天津大学通信原理总结

第一章绪论1.信号的时频表现:任何信号都可分解为一系列正弦波，对于周期信号一般用傅立叶级数分解的方法，而对于非周期有限能量信号，它们的时间频率关系可用傅里叶变换来分析。2.通信系统是指完成信息传输的全部设备和传输媒介3.通信系统基本模型（会补充框图，了解每个过程的实现方式和目的）信源：首先产生消息，并将消息变换成电信号。发送设备：将信源产生的携带信息的电信号转换为适合于在信道中传递的形式。调制目的：提高频率，便于辐射；实现信道复用；提高系统的抗干扰能力信道：传输媒介或途径。（通信系统性能的优劣主要取决于信道特性）噪声源：信息在传递过程中受到的干扰。接收设备：是对发送信号的反变换。将接收信号转换为信息信号。收信者：把信息信号还原为相应的消息。4.模拟通信系统：传输的信号是模拟信号。（注意调制器和解调器）5.数字通信系统：传输的是数字信息，侧重点是编解码。信源编码：包括A/D转换和数据压缩，主要目的是提高系统的有效性。信道编码：增加系统的冗余度，提高系统的可靠性。6.信息的度量（一定要会计算）信息量与消息发生的概率密切相关，即消息发生的概率越小，则消息包含的信息量越大。常用的是a=2，单位为比特。信源熵：某信源可能发出多个消息符号，每一条消息符号的平均信息量。掌握信息量和平均信息量的计算，掌握进制的换算7.衡量通信系统的性能指标有效性可靠性模拟有效带宽输出信噪比数字传输速率（传码率，传信率）差错率（传码率，传信率）本章内容为基本通信系统，模拟通信系统，数字通信系统的框图；信息量的相关计算；通信系统的性能指标。第二章信道1.信道是指以传输媒质为基础的信号通道。广义信道除了包括传输媒质外，还包括通信系统有关的变换装置。广义信道按照它包括的功能，可以分为调制信道、编码信道等。2.信道模型信道的数学模型可用以下公式表示：(t)ie是输入的已调信号；0(t)e是信道输出；(t)n是加性噪声（与(t)ie无关）。恒参信道：信道参数不随时间变化，即信道参数是固定的或变化极为缓慢的。随参信道：信道参数随时间随机快速变化。3.恒参信道是一个非时变线性网络，该网络的传输特性可用幅度-频率及相位-频率特性来表示。引起的失真可以通过信道均衡加以改善幅频特性：网络对不同频率信号幅度衰减(或增益)特性。（要求为常数）相频特性：网络对不同频率信号的相位延迟特性。（要求呈线性）4.变参信道变参信道的参数随时间变化。多径传播：由一点出发的电波可能经多条路径到达接收点的现象。衰落：由信道的时变特性而引起的信号幅度的起伏、波动。现代通信系统采用分集接收技术抗衰落。(随机过程没讲)5.信道的加性噪声热噪声是在电阻一类导体中，自由电子的布朗运动引起的噪声。白噪声是指它的功率谱密度()nS在全频域(,)是常数6.信道容量（大题）香农公式（Shannon）2log(1S/N)ICBTC是信道容量Capacity，I是信息量Information，T是传输时间Time，B是带宽Band，S/N是信噪比Signal/Noise。注意：信噪比有时会用dB给出，注意换算。(10logN)dBN例题见书P232-14答案为25s本章的内容为信道定义和分类；信道的数学模型；恒参信道的概念和传输特性；信道容量的相关计算。第三章模拟调制系统1.调制是用基带信号的变化规律去控制载波某些参数，使这些参数按照调制信号的规律变化的过程。按载波分：正弦波调制（连续波调制）和脉冲调制按方式分：模拟（连续）调制和数字调制。线性调制:在频谱结构上，已调信号的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。2.标准调幅(AM)标准调幅(AM)是指用信号(t)f去控制载波(t)C的振幅，使已调波的包络按照(t)f的规律线性变化。