通信原理学习指导 蒋青 pdf

通信原理 学习指导 蒋青 答案8.].1偏移四柑札移键控()QPSK)…………………………1378.1.2x/4阿相相移键掉(π/4QIsK)■■■·■■·■●··p咖·咖·中血t息氇自看d晷■■■—■■郾看口■看■■■■■晶晶晶8.1.3MSK谢制………………1388.1.4〔iMK调制郾■■■↓■↓喝·喜bd上會會■會會會自白會1408.1.5正交幅度调制〔QLM)1418.1.6!交频分复用(LM)1418.2典型例题……+…4414283习题诉解■_db第9章信道绵码■■■■司罪司↓↓c冒『■冒!■■1重点难点…中鲁自电号■晶L4昌香■■■血即■●@咖■■■1519.1.1乍道编码的基本概念………自■即着4晶↓■日·◆會鲁自■曾血自曾■一血即总!"L519.1.2线性分组码中山■··聊d幽卓P曾■晷血自自■■西晶■d西m·甲甲曾■■1510.1.3循环码■■q■日晋晶司44dd口a·:F··D自〓:品4‘吾‘="=--1533.1.4卷积4即自自■■■■早■嘈自甲卧备晶甲■1549.2典型例题d■d山口■↓最Ldd-甲甲平·自■■音口日日『鲁p和自费亡自9.3习题详解P肀■昏■■看聊血白■■如伽p唱44自b一一■■甲…";…"………159第蝨章同步系统·■口·■斷甲44血晕■■·聊看●自·■·日■……………1670.1重点难点…………………………………■■■最冒1(.t..波同玮■■醫■■■凸山■画画画16710.1.2位同步.44+h·=-日日日;日I吾44吾山tI日a·2L日日早吾+b日4鲁■■酽■■■■■d16810.1.3群同步■■即罩●●啁16910.1.4网同……………,,217110.2典型例题………■■『kbbb1723习趑详解早·●中唱号冒■■■·如白■■■聊聊●口模拟试题■■毛↓L↓e画■■■■■卩早17了模拟试题二44·自··L日4444吾+血由日即日日b早4卧卜早■44晶‘=二中·■■■马甲·冒b■■备啁模拟试题三-P·■日·日·■··血■■■■中曾P;■■■目■▲■山西回当甲■■!■■_d目罪■■■■▲■●↓b唱甲昏昏晶18楼拟试题四■■■口■■·■■■■·■■▲●4↓鲁自口■■■b·〓·■■甲喟■■曾■“晶最↓●↓日■即◆●·4甲昌品■184模拟试题五…鲁會鲁模拟试题一答案"………………………19模拟试歇二答·■■■■■■鲁PP喟吾■■■■b如白画192模拟试题三答案…暗··自日◆■·◆·自■■吾日目↓●·↓+口■·日甲命咖自↓b白·甲甲P自曲■血■模拟试题四答案&·命a由·日.b4吾—d日··107摸拟试题五答案19附录傅里叶变换…·4B4吾+.·4··-导4由+十·甲4··P自自自品‘4t………202参菪文献…z04课后吧KEHOU8. COM第1章绪论1.1重点难点1.1基本概念1.通信:通信就是异地间人与人、人与枧器、机器与枧器进行信息的传递和交换。通信的目的在于信息的传递和交换2.信息:信息是人类社会和自然界中需要传递、交换存储和提取的抽象内存。由于信息抽象的内容,为了传递和交换信息:必须通过语言、文字、图像和数据等将它表示出来,即信息通过消息来表示。3.消息:消息是信息的载荷者。消息有不同的形式,例如语言、文字、符号、数据、图片等。4.信号:信号是消息的表现形式,消息是信号的具体内容。信号是消息的载体,是表示消息的物理量5.通信系统:我们把实现信息传输过程的全部设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统。1.1.2通信系统模型般模型我们把实现信息传输所需切设备和传输媒介所成的总体称为通信系统。以点对点通信为例,通信系统的—殼模型如图1-1所示信息发送设备信道接收设备受信者噪声源一,m图11通信系统的一般模型发送设备的作用一方面是把信息转换成原始电信号,该原始电信号称为基带信号;另一方面将原妡电信号处玊成适合在佇道中传输的信号,即进行编码、调制等信道是指信号传输通道,按传输媒介的不同,可分为有线信道和无线信通两大类接收设备的功能与发送设备相反,即进行解调、译码等。