰方式与样式 宽带拦阻式干扰：辐射宽带干扰，可以干 宽带拦阻式干扰 扰多个窄带信号，其频谱均匀分布或梳形 分布。按产生方法不同分为扫频式、脉冲 式和多干扰源线性叠加式阻拦干扰。 特点：与瞄准式相反，无需严格的侦察和 特点 频率瞄准，设备简单、方便实施，但干扰 利用率低，需要的干扰功率很大。
通信原理第10章 数字信号的最佳接收
2
1 2
no n0 2 2 H ( ) d 4
H ( ) d
2
在抽样时刻t0，线性滤波器输出信号的瞬时功 率与噪声平均功率
10
ro
so (to ) No
2
1 2
2
H ( ) S ( )e jto d
n0 4
H ( ) d
2
9
So(ω)为输出信号的频谱函数，其时域信号为
1 so (t ) 2 1 So ( )e d 2
jபைடு நூலகம்t
S ( )H ( )e jt d
滤波器输出噪声的平均功率为
1 No 2
1 Pno ( )d 2
Pni ( ) H ( ) d
10-9
10-10 10-11
3
第 10 章
数字信号的最佳接收
从接收角度看，在前面几章阐述的各种通信 系统中，其接收系统是否是最好的呢？这必须涉 及一个通信理论中十分重要的问题——最佳接收 或信号接收最佳化问题。
本章仅就数字信号的最佳接收问题进行讨论。
在数字通信中最直观和最合理的准则便是“最小 差错概率”。
19
图解
s( t ) t1 0 s(-t) -t2 0 -t1 t t2 t
(a)
(b)
h(t) t0 0
(c)
t2-t1
t
20
若输入信号为s(t)， 则匹配滤波器的输出信号为
s0 (t ) s(t ) h(t ) s(t )h( )d
通信原理 第10章 码间干扰
为了进一步说明眼图和系统性能之间的关系，我们把眼 图简化为一个模型，如下图所示：
《通信原理课件》
《通信原理课件》
由该图可以获得以下信息：
（1）最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻； （2）眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵 敏程度；斜率越大，对定时误差越灵敏； （3）眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围； （4）眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平； （5）过零点失真为压在横轴上的阴影长度，有些接收 机的定时标准是由经过判决门限点的平均位置决定的，所 以过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。 （6）抽样时刻上、下两阴影区的间隔距离之半为噪声 容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；
间串扰的条件。
方法2：
将实际传输速率RB代入奈奎斯特第一准则(无ISI的频域条件)，
若仍能使H(ω) 等效成一个理想低通滤波器，则可实现ISI传输。
《通信原理课件》
值得注意的是，奈奎斯特第一准则，即
H ( 2i ) C
i
Ts
所对应的无ISI的最高传码率
输速率为
RB m ax
2 Ts
Ts
RB m ax
《通信原理课件》
即眼图分析法
观察眼图的方法：
①用示波器跨接在接受滤波器的输出端 ②调整扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元周期同步 ③此时在示波器上可看到很想人的眼睛的图像，及眼图
无
噪
声 条
无码间串扰
件
下
《通信原理课件》
有码间串扰
图5-21（a）是接收滤波器输出的无码间串扰的二进 制双极性基带波形，用示波器观察它，并将示波器扫描周 期调整到码元周期，由于示波器的余辉作用，扫描所得的 每一个码元波形将重叠在一起，示波器屏幕上显示的是一 只睁开的迹线细而清晰的大“眼睛”，
《通信原理课件》
《通信原理课件》
由该图可以获得以下信息：
