通信考试使用终极A4纸

第一章“通信”就是信息的传递与交流。优点：技术成熟、设备简单、成本低。缺点：干扰严重、频带不宽、频带利用率不高、信号处理难、不易集成和设备庞大。现代通信的基本特征即为数字化。模拟通信：由于传输的信号是模拟信号（幅值是连续的），因此难以把噪声干扰分开而去掉。随着距离的增加，信号的传输质量会越来越恶化。数字通信：传输的是数字脉冲信号，这些信号在传输过程中，也同样会有能量损失，受到噪声干扰，当信噪比还未恶化到一定程度时，可在适当距离或信号终端经过再生的方法，使之恢复为原来的脉冲信号波形。消除了干扰和噪声积累，就可实现长距离高质量的通信。第二章消息：多种表现形式，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。信息：是消息中包含的有效内容。信号：消息的载体，通信系统中传输的是信号。信号的分类：1确知信号：能够以确定的时间函数表示的信号，它在定义域内任意时刻都有确定的函数值。例如电路中的正弦信号和各种形状的周期信号等。随机信号：在事件发生之前无法预知信号的取值，即写不出明确的数学表达式，通常只知道它取某一数值的概率。2周期信号与非周期信号。3模拟信号与数字信号。时域特性：信号电压或电流随时间的变化关系。频域特性：任意信号可以表示为许多不同频率的正弦信号的线性组合，这些正弦信号所包含的频率范围，称为该信号的频谱。随机过程：随时间变化的无数个随机变量的集合为随机过程。基本特征：它是时间t的函数，但在任一确定时刻上的取值是不确定的，是一个随机变量。严平稳随机过程：任意n维分布函数或概率密度函数与时间起点无关。广义平稳随机过程：1其均值与t无关，为常数a；2自相关函数只与时间间隔τ有关。严平稳随机过程必定是广义平稳的，反之不一定成立。各态历经性：其数字特征（均为统计平均）完全可由随机过程中的任一实现的时间平均值来代替。即：统计平均=时间平均。噪声的分类：按照来源分类：人为噪声、自然噪声。按照性质分类：）脉冲噪声、窄带噪声、起伏噪声。高斯噪声是指概率密度函数服从高斯分布（正态分布）的平稳随机过程。起伏噪声（白噪声）是一种高斯噪声，且在相当宽的频率范围内其频谱是均匀分布的，好像白光的频谱在可见光的频谱范围内均匀分布那样。信息处理的主要手段是变换，即编、译码。为了提高系统的有效性，可以通过信源编码来实现；为了提高系统的安全性，可以通过密码来实现；为了提高系统的可靠性，可以通过信道编码来实现等。即有效性、安全性和可靠性。第三章模拟信号的数字化：抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散但幅度仍然连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间和幅度均离散的信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。在具体实现上，编码与量化通常是同时完成的，换句话说，量化实际是在编码过程中实现的。量化原理：设模拟信号的抽样值为m(kTs)，抽样值是一个取值连续的变量。将抽样值的范围划分成M个区间，每个区间用一个电平表示。则共有M个离散电平，称为量化电平，用这M个量化电平表示连续抽样值的方法称为量化。量化误差：将量化值（离散值）与抽样值（连续值）之间的误差称为量化误差，用e(kTs)表示。均匀量化：对于给定的量化器，量化电平数M和量化间隔∆都是确定的，量化噪声Nq也是确定的，信号的强度随时间变化（例如，语音信号）；当信号小时，信号量噪比也小。均匀量化器对于小输入信号很不利。非均匀量化：非均匀量化时，量化间隔随信号抽样值的不同而变化。信号抽样值小时，量化间隔∆也小；信号抽样值大时，量化间隔∆也变大。纵坐标y是均匀刻度的，横坐标x是非均匀刻度的，实现方法通常是采用压缩扩张技术，其特点是在发送端将抽样值进行压缩处理后再均匀量化。PCM基本原理：量化后的信号已经是取值离散的数字信号。A/D变换的最后一步是如何将这个数字信号编码。最常用的编码是用二进制的符号，如“0”和“1”表示此离散数值。把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制。