期末整理 - 图文

通信系统的核心是信号设计和信号处理。

消息：通信系统传输的对象，是信息的载体（信息源所产生的信息的物理表现） 信息：消息中所包含的有效内容

按代表消息的参量的取值方式不同，可分为模拟信号和数字信号 通信系统一般模型：

数字通信系统分类：数字频带传输通信系统，数字基带传输通信系统 数字通信与数据通信的区分

?利用数字信号的形式来传送消息的通信方式称为数字通信 ?信源本身发出的数字形式的消息，不管用何种形式的信号来传输这类消息的通信方式，均称为数据通信

数字通信系统的优点

?抗干扰能力强，且噪声不积累。 ?容易实现，成本低，更具灵活性 ?差错控制：差错控制编码来实现 ?加解密方便

?更适合数字业务，容易实现多网合一

数字通信系统的缺点 ?同步设备复杂 ?占用带宽较宽

通信系统的分类

按通信业务分类

?电话通信：传送消息是语音信号 ?电报通信：传送的消息是文字、符号

?图象通信：静止图象（传真）和活动图象（视频）

?数据通信：一种总称，传送数据流（语音、图象、文字等）

?按调制方式分类

?基带传输：未经调制的信号直接传送 ?频带（调制）传输

–连续波调制（载波为连续信号） ?模拟线性调制(AM、DSB、SSB、VSB）、模拟非线性调制(FM、PM） ?数字调制（FSK、PSK、ASK） –脉冲调制（载波为矩形脉冲） ?脉冲模拟调制（PAM）、脉冲数字调制（PCM、DPCM）

按信道中所传信号特征分类 ?模拟通信系统：传输模拟信号 ?数字通信系统：传输数字信号

按信号复用方式

?频分复用（FDM） ?时分复用（TDM） ?码分复用（CDM）

按传输媒介分类 ?有线（光纤） ?无线

按工作频段分

?长波、中波、短波、微波

无线电波的传播：地波模式、天波模式、视线模式（

通信方式：单工通信、半单工通信、双工通信

单个离散消息x所携带的信息量

）

一串符号构成消息的信息量

离散信源X产生的由一串符号构成的消息中携带的信息量为:

离散信源平均信息量(熵)

离散信源X每个符号

xi所含信息量的统计平均值

离散信源最大熵

当离散信源中每个符号等概出现且各符号出现为统计独立时,该信源有最大平均信息量:

有效性指标 （码元速率RB, 信息速率Rb, 频带利用率：单位带宽(每赫兹)内的传输速率 ）

指传输一定信息量时所占用的信道资源数(频率范围或时间间隔) Ts：码元宽度

有效传输频带宽度(带宽)

?在传输的信息量不变的条件下,模拟通信系统所占用的有效带宽越小，系统的有效性越好.

可靠性指标

?指接收消息的准确程度 信噪比(signal-to-noise ratio) ?百分比失真度(percent distortion)

?发送端波形和接收波形的期望均方误差

误码率: 码元差错率Pe

Pe =错误码元数/传输的总码元数

误信率: 信息差错率Pb

Pb =错误比特数/传输的总比特数

??

有效性和可靠性之间的矛盾是通信系统所面临的一对主要矛盾 ?从可靠性能来看，二进制数字信号要优于多进制数字信号 ?从有效性能来看，多进制数字信号要优于二进制数字信号 有效性↑ ?速率↑? 带宽↑? 错误率↑? 可靠性↓

信道分类：

?无线信道 － 电磁波（含光波） ?有线信道 － 电线、光纤 信道中的干扰： ?有源干扰 － 噪声

?无源干扰 － 传输特性不良

散射传播 ?电离层散射

机理 － 由电离层不均匀性引起 频率 － 30 ~ 60 MHz 距离 － 1000 km以上 ?对流层散射

机理 － 由对流层不均匀性（湍流）引起 频率 － 100 ~ 4000 MHz 最大距离 < 600 km 流星余迹散射

流星余迹特点 － 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟 频率 － 30 ~ 100 MHz 距离 － 1000 km以上

特点 － 低速存储、高速突収、断续传输

有线信道：明线、对称电缆、同轴电缆、光纤 信道模型的分类： ? 调制信道 ? 编码信道 调制信道：

因k(t)随t发，故信道称为时发信道。 ?因k(t)不e i (t)相乘，故称其为乘性干扰。

?因k(t)随 时间随机发化，故又称信道为随参信道。 ?若k(t)随时间发化很慢或很小，则称信道为恒参信道。 ?乘性干扰特点：当没有信号时，没有乘性干扰。

线性系统中无失真条件：

?振幅～频率特性：为水平直线时无失真 相位～频率特性：要求其为通过原点的直线， 即群时延为常数时无失真

群时延定义：

频率失真：振幅～频率特性不良引起的 ?频率失真 ? 波形畸发 ? 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 ?解决办法：同上 非线性失真：