以的任务是从带有T扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号,并将原始电信号转换成相应的信息,提供给受信者。2.馍通信系统樸型传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。如图1-2所示信变换器放大调制器信道放大(解调器逆变换器受信者声源一■上m图12模拟通信系统模盥变换器将语音信息变成电信号(模拟信源),然后电信号经放大设备后可以直接在信道中传输。为了提高频带利用率,使多路信号同时在信道中传输,原始的电信号(基带信号)一般要进行调制才能传输到信道中去。调制是信号的一种变换,通常是将不便于信道直接传输的基带信号变换成适合倍道中传输的信号、这·过程由调制器完成,经过制后的信号称为已遞信号。在接哎端,经解调器和逆变换器还原成语信息数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通系统,如图13所示。信源逆换译器数字信源噪声源图.芍数子逅信粪统模型变换器的作用是把信息转换成数基带信号信源妈的主要任务是提高数字信号传输的有效性。接收端信源译码则是佁源编码的逆过程。信道编码的任务是提高数宇信号传输的叫靠性。接收端信道泽码是其相反的过程数字通信系统还有-个非常重的控制单元,即同步系统(图13没有出)。它可以使通信系统的收、发两端或整个通信系统,以精度很高的时钟提供定时,以使系统的数据流能与发送端冋步、有序而准确地接收与恢复原信息信息及其度量遁倌系统传输信息的多少采用“信息量”来度量2课后吧KEHOU8. COM1.单符号离散消息x的信息量单符号离散消息x的信息量I与消息x出现的概率p(c)的关系式为→gaⅠ代两种含义:当事件x发生以前,表示事件x发生的不确定性;当事件x发生以后,表示事件x所含有(或所提供)的信息量。信息量的单位由对数底a的取值决定。若对数以2为底时单位是“比特”(bt为 binaryunit的缩);若以c为底时单位是“奈待”(mat为 nature unit的绵写);若以10为底时单位是“哈特”(Har为 Harle的缩写)。通常采用“比特”作为信息量的实用单位。2.多符号离散消息序列的信息量设离散信息源是由”个符号组成的集合,称符号集。符号集中的每一个符号x2在消息中是按一定概宰p(x:)独立出现的,又设符号集中各将号出现的概率为(1),p(x2)旦有>p(x:)=1力(、n于足;该后源鍔个符号所令信息量的统计平均值,即平均信息量(又称信源的熵〕为H(x)=-∑p(x,)logp(x;)(bi符号)当离散信源的母一符号等概率出现时,即p(x)=1n(12,…,),此时的熵最大。最大熵值为log2n(bit/符号)。1.L.4逦信系统的主要性能指标通信的有效性和可靠性是通信系统中最主要的性能标。所谓有效性,是指消息传输的“速度”问题可靠性主要是抟消息传输的“质量”问题。在实际通信系统中,对有效性和可靠性这两个指标的要求经常是矛盾的,高系统的有效性会降低可靠性,反之亦然。因此在设计通信系统时,对内者应统筹考○模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带来表。模拟通信系统的可靠性指标用整个追信系统的输出信噪比来衡量。信噪比是信号的乎均功率S与噪声的平均功率N之比。揞噪比越高,说明噪戶对信号的影响越小。显然,信噪比越高,通信质量就越好。数宇通信系统的有效性指标用传输速率和频带利用率来表征。