现代通信原理内容结构

第1章 知识结构图绪论通信基本概念名 词 术 语通 信 系 统通 信 发 展 趋信 息 及 其 度 量组成分 类通 信 方 式性 能 度 量模 拟 通 信 系 统数 字 通 信 系 统重点内容： 本章为通信学科的基础入门知识。虽然简单，但很重要。 1.名词术语：码元，码元宽度，传码率，传信率。误码率，频带利用 率。信息量，平均信息量 注意：码元宽度用 Ts 表示。他只取决于信号的持续时间长度，而与 数字信号的波形无关，因此有关系式 RB=1/Ts。 2.基本性能度量指标： 有效性。模拟系统由信号占用带宽，数字系统有频带利用率。 可靠性。模拟系统为输出信噪比，数字系统为误码率 3.重点公式： 信息量计算公式，平均信息量计算，传信率与传码率的关系。信道狭义信道广义信道信道中的噪声有 线 信 道无 线 信 道调 制 信 道编 码 信 道 白 噪 声明 线同 轴 电 缆光 纤 及 波 导短 波 电 离 层 反 射对 流 层 散 射微 波 视 距恒 参 信 道随 参 信 道高 斯 噪 声有 记 忆无 记 忆高 斯 白 噪 声窄 带 高 斯 噪 声正 弦 信 道 加 窄 带 高 斯 噪 声无 失 真 传 输 条 件幅 频 和 相 频 畸 变多 径 衰 落 和 频 率 弥 散频 率 选 择 性 衰 落 和 相 关 带 宽噪声功率和信噪比信道容量山农公式减小畸 变措施信道特 性改善分集接收重要公式 S S  信道容量： C  B log2   1 1    B log2     N  n0 B 白噪声功率谱密度函数： Pn ( )  高斯噪声的概率密度函数： p( x)  相关带宽：Bc=1/τm(b / s)n0 21 2 (     )exp[ ( x  a) 2 ] 2 2模 拟 调 制 系 统幅度调制（线性调制）常规 双边 带调 幅的 调制 解调 频谱 及调 制效 率抑制 载波 的双 边带 调幅 调制 解调 频谱 及调 制效 率频 分 复 用角度调制（非线性调制）单边 带调 幅的 调制 解调 频谱 及调 制效 率残留 边带 调幅 调制 解调 频谱 及调 制效 率 产生频率 调制相位 调制窄带 调频宽带 调频解调产生解调线性调制的抗噪声性能 直 接 法 间 接 法 相 干 解 调 非 相 干 解 调 直 接 法 间 接 法 非 相 干 解 调调 频 系 统 的 抗 噪 声 性 能相干解调的 抗噪声性能包络检波的 抗噪声性能重点公式调制定理：m（t）cosω ct←→1/2[M（ω -ω c）+M（ω +ω c）] 输出信噪比： 输入信噪比：S o 解调器输出有用信号的 平均功率  No 解调器输出噪声的平均 功率S i 解调器输入已调信号的 平均功率  Ni 解调器输入噪声的平均 功率So / No Si / N i调制制度增益： G 卡森公式，单音调频波调频指数的计算。难点在于系统性能分析，包括各种模拟调制系统的带宽、制度增益、抗噪性能分析，应掌握各类 调制方式的计算公式。数 字 基 带 传 输 系 统数字基带 信号码型数字基带 信号波形数字基带 信号频谱减小码间 串扰措施码 型 设 计 原 则常 用 传 输 码 型无码间干扰 时域条件无码间干扰 频域条件判断系统有无码间干扰眼 图 参 观 调 节均 衡 技 术部 分 响 应 技 术频带利用率  、码元传输速 率 R B 和带宽 B 的计算无码间串扰基带系 统的抗噪声性能重点内容：1.本章要求掌握数字基带传输系统结构，数字基带信号及其频谱特性，包括数字基带信号的 各种类型及它们的特点，基带传输常用的码型以及各种码型的特点，适用范围。 2.重点理解码间干扰的定义及无码间干扰的基带传输特性， 学会判断所给的基带传输特性是 否满足无码间干扰的要求； 3.了解部分相应系统是如何在某些抽样点有目的地引入码间干扰，从而能在高频带利用率与 “尾巴”衰减小，收敛慢这对矛盾中取得平衡的。 4.掌握无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能并熟悉其推导过程； 5.