通信的基本概念

◆通信的基本概念

通信----

由一地向另一地进行消息的有效传递

信道----

载荷着信息的信号所通过的通道(或称媒质)

◆

信息及其度量 信息---- 传输信息的多少可直观地使用“ ”进行衡量 ◆信息及其度量 信息----指消息中包含的有意义的内容 传输信息的多少可直观地使用“信息量”进行衡量

消息中的信息量I 与消息发生的概率P （x ）紧密相关

消息出现的概率愈小，则消息中包含的信

息量就（ ）

概率为0时（不可能发生事件），信息量

为（ ）

概率为1时（必然事件），信息量为（

消息中的信息量I 与消息发生的概率P （x ）紧密相关

消息出现的概率愈小，则消息中包含的信

息量就（ 愈大 ）

概率为0时（不可能发生事件），信息量

为（ 无穷大 ）

概率为1时（必然事件），信息量为（ 0 ）

◆

I 与 P （x ）的关系式 当a 取2时，单位为比特（bit ）

当a 取e 时，单位为奈特（nit ）

当a 取10时，单位为哈特（hart ）

◆

通信系统的基本概念 通信系统----指传递信息所需的一切设备的总和 通信系统的任务----将不同形式的消息从发送端传递到接收端 通信系统的一般模型----由信源, 发送设备, 信道, 接收设备, 信宿和噪声源六部分组成

◆数字通信系统的组成

信源和信宿

信源编码和信源解码

信道编码和信道解码

调制和解调

信道

噪声源

信源—把消息转换成原始的电信号，完成非电/电的转换 信宿—把复原的电信号转换成相应的消息，完成电/非电的转换 信源编码—有两个作用：一是进行模/数转换；一是数字压缩（即降低数字信号的数码率） 信源译码是信源编码的逆过程 信道编码器—对传输的信号码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓的“抗干扰编码” 信道译码器—按一定规则进行解码，从解码的过程中发现错误或纠正错误，从而提高系统的抗干扰能力 调制—把各种数字基带信号转换成适应于信道 传输的数字频带信号（已调信号）

解调是调制的逆变换

信道—载荷着信息的信号所通过的通道

噪声源—系统噪声与干扰的总折合

◆数字通信系统的组成

◆数字通信的特点

抗干扰、抗噪声能力强，无噪声积累

便于加密处理，保密性强

差错可控

易于与现代技术相结合

数字信号占用的频带宽

对同步要求高，系统设备比较复

◆通信系统的分类

按有无调制方式分：

按传输的信号分：

按传输媒介分：

按信号的复用方式分：

按工作方式分：

◆数字通信系统的主要性能指标

有效性

可靠性

◆数字通信系统的主要性能指标

传输速率

码元速率R B

信息速率R b （两者相互间的关系？单位？）

差错率

误码率P e

误信率（误比特率）P b

◆信号的类型

调制信号：需要传输的信号（原始信号）

载波信号：（等幅）高频振荡信号

已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）

◆

◆调制 调制—

就是按调制信号（基带信号）的变化规率去改变载波某些参数的过程。

调制的分类

幅度调制：

调制信号改变载波信号的幅度参数

频率调制：

调制信号改变载波信号的频率参数

相位调制：

调制信号改变载波信号的相位参数

◆

模拟调幅的类型

振幅调制（AM ）

抑制载波双边带（DSB ）调制

单边带（SSB ）调制

残留边带（VSB ）调制

◆频分复用（FDM ）

原理：整个传输频带被划分为若干个频率通

道，每路信号占用一个频率通道进行传输。

频率通道之间留有防护频带以防相互干扰

特点： 独占频段，共享时间。

◆数字基带信号的常用码

单极性非归零码

双极性非归零码

单极性归零码

双极性归零码

单极性传号差分码

单极性空号差分码

传号反转码(CMI)

AMI 码 ( 传号交替反转码 )

HDB 码 ( 3阶高密度双极性码 ) 3

◆HDB 3码编码规则

3 当信码中连“0”码不超过3个时,HDB 码按交替极性码规则编码:

