数字通信原理-复习大纲

1、通信原理,复习大纲,课程归纳,课程围绕着数字通信系统模型介绍了通信的基本原理、基本技术和系统性能的分析方法。,数字通信系统模型,涵盖内容,第1章 绪论 第2章 确知信号 第3章 随机过程 第4章 信道 第5章 模拟调制系统 第6章 数字基带传输系统 第7章 数字带通传输系统 第9章 模拟信号的数字传输 第10章 数字信号的最佳接收,第11章 差错控制编码 第13章 同步原理,说明： 1-10章为考试重点 11、13章考基本概念或不考！,第1章 绪论,通信的基本概念：消息、信息、信号、通信 通信实现的方式和手段（非电的、电的） 通信系统的一般组成 模拟通信系统模型 数字通信系统模型 数字通信的特点 通信系统的分类,（P5）,（P6）,第1章 绪论,通信方式： 工作方式 信号传输方式 信息的度量： 任一消息信息量的计算 离散等概信源信息量的计算 离散非等概信源信息量的计算 通信系统的性能指标,（P8）,（P9）,（ P10 ，1.4-2）,（ P11 ，1.4-4）,（ P11 ，1.4-6）,（P12）,第1章 绪论,有效性的衡量： 传输速率 码元传输速率 信息传输速率 频带利用率 可靠

2、性的衡量： 误码率 误信率,（ P13 ，1.5-1）,（ P13 ，1.5-2）,（ P13 ，1.5-4）,（ P13 ，1.5-6）,（ P14 ，1.5-7）,第3章 随机过程,随机过程的基本概念 平稳随机过程、各态历经性 平稳过程的自相关函数 高斯白噪声,（ P42 ）,（ P40 ）,（ P36 ）,（ P57 ）,第4章 信道,信道的概念 信道的分类 侠义信道：有线信道、无线信道 广义信道：调制信道、编码信道 电磁波的传播分类（地波、天波、视线（天线高度和传输距离的关系）、散射） 调制信道的一般数学模型（加性噪声、乘性噪声）,（ P65）,第4章 信道,恒参信道对信号传输的影响 随参信道对信号传输的影响 编码信道的一般数学模型 离散信道容量的计算 连续信道容量的计算,第6章 数字基带传输系统,数字基带信号、数字基带传输系统的概念 数字基带信号的常用波形 数字基带信号的时域表达式 数字基带信号的频谱特性 基带传输的常用码型（AMI、HDB3、双相码、差分双相码、密勒码、CMI码）,（ P133）,（ P134 ，6.1-1）,（ P141）,第6章 数字基带传输系统,数字基

3、带信号传输系统模型 数字基带信号传输系统接收端抽样判决器收到的信号形式 无码间串扰的时域条件 奈奎斯特第一准则 无码间串扰的传输特性的设计 基带传输系统的抗噪性能分析（P153） 眼图,第7章 数字带通传输系统,数字带通传输系统的基本概念（P180） 采用数字带通传输系统的目的 数字调制的实现方法 2ASK已调信号表达式、信号波形、调制原理、解调方法、功率谱密度、系统带宽 2FSK已调信号表达式、信号波形、调制原理、解调方法、功率谱密度、系统带宽,第7章 数字带通传输系统,2PSK已调信号表达式、信号波形、调制原理、解调方法、功率谱密度、系统带宽 2DPSK原理、信号波形、调制原理、绝对码和相对码之间的相互转化、解调方法、功率谱密度、系统带宽 2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK系统在不同解调方式下系统抗噪性能分析及性能比较 多进制调制原理及抗噪性能分析,第9章 模拟信号的数字传输,模拟信号数字化的三个步骤 低通模拟信号的抽样定理 带通模拟信号的抽样定理 脉冲调制的三种类型 PAM调制 均匀量化原理 13折线A压缩律原理,第9章 模拟信号的数字传输,15折线压缩律原理 PCM编码的