熟悉时域均衡的基本原理及简单应用。重点公式1.数字基带信号功率谱密度：Px ( )  f b p(1  p) G1 ( f )  G2 ( f ) 2.奈奎斯特第一准则：2m  fb pG1 (mfb )  (1  p)G2 (mfb )2 ( f  mfb )1(或常数) 时域条件： h(kTb )   0H eq ( )   H (  频域条件：ik 0 k 02i  常数（比如Tb）    / Tb ) （ R B  1/ Tb ） ； W1=1/2Tb Tb    / Tb  0或 H eq ( )  H (  2 RiB 常数（比如Tb）    RB i)      RB  03．基带传输总特性H（ω ）为：理想低通特性H ( ) Tsh(t )1Ts0 （a）TsTs0 （b）Ts2Ts 3Tst Ts , H ( )  H eq ( )   0, 定义奈奎斯特带宽： BTs0h(t )  Sa其他T st1 2 fb或W1=1/2(RBmax )对于无码干传输速率 R s =1 /T s Baud， 或极限所需的最小带宽是 Rs/2 Hz，即为理想低通传输特性带宽。 奈氏速率RBmax ：基带系统以奈奎斯特带宽无码干传输的最高传码率为奈氏速率RBmax 最高频带利用率：此时的最高频带利用率为2Baud/Hz。 若传输的是二进制码元，二进制码元速率Rs与信息速率Rb在数量上相等，二进制码元的信 息频带利用率的最大值为2bit/（s· Hz） 。 若码元为M元码，则信息频带利用率为2lbM bit/（s·Hz）这是基带系统传输M元码所能达 到的最高信息频带利用率。 4. 基带传输总特性H（ω ）为：余弦滚降系统H ( ) 0记为R s =1 /T s Baud。只有在奈氏速率RBmax速率或1/n(RBmax)下，才能做到无码间干扰。h (t ) 1Tb 00.5 10.75 0.51.0f0W12W101 1 2W1 W1t TS ,   T  T H ( )   S [1  sin S (   )], 2 TS 2  0,  0  (1   ) TS (1   ) (1   )   TS TS (1   )  TSh t  sin  t / TS cos  t / TS   t / TS 1  4 2t 2 / TS2系统采用滚降系数为α 的滚降设计后，需额外花费 100% ×α 的带宽， 即所需带宽是 (1 +α ) Rs/ 2 。 此时的频带利用率：  R B / B 2 1 0    1（Baud/Hz）二元及多元码的信息频带利用率为 2lbM /(1 +α ) ( bit/s·Hz) 5. 无码间干扰基带传输系统的抗噪声性 双极性信号误码率： Pe  单极性信号误码率： A 1 1 1 P(0 / 1)  P(1 / 0)  erfc  2 2 2 2 n     Pe  A  1 1 1  P(0 / 1)  P(1/ 0)  erfc  2 2  2 2 2 n  最佳判决门限电平：双极性信号为 0 单极性信号为 A/2 9.13 一个理想低通滤波器特性信道的截止频率为1MHz，问下列情况下的最高传输速率； (1) 采用2 电平基带信号； (2) 采用8 电平基带信号； (3) 采用2 电平α = 0.5的升余弦滚降频谱信号； (4) 采用7 电平第I 类部分响应信号。 解： （1）采用2 电平基带信号，最高传输速率为1×2= 2Mb / s (2) 采用8 电平基带信号，最高传输速率为2log28×1= 6Mb / s (3) 采用2 电平 0.5升余弦滚降频谱信号, 最高传输速率为 1×（1 /1+α ）=1.33Mb / s L-1= 7，L=4 采用7电平第I类部分响应信号，最高传输速率为2×2×1= 4Mb / s模 拟 信 号 的 数 字 化脉冲编码调制（PCM）系统增量调制 (M)系统时分复用抽 样量 化编 码抽样 定理脉冲振幅 调制PAM均匀 量化非均匀 量化A律 13折线抗 