（1）最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻； （2）眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵 敏程度；斜率越大，对定时误差越灵敏； （3）眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围； （4）眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平； （5）过零点失真为压在横轴上的阴影长度，有些接收 机的定时标准是由经过判决门限点的平均位置决定的，所 以过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。 （6）抽样时刻上、下两阴影区的间隔距离之半为噪声 容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决；
间串扰的条件。
方法2：
将实际传输速率RB代入奈奎斯特第一准则(无ISI的频域条件)，
若仍能使H(ω) 等效成一个理想低通滤波器，则可实现ISI传输。
《通信原理课件》
值得注意的是，奈奎斯特第一准则，即
H ( 2i ) C
i
Ts
所对应的无ISI的最高传码率
输速率为
RB m ax
2 Ts
Ts
RB m ax
《通信原理课件》
即眼图分析法
观察眼图的方法：
①用示波器跨接在接受滤波器的输出端 ②调整扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元周期同步 ③此时在示波器上可看到很想人的眼睛的图像，及眼图
无
噪
声 条
无码间串扰
件
下
《通信原理课件》
有码间串扰
图5-21（a）是接收滤波器输出的无码间串扰的二进 制双极性基带波形，用示波器观察它，并将示波器扫描周 期调整到码元周期，由于示波器的余辉作用，扫描所得的 每一个码元波形将重叠在一起，示波器屏幕上显示的是一 只睁开的迹线细而清晰的大“眼睛”，
通信原理MATLAB仿真教程第十章 扩频通信系统
的频率相同，相位相干。相乘器可以鉴相器来实现，低通滤波器起到积分 的作用。
图 10-3 相干检测原理图
18
图 10-4 相干参考信号产生原理图 本地参考信号是由锁相环路产生的，如 10-4 所示。用一个振荡器，其 频率与输入信号频率相近， 把它的相位与输入信号相位作比较(可以用鉴相 器实现)，获得的误差电压称为误差信号，此误差信号经滤波平滑后，再作 用于振荡器，以不断纠正它的相位与输入信号的误差，于是这个受输入电 压控制的振荡器的输出振荡的相位，就逐渐逼近于输入信号的相位，达到 同频、同相的结果，它们之间近似的程度取决于跟踪误差。
N 1
c g
n n0
ห้องสมุดไป่ตู้
c
(t nTc )
(10-4)
式中， n 为伪随机码码元， c 取值 1 或 1 ； c (t ) 为门函数， g 定义与式(10-3) 类似。 扩频过程实质上是信息流 a t 与伪随机序列 c t 的模二加或相乘的过 程，伪随机码速率 Rc 比信息速率 Rd 大的多，一般 Rc / Rd 的比值为整数且 远大于 1 ，所以 扩展后 的序列 的速率 仍为伪 随机码 速率 Rc ，扩展的 序列
(10-8)
14
式中信号为 s (t ) ，信道噪声为 n(t ) ，干扰信号为 J (t ) ，其它网的扩频信 o 号为 s (t ) 。 J 对于信号分量为 s (t ) o
s ( t ) a ( t ) c( t ) c( t ) cos I t o
(10-9)
其中 I 为中频频率，若 本地产生的伪 随机序列 c(t ) 与发端产生的伪随机 序列 c (t ) 同步，有 c (t ) c(t ) ，则 c (t ) c(t ) 1 ，这样信号分量 s (t ) 为 o
图 10-3 相干检测原理图
18
