傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)理論第一部分：電波傳播理論第二部分：天線基礎(chǔ)知識第三部分：噪聲與失真第四部分：數(shù)字通信系統(tǒng)模型與性能指標(biāo)第五部分：數(shù)字視音頻壓縮、編碼與復(fù)用技術(shù)第六部分：數(shù)字信號基帶傳輸?shù)谄卟糠郑赫{(diào)制理論第八部分：電氣工作安全規(guī)程一、無線電波的頻率和波長無線電波是由頻率很高的交變電流通過天線輻射的結(jié)果，是一種電場和磁場的波動，所以又叫電磁波。波長是波在一個(gè)周期內(nèi)傳播的距離，單位為米（m）頻率是波在每秒鐘完成的周期數(shù)，單位為赫茲（Hz）電磁波的頻率f（Hz）、波長λ（m）與波速υ（m/s）之間存在下述關(guān)系：υ=λ×f電磁波的傳播速度很快，在空氣中的傳播速度約為3×108m/s。第一部分電波傳播理論二、無線電波頻段劃分波段指波長范圍，頻段指頻率范圍。三、廣播電視頻段劃分

我國的廣播電視波段（頻段）劃分如下：中波（中頻）短波（高頻）、超短波和微波。中波（中頻）——526.5kHz（570m）至1606.5kHz（187m），主要用于國內(nèi)的聲音廣播。

短波（高頻）——2.3MHz（130m）至26.1MHz（11.5m），主要用于對國外的聲音廣播。超短波（米波）：48.7MHz（6.16m）至223MHz（1.35m）用VHF表示，它分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)波段Ⅰ波段—48.7MHz（6.16m）至92MHz（3.26m）用于地面電視廣播的1至5頻道；Ⅱ波段—87MHz（3.5m）至108MHz（2.78m）用于調(diào)頻廣播；Ⅲ波段—167MHz（1.8m）至223MHz（1.35m）用于地面電視廣播的6至12頻道。微波頻率為300MHz～300GHz可分為分米波、厘米波、毫米波。用于傳輸節(jié)目和進(jìn)行衛(wèi)星廣播。分米波：470MHz（0.64m）至958MHz（0.31m）用UHF表示，它又分為Ⅳ、Ⅴ兩個(gè)波段，可容納56個(gè)頻道，主要用于地面電視廣播Ⅳ波段—470MHz（0.64m）至566MHz（0.53m）用于地面電視廣播的13至24頻道Ⅴ波段—606MHz（0.5m）至958MHz（0.31m）用于地面電視廣播的25至68頻道衛(wèi)星廣播通常使用C波段（3.7～4.2GHz）和Ku波段(11.7～12.5GHz)。四、電波傳播特性電波的傳播途徑主要分為以下幾種：地波傳播、天波傳播、空間波傳播和散射傳播。1、地波傳播——彎曲地沿地球表面?zhèn)鞑?；地波傳播地波傳播特性：?）地面波傳播采用垂直極化波。地面波的傳播損耗與波的極化形式有很大關(guān)系，計(jì)算表明，電波沿一般地質(zhì)傳播時(shí)，水平極化波比垂直極化波的傳播損耗要高數(shù)十分貝。所以地面波傳播采用垂直極化波，天線則多采用直立天線的形式（2）傳播較穩(wěn)定。這是由于大地的電特性、地貌地物等不會隨時(shí)改變，并且地面波基本上不受氣候條件的影響，故地面波傳播信號穩(wěn)定。（3）有繞射損耗。障礙物越高，波長越短，則繞射損耗越大。長波繞射能力最強(qiáng)，中波次之，短波較弱，而超短波繞射能力最弱。2、天波傳播——經(jīng)過電離層反射后到達(dá)接收點(diǎn)短波天波傳播的特點(diǎn)（1）能以較小的功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳播。由于天波傳播是靠高空電離層反射來實(shí)現(xiàn)的，因此不受地面吸收及障礙物的影響，此外，這種傳播方式的損耗主要是自由空間的傳輸損耗，而電離層吸收及地面損耗則較小，在中等距離(1000km左右)上，電離層的平均損耗只不過10dB左右。因此，利用小功率電臺可以完成遠(yuǎn)距離通信。（2）白天和夜間要更換工作頻率。由于電離層的電子密度、高度在白天和夜間是不同的，因此工作頻率也應(yīng)不同。在日出日落前后要更換工作頻率。（3）傳播不太穩(wěn)定，衰落嚴(yán)重。由于電離層的情況隨年份、季節(jié)、晝夜和地理位置的不同而變化，因此天波傳播不如地面波穩(wěn)定，且衰落嚴(yán)重。（4）天波傳播由于隨機(jī)多徑效應(yīng)嚴(yán)重。（5）電臺擁擠、干擾大。尤其是夜間，由于電離層吸收減弱，干擾更大。