传输速堀传输速率有两种表示方法:码元传输速率K和信息传输速平R(1)码元传输速率R(又称为码元速率),筍称传码率,它是指系统每秒钟传送码元的数日,单位是波特(Baud),常用符号“Baud表示2)信息传输速率R(又称为信息速率),简称传信率,它是指系统每秒钟传送的量,单位是比特/秒,常用符号“bits”表示在N进制下,设信息速率为Rbit/s),码元速率为RB(Bnud),由于每个码元或行号通常都含有一定比特的信息量,因此码元速率和信息速率有确定的关系,即Rb= RENIGr) (bit/s)(1-3)3式中,H(x)为信源中每个符号所含的平均信息量(熵。当离散信源的每一个符号等概率出现时,熵有最人值lgN(b/符号),信息速率也达到最大,即R=Rlg2N〔bit!s)14或RBaud式中,N为符号的进制数,在二进制下,码无速率与信息速率数值相等,但单位不同。2.频带利用率7在比较不同通信系统的有效性时,单省它们的传输速率是不够的,还应看在这样的传输速率下所占信道的频带宽度。频带利用率有两种表示方式:码元频带利用率利信息频带利用率。码元频带利用率是指单位频带内的码元传输速率,即R弓(Baud/H21-6信息频带利用率是指每秒钟在单位频带上传输的信息量,即Rb(bps/H数字通信系统的可靠性指标用差错率来衡量。差错率越小,可草性越高。差错率也有两种表示方法;误码率和误信率误码率误妈率指接收到的错误吗儿数和总的传输码元个数之比,即在传输中出现错误码元的概率,记为P.=接收的错误码元数传输总妈儿效(1-8)2.误信率误信率又叫误比特率,是指接收到的错误比特数和总的传输比特数之比,即在传输中出现错误信息量的概率,记为P一接收的错误比特数(1-91.1.5信道及其容量1.信道的定义与分类信道是以传输煤质为基础的信号通道。它可分为狹义信道和义信道。(1)鍥义信道:指信号的传输媒质。如对称电缆、同轴电缆、超短波及傲波视距传播路径、短波电离层反射路径、对流层散射路径以及光纤等2)广义信道:将传输媒质和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起,包括发送设备、接收设备,馈线与天线、调制器等部件和电路在内的传输路径或传输通路,这种范用扩大了的道称为广义信道广义信道按照它包含的功能,可以划分为调制信道与编码信道。调制信道:指图14中调制器输出端到解调器输人端的部分。4课后吧KEHOU8. COM收扮入转转译|粉出制码器换器器制信遥码信道凼14讲制倌遁和繃码信道编码信道:指图1-4咔编码器輪出端到译码器输入端的部分2.掊道数学模型(1)调制信道模型调制信道可以用一个线性时变网络来表示,如图15所示。图15中输人与输出之问的关系可以表小为Fa(e)=fLe; (t)tn(t)=k()e:(t)+n(t1-10)式中,e(t)是输入的已调信号;(t)是信道的输出;n(t)为加性噪声(或称加性干扰),它与e(t)不发生依赖关系,或者说,n(t)独立于e(t)。白式(110)可见,信道对信号的影响可归纳为两点:一是乘性于扰k);二是加性干扰n()。如果了倸了k()和n(t)的特性,则信道对信号的具体影响就能确定。信道的不同特性反映在信道模型上有不同的k()和n(t)在分析研究乘性干扰k(t时,可以把调制信道粗略地分为网大类:一类称为恒参信道(恒定参数信道),即它们的是(t)可看成不随时间变化或变化极为缓慢;分一类测称为随参信道(随机参数狺道,或称变参信道〉,其k(t)随时间随机快变。(2)编码信道模型编码信道的模型可用数字信号的条件转移概率来描述。在常见的二进制数字传输系统中,编码信道的符单模型如图1-6所示。之所以称这个模型是“简单的”,是因为已经假定此码信道是无记忆信道,即前后码元的差错发生是相互独立的。P(() oP(0E,(门线生时变网络()P(!p(l/l)图1-5调制信道模型图1-6二进制编码信道棋型图1-6的模型中,P(0)和P(1)分别表示发送“0”符号和“1”符号的先验概率P(00)与P(11)是正确转移的概率,而P(1/)与P(01)是错误转移的糯率由概率论的性质可知P(01()+P(/)=1r(1/1)+P(0O/1)由于编码信道包含调制信道,且它的特性也紫密地依赖于调制信道,故我们主要讨论调制信道特性对信号传输的影响。