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通信原理期末复习.ppt

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2024/8/5通信与信息工程学院1通信原理期末复习2024/8/5通信与信息工程学院2教教学学计计划划考核范围：第考核范围：第1章章~第第6章，第章，第8章章第第1章：绪论章：绪论第第2章：基础知识章：基础知识第第3章：模拟传输章：模拟传输第第4章：数字基带传输章：数字基带传输第第5章：基本的数字频带传输章：基本的数字频带传输第第6章：模拟信号数字化与章：模拟信号数字化与PCM第第8章章*：现代数字传输技术：现代数字传输技术2024/8/5通信与信息工程学院3第第1章章绪绪论论1、信息量、熵、熵率、信息量、熵、熵率2、香农公式、香农公式2024/8/5通信与信息工程学院4第第2章章基础知识基础知识2.6 匹配滤波器（第匹配滤波器（第4、、5章的误码率计算）章的误码率计算）匹配滤波波形、最大信噪比的计算、最佳接收机结构匹配滤波波形、最大信噪比的计算、最佳接收机结构典型题目：例典型题目：例2.11、习、习2.12、、习习4.112024/8/5通信与信息工程学院54-11 在功率谱密度在功率谱密度N0/2为的为的AWGN信道中进行二元基带传信道中进行二元基带传输，假定码元等概且发射信号分别为：输，假定码元等概且发射信号分别为：（（1）给出信号）给出信号mi(t)对应的匹配滤波器冲激响应（对应的匹配滤波器冲激响应（k =1），），（（2）确定最佳接收机的结构（确定滤波器特性）；（）确定最佳接收机的结构（确定滤波器特性）；（3）给）给出最佳错误概率；出最佳错误概率；2024/8/5通信与信息工程学院6第第3章章模拟传输模拟传输Ø幅度调制幅度调制Ø角度调制角度调制Ø不同调制系统的抗噪声性能及比较不同调制系统的抗噪声性能及比较（结论）（结论）2024/8/5通信与信息工程学院7一、幅度调制：一、幅度调制：ü常规调幅（常规调幅（AM））ü抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC））ü单边带调幅（单边带调幅（SSB））第第3章章模拟传输模拟传输信号表达式信号表达式波形图波形图（时域（时域&频域）频域）功率功率效率效率抗噪声抗噪声性能性能带宽带宽接收方法接收方法2024/8/5通信与信息工程学院81、信号表达式、信号表达式常规调幅（常规调幅（AM））抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC））单边带调幅（单边带调幅（SSB））第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院92、波形与频谱图、波形与频谱图习题习题3-4第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院103、带宽、带宽常规调幅（常规调幅（AM）：）：BAM=2B抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC）：）：BDSB=2B单边带调幅（单边带调幅（SSB）：）：只保留只保留DSB-SC中的上（下）边中的上（下）边带，带，BSSB=B第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院114、接收方法、接收方法常规调幅（常规调幅（AM））非相干接收非相干接收—包络检波，简单易行包络检波，简单易行抑制载波双边带调幅（抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、单边带调幅（）、单边带调幅（SSB））相干接收相干接收—系统复杂，成本高，换取调制效率系统复杂，成本高，换取调制效率AM信号也可使用相干接收信号也可使用相干接收第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院125、功率、功率&效率效率习题习题3-2第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院136、抗噪声性能、抗噪声性能（结论）（结论）解调增益解调增益系统增益系统增益AM调制方式，输入信噪比调制方式，输入信噪比(S/N)i<1，则，则(S/N)o很小，通信无很小，通信无法正常进行，表现为法正常进行，表现为““门限效应门限效应””（判断）（判断）第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院14结论：结论： AM系统包络检波系统性能与相干解调系统性能完全相同系统包络检波系统性能与相干解调系统性能完全相同第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院15二、角度调制：二、角度调制：ü相位调制（相位调制（PM））ü频率调制（频率调制（FM））第第3章章模拟传输模拟传输调制指数调制指数信号表达式信号表达式相位（频率）相位（频率）信息信息抗噪声抗噪声性能性能带宽带宽接收方法接收方法2024/8/5通信与信息工程学院16信号表达式信号表达式通式通式瞬时频率瞬时频率第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院17（（1）相位调制（）相位调制（PM））或 