实现标准调幅主要是利用加法运算和乘法运算，其数学表达式为(P25)：000(t)[A(t)]cos()AMSft其中载波信号000(t)Acos()C老师的课件中没有考虑载波起始相位0，给出的时域表达式为：0(t)[Am(t)]cosAMcSt载波信号(t)coscCt对应频谱：1()[()()][M()()]2AMccccSM(建议一切以课件为主)数学模型可用下图表示：建议参考P26的图，了解AM的调制原理，以及信号在时域和频域的对应关系。AM信号的功率：22201(t)[A(t)]2AMAMPSmAM信号的功率利用率比较低。AM信号的解调：相干解调。数学模型如下：运算过程如下：00(t)S(t)cos(t)[Am(t)]cos(t)cos(t)1[Am(t)](coscos(2t))()2AMccccP用低通滤波器滤掉高频信号，并去除直流分量后，得：001(t)(t)cos()2mm当=时，01(t)(t)2mm3.抑制载波的双边带调制(DSB)为了提高调制效率，可将不携带消息的载波分量抑制掉，仅传输携带消息的两个边带。数学模型为：DSB时域表达式：(t)m(t)cosDSBcSt对应频谱：1()[M()M()]2DSBccS输入功率：21(t)2DSBPm4.单边带调制(SSB)为了提高信道利用率，采用的只传送一个边带的调制方式。直接方法是让双边带信号通过一个单边带滤波器。数学模型如下：5.调制系统抗噪声性能解调器的抗噪声性能的分析都基于下图的模型：(t)mS为输入端已调信号；(t)n为加性高斯白噪声；(t)in为白噪声通过BPF后的窄带噪声。用ioSS、分别表示解调器输入端和输出端有用的信号功率；用ioNN、分别表示解调器输入端和输出端的噪声功率。衡量解调器的性能用信噪比增益：/N/NooiiSGS21(t)2iSm、0iNnB、20(t)2iiSmNnBAMDSBSSBiS2201[A(t)]2m21(t)2m2(t)miN0nB0nB01/2nB/iiSN2200[A(t)]/(2nB)m20(t)/(2nB)m202(t)/(nB)moS21(t)4moN14iN=014nB018nB/ooSN20(t)/mnB202(t)/mnBG22202(t)/[A(t)]mm216.角度调制系统未调制的正弦波可写作：(t)Acos(t)S(t)为瞬时相角，(t)为瞬时频率，二者关系为：(t)(t)(t)(t)dtddt相位调制：0(t)(t)(t)PMcmKm调相指数：PMmpAK调相波的最大相位偏移。频率调制：(t)(t)cfKmfK：调频灵敏度调频指数:fmFMmKA调频波的最大相位偏移。窄带调频(NBFM):6FM反之为宽带调频(WBFM)7.宽带调频带宽计算—卡森公式(老师说有大题)12(1)2()2(1)FMFMmmFMB功率分布：22FMAP与调制信号和调制指数无关。调频信号产生：直接调频法和倍频法（阿姆斯特朗法）02112121121(n)FMFMnnnnn8.频分复用（FDM）指按照频率的不同来复用多路信号的方法。信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。N路频分复用信号总带宽计算：(1)mgBNfNfmf为单信道带宽，gf为保护间隔。第四章信源编码1.信源编码：完成模/数转换和数据压缩2.A/D转换过程（可能填空）抽样：将模拟信号转换成时间离散，幅度连续的时间离散信号。量化：将幅度连续的时间离散信号转换成时间离散、幅度离散的信号的过程。编码：把经量化得到的信号电平值转换成数字代码的过程。3.理想低通信号抽样定理：采用理想冲激序列抽样一个频带有限的低通信号(t)f，其最高频率为mf，则它可以被分布在均匀时间间隔ST上的抽样至唯一确定，且抽样间隔满足：12SmTf最大抽样间隔ST叫奈奎斯特间隔，最小抽样角频率2SST叫奈奎斯特速率4.