?可能存在于恒参信道中

?定义：输入电压～输出电压关系是非线性地。 其他失真：

频率偏移、相位抖动…

随参信道的特性： ?衰减随时间发化 ?时延随时间发化

?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）和衰减都随时间而发，即存在多径传播现象。 多径效应接收信号：

多径传播使信号产生瑞利型衰落； 多径传播引起频率弥散。

快衰落 － 衰落周期和码元周期可以相比。 慢衰落 － 由传播条件引起的。

设发射信号为：f(t)

仅有两条路径，路径衰减相同，时延不同 两条路径的接收信号为： 其中： A － 传播衰减， ?

－ 第一条路径的时延， － 两条路径的时延差。

求：此多径信道的传输函数 设f (t)的傅里叶发换（即其频谱）为

：

按照上式画出的模与角频率

关系曲线：

曲线的最大和最小值位置决定于两条路径的相对时延差?, 而

是随时间变化的，所以对

于给定频率的信号，信号的强度随时间而变，这种现象称为衰落现象。由于这种衰落和频率

有关，故常称其为频率选择性衰落。 减小频率选择性衰落的措施

信道相关带宽：

应使信号带宽 Bs ＝(1/3 ~ 1/5)△f

Ts ＝(3 ~ 5) τm →RB↓

多径效应的影响：

多径效应会使数字信号的码间串扰增大。为了减小码间串扰的影响，通常要降低码元传输速率。因为，若码元速率降低，则信号带宽也将随之减小，多径效应的影响也随之减轻。

信道中的噪声 ?噪声

?信道中存在的不需要的电信号。 ?又称加性干扰。 ?按噪声来源分类

?人为噪声 － 例：开关火花、电台辐射

?自然噪声 － 例：闪电、大气噪声、宇宙噪声、热噪声 热噪声

?来源：来自一切电阻性元器件中电子的热运动。 ?频率范围：均匀分布在大约 0 ～ 10^12 Hz。

?热噪声电压有效值：

式中

k = 1.38 *10^-23（J/K） － 波兹曼常数； T － 热力学温度（oK）； R － 阻值； B － 带宽（Hz）。 ?性质：高斯白噪声

按噪声性质分类

?脉冲噪声：是突发性地产生的，幅度很大，其持续时间比间隔时间短得多。其频谱较宽。电火花就是一种典型的脉冲噪声。 ?窄带噪声：来自相邻电台或其他电子设备，其频谱或频率位置通常是确知的或可以测知的。可以看作是一种非所需的连续的已调正弦波。

?起伏噪声：包括热噪声、电子管内产生的散弹噪声和宇宙噪声等。

讨论噪声对于通信系统的影响时，主要是考虑起伏噪声，特别是热噪声的影响。

窄带高斯噪声

?带限白噪声：经过接收机带通滤波器过滤的热噪声 ?窄带高斯噪声：由于滤波器是一种线性电路，高斯过程通过线性电路后，仍为一高斯过程，故此窄带噪声又称窄带高斯噪声。

?窄带高斯噪声功率：

式中 Pn(f) － 双边噪声功率谱密度

噪声等效带宽：

式中 Pn(f0) － 原噪声功率谱密度曲线的最大值 噪声等效带宽的物理概念： 以此带宽作一矩形滤波特性，则通过此特性滤波器的噪声功率，等于通过实际滤波器的噪声功率。

信道容量 － 指信道能够传输的最大平均信息速率。 ?离散信道容量

?两种不同的度量单位：

?C － 每个符号能够传输的平均信息量最大值

?Ct － 单位时间（秒）内能够传输的平均信息量最大值 ?两者之间可以互换

发送xi时收到yj所获得的信息量 = -log2P(xi) - [-log2P(xi /yj)] 平均信息量 / 符号 ＝H(X),H(X/Y)

C

Ct

连续信道容量

式中 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；

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。

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。 Ct和带宽B的关系曲线：

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 。

香农公式：

XdB=10lg（S/N）

调制：把消息信号搭载到载波的某个参数上

载波：某种高频周期性振荡信号，如正弦波。受调载波成为已调信号，含有消息信号特征。

调制目的：

进行频谱搬移，匹配信道特性，减小天线尺寸； 实现多路复用，提高信道利用率； 改善系统性能（有效性、可靠性）； 实现频率分配 ?

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/atl.html