kPM：相偏常数相偏常数，单位rad/V 调相信号表达式调相信号表达式第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院18（（2）频率调制（）频率调制（FM））或kFM：频偏常数频偏常数，单位Hz/V 调频信号表达式调频信号表达式第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院19（（3）最大相偏）最大相偏 PM信号信号 FM信号信号第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院20（（4）最大频偏）最大频偏 PM信号信号 FM信号信号第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院21（（5）调制指数与带宽）调制指数与带宽卡森公式卡森公式（（6）抗噪声性能）抗噪声性能第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院22常见考查方式常见考查方式幅度调制系统：不同模拟调制方式下，综合信号表达式、幅度调制系统：不同模拟调制方式下，综合信号表达式、带宽、系统抗噪声性能等内容带宽、系统抗噪声性能等内容典型题目：典型题目：例例3.6、、习习3.13、习、习3.15角度调制系统：最大相（频）偏、调制指数、带宽角度调制系统：最大相（频）偏、调制指数、带宽典型题目：例典型题目：例3.4、例、例3.5、习、习3.17、习、习3.19第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院23例例3.6 调频系统和常规调幅系统的调频系统和常规调幅系统的输出信噪比输出信噪比均为均为40 dB，即，即(S/N)o-FM= (S/N)o-AM=40 dB，，基带信号基带信号为为fm=4 kHz、振幅、振幅Am的正弦波。

的正弦波噪声单边功率谱密度噪声单边功率谱密度N0=0.5×10-8 W/Hz，，幅度调制效率幅度调制效率 =1/3，调频指数，调频指数 =5，，信道传输损信道传输损耗耗为为Lt=40 dB求两种调制系统的求两种调制系统的发送信号功率发送信号功率与带宽与带宽第第3章章模拟传输模拟传输2024/8/5通信与信息工程学院24二元与多元数字基带信号的特性二元与多元数字基带信号的特性（线路码型）（线路码型）码间串扰与码间串扰与Nyquist准则（升余弦滤波器）准则（升余弦滤波器）第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院25一、二元与多元数字基带信号的特性一、二元与多元数字基带信号的特性Ø基本概念基本概念Ø传输速率传输速率Ø功率谱与带宽功率谱与带宽Ø接收与误码性能接收与误码性能第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院261、基本概念、基本概念（（1）单极性（）单极性（Unipolar）与双极性（）与双极性（Polar））（（2）不归零（）不归零（NRZ）与归零（）与归零（RZ））（（3）差分码（相对码）（）差分码（相对码）（Differential encoding））ü 传号差分码传号差分码—“—“1变变0不变不变””ü 每组绝对码对应两组完全相反的差分码（首位任意选取）每组绝对码对应两组完全相反的差分码（首位任意选取）（（4））AMI码码与与数字双相码数字双相码的编码原理的编码原理üAMI码包含三种电平码包含三种电平ü数字双相码（曼彻斯特码）为四元比特对数字双相码（曼彻斯特码）为四元比特对习习4.1、习、习4.24 第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院27第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院282、传输速率、传输速率（（1）符号速率（）符号速率（Symbol rate），单位），单位波特（波特（Baud）） Rs=1/Ts (Baud)（（2）比特速率（）比特速率（Bit rate），单位比特），单位比特/秒（秒（bps或或b/s））（（3）比特速率与符号速率间的转换关系）比特速率与符号速率间的转换关系 Rb=KRs=Rslog2M (bps)，，Rb≥Rs典型题目：习典型题目：习4.2、习、习4.3第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院293、功率谱密度、功率谱密度均值均值ma=E[an]，方差，方差前一项为前一项为连续谱连续谱，后一项是频率间隔为，后一项是频率间隔为1/Ts的的离散谱离散谱第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院30重要结论重要结论（（1）双极性码均值）双极性码均值ma为为0，只含有，只含有连续谱连续谱（（2）单极性码均值）单极性码均值ma不为不为0，，连续谱连续谱+离散谱离散谱（（3）单极性）单极性NRZ码，只含有码，只含有一个离散谱一个离散谱单极性单极性RZ码，含有码，含有多个离散谱多个离散谱（（4）四种基本码型的功率谱密度表达式）四种基本码型的功率谱密度表达式第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院31当脉冲当脉冲gT(t)为矩形脉冲时，基本码型（单为矩形脉冲时，基本码型（单/双极性、双极性、RZ/NRZ）功率谱密度（例）功率谱密度（例4.3、例、例4.4、习、习4.4、习、习4.5））双极性双极性NRZ码：码：+1与与-1等概率出现，幅度为等概率出现，幅度为A又又均值均值ma=0，，，引入辛格函数，引入辛格函数则有则有第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院32单极性单极性NRZ码：码：0与与1等概率出现，幅度为等概率出现，幅度为A均值均值ma=1/2，，，，第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院33双极性双极性RZ码：码：1与与-1等概率出现，等概率出现，gT(t)为矩形归零脉冲为矩形归零脉冲均值均值ma=0，，第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院34单极性单极性RZ码：码：0与与1等概率出现等概率出现均值均值ma=1/2，，第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院35带宽带宽（（1）二元传输下，）二元传输下，RZ码带宽为码带宽为2Rb，，NRZ码带宽为码带宽为Rb（（2）多元信号）多元信号MPAM带宽为带宽为Rb/K（（Rs））（（3））带宽与波特速率和脉冲宽度相关带宽与波特速率和脉冲宽度相关（习（习4.2、习、习4.3））4、接收方法与误码性能、接收方法与误码性能（（1）引入白噪声）引入白噪声—AWGN信道信道（（2）低通滤波接收与匹配滤波接收）低通滤波接收与匹配滤波接收（结论）（结论）第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院36Eb/N0—平均比特能量平均比特能量/噪声功率谱密度，反映信号与噪噪声功率谱密度，反映信号与噪声的能量之比声的能量之比LPF接收系接收系统（矩形（矩形NRZ，，取取B=1/Ts））匹配匹配滤波器波器接收系接收系统双极性双极性2PAM单极性单极性2PAM第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院37第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院38利用误比特曲线对不同传输方案进行性能比较利用误比特曲线对不同传输方案进行性能比较（（1））纵向比较：纵向比较：通过给定的通过给定的Eb/N0值做垂线，与误比特曲值做垂线，与误比特曲线交点所表征的误比特率越小，证明性能越好线交点所表征的误比特率越小，证明性能越好（下方曲线）（下方曲线）（（2））横向比较：横向比较：通过给定的通过给定的Pb值做水平线，与误比特曲值做水平线，与误比特曲线交点所表征的线交点所表征的Eb/N0越小，证明性能越好越小，证明性能越好（左方曲线）（左方曲线）第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院39例例4.6 估计以估计以Rb=1 Mbps进行二元传输时的进行二元传输时的平均错误间隔平均错误间隔第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院40二、码间串扰与二、码间串扰与Nyquist准则准则ØNyquist准则及其相关结论准则及其相关结论Ø升余弦滚降滤波器及其相关结论升余弦滚降滤波器及其相关结论第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院411、、Nyquist准则准则有无码间串扰，只需检验有无码间串扰，只需检验H(f)在在是否为常数是否为常数典型题目：例典型题目：例4.11、习、习4.13、课堂习题、课堂习题2对于有限带宽低通信道（对于有限带宽低通信道（W Hz）在传输速率为）在传输速率为Rs=1/Ts时时（（1））WRs/2=2/Ts：：总能找到某个总能找到某个H(f)满足无码间串扰条件满足无码间串扰条件第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院42重要结论重要结论（（1）在无码间串扰条件下，）在无码间串扰条件下，W Hz的基带信道每秒至多只的基带信道每秒至多只能传输能传输2W个符号个符号——Nyquist速率速率（（2））频带利用率频带利用率第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院432、升余弦（、升余弦（RC）滚降滤波器）滚降滤波器按按Rs=2f0的码率进行传输！！！！！