通信原理重点知识总结Word下载.doc
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③便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。
(便于将来自不同信源的信号综合到一起传输)
④易于集成,使通信设备微型化,重量轻
⑤易于加密处理,且保密性好
缺点:
①需要较大的传输带宽
②对同步要求高
8、按信号复用方式分类:
频分复用、时分复用、码分复用
按信号特征分类:
模拟通信系统和数字通信系统
按传输媒介分类:
有线通信系统和无线通信系统
频分复用是用频谱搬移的方法是不同信号占据不同的频率范围;
时分复用是用脉冲调制的方法使不同的信号占据不同的时间区间;
码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同的信号。
9、单工、半双工和全双工通信
单工通信:
消息只能单方向传输的工作方式
半双工通信:
通信双方都能收发消息,但不能同时收发的工作方式
全双工通信:
通信双方可同时进行收发消息的工作方
10、信息及其度量
P(x)表示信息发生的概率,I表信息中所含的信息量
上式中对数的底:
若a=2,信息量的单位称为比特(bit),可简记为b
若a=e,信息量的单位称为奈特(nat),
若a=10,信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。
通常广泛使用的单位为比特,这时有
【例1】设一个二进制离散信源,以相等的概率发送数字“0”或“1”,则信源每个输出的信息含量为
在工程应用中,习惯把一个二进制码元称作1比特。
若有M个等概率波形(P=1/M),且每一个波形的出现是独立的,则传送M进制波形之一的信息量为
若M是2的整幂次,即M=2k,则有
当M=4时,即4进制波形,I=2比特,
当M=8时,即8进制波形,I=3比特。
【例2】对于非等概率情况
设:
一个离散信源是由M个符号组成的集合,其中每个符号xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)独立出现,即
,且有
则x1,x2,x3,…,xM所包含的信息量分别为
于是,每个符号所含平均信息量为
由于H(x)同热力学中的熵形式相似,故称它为信息源的熵
【例3】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201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。
【解】此消息中,“0”出现23次,“1”出现14次,“2”出现13次,“3”出现7次,共有57个符号,故该消息的信息量
每个符号的算术平均信息量为
若用熵的概念来计算:
则该消息的信息量
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。
当消息序列较长时,用熵的概念计算更为方便。
11、通信系统主要性能指标
通信系统的主要性能指标:
有效性和可靠性
有效性:
指传输一定信息量时所占用的信道资源(频带宽度和时间间隔),或者说是传输的“速度”问题。
可靠性:
指接收信息的准确程度,也就是传输的“质量”问题。
12、模拟通信系统:
可用有效传输频带来度量。
可用接收端最终输出信噪比来度量。
13、数字通信系统
用传输速率和频带利用率来衡量。
(1)码元传输速率RB:
定义为单位时间(每秒)传送码元的数目,单位为波特(Baud),简记为B。
式中T-码元的持续时间(秒)
(2)信息传输速率Rb:
定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数,单位为比特/秒,简记为b/s,或bps。
(简称传信率、比特率)
码元速率和信息速率的关系
或
对于二进制数字信号:
M=2,码元速率和信息速率在数量上相等。
对于多进制,例如在八进制(M=8)中,若码元速率为1200B,,则信息速率为3600b/s。
(3)频带利用率:
定义为单位带宽(1赫兹)内的传输速率,即
或
用差错率来衡量,差错率常用误码率和误信率表示。
(1)误码率Pe
(2)误信率(又称误比特率)
在二进制中有
第二章确知信号
1、确知信号:
是指其取值在任何时间都是确定的可预知的信号
2、确知信号的类型
按照周期性:
周期信号非周期信号
按照能量是否有限:
能量信号功率信号
若信号s(t)的能量等于一个有限正直,且平均功率为零,则称s(t)为能量有限信号,简称能量信号,其特征:
信号的振幅和持续时间均有限,非周期性。
若信号s(t)的平均功率等于一个有限正值,且能量为无穷大,则称s(t)为功率有限信号,简称功率信号,其特征:
信号的持续时间无限。
第三章随机过程
1、通信系统中常见的热噪声近似为白噪声,且热噪声的取值恰好服从高斯分布。
2、白噪声n(t)
定义:
功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声,即
-双边功率谱密度
-单边功率谱密度
式中n0-正常数
第四章信道
1、按照媒质的不同,信道可以分为两大类:
无线信道和有线信道。
2、根据难距离、频率和位置的不同,电磁波的传播主要分为地波、天波(电离层反射波)和视线传播三种。
视线传播:
频率>
30MHz
距离:
和天线高度有关
式中,D–收发天线间距离(km)。
[例]若要求D=50km,则由式(4.1-3)
3、多径效应:
信号经过几条路径到达接收端,而且每条路径的长度(时延)和衰减都随时间而变,即存在多径传播现象。
多径传播对信号的影响称为多径效应。
4、信号包络因传播有了起伏的现象成为衰落;
多径效应引起的衰落成为快衰落,由季节天气引起的衰落成为慢衰落。
5、衰落和频率相关,称其为频率选择性衰落,将(1/τ)HZ称为次两条路径的相关带宽。
6、为使信号基本不受多径传播的影响,要求信号的带宽小于多径信道的相关带宽(1/τm)。
7、连续信道容量
(1)可以证明
式中Ct-信道的容量
S-信号平均功率(W);
N-噪声功率(W);
B-带宽(Hz)。
设噪声单边功率谱密度为n0,则N=n0B;
故上式可以改写成:
由上式可见,连续信道的容量Ct和信道带宽B、信号功率S及噪声功率谱密度n0三个因素有关。
(2)当S↑或N↓,S/N↑,Ct↑
当S®
¥
,或n0®
0时S/N®
,Ct®
。
B↑,Ct↑但是,当B®
时,Ct将趋向何值?