“0”码编为： ； “1”码：

当出现4个或4个以上连“0”码时, 采用取代节

或

取代节的安排顺序是:

先用000V , 当它不能用时, 再用B00V

◆HDB 3码编码规则

3 当信码中连“0”码不超过3个时,HDB 码按交替极性码规则编码:

“0”码编为：0 ； “1”码：正负极性交替

当出现4个或4个以上连“0”码时, 采用取代节 000V 或 B00V

取代节的安排顺序是:

先用000V , 当它不能用时, 再用B00V

◆

◆

◆

理想无码间干扰传输准则 —奈奎斯特第一准则 当数字基带传输系统具有理想低通特性时, 以其截止频率f C 两倍的速率传输数字信号 , 可以消除码间干扰。 理想无码间干扰传输准则 —奈奎斯特第一准则 接收波形满足抽样值无码间串扰的充要条件是仅在本码元的抽样时刻上有最大值，而对其它码元抽样时刻信号值无影响（在抽样点上不存在码间串扰）。 ——无码间串扰的时域条件 理想无码间干扰传输准则

—奈奎斯特第一准则

把一个基带传输系统的传输特性H （ω）分割成 2π /TB ，各段在（- π /TB ， π /TB ）

区间内能叠加成一个矩形频率特性，那么它在以1/ TB 速率传输基带信号时，就能做到无码间串扰。

——无码间串扰的频域条件

◆

基带脉冲传输过程与码间串扰

码间串扰——本码判决时，其它码元在

此判决时刻有值，即造成判

决困难的现象。

◆无码间干扰基带传输系统抗干扰性能

对于单极性信号, 判决门限应设为 ( )

判决准则为: d ( ) ,判 “1” 码

d ( ) , 判 “0” 码

对于双极性信号, 判决电平为 ( )

判决准则为： d ( ) ,判 “1” 码

d ( ) ,判 “0” 码

◆无码间干扰基带传输系统抗干扰性能

对于单极性信号, 判决门限应设为 ( A/2 )

判决准则为: d (> A/2 ) ,判 “1” 码

d (

对于双极性信号, 判决电平为 ( 0 )

判决准则为： d ( > 0 ) ,判 “1” 码

d (

◆眼图与系统性能之间的关系

最佳取样时刻应在眼图张开最大的时刻, 此刻的信噪比最大

眼图斜边的斜率反映出系统对定时误差的灵敏度, 斜边越陡, 对定时误差越灵敏, 对定时稳

定度要求越高

在抽样时刻, 上下两个阴影区的高度称为信号失真量, 它是噪声和码间串扰叠加的结果

当码间串扰十分严重时, “眼睛”会完全闭合

◆

数字调制 数字调制传输 :先用数字基带信号对载波进行调制, 形成数字调制信号后再进行传输 数字调制 : 用数字基带信号对高频载波的某一参量----幅度, 频率或相位三者之一进行控制, 使载波的幅度, 频率或相位随数字基带信号的变化而变化

◆

数字调制的基本方式 幅度键控(ASK ) 频移键控(FSK )

相位键控(PSK )

◆

二进制振幅键控(2ASK )

在2ASK 中, 载波的（ ）是随着调制信号而变化的, 是用（ ）信号对（ ）信号的（ ）进行控制。

◆

二进制振幅键控(2ASK )

在2ASK 中, 载波的（ 幅度 ）是随着调制信号而变化的, 是用（ 基带 ）信号对（ 载波 ）信号的（ 幅度 ）进行控制。

◆

2ASK 的调制与解调

2ASK 信号的产生方法

模拟调幅法

键控法

2ASK 信号的解调方法

非相干解调(包络检波法)

相干解调(同步检测法)

◆

二进制频率键控(2FSK) 用数字（ ) 信号控制载波信号的（ ）, 即以不同频率的高频振荡来表示不同的数字基带信息。 ◆

◆二进制频率键控(2FSK) 用数字（ 基带 ) 信号控制载波信号的（ 频率 ）, 即以不同频率的高频振荡来表示不同

的数字基带信息。

2FSK 的调制与解调

2FSK 信号的产生方法

直接调频法

频率键控法

2FSK 信号的解调方法

非相干解调(包络检波法)