3、視距傳播（空間波傳播）

當(dāng)電波的頻率很高時(shí)，地波衰減很大，天波又會穿透電離層不能反射回來，因而只能采用視線傳播，即在“看得見”的距離內(nèi)進(jìn)行直線傳播。視線距離：在給定的發(fā)射天線和接收天線高度H1、H2的情況下，由于地球表面的彎曲，當(dāng)收發(fā)兩點(diǎn)A、B之間的直視線與地球表面相切時(shí)，存在著一個(gè)極限距離。在通信工程中常常把由H1

、H2限定的極限地面距離A′B′=d0稱為視線距離。當(dāng)H1

、H2遠(yuǎn)小于地球半徑R時(shí)，d0也就是A、B之間的距離r0，而實(shí)際問題大多如此。將地球半徑R=6370km代入上式并且H1、H2均以米為單位時(shí)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣折射時(shí)，視線距離將增加到：

4、散射傳播是利用低空對流層、高空電離層下緣的不均勻性散射電波，使電波到達(dá)視距以外的地方。五、各波段電波的傳播特點(diǎn)1、中波

白天，中波的天波受電離層D層的強(qiáng)烈吸收，衰減很大，主要由地波傳播。晚間D層消失，天波由E層反射可傳到較遠(yuǎn)距離。因此，在晚間可收聽到更多的中波電臺的廣播。地波的傳播要受到地面的吸收，所以中波電臺的功率越大，傳播的距離越遠(yuǎn)。通常，中波電臺所用發(fā)射天線為一直立鐵塔的塔身。鐵塔高度通常為四分之一波長，即幾十米至一百多米，所輻射的地波約可傳播200公里。2、短波

由于短波的頻率較高，地面對它的吸收更強(qiáng)烈，因此短波在地波傳播方式下只能傳播幾十公里。但它的天波在電離層的損耗卻較小，因而短波主要由天波傳播。由于電離層的電離程度和位置高度隨晝夜、季節(jié)和緯度等變化，因而傳播不穩(wěn)定，收聽的信號忽強(qiáng)忽弱，稱為衰落現(xiàn)象。短波廣播的發(fā)射天線尺寸比中波要短小得多，發(fā)射機(jī)的功率也可以小得多?？刻觳▊鞑サ木嚯x很遠(yuǎn)，可達(dá)上萬公里。3、超短波

超短波的頻率高，地波衰減大，天波又會穿入電離層很深，以至穿出電離層而不被反射，因而只能靠空間波傳播。即在收、發(fā)兩點(diǎn)間直線的方向傳播，也稱為視距（視線距離）傳播，傳播距離一般只有幾十公里，發(fā)射天線架得越高傳播效果越好。因此，在一些大城市建有四、五百米的電視塔，以擴(kuò)大覆蓋范圍。4、微波

它可象光線一樣聚成一條細(xì)束來傳播，也是按視距傳播。微波可用來在兩個(gè)地點(diǎn)之間傳送節(jié)目。由于微波的傳播距離只有幾十公里，而且會受到傳播路徑中高大物體的阻擋，因此需要每隔一定距離設(shè)一微波站，形成微波鏈路，將信號一站一站接力傳向遠(yuǎn)方，這種方式也稱為微波中繼傳輸。六、自由空間的電波傳播

自由空間又稱理想介質(zhì)空間（介質(zhì)均勻、電導(dǎo)率=0、相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等于1），即相當(dāng)于真空狀態(tài)的理想空間。

有一天線置于自由空間A處，其輻射功率為Pr，方向系數(shù)為D，在最大輻射方向上距離為r的點(diǎn)M處產(chǎn)生的場強(qiáng)振幅為2023/1/3121七、自由空間傳播損耗當(dāng)發(fā)射天線與接收天線的方向系數(shù)都為1時(shí)，發(fā)射天線的輻射功率Pr與接收天線的最佳接收功率PL的比值，記為L0，即D=1的無方向性發(fā)射天線產(chǎn)生的功率密度為D=1的無方向性接收天線的有效接收面積為所以該接收天線的接收功率為2023/1/3124或