的码率进行传输！！！！！滚降因子滚降因子，，f0为为6 dB带宽带宽截止频率（带宽）截止频率（带宽） W=(1+a)f0a=0：：LPF特性，特性，W=f0，，Rs(max)=2W (Baud)a=1：： W=2f0，，Rs(max)=W (Baud)1>a>0：： W=(1+a)f0，，Rs(max)=2W/(1+a) (Baud)频带利用率频带利用率第第4章章数字基带传输数字基带传输典型题目：例典型题目：例4.12、、习习4.15、习、习4.162024/8/5通信与信息工程学院444.5.1 码间串扰存在的原因：码间串扰存在的原因： h(0) 、、h(mTs)4.5.2 无码间串扰条件无码间串扰条件——Nyquist准则准则（时域（时域&频域）频域）利用频域表达式进行判断利用频域表达式进行判断4.5.3 无码间串扰条件下，信道带宽无码间串扰条件下，信道带宽W与传输速率与传输速率Rs 之间的关系（之间的关系（ Nyquist速率：速率：2W≥Rs ））数字通信系统的效率数字通信系统的效率——频带利用率频带利用率≤2 Baud/Hz4.5.4 升余弦滚降滤波器（升余弦滚降滤波器（ a、、W、、 f0、、 Rs 、、Rs≡2f0 ））第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院454.6.3 基本均衡算法基本均衡算法（（1）迫零（）迫零（Zero forcing）算法）算法（例（例4.14、习、习4.19））例例4.14 某数字基带传输系统的抽样值存在码间干扰，系统某数字基带传输系统的抽样值存在码间干扰，系统冲激响应冲激响应h(t)的样值为的样值为h-1=-1/4，，h0=1，，h1=1/4。

若将该系若将该系统与一三抽头迫零均衡器级联，求此均衡器的统与一三抽头迫零均衡器级联，求此均衡器的抽头系数抽头系数c-1，， c0，，c1各为多少，并计算均衡前后的各为多少，并计算均衡前后的峰值畸变值峰值畸变值第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院462024/8/5通信与信息工程学院46解解：：（（1）求抽头系数）求抽头系数第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院472024/8/5通信与信息工程学院47均衡后均衡后第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院484.8 符号同步符号同步例例4.18、习、习4.22第第4章章数字基带传输数字基带传输2024/8/5通信与信息工程学院49数字频带传输的核心内容数字频带传输的核心内容：数字信号的：数字信号的调制调制与与解调解调2ASK（（OOK））2FSK2PSK、、2DPSK、、QPSK信号表达式、信号表达式、调制（接收）方法、调制（接收）方法、带宽、误码性能带宽、误码性能第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院501、信号表达式、信号表达式2ASK2FSK2PSKQPSK （格雷编码）（格雷编码）第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院512、带宽、带宽2ASK：：B2ASK=2B=2Rb2FSK：：2(D)PSK：：B2(D)PSK=2B=2Rb QPSK：： BQPSK=Rb=2Rs第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院523、误码性能、误码性能第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院53第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院54其它要点其它要点总结：：1、公式：、公式：2、、2DPSK的波形：的波形：首个波形随机设定，无实际意义首个波形随机设定，无实际意义 3、读取波形：、读取波形：2DPSK信号、信号、QPSK信号信号4、频带升余弦滤波器带宽：、频带升余弦滤波器带宽：W=2f0(1+a)第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院55第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院56第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院57设设信号速率信号速率为为100 kbps，通过，通过升余弦滚降特性升余弦滚降特性为为a=0.3的系的系统，进行无码间串扰的传输。

