《通信原理》笔记1.doc

《通信原理》备课笔记 1参考书：沈振元 聂志泉 等： 通信系统原理 西安电子科技大学出版社曹丽娜 樊昌信：通信原理学习与考研指导 国防工业出版社南利平：通信原理简明教程 清华大学出版社王辉：通信原理 电子工业出版社第 1 章 绪论1.1 引言* 通信技术发展简史十大通信技术：1. 摩尔斯发明有线电报2. 马克尼发明无线电报3. 载波通信4. 电视5. 电子计算机6. 集成电路7. 光纤通信8. 卫星通信9. 蜂窝移动通信10. 因特网《通信原理》备课笔记 2* 通信定义：通信——信息的传递（广义） 利用各种电信号和光信号作为通信信号的电通信与光通信（本课程） 研究通信目的：如何把信息大量地、快速地、准确地、广泛地、方便地、经济地、安全地从信源通过传输介质传送到信宿 《通信原理》课程目的——介绍支撑各种通信技术的通信基本概念和数学理论基础1.2 通信系统的组成1.2.1 通信系统模型* 通信系统定义：用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合叫做通信系统 举例（1）通信系统：、电线、交换机、电线、交换机、电线、（2）无线广播：话筒、放大器、发送设备、电波、收音机（3）卫星通信：发送地面站、电波、通信卫星、电波、接收地面站卫星通信系统的组成：地面站和通信卫星接收地面站通信卫星上行 下行同步通信卫星距地面的垂直高度是 35786 km，一颗卫星覆盖的区域可达地球表面积的40％，地面最大跨距达 18000 km。

卫星通信所用频率及名称波段名称 上行频率/GHz 下行频率/GHz 用途C 6 （5.925～6. 425） 4 （3.7～4.2） 商用Ku 14 （14～14.5） 12 （11.7～12.2） 商用30 （27.5～30） 20 （17.7～20.2） 商用Ka30 （30～31） 20 （20.2～21.2） 军用* 一般模型：信源 信宿信道噪声源发送设备 接收设备《通信原理》备课笔记 3信源——将消息（符号、文字、话音、音乐、数据、图片、图像）转换成电信号（基带信号）发送设备——对原始电信号进行变换，以适合信道传输信道——信号传输的通道（有线、无线）接收设备——将接收的信号还原成原始电信号信宿——将电信号转换成消息噪声源——噪声的集中表示1.2.2 模拟通信与数字通信系统1. 模拟通信系统* 模拟通信系统：信道中传输模拟信号的系统（无线电广播）南京地区广播频率表 序号频 率（MHz） 频 道 名 称序号 频 率（kHz） 频 道 名 称1 FM88.5 江宁人民广播电台 15 AM585.00 江苏故事广播2 FM89.7 江苏音乐广播 16 AM702.00 江苏新闻综合广播3 FM92.00 南京曲艺调频 17 AM801.00 南京体育台故事台4 FM93.70 江苏新闻广播 18 AM846.00 江苏健康广播5 FM95.10 南京经济台 19 AM900.00 南京经济台6 FM96.60 南京新闻调频 20 AM1008.00 南京电台新闻频率7 FM97.50 江苏经典流行音乐广播 21 AM1053.00 江苏文艺广播8 FM99.70 金陵之声 22 AM1170.00 南京城市管理广播9 FM101.10 江苏交通广播网 23 AM1206.00 江苏财经广播10 FM101.70 南京城市调频 24 AM1360.00 中央人民广播电台一 套中国之声11 FM102.40 南京交通台调频广播 25 AM1360.00 中央人民广播电台一 套中国之声12 FM104.30 南京体育台 13 FM105.80 南京音乐台 《通信原理》备课笔记 414 FM106.60 南京音乐台热力调频 * 模拟通信系统模型基带信号—由消息直接转换成的电信号。