4、原理及相关计算问题 DPCM原理及抗噪性能分析 增量调制(M)原理及抗噪性能分析 时分复用和复接的基本概念,第11章 差错控制编码,差错控制编码的基本概念 差错控制技术的四个种类 分组码的一般结构 分组码的码重、码距（纠、检错能力） 线性分组码的基本概念 线性分组码的监督矩阵（H）、生成矩阵（G）、许用码组、校正子,第11章 差错控制编码,线性分组码的封闭性 循环码的基本概念 循环码的生成多项式及生成矩阵 循环码的编码方法 循环码的解码方法 卷积码的基本概念,第13章 同步原理,同步的四种类型 载波同步的基本概念 载波同步的载频提取方法 载波同步的性能分析 码元同步的基本概念及实现方法 群同步的基本概念及实现方法 网同步的基本概念及实现方法,参考复习题型,P16： 1-9 P85： 4-6、4-7 P175：6-7、6-10 6-13 P235：7-1 7-7 P296：9-9 9-11 P371：11-7、11-10、11-12,结束语,结合重点内容，深入复习! 预祝大家取得理想成绩！,通信系统的一般组成,第1章 绪论,图1-4 模拟通信系统模型,第1章 绪论,数字通信系统模型,第1

5、章 绪论,第4章 信道,n(t)是叠加在信号上的，故称其为加性干扰（噪声）。 加性干扰特点：不论有无信号，加性干扰始终存在。 因k(t)随t变，故信道称为时变信道。 因k(t)与e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。 乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。 因k(t)作随机变化，故又称信道为随参信道。 若k(t)变化很慢或很小，则称信道为恒参信道。,线性失真 频率失真：振幅-频率特性不良引起的 频率失真 波形畸变 码间串扰 解决办法：线性网络补偿 相位失真：相位-频率特性不良引起的 对语音影响不大，对数字信号影响大，造成码间串扰 解决办法：线性网络补偿 非线性失真 可能存在于恒参信道中 定义：输入和输出信号的 振幅不是直线关系。 其他失真：频率偏移、相位抖动,恒参信道对信号传输造成的失真主要为码间串扰,第4章 信道,接收端收到的信号R(t)可以看作一个窄带高斯过程。,接收信号的包络，一维服从瑞丽分布,接收信号的相位 ，一维服从均匀分布,第4章 信道,随参信道对信号传输造成的失真主要为多径效应,容量C的定义：每个符号能够传输的平均信息量最大值。 (比特/符号) 容量Ct的定义：单位时

6、间（秒）内能够传输的平均信息量最大值。 (b/s) 式中 r 单位时间内信道传输的符号数,第4章 信道,Ct rC,连续信道容量的计算 式中 S 信号平均功率 （W）； N 噪声功率（W）； B 带宽（Hz）。,第4章 信道,数字基带信号s(t)的功率谱密度Ps(f),式中 fs = 1/Ts 码元速率； Ts - 码元宽度（持续时间） G1(f)和G2(f)分别是g1(t)和g2(t)的傅里叶变换,第6章 数字基带传输系统,数字基带信号传输系统模型,第6章 数字基带传输系统,第一项akh(t0)是第k个接收码元波形的抽样值，它是确定ak 的依据； 第二项（项）是除第k个码元以外的其它码元波形在第k个抽样时刻上的总和（代数和），它对当前码元ak的判决起着干扰的作用，所以称之为码间串扰值。由于ak是以概率出现的，故码间串扰值通常是一个随机变量。 第三项nR(kTS + t0)是输出噪声在抽样瞬间的值，它是一种随机干扰，也会影响对第k个码元的正确判决。,第6章 数字基带传输系统,无码间串扰的时域条件,第6章 数字基带传输系统,无码间串扰频域条件 奈奎斯特(Nyquist)第一准则,注意：