统，进行无码间串扰的传输1）采用）采用BPSK调制，求调制，求占占用的信道带宽和频带利用率用的信道带宽和频带利用率；（；（2）设）设，求，求BPSK最佳接收机的误比特率最佳接收机的误比特率习习5.19、习、习5.22第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院582024/8/5通信与信息工程学院58例例5.7 QPSK系统的输入二进制序列为系统的输入二进制序列为011111011000，试，试说明：（说明：（1）四元比特对序列；（）四元比特对序列；（2））载波相位（载波相位（B方式）方式）序列；（序列；（3）同相与正交支路的比特序列；（）同相与正交支路的比特序列；（4））4800 bps时需要的时需要的带宽带宽习习5.11、习、习5.21第第5章章基本的数字频带传输基本的数字频带传输2024/8/5通信与信息工程学院59第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM6.1 模拟信号的抽样模拟信号的抽样6.2 均匀量化与最佳量化均匀量化与最佳量化6.3 量化信噪比与对数量化量化信噪比与对数量化6.4 脉冲编码调制脉冲编码调制6.5* 差分脉冲编码调制与增量调制差分脉冲编码调制与增量调制6.6 时分复用时分复用2024/8/5通信与信息工程学院60第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM1、抽样、抽样带限信号带限信号m(t)，最高非零频率为，最高非零频率为fH, ,抽样率抽样率fs>2fH，，2fH=2B称为称为奈奎斯特频率（奈奎斯特频率（Nyquist frequency））带通信号抽样：带通信号抽样：例例6.1、习、习6.62024/8/5通信与信息工程学院61第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM2、量化、量化均匀量化及量化噪声均匀量化及量化噪声量化信噪比量化信噪比峰值信噪比（均匀量化时为峰值信噪比（均匀量化时为3M2）、平均信噪比、正弦信）、平均信噪比、正弦信号信噪比号信噪比典型题目：例典型题目：例6.3、习、习6.8、习、习6.11、习、习6.122024/8/5通信与信息工程学院62第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM3、脉冲编码调制（、脉冲编码调制（PCM））（（1）信号带宽：）信号带宽：300~3400 Hz，抽样率为，抽样率为8 kHz（（2）量化）量化：：8比特比特A律律（（3））PCM数据率：数据率：8 kHz×8 bit=64 kbps 语音信号传输速率语音信号传输速率2024/8/5通信与信息工程学院63第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM编码规则编码规则（（1）确定极性，正为）确定极性，正为““1””，负为，负为““0””（（2）确定段落，共）确定段落，共8段，段，3位编码位编码000~111（（3）确定量化电平，共）确定量化电平，共16电平，电平，4位编码位编码0000~1111b7b6b5b4b3b2b1b01位极性位极性码3位段落位段落码4位段内位段内码1=正，正，0=负（（对应8段）段）（（对应16电平）平）2024/8/5通信与信息工程学院64习题习题1设设PCM系统采用系统采用A律律13折线量化器，量化器的折线量化器，量化器的量化范围量化范围为为[-10, 10]，若，若输入采样值输入采样值为为1.22和和 -0.03，求，求输出的二进输出的二进制码组制码组（（提示：提示：A律律13折线主要参数见下表）折线主要参数见下表）第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM2024/8/5通信与信息工程学院65段内码的确定段内码的确定如某一量化电平如某一量化电平x落在段落在段[x1，，x2]内内那么段内区间为那么段内区间为讨论：讨论：对结果对结果取整取整后，确定其段内码后，确定其段内码临界值临界值16，段内码取为，段内码取为1111第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM2024/8/5通信与信息工程学院66PCM传输系统的信噪比传输系统的信噪比*：：峰值与平均信噪比峰值与平均信噪比习习6.15、习、习6.16TDM系统：语音信号传输速率系统：语音信号传输速率N×64 kb/s习习6.20第第6章章模拟信号数字化与模拟信号数字化与PCM2024/8/5通信与信息工程学院67第第8章章* 现代数字传输技术现代数字传输技术8.1节：节：MSKØ调制指数：调制指数：h=2fdTs=0.5Ø相位路径网格图相位路径网格图典型题目：习典型题目：习8.1、习、习8.22024/8/5通信与信息工程学院68考考试试注注意意事事项项曹永盛曹永盛科研楼B-204B61830264，18981973132caoyongsheng@ 2024/8/5通信与信息工程学院69考试注意事项考试注意事项Ø考试题型：全为考试题型：全为解答题解答题，，10分分×10道题目道题目Ø考试形式：一页纸开卷考试形式：一页纸开卷Ø成绩：成绩：平时平时10%+实验实验10%+期中期中10%+期末期末70%Ø统一答疑：考前统一答疑：考前3天左右天左右Ø试题难度：试题难度：简单题：中等题：难题简单题：中等题：难题=6：：2：：2Ø教材、教材、例题与习题例题与习题。

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