令:
x=S/n0B,上式可以改写为:
利用关系式
上式变为
上式表明,当给定S/n0时,若带宽B趋于无穷大,信道容量不会趋于无限大,而只是S/n0的1.44倍。
这是因为当带宽B增大时,噪声功率也随之增大。
(3)Ct和带宽B的关系曲线:
上式还可以改写成如下形式:
式中 Eb-每比特能量;
Tb=1/B-每比特持续时间。
上式表明,为了得到给定的信道容量Ct,可以增大带宽B以换取Eb的减小;
另一方面,在接收功率受限的情况下,由于Eb=STb,可以增大Tb以减小S来保持Eb和Ct不变。
【例4.6.2】已知黑白电视图像信号每帧有30万个像素;
每个像素有8个亮度电平;
各电平独立地以等概率出现;
图像每秒发送25帧。
若要求接收图像信噪比达到30dB,试求所需传输带宽。
【解】因为每个像素独立地以等概率取8个亮度电平,故每个像素的信息量为
Ip=-log2(1/8)=3 (b/pix) (4.6-18)
并且每帧图像的信息量为
IF=300,000´
3=900,000(b/F) (4.6-19)
因为每秒传输25帧图像,所以要求传输速率为
Rb=900,000´
25=22,500,000=22.5´
10^6(b/s) (4.6-20)
信道的容量Ct必须不小于此Rb值。
将上述数值代入式:
得到 22.5´
106=Blog2(1+1000)»
9.97B
最后得出所需带宽
B=(22.5´
106)/9.97»
2.26(MHz)
第5章模拟调制系统
1基本概念
调制-把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。
广义调制-分为基带调制和带通调制(也称载波调制)。
狭义调制-仅指带通调制。
在无线通信和其他大多数场合,调制一词均指载波调制。
调制信号-指来自信源的基带信号
载波调制-用调制信号去控制载波的参数的过程,使载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。
载波-未受调制的周期性振荡信号,它可以是正弦波,也可以是非正弦波。
已调信号-载波受调制后称为已调信号。
解调(检波)-调制的逆过程,其作用是将已调信号中的调制信号恢复出来。
2、调制的目的
①提高无线通信时的天线辐射效率。
②把多个基带信号分别搬移到不同的载频处,以实现信道的多路复用,提高信道利用率。
③扩展信号带宽,提高系统抗干扰、抗衰落能力,还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。
3、调制方式
模拟调制数字调制
常见的模拟调制
幅度调制:
调幅、双边带、单边带和残留边带
角度调制:
频率调制、相位调制
在频谱结构上,幅度调制的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)。
由于这种搬移是线性的,因此,幅度调制通常又称为线性调制。
①调幅时域表达式
②双边带调制时域表达式
③单边带调制时域表达式
式中,“-”表示上边带信号,“+”表示下边带信号。
希尔伯特变换:
上式中Amsinwmt可以看作是Amcoswmt相移p/2的结果。
把这一相移过程称为希尔伯特变换,记为“^”,则有
这样,上式可以改写为
把上式推广到一般情况,则得到
④残留边带滤波器的特性:
H(w)在wc处必须具有互补对称(奇对称)特性,相干解调时才能无失真地从残留边带信号中恢复所需的调制信号。
⑤相干解调器原理:
为了无失真地恢复原基带信号,接收端必须提供一个与接收的已调载波严格同步(同频同相)的本地载波(称为相干载波),它与接收的已调信号相乘后,经低通滤波器取出低频分量,即可得到原始的基带调制信号。
⑥小信噪比时的门限效应
当(Si/Ni)低于一定数值时,解调器的输出信噪比(So/No)急剧恶化,这种现象称为调频信号解调的门限效应。
门限值-出现门限效应时所对应的输入信噪比值称为门限值,记为(Si/
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