自然抽样（PAM：脉冲幅度调制）：采用矩形脉冲序列抽样。5.脉冲编码调制（PCM）：脉冲编码调制:对模拟信号进行抽样、量化和编码的过程。为有损变换。均匀量化：把输入信号的取值域按等距离分割的量化。量化间隔：baMM为量化电平数量化噪声功率：212qN量化信噪比：21oqSMN，每增加一位量化编码，量化信噪比可提高6dB6.增量调制（M）：s()(-T)iqiftft编码为“1”；s()(-T)iqiftft编码为“0”7.时分复用（出大题，计算）按照一定的时序依次循环地传送各路消息的方法，称为时分复用(TDM)，或称时分多路复用。一帧：在一个抽样周期ST内，由各路信号的一个抽样值组成的一组脉冲。时隙：每路相邻两个抽样脉冲之间的时间间隔称为一个时隙，用1T表示防护时隙：用来避免邻路抽样脉冲的相互重叠的时间间隔，用g表示1SgTTN传输TDM_PAM信号所需的带宽:mBNf，mf为每路信号的最大频率带宽计算（结合抽样和量化）：BSRnfNn为量化比特数；Sf为抽样频率；N为复用路数。第五章数字信号的基带传输数字信号的传输分为基带传输和频带传输，基带传输是指基带信号直接在信道中传输，频带传输指基带信号经载波调制后再在信道中传输。1.基带传输的常用码型（P113）二元码指电平有两种取值：1和0；三元码指信号幅度有三种取值：+1，0和-1。单极性不归零码：用正电平和零电平分别代表“1”码和“0”码。双极性不归零码：用正负两个电平分别代表“1”码和“0”码。不能提取同步信息。单极性归零码：用脉冲宽度小于码元宽度的高电平表示“1”，零电平表示“0”，有码元间隔，可以提取同步信息。2.基带传输系统组成框图：3.奈奎斯特第一准则满足无码间串扰基带传输的充要条件是基带传输特性为：-10,1i，奈奎斯特带宽：码间串扰传输给定码元速率信号时所需的最小带宽1222SBNSfRBT奈奎斯特速率:给定带宽(NR)系统无码间串扰时的最高码元传输速率12BNSSRBfT(ST为奈奎斯特间隔)频带利用率：单位频带内的平均码元传输速率2(B/Hz)BNRB升余弦信道带宽：(1)NBB4.部分相应系统（名词解释题）（2）奈奎斯特第二准则：有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间串扰，而在其余码元的抽样时刻无码间串扰，就能使频带利用率提高并达到理论上的最大值，同时又可以加快“拖尾”的衰减速度，降低对定时精度的要求。5.眼图：用来分析码间串扰和噪声对系统的影响；最佳抽样时刻为眼睛张开最大时刻。6.均衡：在基带系统中插入一种可调(或不可调)滤波器，以校正或补偿系统特性，减小码间串扰的影响。第六章数字信号的载波传输数字信号的调制方式包括：幅移键控(ASK)，频移键控(FSK)和相移键控(PSK)第九章信道编码1.信道编码（也称为纠错编码或者差错控制编码）通过增加信号的冗余度，提高系统的可靠性。2.有扰离散信道编码定理：对于一个给定的有扰信道，若信道容量为C，只要发送端以低于C的速率R发送信息，则一定存在一种编码方法，使编码错误概率eP随着码长n的增加，按指数下降到任意小的值，可表示为：(R)nEePen为码长，(R)E为误差指数。3.检错和纠错编码的基本原理：信道编码的基本思想是在被传送的信号中附加一些监督码元，并在信息码元和监督码元之间建立某种校验关系。当这种校验关系因传输错误而被破坏时，利用已经建立的校验关系，就可以发现错误并予以纠正。信道编码的检错或纠错能力是以增加信号的冗余度来获得的。4.分组码:将信息码分组，为每组信息码附加若干个监督码元的编码。5.码距、编码效率和编码增益码重：在分组码中，我们把一个码字中“1”的数目称为码字的重量，用W表示。码距(汉明(Hanming)距离):两个等长码字之间对应位置上具有不同的二进制码元的个数，用d表示。最小码距：一个编码的码组集合中，任何