相干解调(同步检测法)

过零检测法

◆

二进制相移键控(2PSK 或BPSK ) 2PSK 是用二进制数字信号控制载波的两个相位, 这两个相位通常相隔π rad 2PSK 中, 用载波相位0和π分别表示“1”和“0”, 故这种调制又称二相相移键控(BPSK )

2PSK 又称绝对相移键控

◆2PSK 的调制与解调

2PSK 信号的产生方法

模拟相乘法

相位选择法

2PSK 信号的解调方法

相干解调

信息代码变换成2PSK 信号的规律是: “异变同不变 ”

◆

二进制差分相移键控(2DPSK) 2DPSK 又称相对相移键控 利用前后相邻码元之间载波相位的变化表示数字基带信息 信息代码变换成2DPSK 信号的规律是: 遇 “1”变，遇 “0”不变

◆2DPSK 的调制与解调

2DPSK 信号的产生方法

首先对数字基带信号进行差分编码, 即由绝对码变为相对码(差分码), 然后再进行绝对

调相

2DPSK 信号的解调方法

极性比较法 (又称相干解调)

差分检测 (又称延迟解调或差分相干解调 )

二进制数字调制系统的抗噪声性能

◆常用的多进制线性调制系统

M 进制幅度键控( MASK )

M 进制频率键控( MFSK )

M 进制相移键控( MPSK )

多进制信号的特点

●信号状态 M 越多, 数字信号所包含的信息量 I 就越 ( )

● M 越大, 误码率越 ( ) (其它参数均保持不变情况下)

◆常用的多进制线性调制系统

M 进制幅度键控( MASK )

M 进制频率键控( MFSK )

M 进制相移键控( MPSK )

多进制信号的特点

●信号状态 M 越多, 数字信号所包含的信息量 I 就越 ( 大 )

● M 越大, 误码率越 ( 大 ) (其它参数均保持不变情况下)

◆多进制幅度键控 ( MASK )

用高频载波的多种振幅去代表数字信息

M ASK 的调制方法

首先把基带信号由二电平变为M 电平, 即2-M 电平变换， M 电平基带信号对载波进行

调制, 便可得到MASK 信号。

M ASK 的解调方法

包络检波

同步解调

◆

◆多进制相移键控 ( MPSK ) 又称多元调相或多相制 载波的M 种相位代表M 种不同的数字信息

多进制正交幅度调制 ( MQAM )

两路独立的信号对正交的两个载波进行幅度调制后的信号记作QAM

正交振幅调制是一种频带利用率很高的数字调制方式

Q AM 是一种双重数字调制, 它是用载波的不同幅度及不同相位表示数字信息

◆

◆最小频移键控 ( MSK ) 是2FSK 的一种特殊情况 在每个比特间隔内载波相位变化 +π/2 或

-π/2

高斯最小移频键控（GMSK ）

GMSK 是在MSK 调制器之前加入高斯低通滤波器，也就是说，用高斯低通滤波器作为

MSK 调制的前置滤波器

GMSK 中，基带信号首先成形为高斯型脉冲，然后再进行MSK 调制

由于高斯型脉冲包络无陡峭沿，亦无拐点，相位路径进一步平滑，使其功率谱特性优

于MSK

GMSK 的频谱

◆复习思考题

1、通信系统的分类？

2、数字通信的特点？

3、数字通信系统的组成？各部分的功能？

4、何为信息？信息量与概率的关系？

5、数字通信系统的质量指标？

6、码元速率与信息速率是何关系？

误码率与误信率是何关系？

7、何谓调制？何谓频分复用？

8、AM 、DSB 、SSB 、VSB 、FDM 的翻译？

◆复习思考题

9、数字基带信号的常用码型？编码？波形？

10、无码间串扰的传输条件？

11、眼图与系统性能之间的关系？

12、数字调制的三种基本方式 ？

13、2ASK （2FSK 、2PSK 、2DPSK ）信号的调制、解调方法？

14、各种调制的抗噪声性能？

15、何谓QPSK ？MQAM ？MSK ？

◆通信的基本概念

通信----

由一地向另一地进行消息的有效传递

信道----

载荷着信息的信号所通过的通道(或称媒质)