图 10-4 相干参考信号产生原理图 本地参考信号是由锁相环路产生的，如 10-4 所示。用一个振荡器，其 频率与输入信号频率相近， 把它的相位与输入信号相位作比较(可以用鉴相 器实现)，获得的误差电压称为误差信号，此误差信号经滤波平滑后，再作 用于振荡器，以不断纠正它的相位与输入信号的误差，于是这个受输入电 压控制的振荡器的输出振荡的相位，就逐渐逼近于输入信号的相位，达到 同频、同相的结果，它们之间近似的程度取决于跟踪误差。
N 1
c g
n n0
ห้องสมุดไป่ตู้
c
(t nTc )
(10-4)
式中， n 为伪随机码码元， c 取值 1 或 1 ； c (t ) 为门函数， g 定义与式(10-3) 类似。 扩频过程实质上是信息流 a t 与伪随机序列 c t 的模二加或相乘的过 程，伪随机码速率 Rc 比信息速率 Rd 大的多，一般 Rc / Rd 的比值为整数且 远大于 1 ，所以 扩展后 的序列 的速率 仍为伪 随机码 速率 Rc ，扩展的 序列
(10-8)
14
式中信号为 s (t ) ，信道噪声为 n(t ) ，干扰信号为 J (t ) ，其它网的扩频信 o 号为 s (t ) 。 J 对于信号分量为 s (t ) o
s ( t ) a ( t ) c( t ) c( t ) cos I t o
(10-9)
其中 I 为中频频率，若 本地产生的伪 随机序列 c(t ) 与发端产生的伪随机 序列 c (t ) 同步，有 c (t ) c(t ) ，则 c (t ) c(t ) 1 ，这样信号分量 s (t ) 为 o
通信原理(陈启兴版) 第10章作业和思考题参考答案
10-1 已知一个4级线性反馈移位寄存器的特征方程为f (x ) = x 4 + x 3 + 1，假设4个移位寄存器的初始状态为(a 3, a 2, a 1, a 0) = (1, 0, 1, 0)，试画出其组成方框图，并列出4个移位寄存器状态更新表。
解 组成方框图和状态更新表如图答10-1所示。
图答10-3 4级寄存器产生的m 序列, n = 0, 1, 2, … }(a) 组成原理方框图(b) 寄存器状态更新示意图1 0 1 0a 3 a 2 a 1 a 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 1 1 10 0 1 10 0 0 11 0 0 00 1 0 00 0 1 01 0 0 11 1 0 00 1 1 01 0 1 10 1 0 11 0 1 010-2 某3级线性反馈移位寄存器的特征方程为f (x ) = x 3+ x + 1，试证明该特征方程是本原多项式。
证明f (x )为3阶多项式，如果它能分解因子，则其因子只有x , (x + 1)，(x 2 + 1)，和(x 2 + x + 1)四种可能。
不难验证，f (x )不能被上述四种因子整除，所以，f (x )是既约的。
3级线性反馈移位寄存器产生的序列的最长周期为p = 23 - 1 = 7。
由于 7423111x x x x x x +=+++++ 即(2p + 1)能被f (x )整除。
不难验证，(26 + 1)、(25 + 1)、(24 + 1)和(23 + 1)都不能被f (x )整除。
综上所述，f (x )是本原多项式。
10-3 某4级线性反馈移位寄存器的特征方程为f (x ) = x 4 + x 3 + x 2 + x + 1，试证明该4级线性反馈移位寄存器产生的序列不是m 序列。
证明 4级线性反馈移位寄存器产生的序列的最长周期为p = 24 - 1 = 15。
由于55432111()1x x x f x x x x x ++==+++++即(25 + 1)能被f (x )整除，而5 < p ，因此，f (x )不是本原多项式，也就是说，该4级线性反馈移位寄存器产生的序列不是m 序列。
北京邮电大学通信原理课件 第10章 正交码与伪随机码
第十章 正交码与伪随机码10.1 利用m 序列的移位相加特性证明双极性m 序列的周期性自相关函数为二值函数，且主副峰之比等于码长(周期)。