频率较低（例如：声音信号的频率范围是0.3～3.4kHz，电视图像是 0～6MHz ）频带信号——频率在较高的范围内2. 数字通信系统* 数字通信系统：信道中传输数字信号的系统* 数字通信系统模型（a）加密器、解密器——对信号进行加密和解密编码器、解码器——提高传输的有效性（信源编码） ；控制信道噪声对信号产生的影响（信道编码）调制器、解调器——将信号进行频率变换b)* 数字通信优点（1）抗干扰能力强（2）便于进行信号加工与处理模拟信源 信宿信道噪声源调制器 解调器基带信号基带信号频带信号频带信号信源解密器编码器解码器调制器解调器信道噪声源信宿加密器信源接收滤波器信道噪声源信宿基带信号形成器《通信原理》备课笔记 5（3）传输中出现的差错(误码 )可以设法控制，提高了传输质量（4）数字信息易于加密且保密性强（5）能够传输话音、电视、数据等多种信息，增加了通信系统的灵活性和通用性* 数字通信缺点占用频带宽（频带利用率低）* 数字通信中的同步同步——接收数据与发送数据（码元）要节拍相同1.3 通信系统的分类及通信方式1.3.1 通信系统分类* 消息的物理特征：通信系统微波通信系统光纤通信系统卫星通信系统移动通信系统* 调制方式： 基带传输频带传输* 信号特征： 模拟通信系统数字通信系统* 传输媒介： 有线无线* 复用方式： 频分复用时分复用码分复用* 工作波段： 长波中波短波微波光波一种通信系统可以分属不同的种类，比如我们所熟悉的无线电广播既是中波通信系统(短波通信系统)，频带通信系统、模拟通信系统，也是无线通信系统1.3.2 通信方式* 点到点系统 单工通信——信号单方向传输（广播）半双工通信——信号双方向传输，但不能同时进行（对讲机）全双工通信——信号双方向传输，可以同时进行（）* 数字系统 串行通信并行通信思考题 1－2《通信原理》备课笔记 61.4 信息的度量信息（information）与消息（message）的意义相似，但信息的含义更具有普遍性、抽象性。

消息可以有各种各样的形式，但是其内容可以统一用信息来表示，信息可以理解为消息中包含的有意义的内容人们得到消息前，对它的内容有一种“不确定性” ，信息就是对这种不确定性的定量描述传输信息的多少用“信息量”进行衡量1. 信息定义对消息统计特性的一种定量描述2. 信息度量信息量——I(x)消息出现的概率——P(x)它们之间有如下规律：（1）信息量与消息出现的概率有关 )()(xPI（2）消息出现的概率越小，信息量越大；消息出现的概率越大，信息量越小Ix0)(1（3）若干独立事件构成的消息，它们的信息量等于各独立事件信息量的和LLL)()()()( 212121 xPIIxPIPI*信息量（离散消息）)(log)(logxIaa信息量的单位比特 bit ～用得较多 2 xlg32.lo2奈特 netea笛特 Det10r 进制单位*例题 1－1 已知二元离散信源只有 “0”、 “1”两种符号，若“0” 出现概率为 1／3，求出现“1”所含的信息量 解 由于全概率为 1，因此出现“1”的概率为 2／3由信息量定义式可知，出现“1”的信息量 bitI58.0/log)(2*平均信息量（离散消息）——消息由多个符号组成，设概率空间为《通信原理》备课笔记 7且)()(21nxPxPL1)(1niixP则平均信息量 )(log)()(log)(log)( 222121 nnxPxH  L（bit/符号）ni iixP12l*信息量（连续消息）～连续消息出现的概率密度dffxHa)(log)()( )(xf1.5 主要性能指标*有效性——传送信息的快慢*可靠性——传送信息的质量1.5.1 模拟通信系统的性能指标*有效性——系统的传输带宽（由传输介质、对信号的处理方式决定）*可靠性——系统的信噪比（由信号功率、噪声特征、信道特性、接收端性能等决定。