数字图像：数字图像是通过其像素点来描述图像的，而像素又是三维空间、波长、时间、强度和色彩等参数的函数。信源编码：是对原始信源符号按照一定规则进行变换，以码字代替原始信源符号，使变换后得到的新信源符号（码元）接近等概分布，从而提高信息传输的有效性。定长码：一组码中所有码字的码长都相同；变长码：码中的码字长短不一；非奇异码：一组码中所有码字都不相同，即所有信源符号映射到不同的码符号序列；唯一可译码：若码的任意一串有限长的码符号序列只能被唯一地译成所对应的信源符号序列；奇异码不是唯一可译码、非奇异码可能是非唯一可译码或唯一可译码。非即时码：如果接收端收到一个完整的码字后不能立即译码,还需等下一个码字开始接收后才能判断是否可以译码；即时码：在译码时无需参考后续的码符号就能立即作出判断,译成对应的信源符号。任意一个码字都不是其它码字的前缀部分。即时码一定是唯一可译码、唯一可译码不一定是即时码、在非即时码中,有的码是唯一可译的,取决于码的总体结构。霍夫曼编码：当缩减信源的概率分布重新排列时，应使合并得来的概率和尽量处于最高的位置。第三章信息传输：将携带信息的信号通过媒体传送到目的地的过程。通信系统：由信源、信道、信宿、发送设备、接收设备和噪声源组成。信道：信号传输的通道，是连接发送端和接收端的通信设备，其功能是将信号从发送端传送到接收端。信道分类：根据传输信号的特性，分为1模拟信道2数字信道；根据传输距离的远近及作用，分为1用户线或接入信道2中继或长途传输信道；根据传输介质是否有形，分为1无线信道：利用电磁波（含光波）在空间中的传播来传输信号2有线信道：利用人造的传导电或光信道的媒体传输信号。（如电线、光纤）。有线信道的传输特性1)幅频传输特性：是信道在各频率下的衰耗与频率的关系曲线，它将影响信号的幅度衰减量。信道的理想幅频特性要求其通带内特性平稳，否则将导致信号幅度失真。2)相频传输特性：是信道在各频率下的相位移与频率的关系曲线，它将影响被传输信号的相位移。无线信道传输特性无线信道的传输媒介是自由空间，由电磁波携带信号。常用无线信道的通信方式有：调幅、调频广播、无线电视、微波通信、卫星通信、移动电话、无线寻呼等。无线通信所用的电磁波，根据频率的高低，或波长的长短，划分为不同的频段。各波长段的频率不同，波长不同，其空间传播特性就不一样，用途也就不同。信道中的噪声与干扰：信号在信道道传输中过程中，会遇到各种情况的干扰和噪声，包括各种各样来自系统内部的噪声与外部的干扰。系统内部噪声：1系统内部半导体器件中的少数载流子的随机扩散与电子-空穴对的随机复合运动产生散弹噪声；2通信设备中的元器件的热运动（绝对温度零度以上都有）产生白噪声。以上两种噪声是不可避免的，只能通过改良通信设备的工艺来避免或改善。系统外部的干扰：通信设备工作时，处于强电磁环境中1受到自然界雷电、太阳黑子活动等引起的电磁暴；2受其它无线电设备发射电磁波的干扰。这种外界干扰，可通过降低外界干扰源的干扰和增强通信设备的屏蔽能力来改善。加性噪声：叠加在信号上面传输的噪声，它与信道中传输的信号存在着相加的关系，与信道内信号有无没有关系。数字通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性指标：有效性指标常用信息传输速率、码元传输速率(符号速率)、频带利用率等表示；可靠性指标常用误码率和抖动容限表示。有线传输信道：有线信道的电磁能量被约束在某种传输线上传输，包括平行导体传输线、同轴电缆传输线、微带传输线、波导传输线、光纤传输线等。无线传输信道：无线信道的介质是自由空间，电磁波在大气层、电离层或外层空间传送，如短波电离层、散射信道、微波视距信道、卫星远程自由空间的恒定参数信道等。地波传播的缺点如下：(1)地波传播需要很大的发射功率。(2)地波传播的频率限制在甚低频、低频以及中频范围内，并且需要大尺寸的天线。(3)地面损耗随表面材料不同会发生明显变化。地波传播的优点如下：(1)地波传播可提供足够大的功率，地波用于世界上任何两地之间的长距离通信。(2)大气条件的改变对地波传播基本上不产生影响。空间波：空间波包括直射波和地面反射波。直射波在发射天线与接收天线之间以直线传播。以直射波传播的空间波称为视距传输，地面反射波是在发射机和接收机之间靠地球表面对波的反射进行传播的。