证：m 序列的移位相加特性特性是说，单极性m 序列和它的移位相加后仍然是m 序列。
相加的结果在一个周期内1比0多一个。
双极性m 序列是把0、表示的m 序列映射为表示，其中0映射为+1，1映射为-1。
对于双极性m 序列，一个周期内-1比+1多一个。
在这种映射下，模2加运算变成了乘法运算，如下表所示：1±⊕1 0 1 0 1 0 1 0×-1 1 -1 1 -1 1 -1 1因此m 序列的移位相加特性特性对于双极性m 序列表现为：m 序列和它的移位相乘后仍然是m 序列。
周期为p 的双极性m 序列的周期性自相关函数定义为()11pk k jk R j b p +==∑b ，其中的下标按模p 运算，即。
b k pk b b += 当j 为p 的整倍数时，k j j b b +=，1=+j k k b b ，因此()()01R j R ==，这是自相关函数的主峰值；对于0j p <<，令，则m 序列的移位相加特性表明序列kk k c b b +=j {}k c 也是m 序列，表示一个周期内求和，由于-1比+1多一个，所以，从而得1ppk k j kk k b b c +==∑∑1=11pkk c==−∑()1mod 1j p R j elsep 0=⎧⎪=⎨−⎪⎩这就证明了周期为p 的m 序列的周期性自相关函数为二值函数，且主副峰之比等于码长。
10.2 已知线性反馈移存器序列的特征多项式为，求此序列的状态转移图，并说明它是否是m 序列。
1)(3++=x x x f 解：该序列的发生器逻辑框图为：定义状态为向量()123,,s s s =s ，假设起始状态是100，则状态转移图如下：由于其周期为，所以此序列是m 序列。
7123=−10.3 已知m 序列的特征多项式为，写出此序列一个周期中的所有游程。
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确接收信号的概率最大，而错误接收概率减到最小，这就是最佳接
收的问题。
2、问题的提出
数字通信系统模型如图10.1-1所示。
通信原理第10章
第 10 章
信号统计检测所研究的主要问题: •假设检验问题。在噪声中判决有用信号是否出现。例如，第七章 •参数估值问题。在噪声干扰情况下以最小的误差定义对信号的参 量作出估计。例如，雷达系统对目标距离、方位、速度等参量估 计。 •信号滤波。在噪声干扰下以最小误差定义将信号过滤出来。
通信原理第10章
第 10 章
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
M进制最佳接收机
通信原理第10章
第 10 章
引言
信源
发射 机
y(t)
信道
接收
n(t) 机信 源
1、影响信息可靠传输的主要因素
信宿 10.1-1数字通信系统模型
影响信息可靠传输的主要因素有二个。
(1)信道特性的不理想；
(2)信道中噪声的存在。
因此提高信道质量、减少信道内噪声是提高可靠传输的重要手段之
一。但问题还有另一方面，在同样的信道和噪声条件下，如何使正
此为起伏信号。
一、二进制确知信号的最佳接收机
设 p(S1)=p(S2)=1/2 1、等能量信号
0 T Sy (t) s1 (t)2 d t0 T Sy (t) s2 (t)2 dt
，判为S1 ，否则判为S2
0 TSs12(t)d t 0 TSs22(t)d tEb
此条件带入最大似然比准则得：
b(t) S2(t)的相关器
·相乘器和积分器构成相关器，此为最佳接收机的相关器形式。 ·比较器判决准则：a[KTS] > b[KTS]判为s1 ，否则判为s2，比较完后 立刻将积分器的积分值清除，故积分器实为积分清除器。 ·位同步信号cp (t) 由位同步器提取，位同步器输入信号来自y(t)或乘 法器。
误码率：
peip(s1) V T i fS1(yi)dy i p(s2)
VTi
fS2(yi)d
yi
yi
令 p ei 0
V Ti
fS2(yi)
fS1(yi)
得pei 最小时的门限条件为
fS1(VTi) p(s2) fS2(VTi) p(s1)