于是自由空間傳播損耗為

雖然自由空間是一種理想介質(zhì)，是不會吸收能量的，但是隨著傳播距離的增大導(dǎo)致發(fā)射天線的輻射功率分布在更大的球面上，因此自由空間傳播損耗是一種擴(kuò)散式的能量自然損耗。從上式可見，當(dāng)電波頻率提高1倍或傳播距離增加1倍時(shí)，自由空間傳播損耗分別增加6dB。一、天線的作用無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接收下來并通過饋線送到無線電接收機(jī)。天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備，沒有天線也就沒有無線電通信。第二部分天線基礎(chǔ)知識二、天線的分類

天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等情況下使用。按用途：可分為通信天線、廣播電視天線、雷達(dá)天線等；按頻段：可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；按方向性：可分為全向天線、定向天線等；按外形：可分為線狀天線、面狀天線等；按極化：可分為圓極化、線極化（水平極化、垂直極化）等。三、天線輻射的基本原理

導(dǎo)線上有交變電流流動時(shí)，就會發(fā)生電磁波的輻射。若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，電場就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。當(dāng)導(dǎo)線的長度L遠(yuǎn)小于波長λ時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長度L增大到可與波長相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成較強(qiáng)的輻射。對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)對稱振子可簡單獨(dú)立使用，也可采用多個(gè)對稱振子組成天線陣。兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為二分之一波長的振子，稱半波對稱振子。另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一個(gè)窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長的矩形框稱為折合振子，折合振子的長度也是二分之一波長，故稱為半波折合振子。

四、發(fā)射天線的電參數(shù)描述天線工作特性的參數(shù)稱為天線電參數(shù)，又稱電指標(biāo)。它們是定量衡量天線性能的尺度，用來衡量天線把高頻電流能量轉(zhuǎn)變成空間電波能量以及定向輻射的能力。（1）方向特性：方向函數(shù)、方向圖、方向系數(shù)、增益（2）阻抗特性：輸入阻抗、效率（3）帶寬特性：（4）極化特性：極化、極化隔離度1、方向函數(shù)

天線輻射出去的電磁波雖然是一球面波，但卻不是均勻球面波，因此，任何一個(gè)天線的輻射場都具有方向性。所謂方向性，就是在相同距離的條件下天線輻射場的相對值與空間方向（子午角θ、方位角φ）的關(guān)系2023/1/31332、方向圖

將方向函數(shù)用曲線描繪出來，稱為方向圖。方向圖就是與天線等距離處，天線輻射場大小在空間中的相對分布隨方向變化的圖形。工程上常常采用兩個(gè)特定正交平面方向圖，即E面和H面方向圖。E面即電場強(qiáng)度矢量所在并包含最大輻射方向的平面；H面即磁場強(qiáng)度矢量所在并包含最大輻射方向的平面。E面即為包含z軸的任一平面，例如yoz面。而H面即為x0y面，E面和H面方向圖是指立體方向圖沿E面和H面兩個(gè)主平面的剖面圖。方向圖參數(shù)：實(shí)際天線的方向圖通常有多個(gè)波瓣，它可細(xì)分為主瓣、副瓣和后瓣。用來描述方向圖的參數(shù)通常有：(1)零功率點(diǎn)波瓣寬度

用2θ0E或2θ0H(下標(biāo)E、H表示E、H面）：指主瓣最大值兩邊兩個(gè)零輻射方向之間的夾角。2023/1/3138

(2)半功率點(diǎn)波瓣寬度

用2θ0.5E或2θ0.5H表示。指主瓣最大值兩邊場強(qiáng)等于最大值的0.707（或等于最大功率密度的一半）的兩輻射方向之間的夾角，又叫3分貝波束寬度。定向輻射性能的強(qiáng)弱可以從半功率點(diǎn)波瓣寬度來判斷。(3)副瓣電平:指副瓣最大值與主瓣最大值之比⑷前后比:指主瓣最大值與后瓣最大值之比。3、方向系數(shù)