噪 声 性 能编 译 码 思 想自 然 采 样平 顶 采 样曲 顶 脉 冲 调 幅平 顶 脉 冲 调 幅信 噪 目 比 的 计 算A 律编 码  和 译 律 码 原 理编 码 器 和 译 码 器过 载 特 性 和 编 码 的 动 态 范 围量 化 误 差 和 抗 噪 声 性 能改 进 型 的 增 量 调 制P A M 时 分 复 用 原 理时分复用 PCM系统32 路 P C M 帧 结 构24 路 P C M 帧 结 构高次群重点公式采样定理：低通信号： f s  2 f H 量化信噪比：Sq Nq E xkTS   x q kTS 2 kTS  E xq2   10 lg M 2  20 lg M  20 lg 2 k  20k lg 2  6k dB   增量调制不发生过载现象条件： K    f s分贝表示量化信噪比：  Sq N  q数 字 信 号 的 频 带 传 输二进制数字调制多进制数字调制现代数字调制技术二进制 幅度键控二进制 频移键控二进制 相移键控二进制差分 相移键控2 A S K 原 理 和 实 现 方 法2 A S K 功 率 谱 和 带 宽2 A S K 信 号 的 解 调 方 法2 A S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能2 F S K 原 理 和 实 现 方 法2 F S K 功 率 谱 和 带 宽2 F S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能2 F S K 信 号 的 解 调 方 法2 P S K 原 理 和 实 现 方 法2 P S K 功 率 谱 和 带 宽2 P S K 信 号 的 解 调 方 法2 P S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能2 D P S K 原 理 和 实 现 方 法2 D P S K 功 率 谱 和 带 宽2 D P S K 信 号 的 解 调 方 法2 D P S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能模 拟 键 调 控 制 法 法包 络 检 波 法相 干 检 测 法模 拟 键 调 控 频 法 法包 络 检 波 法相 干 检 测 法过 零 检 测 法差 分 检 测 法模 拟 调 制 法键 控 法相 干 检 测 法模 拟 调 制 法键 控 法相 干 解 调 | 码 变 换 法差 分 相 干 解 调 法重点公式B 2 ASK  2 B s  2  2 fb Tb带宽： B2 FSK  f 2  f1  2 f bB 2 PSK  2 B s  2  2 fb Tb频带利用率：  2 DPSK   2 PSK  误码率：见书。1 ( Baud / Hz) ，2FSK最小。 2同步载波同步位同步群同步网同步插入导频法自同步法插入导频法自同步法 起 止 同 步 法 连 贯 式 插 入 法 间 歇 式 插 入 法抑 制 载 波 的 双 边 带 信 号 中 插 入 导 频残 留 边 带 信 号 中 插 入 导 频时 域 插 入 导 频 法平 方 变 换 法平 方 环 法同 相 正 交 环 法采 用 滤 波 法 提 取 位 同 步采 用 锁 相 法 提 取 位 同 步巴 克 码性能指标性能指标性能指标精 度同 步 建 立 时 间同 步 保 持 时 间相 位 误 差同 步 建 立 时 间同 步 保 持 时 间同 步 带 宽漏 同 步 概 率假 同 步 概 率群 同 步 建 立 时 间群 同 步 的 保 护差错控制编码的概念、原理、分类 最小码距d 0 与纠检错错码的关系常用的简单分组码线性分组码卷积码奇 偶 监 督 码行 列 监 督 码恒 比 码基本概念汉 明 码循环码监督矩阵 H 和生成矩 阵G 的表示 和关系循环码 的特点 汉 明 码 的 编 译 码 器错误图样 E 和校验子 S 的关系循环码 生成多 项式 g (x)检错和纠 错能力循环码 生成矩 阵G 和监 督矩阵 H 的构成循环编 译码器 的构造