3.调制信道特性对信号传输的影响(1)恒参信道对信号传输的影响l于怕参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的,因此,其传输特生可以等效为一个线性时不变网络,该线性网络的传输特性可以用幅度一颗率特件H(a)~a和相位频率特性.q(a)--a来表征由线性网络传输特性H()的衣达式H()=|H()111)知,要使任意个信号通过线性网络不产生波形失真,网络的传输特性H(a)应该具备以下两个理想条件:①网络的嗝度一频率特性I(o)是-个不蓢频率变化的常数,如图1-7(a)所示,其中A为常数。四网络的相位一频率特性g(m)应与频率成直线关系,如图:7(h)所示,其中K为常数网络的相位一频率特性常用群付延频率特性x()米表示。所谓群时延一频特性是指相位频率特性的寻数,即(1-12)可见,对于理想的无失真信道,如果柑颗特性是线性的,则群时延一频率特性是一条水平直线,如图|7(c)所示I f Icr)4p)4(a幅一啭性b杆—颍特性:群时延一频率特性图1-?理想的幅频特性,相颗种性、群时筵一巫特性片号经过恒参信道时,若信道的幅度特性在信号频带内不是常数,则倍号的各频率分量通过信道后将产牛不同的嗝度衰减,从而引越信号波形的失真,我们称这种失真为幅一频尖真:幅频尖真对模拟通信影响较大,导致信噪比下降若信道的相频特性在信号频带内不是频率的线性函数,则信号的各频率分量通过信道后将产生不同的时延,从而引波形的群时延失真,我们称这种失其为相一频失真。相一颜失真对语首通信影响不大,但对数字通信影响较人,会引起严重的码间于扰,造成误码。(2)随参信道刈信号传输的影唤随参信道的参数随时问随机快速变化,所以它的特性比恒爹信道要复杂,对传输信号的影响也较为严重。影临信道特件的主要因素是传输蘖介,如电离层的反射和散射,对流层的辙射等。阡参信道的传输媒质有以下:特点①对信号的哀耗随时间而变化②传输的时延随吋河而变化;③多径传播多径传播对信号传输质量的影响最大。由发射点出发的电波可能经多条路径到达接收课后吧KEHOU8. COM点,这种现象称为多径传播,如图18所示。巾干每条路径对信号的衰蒋和时延都随电离层和对流层的机理变化而变化,所以接收信号将是衰减和时延随时间变化的各路径信号的合成电离层对流层散射收〔)电离坛反(b)刘流层改射K1-8多径传蒲小意图多径传播对信号传输的影唰有①瑞利玆落(快衰落)。从波形上看,多径传播的结果使发射信号Acst变成∫包终和相位随机缓慢变化的窄带信号,这样的信号称之为衰落信号,如图F9(a)所示。②频率弥。从频普f:看,多径传播引起了频率弥散,即山单个频率变成了一个窄带频谱,如图19(b)所示。波形)4"(12+d2-1频谱b图+落信号的波形与诸示图③频率选择性哀落第①、⑧两个彯响是假设发射单一顺率止弦信号Ac(smnt,它经过n条路径传播到接收端,则接收号R(t)可用下式表示K(t)=v()cos.ontg()」V(t)是合成信写R()的包络,g(t是合成信号R(t)的相位多径位播不仅会造成上述的衰落和频率弥散,同时还可能发生撷率选择性衰潜。所谓频率择性衰落是指随参信道对不同频率的信号的衰减大小不同,且是随时间变化的设信道最大多径时延差为zx,则定义多径传播信道的相关带宽为1-14相关带宽表示信道传输特性相邻两个零点之润的频率问隔。如果信号的带宽比相关带宽宽,则将广尘严重的颍率选择性衰落。为了减小频率选择性衰落,就应使信号的带宽小于相关带宽。在工程设计中,为了保证接收信号质量,通常选择信号带宽为相关带宽的1/5~13随参信道的衰落,*会严重地影响系统的性能。为了抗快衰落,通常可采用多种措施,