方向圖是反映特定方向的輻射強(qiáng)弱程度，未能反映輻射在全空間的分布狀態(tài)。為了更精確地比較不同天線之間的方向性，需要引入一個(gè)能定量地表示天線定向輻射能力的電參數(shù)，這就是方向系數(shù)。方向系數(shù)：在同一距離及相同輻射功率的條件下,某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度（或場強(qiáng)（|Emax|2的平方）和無方向性天線的輻射功率密度（或場強(qiáng)|E0|2的平方）之比，記為D4、天線效率一般來說,載有高頻電流的天線導(dǎo)體及其絕緣介質(zhì)都會產(chǎn)生損耗，因此輸入天線的實(shí)際功率并不能全部地轉(zhuǎn)換成電磁波能量?？梢杂锰炀€效率)來表示這種能量轉(zhuǎn)換的有效程度。天線效率定義為天線輻射功率Pr與輸入功率Pin之比，記為ηA，即5、增益G方向系數(shù)是衡量天線定向輻射特性的參數(shù)，它只決定于方向圖；天線效率則表示了天線在能量上的轉(zhuǎn)換效能；而增益G則表示了天線的定向收益程度。增益的定義是：在同一距離及相同輸入功率的條件下,某天線在最大輻射方向上的輻射功率密度(或場強(qiáng)|Emax|2的平方）和理想無方向性天線的輻射功率密度（或場強(qiáng)|E0|2的平方）之比增益是綜合衡量天線能量轉(zhuǎn)換效率和方向特性的參數(shù)，它是方向系數(shù)與天線效率的乘積。在實(shí)際中，天線的增益是比方向系數(shù)更為重要的電參量。增益也可以用分貝表示為10lgG。通常將PrD或PinG定義為天線的有效輻射功率。使用高增益天線可以在維持輸入功率不變的條件下，增大有效輻射功率。由于發(fā)射機(jī)的輸出功率是有限的，因此在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對提高天線的增益常常抱有很大的期望。頻率越高的天線越容易得到很高的增益。6、天線的極化

天線的極化是指該天線在給定方向上（最大輻射方向）遠(yuǎn)區(qū)輻射電場的空間取向。即在空間某一固定位置上電場矢量端點(diǎn)隨時(shí)間運(yùn)動的軌跡按其軌跡的形狀可分為線極化、圓極化和橢圓極化，其中圓極化還可以根據(jù)其旋轉(zhuǎn)方向分為右旋圓極化和左旋圓極化。線極化可以分為水平極化和垂直極化。天線不能接收與其正交的極化分量。例如，線極化天線不能接收來波中與其極化方向垂直的線極化波。7、輸入阻抗

天線通過傳輸線與發(fā)射機(jī)相連，天線作為傳輸線的負(fù)載，與傳輸線之間存在阻抗匹配問題。天線與傳輸線的連接處稱為天線的輸入端，天線輸入端呈現(xiàn)的阻抗值定義為天線的輸入阻抗，即天線的輸入阻抗Zin為天線輸入端電壓與電流之比。8、頻帶寬度天線的所有電參數(shù)都和工作頻率有關(guān)。任何天線的工作頻率都有一定的范圍，當(dāng)工作頻率偏離中心工作頻率f0時(shí)，天線的電參數(shù)將變差。當(dāng)工作頻率變化時(shí)，天線的有關(guān)電參數(shù)變化的程度在所允許的范圍內(nèi)，此時(shí)對應(yīng)的頻率范圍稱為頻帶寬度。9、互易定理與接收天線的電參數(shù)任意類型的天線用作接收天線時(shí)，它的極化、方向性、有效長度和阻抗特性等均與它用作發(fā)射天線時(shí)的相同。這種同一天線收發(fā)參數(shù)相同的性質(zhì)被稱為天線的收發(fā)互易性。接收天線參數(shù)：有效長度和有效接收面積10、天線陣垂直放置的半波對稱振子具有平放的“面包圈”形的立體方向圖。若干個(gè)對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生“扁平的面包圈”，把信號進(jìn)一步集中到在水平面方向上。下圖是4個(gè)半波對稱振子沿垂線上下排列成一個(gè)垂直四元陣時(shí)的立體方向圖和垂直面方向圖。一、噪聲分類

信道中加性噪聲的來源，可以分為三方面：

1人為噪聲：來源于其它信號源，例如：外臺信號、開關(guān)接觸噪聲、工業(yè)點(diǎn)火輻射等；

2自然噪聲：是指自然界存在的各種電磁波源，例如：閃電、雷擊、大氣中的電暴和各種宇宙噪聲等。

3內(nèi)部噪聲：是系統(tǒng)設(shè)備本身產(chǎn)生的各種噪聲，例如：電阻中自由電子的熱運(yùn)動和半導(dǎo)體中載流子的起伏變化等。第三部分噪聲與失真

從噪聲的性質(zhì)分類:

1單頻噪聲

是一種連續(xù)波的干擾（如外臺信號），其幅度、頻率或相位是事先不能預(yù)知的。它的主要特點(diǎn)是占有極窄的頻帶，單頻噪聲并不是在所有通信系統(tǒng)中都存在。