通信原理第10章
a1i
VTi a2i yi
第 10 章
称上述判据为最大似然比准则。它是似然准则的特例。
通信原理第10章
第 10 章
代入似然函数：
即 T Sy(t)s1 (t)2d tT Sy(t)s2(t)2d，t 判为S1 ，否则判为S2
0
0
用上述准则来构造的接收机即为相关接收机。 P(S1) ≠P(S2) :
( 10.3-3 )
通信原理第10章
第 10 章
教学提示
➢ 在数字通信系统中，信道的传输特性和传输 过程中的噪声的存在是影响通信性能的两个 主要因素。人们总希望在一定的传输条件下， 数字通信系统达到最好的传输性能。
➢ 本章讨论的最佳接收，就是研究在噪声干扰 中如何有效的检测出信号。它是利用概率论 和数理统计的方法研究信号检测的问题。
通信原理第10章
注意：最佳接收理论是以接收问题作为研究对象，研究从噪声中 如何最好地提取有用信号。"最佳"并非是一个绝对的概念，它是 在某个准则意义下说一个相对概念。也就是说，在某个准则下的 最佳接收机，在另外一个准则下就并非一定是最佳的。
通信原理第10章
第 10 章
10.2 关于最佳接收的准则
最佳接收准则： 最大输出信噪比准则、最小均方误差准则、最大似然准则 1、最大输出信噪比准则
接收机接收的是信号和噪声的混合物。如果在给定时刻上t=t0,在接 收机的输出端获得最大的信噪比，则认为信号存在。在此基础上，构 成匹配滤波器。 2、最小均方误差准则 要求线性接收机的实际输出波形s0(t)和期望的波形s0`(t)之间的均方误 差最小，即要求
2E {s0 [(t)s,0(t)2]}
有最小值。 3、最大似然准则（最小误码率准则）
第 10 章
10.3 确知信号的最佳接收
确知信号：信号的所有参数都确知（幅度、频率、相位）。
例如：数字信号经恒参信道，接收机输入端的信号可认为是一种确
知信号。从检测的观点来说，未知的只是信号的出现与否。
随参信号：在接受端接收到的信号其振幅和频率是已知的，相位是
随机的，此为随相信号；频率是已知，但振幅和相位都是随机的，
通信原理第10章
第 10 章
10.1 数字信号接收的统计表述
从统计学的观点看，数字通信系统可以用一个统计模型来表述， 如图10.1-2所示。
图中： 消息信号代表消息的所有可能状态的集合； 信号空间代表信号的所有可能状态的集合； 噪声空间代表噪声的所有可能状态的集合； 观察空间代表接收波形的所有可能状态的集合； 判决空间代表判决的所有可能状态的集合。
0 TSy(t)s1(t)d t 0 TSy(t)s2(t)dt，判为S1 ，否则判为S2
通信原理第10章
第 10 章
0 TSy(t)s1(t)d t 0 TSy(t)s2(t)dt，判为S1 ，否则判为S2
积分器
S1(t)的相关器
S1(t)
a(t)
y(t)
cp(t) 比较器
积分器 S2(t)
通信原理第10章
10.1-12 10.1-13
第 10 章
最大似然准则（最小误码率准则）
二进制数字信号的接收。
假设两个可能接收的信号为s1和s2,相应的先验概率分别为P(s1)
和P(s2)，则在发送s1条件下出现接收波形y的概率密度函数 fS1(y)
和在发送s2条件下出现接收波形y的概率密度函数 f S2 (y)
第 10 章
第 十 章 数字信号的最佳接收
引言 10．1 数字信号接收的统计特性 10．2 最佳接收准则 10．3 确知信号的最佳接收 10. 4 确知信号的最佳接收的误码率 10．5 随参信号的最佳接收 10. 6 起伏信号的最佳接收 10．7 实际接收机与最佳接收机的性能比较 10．8 匹配滤波器及其在最佳接收机中的运用 10．9 基带系统的最佳化
由此可得 若
fS1(yi ) p(s2) fS2(yi ) p(s1) fS1(yi) p(s2) fS2(yi) p(s1)
， 判为S1 ， 判为S2
这就是似然比准则
一般p(S1)=p(S2)，此时似然比准则为 fS1(y) > fS2(y) ， 判为S1 ， fS1(y) < fS2(y) ， 判为S2