普通要求 SNR>20dB，电视图像要求 SNR>40dB）dBnsPSNRlg101.5.2 数字通信系统的性能指标*有效性——传输速率*可靠性——差错率1. 有效性（1）码元速率（波特率）*码元——数字通信系统中表示数字“0”或者“1”的脉冲码元速率——单位时间（1 秒内）传输的码元数目单位——波特 Baud*符号——R B设码元宽度为 Tb，则码元速率为bB1（2）信息速率（比特率）*信息速率——1 秒内传输的信息量*单位—— bit/s 或者 bps*符号——R b码元速率与信息速率的关系《通信原理》备课笔记 8一个码元可以表示一位二进制数，也就是说一个码元可以携带 1 比特的信息量；一个码元也可以携带多个比特的信息量数字通信系统中常采用多进制信号下图为用幅度区分的四进制信号一个四进制码元包含了 2 比特的信息量同理，一个八进制码元包含 3 比特的信息量N 进制下，信息速率 与码元速率 之间在数值上满足的关系为bRBNlBNb2log对上图，设 T=2s，R bN=1（bit/s） ，R BN=1/2（Baud） ，满足上式2. 可靠性（1）误码率总 码 元 数出 错 的 码 元 数eP（2）误比特率（误信率）总 比 特 数出 错 的 比 特 数b第 2 章 随机信号分析2.1 引言* 随机信号——不可预知的信号；随机噪声——不可预测的噪声* 它们都是随机过程，遵循一定的统计规律，可以用概率统计的方法来研究* 随机信号的不可预测性是它携带信息的能力；而噪声的不可预测性则是有害的。

它们的统计特性有许多差异，利用这种差异可以在某种程度上把信号从噪声中提取出来，恢复信号所携带的信息2.2 随机过程的一般描述2.2.1 随机过程概念幅度/V0 0T1 11 00 12T 3T 4T0103-1-3t《通信原理》备课笔记 9对某噪声源进行多次观察，将结果记录下来，发现每次的波形都不相同这些波形都是随机起伏的时间函数，它被称为随机函数无穷多个随机函数的总体称为随机过程随机过程中的每一个函数也叫做样本函数例如，当我们用示波器观察某噪声源波形时，看到的就是样本函数虽然每次观察的结果并不能预见但如果观察的次数为无穷大，可以说结果一定是样本空间的某一函数对于每一个波形，如果取相同的观察时刻 ，随机过程 就只是一个随机变量kt)(kt了随机变量和随机过程的区别就是：随机变量是一个实数的集合，随机过程是时)(kt间函数的集合 ）2.2.2 随机过程的统计特性的表述1. 概率分布（1） 分布函数*一维概率分布函数：随机过程 小于或者等于某一数值 的概率)(tx11),(xPtxF*二维概率分布函数：随机过程 在 时有 ，在 时有 ，它)(t1t1)(xt2t2)(xt们同时满足的概率2121 )(,)(),;( txttx（2） 概率密度函数*一维概率密度函数～在时刻 的统计分布情况11),(),(xtFtxf1t*二维概率密度函数 21212 ),;(),;(xttxf2. 数字特征（1） 数学期望（均值）*定义tx1(t)tx2(t)txn(t)......tk《通信原理》备课笔记 10dxtftEta),()(1*意义——反映了随机过程在各个时刻取值的集中位置（2） 方差(均方值)*定义dxtftaxtaEtDt ),()()( 122*意义——方差描述了随机过程对均值的偏离程度（3）相关函数① 自相关函数虽然均值和方差描述了随机过程在各时间点的统计性质，但是并不能反映过程在任意两个时刻之间的内在联系。

两个随机过程可以有相同的均值和方差，但如果其中一个样本波形变化比较缓慢，就说明该过程在不同时刻的取值具有较强的相关性见图（a） ，而图（b）所示的随机过程相关性较弱a） 相关性强 。