◆

信息及其度量 信息---- 传输信息的多少可直观地使用“ ”进行衡量 ◆信息及其度量 信息----指消息中包含的有意义的内容 传输信息的多少可直观地使用“信息量”进行衡量

消息中的信息量I 与消息发生的概率P （x ）紧密相关

消息出现的概率愈小，则消息中包含的信

息量就（ ）

概率为0时（不可能发生事件），信息量

为（ ）

概率为1时（必然事件），信息量为（

消息中的信息量I 与消息发生的概率P （x ）紧密相关

消息出现的概率愈小，则消息中包含的信

息量就（ 愈大 ）

概率为0时（不可能发生事件），信息量

为（ 无穷大 ）

概率为1时（必然事件），信息量为（ 0 ）

◆

I 与 P （x ）的关系式 当a 取2时，单位为比特（bit ）

当a 取e 时，单位为奈特（nit ）

当a 取10时，单位为哈特（hart ）

◆

通信系统的基本概念 通信系统----指传递信息所需的一切设备的总和 通信系统的任务----将不同形式的消息从发送端传递到接收端 通信系统的一般模型----由信源, 发送设备, 信道, 接收设备, 信宿和噪声源六部分组成

◆数字通信系统的组成

信源和信宿

信源编码和信源解码

信道编码和信道解码

调制和解调

信道

噪声源

信源—把消息转换成原始的电信号，完成非电/电的转换 信宿—把复原的电信号转换成相应的消息，完成电/非电的转换 信源编码—有两个作用：一是进行模/数转换；一是数字压缩（即降低数字信号的数码率） 信源译码是信源编码的逆过程 信道编码器—对传输的信号码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓的“抗干扰编码” 信道译码器—按一定规则进行解码，从解码的过程中发现错误或纠正错误，从而提高系统的抗干扰能力 调制—把各种数字基带信号转换成适应于信道 传输的数字频带信号（已调信号）

解调是调制的逆变换

信道—载荷着信息的信号所通过的通道

噪声源—系统噪声与干扰的总折合

◆数字通信系统的组成

◆数字通信的特点

抗干扰、抗噪声能力强，无噪声积累

便于加密处理，保密性强

差错可控

易于与现代技术相结合

数字信号占用的频带宽

对同步要求高，系统设备比较复

◆通信系统的分类

按有无调制方式分：

按传输的信号分：

按传输媒介分：

按信号的复用方式分：

按工作方式分：

◆数字通信系统的主要性能指标

有效性

可靠性

◆数字通信系统的主要性能指标

传输速率

码元速率R B

信息速率R b （两者相互间的关系？单位？）

差错率

误码率P e

误信率（误比特率）P b

◆信号的类型

调制信号：需要传输的信号（原始信号）

载波信号：（等幅）高频振荡信号

已调信号（已调波）：经过调制后的高频信号（射频信号）

◆

◆调制 调制—

就是按调制信号（基带信号）的变化规率去改变载波某些参数的过程。

调制的分类

幅度调制：

调制信号改变载波信号的幅度参数

频率调制：

调制信号改变载波信号的频率参数

相位调制：

调制信号改变载波信号的相位参数

◆

模拟调幅的类型

振幅调制（AM ）

抑制载波双边带（DSB ）调制

单边带（SSB ）调制

残留边带（VSB ）调制

◆频分复用（FDM ）

原理：整个传输频带被划分为若干个频率通

道，每路信号占用一个频率通道进行传输。

频率通道之间留有防护频带以防相互干扰

特点： 独占频段，共享时间。

◆数字基带信号的常用码

单极性非归零码

双极性非归零码

单极性归零码

双极性归零码

单极性传号差分码

单极性空号差分码

传号反转码(CMI)

AMI 码 ( 传号交替反转码 )

HDB 码 ( 3阶高密度双极性码 ) 3

◆HDB 3码编码规则

3 当信码中连“0”码不超过3个时,HDB 码按交替极性码规则编码:

“0”码编为： ； “1”码：

当出现4个或4个以上连“0”码时, 采用取代节

或

取代节的安排顺序是:

先用000V , 当它不能用时, 再用B00V

◆HDB 3码编码规则

3 当信码中连“0”码不超过3个时,HDB 码按交替极性码规则编码:

“0”码编为：0 ； “1”码：正负极性交替

当出现4个或4个以上连“0”码时, 采用取代节 000V 或 B00V

取代节的安排顺序是:

先用000V , 当它不能用时, 再用B00V

◆

◆

◆

理想无码间干扰传输准则 —奈奎斯特第一准则 当数字基带传输系统具有理想低通特性时, 以其截止频率f C 两倍的速率传输数字信号 , 可以消除码间干扰。 理想无码间干扰传输准则 —奈奎斯特第一准则 接收波形满足抽样值无码间串扰的充要条件是仅在本码元的抽样时刻上有最大值，而对其它码元抽样时刻信号值无影响（在抽样点上不存在码间串扰）。 ——无码间串扰的时域条件 理想无码间干扰传输准则

—奈奎斯特第一准则

把一个基带传输系统的传输特性H （ω）分割成 2π /TB ，各段在（- π /TB ， π /TB ）

区间内能叠加成一个矩形频率特性，那么它在以1/ TB 速率传输基带信号时，就能做到无码间串扰。

——无码间串扰的频域条件

◆

基带脉冲传输过程与码间串扰

码间串扰——本码判决时，其它码元在

此判决时刻有值，即造成判

决困难的现象。

◆无码间干扰基带传输系统抗干扰性能

对于单极性信号, 判决门限应设为 ( )

判决准则为: d ( ) ,判 “1” 码

d ( ) , 判 “0” 码

对于双极性信号, 判决电平为 ( )

判决准则为： d ( ) ,判 “1” 码

d ( ) ,判 “0” 码

◆无码间干扰基带传输系统抗干扰性能

对于单极性信号, 判决门限应设为 ( A/2 )

判决准则为: d (> A/2 ) ,判 “1” 码

d (

对于双极性信号, 判决电平为 ( 0 )

判决准则为： d ( > 0 ) ,判 “1” 码

d (

◆眼图与系统性能之间的关系

最佳取样时刻应在眼图张开最大的时刻, 此刻的信噪比最大

眼图斜边的斜率反映出系统对定时误差的灵敏度, 斜边越陡, 对定时误差越灵敏, 对定时稳

定度要求越高

在抽样时刻, 上下两个阴影区的高度称为信号失真量, 它是噪声和码间串扰叠加的结果

当码间串扰十分严重时, “眼睛”会完全闭合

◆

数字调制 数字调制传输 :先用数字基带信号对载波进行调制, 形成数字调制信号后再进行传输 数字调制 : 用数字基带信号对高频载波的某一参量----幅度, 频率或相位三者之一进行控制, 使载波的幅度, 频率或相位随数字基带信号的变化而变化

◆

数字调制的基本方式 幅度键控(ASK ) 频移键控(FSK )

相位键控(PSK )

◆

二进制振幅键控(2ASK )

在2ASK 中, 载波的（ ）是随着调制信号而变化的, 是用（ ）信号对（ ）信号的（ ）进行控制。

◆

二进制振幅键控(2ASK )

在2ASK 中, 载波的（ 幅度 ）是随着调制信号而变化的, 是用（ 基带 ）信号对（ 载波 ）信号的（ 幅度 ）进行控制。

◆

2ASK 的调制与解调

2ASK 信号的产生方法

模拟调幅法

键控法

2ASK 信号的解调方法

非相干解调(包络检波法)

相干解调(同步检测法)

◆

二进制频率键控(2FSK) 用数字（ ) 信号控制载波信号的（ ）, 即以不同频率的高频振荡来表示不同的数字基带信息。 ◆

◆二进制频率键控(2FSK) 用数字（ 基带 ) 信号控制载波信号的（ 频率 ）, 即以不同频率的高频振荡来表示不同

的数字基带信息。

2FSK 的调制与解调

2FSK 信号的产生方法

直接调频法

频率键控法

2FSK 信号的解调方法

非相干解调(包络检波法)