第1章 知识结构图绪论通信基本概念名 词 术 语通 信 系 统通 信 发 展 趋信 息 及 其 度 量组成分 类通 信 方 式性 能 度 量模 拟 通 信 系 统数 字 通 信 系 统重点内容： 本章为通信学科的基础入门知识。虽然简单，但很重要。 1.名词术语：码元，码元宽度，传码率，传信率。误码率，频带利用 率。信息量，平均信息量 注意：码元宽度用 Ts 表示。他只取决于信号的持续时间长度，而与 数字信号的波形无关，因此有关系式 RB=1/Ts。 2.基本性能度量指标： 有效性。模拟系统由信号占用带宽，数字系统有频带利用率。 可靠性。模拟系统为输出信噪比，数字系统为误码率 3.重点公式： 信息量计算公式，平均信息量计算，传信率与传码率的关系。信道狭义信道广义信道信道中的噪声有 线 信 道无 线 信 道调 制 信 道编 码 信 道 白 噪 声明 线同 轴 电 缆光 纤 及 波 导短 波 电 离 层 反 射对 流 层 散 射微 波 视 距恒 参 信 道随 参 信 道高 斯 噪 声有 记 忆无 记 忆高 斯 白 噪 声窄 带 高 斯 噪 声正 弦 信 道 加 窄 带 高 斯 噪 声无 失 真 传 输 条 件幅 频 和 相 频 畸 变多 径 衰 落 和 频 率 弥 散频 率 选 择 性 衰 落 和 相 关 带 宽噪声功率和信噪比信道容量山农公式减小畸 变措施信道特 性改善分集接收重要公式 S S  信道容量： C  B log2   1 1    B log2     N  n0 B 白噪声功率谱密度函数： Pn ( )  高斯噪声的概率密度函数： p( x)  相关带宽：Bc=1/τm(b / s)n0 21 2 (     )exp[ ( x  a) 2 ] 2 2模 拟 调 制 系 统幅度调制（线性调制）常规 双边 带调 幅的 调制 解调 频谱 及调 制效 率抑制 载波 的双 边带 调幅 调制 解调 频谱 及调 制效 率频 分 复 用角度调制（非线性调制）单边 带调 幅的 调制 解调 频谱 及调 制效 率残留 边带 调幅 调制 解调 频谱 及调 制效 率 产生频率 调制相位 调制窄带 调频宽带 调频解调产生解调线性调制的抗噪声性能 直 接 法 间 接 法 相 干 解 调 非 相 干 解 调 直 接 法 间 接 法 非 相 干 解 调调 频 系 统 的 抗 噪 声 性 能相干解调的 抗噪声性能包络检波的 抗噪声性能重点公式调制定理：m（t）cosω ct←→1/2[M（ω -ω c）+M（ω +ω c）] 输出信噪比： 输入信噪比：S o 解调器输出有用信号的 平均功率  No 解调器输出噪声的平均 功率S i 解调器输入已调信号的 平均功率  Ni 解调器输入噪声的平均 功率So / No Si / N i调制制度增益： G 卡森公式，单音调频波调频指数的计算。难点在于系统性能分析，包括各种模拟调制系统的带宽、制度增益、抗噪性能分析，应掌握各类 调制方式的计算公式。数 字 基 带 传 输 系 统数字基带 信号码型数字基带 信号波形数字基带 信号频谱减小码间 串扰措施码 型 设 计 原 则常 用 传 输 码 型无码间干扰 时域条件无码间干扰 频域条件判断系统有无码间干扰眼 图 参 观 调 节均 衡 技 术部 分 响 应 技 术频带利用率  、码元传输速 率 R B 和带宽 B 的计算无码间串扰基带系 统的抗噪声性能重点内容：1.本章要求掌握数字基带传输系统结构，数字基带信号及其频谱特性，包括数字基带信号的 各种类型及它们的特点，基带传输常用的码型以及各种码型的特点，适用范围。 2.重点理解码间干扰的定义及无码间干扰的基带传输特性， 学会判断所给的基带传输特性是 否满足无码间干扰的要求； 3.了解部分相应系统是如何在某些抽样点有目的地引入码间干扰，从而能在高频带利用率与 “尾巴”衰减小，收敛慢这对矛盾中取得平衡的。 4.掌握无码间干扰基带传输系统的抗噪声性能并熟悉其推导过程； 5.