期末整理 - 图文
更新时间:2024-07-04 17:01:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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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 ?
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