相干解调(同步检测法)

过零检测法

◆

二进制相移键控(2PSK 或BPSK ) 2PSK 是用二进制数字信号控制载波的两个相位, 这两个相位通常相隔π rad 2PSK 中, 用载波相位0和π分别表示“1”和“0”, 故这种调制又称二相相移键控(BPSK )

2PSK 又称绝对相移键控

◆2PSK 的调制与解调

2PSK 信号的产生方法

模拟相乘法

相位选择法

2PSK 信号的解调方法

相干解调

信息代码变换成2PSK 信号的规律是: “异变同不变 ”

◆

二进制差分相移键控(2DPSK) 2DPSK 又称相对相移键控 利用前后相邻码元之间载波相位的变化表示数字基带信息 信息代码变换成2DPSK 信号的规律是: 遇 “1”变，遇 “0”不变

◆2DPSK 的调制与解调

2DPSK 信号的产生方法

首先对数字基带信号进行差分编码, 即由绝对码变为相对码(差分码), 然后再进行绝对

调相

2DPSK 信号的解调方法

极性比较法 (又称相干解调)

差分检测 (又称延迟解调或差分相干解调 )

二进制数字调制系统的抗噪声性能

◆常用的多进制线性调制系统

M 进制幅度键控( MASK )

M 进制频率键控( MFSK )

M 进制相移键控( MPSK )

多进制信号的特点

●信号状态 M 越多, 数字信号所包含的信息量 I 就越 ( )

● M 越大, 误码率越 ( ) (其它参数均保持不变情况下)

◆常用的多进制线性调制系统

M 进制幅度键控( MASK )

M 进制频率键控( MFSK )

M 进制相移键控( MPSK )

多进制信号的特点

●信号状态 M 越多, 数字信号所包含的信息量 I 就越 ( 大 )

● M 越大, 误码率越 ( 大 ) (其它参数均保持不变情况下)

◆多进制幅度键控 ( MASK )

用高频载波的多种振幅去代表数字信息

M ASK 的调制方法

首先把基带信号由二电平变为M 电平, 即2-M 电平变换， M 电平基带信号对载波进行

调制, 便可得到MASK 信号。

M ASK 的解调方法

包络检波

同步解调

◆

◆多进制相移键控 ( MPSK ) 又称多元调相或多相制 载波的M 种相位代表M 种不同的数字信息

多进制正交幅度调制 ( MQAM )

两路独立的信号对正交的两个载波进行幅度调制后的信号记作QAM

正交振幅调制是一种频带利用率很高的数字调制方式

Q AM 是一种双重数字调制, 它是用载波的不同幅度及不同相位表示数字信息

◆

◆最小频移键控 ( MSK ) 是2FSK 的一种特殊情况 在每个比特间隔内载波相位变化 +π/2 或

-π/2

高斯最小移频键控（GMSK ）

GMSK 是在MSK 调制器之前加入高斯低通滤波器，也就是说，用高斯低通滤波器作为

MSK 调制的前置滤波器

GMSK 中，基带信号首先成形为高斯型脉冲，然后再进行MSK 调制

由于高斯型脉冲包络无陡峭沿，亦无拐点，相位路径进一步平滑，使其功率谱特性优

于MSK

GMSK 的频谱

◆复习思考题

1、通信系统的分类？

2、数字通信的特点？

3、数字通信系统的组成？各部分的功能？

4、何为信息？信息量与概率的关系？

5、数字通信系统的质量指标？

6、码元速率与信息速率是何关系？

误码率与误信率是何关系？

7、何谓调制？何谓频分复用？

8、AM 、DSB 、SSB 、VSB 、FDM 的翻译？

◆复习思考题

9、数字基带信号的常用码型？编码？波形？

10、无码间串扰的传输条件？

11、眼图与系统性能之间的关系？

12、数字调制的三种基本方式 ？

13、2ASK （2FSK 、2PSK 、2DPSK ）信号的调制、解调方法？

14、各种调制的抗噪声性能？

15、何谓QPSK ？MQAM ？MSK ？