熟悉时域均衡的基本原理及简单应用。重点公式1.数字基带信号功率谱密度：Px ( )  f b p(1  p) G1 ( f )  G2 ( f ) 2.奈奎斯特第一准则：2m  fb pG1 (mfb )  (1  p)G2 (mfb )2 ( f  mfb )1(或常数) 时域条件： h(kTb )   0H eq ( )   H (  频域条件：ik 0 k 02i  常数（比如Tb）    / Tb ) （ R B  1/ Tb ） ； W1=1/2Tb Tb    / Tb  0或 H eq ( )  H (  2 RiB 常数（比如Tb）    RB i)      RB  03．基带传输总特性H（ω ）为：理想低通特性H ( ) Tsh(t )1Ts0 （a）TsTs0 （b）Ts2Ts 3Tst Ts , H ( )  H eq ( )   0, 定义奈奎斯特带宽： BTs0h(t )  Sa其他T st1 2 fb或W1=1/2(RBmax )对于无码干传输速率 R s =1 /T s Baud， 或极限所需的最小带宽是 Rs/2 Hz，即为理想低通传输特性带宽。 奈氏速率RBmax ：基带系统以奈奎斯特带宽无码干传输的最高传码率为奈氏速率RBmax 最高频带利用率：此时的最高频带利用率为2Baud/Hz。 若传输的是二进制码元，二进制码元速率Rs与信息速率Rb在数量上相等，二进制码元的信 息频带利用率的最大值为2bit/（s· Hz） 。 若码元为M元码，则信息频带利用率为2lbM bit/（s·Hz）这是基带系统传输M元码所能达 到的最高信息频带利用率。 4. 基带传输总特性H（ω ）为：余弦滚降系统H ( ) 0记为R s =1 /T s Baud。只有在奈氏速率RBmax速率或1/n(RBmax)下，才能做到无码间干扰。h (t ) 1Tb 00.5 10.75 0.51.0f0W12W101 1 2W1 W1t TS ,   T  T H ( )   S [1  sin S (   )], 2 TS 2  0,  0  (1   ) TS (1   ) (1   )   TS TS (1   )  TSh t  sin  t / TS cos  t / TS   t / TS 1  4 2t 2 / TS2系统采用滚降系数为α 的滚降设计后，需额外花费 100% ×α 的带宽， 即所需带宽是 (1 +α ) Rs/ 2 。 此时的频带利用率：  R B / B 2 1 0    1（Baud/Hz）二元及多元码的信息频带利用率为 2lbM /(1 +α ) ( bit/s·Hz) 5. 无码间干扰基带传输系统的抗噪声性 双极性信号误码率： Pe  单极性信号误码率： A 1 1 1 P(0 / 1)  P(1 / 0)  erfc  2 2 2 2 n     Pe  A  1 1 1  P(0 / 1)  P(1/ 0)  erfc  2 2  2 2 2 n  最佳判决门限电平：双极性信号为 0 单极性信号为 A/2 9.13 一个理想低通滤波器特性信道的截止频率为1MHz，问下列情况下的最高传输速率； (1) 采用2 电平基带信号； (2) 采用8 电平基带信号； (3) 采用2 电平α = 0.5的升余弦滚降频谱信号； (4) 采用7 电平第I 类部分响应信号。 解： （1）采用2 电平基带信号，最高传输速率为1×2= 2Mb / s (2) 采用8 电平基带信号，最高传输速率为2log28×1= 6Mb / s (3) 采用2 电平 0.5升余弦滚降频谱信号, 最高传输速率为 1×（1 /1+α ）=1.33Mb / s L-1= 7，L=4 采用7电平第I类部分响应信号，最高传输速率为2×2×1= 4Mb / s模 拟 信 号 的 数 字 化脉冲编码调制（PCM）系统增量调制 (M)系统时分复用抽 样量 化编 码抽样 定理脉冲振幅 调制PAM均匀 量化非均匀 量化A律 13折线抗 噪 声 性 