2脈沖噪聲

它是突發(fā)出現(xiàn)的幅度高而持續(xù)時(shí)間短的離散脈沖。這種噪聲的主要特點(diǎn)是其突發(fā)的脈沖幅度大，但持續(xù)時(shí)間短，且相鄰?fù)话l(fā)脈沖之間往往有較長的安靜時(shí)段。從頻譜上看，脈沖噪聲通常有較寬的頻譜，但頻率越高，其頻譜強(qiáng)度就越小。脈沖噪聲主要來自機(jī)電交換機(jī)和各種電氣干擾，雷電干擾、電火花干擾、電力線感應(yīng)等。

3起伏噪聲

它是以熱噪聲、散彈噪聲及宇宙噪聲為代表的噪聲。特點(diǎn)：總是普遍存在和不可避免的。

可見，單頻噪聲不是所有的通信系統(tǒng)中都有的而且也比較容易防止；脈沖噪聲由于具有較長的安靜期，故對模擬話音信號的影響不大但是在數(shù)字通信中，它的影響是不容忽視的。一旦出現(xiàn)突發(fā)脈沖，由于它的幅度大，將會導(dǎo)致一連串的誤碼，對通信造成嚴(yán)重的危害。起伏噪聲既不能避免，且始終存在，它是影響通信質(zhì)量的主要因素之一。噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)等于系統(tǒng)輸入信噪比與輸出信噪比的比值。若用dB表示，噪聲系數(shù)為輸入信噪比與輸出信噪比dB值的差值。二、線性失真與非線性失真1、線性失真通常放大電路的輸入信號是多頻信號，如果放大電路對信號的不同頻率分量具有不同的增益幅值或者相對相移發(fā)生變化，就使輸出波形發(fā)生失真，前者稱為幅度失真，后者稱為相位失真，兩個(gè)統(tǒng)稱為頻率失真。頻率失真是由電路的線性元件引起的，故又稱為線性失真。其特征是輸出信號中不產(chǎn)生輸入信號中所沒有的新的頻率分量。2、非線性失真由放大器件伏安特性的非線性而引起的波形失真稱為非線性失真。非線性失真的特征是產(chǎn)生新的頻率分量，即產(chǎn)生以輸入信號的單頻分量為基波分量高次諧波分量。輸出信號中除了基波分量外，還包含了許多由系統(tǒng)非線性產(chǎn)生不希望有的諧波分量，對應(yīng)的失真稱為諧波失真。⑴諧波失真⑵、互相調(diào)制（互調(diào)）⑶交叉調(diào)制現(xiàn)象（交調(diào)）

干擾信號幅度轉(zhuǎn)移到有用信號幅度上。當(dāng)有用信號是調(diào)幅波時(shí),解調(diào)后,會聽到干擾臺的串話音。第四部分、數(shù)字通信系統(tǒng)模型與性能指標(biāo)1、數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型

信源編碼：完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換；進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，提高信息傳輸?shù)挠行?；信道編碼：進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，增強(qiáng)抗干擾能力，提高傳輸可靠性；加密：保證所傳信息的安全數(shù)字調(diào)制：把基帶信號加載到高頻載波上，形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘柾剑菏故瞻l(fā)兩端的信號在時(shí)間上保持步調(diào)一致。

2、數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標(biāo)

數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：有效性和可靠性。有效性：指傳輸一定信息量時(shí)所占用的信道資源，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}。可靠性：指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。模擬通信系統(tǒng)：有效性：可用有效傳輸頻帶來度量?？煽啃裕嚎捎媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量數(shù)字通信系統(tǒng)：有效性：用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。可靠性：用誤碼率和誤信率表示。（1）、有效性

①碼元傳輸速率RB定義為單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡記為B。設(shè)碼元寬度為T，則碼元速率為②信息傳輸速率Rb

定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡記為b/s，或bps。

③碼元速率和信息速率的關(guān)系

或?qū)τ诙M(jìn)制數(shù)字信號：M=2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。對于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制（M=8）中，若碼元速率為1200B，則信息速率為3600b/s。④頻帶利用率定義為單位帶寬（1赫茲）內(nèi)所實(shí)現(xiàn)的傳輸速率，即