为了增加在地面上的传播距离，最简单的办法是提高天线的高度，从而增大视线距离。天波是朝着天空辐射并凭借电离层反射或折射回地面的。一般天波是在某一方向上相对于地球仰起一个很大的角度来辐射的电磁波。正是由于这个原因，天波传播的这种形式有时也称为电离层传播。基带模拟传输系统：若某传输系统直接传输f(t)信号，不再进行其它变换，这种传输系统就称为基带模拟传输系统。高频窄带模拟传输系统：对信源端发出的电信号进行一些调制的变换，将频率搬移到某高频率载波附近，使f(t)成为已调信号S(t)的传输系统，称为高频窄带模拟传输系统。调制：从消息变换过来的原始信号具有频率较低的频谱分量，这种信号在许多信道中不能直接传输。因此，在通信系统的发送端通常需要调制过程。调制的目的：1对基带信号进行频率搬移使其适合在特定信道中传输2高无线通信时的天线辐射效率3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4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。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；非线性调制：频率调制和相位调制的总称，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。与幅度调制技术相比，非线性最突出的优势是其较高的抗噪声性能。AM：优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。主要用在中波和短波调幅广播。DSB调制：优点是功率利用率高，且带宽与AM相同，但设备较复杂。应用较少，一般用于点对点专用通信。SSB调制：优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM，而带宽只有AM的一半；缺点是发送和接收设备都复杂。SSB常用于频分多路复用系统中。VSB调制：抗噪声性能和频带利用率与SSB相当。在电视广播等系统中得到了广泛应用。FM：抗干扰能力强，广泛应用于长距离高质量的通信系统中。缺点是频带利用率低。PM：由载波的相位分量来携带信源的消息，以载波相位的变化表示信号f(t)幅度的变化。数字基带传输：所谓基带传输，是指不经过调制而直接将原始基带信号送到线路上进行传输的一种方式。数字基带码要满足的条件：①不含直流，且低频分量尽量少；②应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号。③码型应具有一定的检错(检测误码)能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。④设备简单、易于实现。编译码简单，以降低通信延时和成本。码间串扰原因：系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变并使前面波形出现很长的拖尾，从而对当前码元的判决造成干扰。数字频带传输：是指原始电信号在发送端先经过调制后，再送到线路上传输，接收端则要进行相应解调才能恢复出原来的基带信号。4种基本二进制数字调制方式：二进制幅移键控（2ASK）就是数字信号“1”和“0”的振幅调制，换句话说，是利用载波的振幅变化去携带信息，而载波的频率、相位都保持不变。二进制频移键控（2FSK）频移键控就是数字信号频率键控，换句话说，是利用已调波的频率变化去携带信息，而载波的振幅和相位不变。二进制相移键控（2PSK）相移键控就是数字信号相位控制，换句话说，是利用已调载波信号的相位去携带数字信息。而载波的振幅和频率都不变化。二进制相对相移键控（2DPSK）所谓相对调相，不是像绝对调相那样对应数字信号“1”和“0”以固定的相位关系，而是一种相对的关系。其调制规律如下：当遇到基带信号“1”码时，载波的相位相对于前一个码元相位改变π(即倒相)，当遇到“0”码时，载波的相位相对于前一个码元相位不变，当然此规律也可反而用之。利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称