能编 译 码 思 想自 然 采 样平 顶 采 样曲 顶 脉 冲 调 幅平 顶 脉 冲 调 幅信 噪 目 比 的 计 算A 律编 码  和 译 律 码 原 理编 码 器 和 译 码 器过 载 特 性 和 编 码 的 动 态 范 围量 化 误 差 和 抗 噪 声 性 能改 进 型 的 增 量 调 制P A M 时 分 复 用 原 理时分复用 PCM系统32 路 P C M 帧 结 构24 路 P C M 帧 结 构高次群重点公式采样定理：低通信号： f s  2 f H 量化信噪比：Sq Nq E xkTS   x q kTS 2 kTS  E xq2   10 lg M 2  20 lg M  20 lg 2 k  20k lg 2  6k dB   增量调制不发生过载现象条件： K    f s分贝表示量化信噪比：  Sq N  q数 字 信 号 的 频 带 传 输二进制数字调制多进制数字调制现代数字调制技术二进制 幅度键控二进制 频移键控二进制 相移键控二进制差分 相移键控2 A S K 原 理 和 实 现 方 法2 A S K 功 率 谱 和 带 宽2 A S K 信 号 的 解 调 方 法2 A S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能2 F S K 原 理 和 实 现 方 法2 F S K 功 率 谱 和 带 宽2 F S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能2 F S K 信 号 的 解 调 方 法2 P S K 原 理 和 实 现 方 法2 P S K 功 率 谱 和 带 宽2 P S K 信 号 的 解 调 方 法2 P S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能2 D P S K 原 理 和 实 现 方 法2 D P S K 功 率 谱 和 带 宽2 D P S K 信 号 的 解 调 方 法2 D P S K 系 统 的 抗 噪 声 性 能模 拟 键 调 控 制 法 法包 络 检 波 法相 干 检 测 法模 拟 键 调 控 频 法 法包 络 检 波 法相 干 检 测 法过 零 检 测 法差 分 检 测 法模 拟 调 制 法键 控 法相 干 检 测 法模 拟 调 制 法键 控 法相 干 解 调 | 码 变 换 法差 分 相 干 解 调 法重点公式B 2 ASK  2 B s  2  2 fb Tb带宽： B2 FSK  f 2  f1  2 f bB 2 PSK  2 B s  2  2 fb Tb频带利用率：  2 DPSK   2 PSK  误码率：见书。1 ( Baud / Hz) ，2FSK最小。 2同步载波同步位同步群同步网同步插入导频法自同步法插入导频法自同步法 起 止 同 步 法 连 贯 式 插 入 法 间 歇 式 插 入 法抑 制 载 波 的 双 边 带 信 号 中 插 入 导 频残 留 边 带 信 号 中 插 入 导 频时 域 插 入 导 频 法平 方 变 换 法平 方 环 法同 相 正 交 环 法采 用 滤 波 法 提 取 位 同 步采 用 锁 相 法 提 取 位 同 步巴 克 码性能指标性能指标性能指标精 度同 步 建 立 时 间同 步 保 持 时 间相 位 误 差同 步 建 立 时 间同 步 保 持 时 间同 步 带 宽漏 同 步 概 率假 同 步 概 率群 同 步 建 立 时 间群 同 步 的 保 护差错控制编码的概念、原理、分类 最小码距d 0 与纠检错错码的关系常用的简单分组码线性分组码卷积码奇 偶 监 督 码行 列 监 督 码恒 比 码基本概念汉 明 码循环码监督矩阵 H 和生成矩 阵G 的表示 和关系循环码 的特点 汉 明 码 的 编 译 码 器错误图样 E 和校验子 S 的关系循环码 生成多 项式 g (x)检错和纠 错能力循环码 生成矩 阵G 和监 督矩阵 H 的构成循环编 译码器 的构造