7、隐含条件：输入数据 RB = 1/Ts 在(-/Ts, /Ts)区间内，将它们进行叠加，其结果应当为一常数（不必一定是Ts ）。 奈奎斯特带宽： B=1/2Ts 奈奎斯特速率： RB 频带利用率： =RB/B=2,第6章 数字基带传输系统,滚降系数越大，h(t)的拖尾衰减越快 滚降使带宽增大为 余弦滚降系统的最高频带利用率为,余弦滚降特性 为了解决理想低通特性存在的问题，可以使理想低通滤波器特性的边沿缓慢下降，这称为“滚降”。,第6章 数字基带传输系统,最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻； 定时误差灵敏度是眼图斜边的斜率。斜率越大，对位定时误差越敏感； 图的阴影区的垂直高度表示抽样时刻上信号受噪声干扰的畸变程度； 图中央的横轴位置对应于判决门限电平； 抽样时刻上，上下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限，若噪声瞬时值超过它就可能发生错判。,g(t)是宽度为Ts的单个矩形脉冲，单极性NRZ信号,第7章 数字带通传输系统,2ASK已调信号,第7章 数字带通传输系统,模拟法,键控法,2ASK已调信号又称通断键控信号（OOK,On-Off Keying ）,2ASK调制方法,第7章 数字带通传输

8、系统,2ASK解调方法,第7章 数字带通传输系统,2ASK功率谱密度,第7章 数字带通传输系统,2ASK系统带宽, “0”w1 “1”w2,一路2FSK信号分解为两路2ASK信号,第7章 数字带通传输系统,2FSK已调信号,波形：,第7章 数字带通传输系统,第7章 数字带通传输系统,2FSK调制方法,2FSK相干检测法,第7章 数字带通传输系统,由上式可以看出： 相位不连续2FSK信号的功率谱由连续谱和离散谱组成。其中，连续谱由两个中心位于f1和f2处的双边谱叠加而成，离散谱位于两个载频f1和f2处；,第7章 数字带通传输系统,2FSK功率谱密度,连续谱的形状随着两个载频之差的大小而变化，若| f1 f2 | fs ，则出现双峰。,第7章 数字带通传输系统,若以功率谱第一个零点之间的频率间隔计算2FSK信号的带宽，则其带宽近似为,第7章 数字带通传输系统,2PSK已调信号波形,第7章 数字带通传输系统,e2PSK,发送信息 1 0 0 1,S(t),+1,-1,2PSK调制方法,模拟调制法,键控法,第7章 数字带通传输系统,2PSK解调方法 只可相干解调，不可包络检波 。,第7章 数字

9、带通传输系统,结论：带宽也是基带信号带宽的两倍。与2ASK的区别仅在于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量）。,第7章 数字带通传输系统,2PSK功率谱密度,第7章 数字带通传输系统,2DPSK已调信号,2DPSK信号调制器原理方框图,第7章 数字带通传输系统,相对码和绝对码之间的相互转换：,绝对码相对码,相对码绝对码,第7章 数字带通传输系统,差分相干解调(相位比较）法,相干解调(极性比较法)加码反变换法,2DPSK信号解调,第7章 数字带通传输系统,结论：带宽也是基带信号带宽的两倍。与2ASK的区别仅在于当P=1/2时，其谱中无离散谱（即载波分量）。,第7章 数字带通传输系统,第7章 数字带通传输系统,模拟信号数字化3步骤：抽样、量化、编码,第9章 模拟信号的数字传输,低通模拟信号的抽样定理,第9章 模拟信号的数字传输,B 信号带宽； n 商(fH / B)的整数部分，n =1，2，； k 商(fH / B)的小数部分，0 k 1。,带通模拟信号的抽样定理,第9章 模拟信号的数字传输,（a）模拟基带信号 (b) PAM信号 (c) PDM信号 (d) PPM信号,第9章 模拟信号的数字传输,PAM调制过程的波形和频谱图,自然抽样,可以用LPF恢复,第9章 模拟信号的数字传输,M(f)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。,第9章 模拟信号的数字传输,均匀量化 设模拟抽样信号的取值范围在a和b之间，量化电平数为M，则 量化间隔 量化区间的端点 量化输出电平qi取为量化间隔的中点，则 量化噪声：量化输出电平和量化前信号的抽样值之差。用信号功率与量化噪声功率之比衡量其对信号影响的大小。,第9章 模拟信号的数字传输,信号mk的平均功率可以表示为,量化噪声功率的平均值Nq,结合以上两式就可以计算出平均信号量噪比S0/Nq。,第9章 模拟信号

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