或4、可靠性

誤碼率：誤信率，又稱誤比特率。在二進(jìn)制中有2023/1/3162第五部分、數(shù)字視音頻編碼與復(fù)用技術(shù)1、視頻信號壓縮編碼⑴必要性電視信號數(shù)字化后有很多優(yōu)點(diǎn)，但也有一個(gè)缺點(diǎn)，即數(shù)碼率很高要。實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號的有效存儲和傳輸，就需要采取措施降低其數(shù)據(jù)量和數(shù)碼率，即進(jìn)行壓縮，通常將這一過程稱為信源編碼。⑵可行性圖像數(shù)據(jù)的壓縮機(jī)理來自兩個(gè)方面：一是利用圖像中存在大量冗余度可供壓縮；二是利用人眼的視覺特性。

①空間冗余②時(shí)間冗余③結(jié)構(gòu)冗余④知識冗余⑤熵冗余⑥視覺冗余①空間冗余相鄰像素之間、相鄰行之間圖像內(nèi)容變化很小，即具有很大的相關(guān)性（或稱相似性），這種相關(guān)性稱為電視信號的空間相關(guān)性或幀內(nèi)相關(guān)性。如果相鄰兩個(gè)像素完全相同，則只需傳送第一個(gè)像素信息。②時(shí)間冗余電視信號是利用人眼的視覺特性，借助于快速傳送相關(guān)畫面的方式來再現(xiàn)活動畫面的，因此在相鄰場或幀的對應(yīng)像素間也存在很強(qiáng)的相關(guān)性，稱之為時(shí)間相關(guān)性或幀間相關(guān)性。如果相鄰兩幀中有相同的靜止背景，則第二幀畫面就無需傳送這一背景信息③結(jié)構(gòu)冗余在視頻圖像的紋理區(qū)，像素的亮、色度信息存在著明顯的分布模式，如果知道了分布模式，就可以通過某種算法來生成圖像，即存在結(jié)構(gòu)冗余。

④知識冗余指視頻圖像中所包含的某些信息與人們的一些先驗(yàn)知識有關(guān)。例如在頭肩圖像中，頭、眼、鼻和嘴的相對位置等信息就是人類的共性知識。⑤熵冗余在記錄數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)符號都具有隨機(jī)性，概率大的經(jīng)常出現(xiàn)，概率小的很少出現(xiàn)。如果用相同比特?cái)?shù)表示出現(xiàn)概率不同的符號，則會造成浪費(fèi)。如果采用可變長編碼技術(shù)，對出現(xiàn)概率大的符號用短碼表示，出現(xiàn)概率小的符號用長碼表示，使平均碼長最短從而達(dá)到壓縮碼率目的。⑥視覺冗余人眼的視覺效果是圖像質(zhì)量的最直接也是最終的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對于人眼難以識別的數(shù)據(jù)或?qū)σ曈X效果影響甚微的數(shù)據(jù)，都可認(rèn)為是多余的數(shù)據(jù)。例如，人眼對視頻圖像色度的敏感性遠(yuǎn)低于對亮度的敏感性，對低頻信息的敏感度高于對高頻信息的敏感度等等。⑶視頻壓縮編碼方式分類

①按無損和有損壓縮編碼進(jìn)行分類無損壓縮編碼：也稱可逆壓縮編碼或信息保持編碼。采用這種編碼方式可使接收端解碼后的信息量與發(fā)送端原信息量完全相同，因此再現(xiàn)的圖像也與原圖像嚴(yán)格一致，也即壓縮后的圖像完全可以恢復(fù)或無損傷。

有損壓縮編碼：又稱不可逆壓縮編碼或信息非保持編碼。這種方法在編碼過程中會損失一部分信息，因此接收端解碼后再現(xiàn)的圖像質(zhì)量會比原圖像質(zhì)量有所降低，即壓縮后圖像有損傷，不能完全恢復(fù)。但如果視覺上能夠接受甚至覺察不出質(zhì)量的降低，則這種壓縮就是可行的。這種壓縮主要以消去視覺冗余信息為前提，可根據(jù)圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來選定數(shù)據(jù)壓縮的程度。

②按幀內(nèi)和幀間壓縮編碼進(jìn)行分類

幀內(nèi)壓縮編碼：又稱空間冗余壓縮編碼。這種編碼方式是在一幀（或一場）內(nèi)進(jìn)行的，它利用了電視圖像信號的空間相關(guān)性來消除一幀（或一場）內(nèi)圖像的冗余信息。在畫面細(xì)節(jié)較少的情況下，這種方式可實(shí)現(xiàn)較大的數(shù)碼率壓縮。

幀間壓縮編碼：又稱時(shí)間冗余壓縮編碼。此方式在相鄰幀之間進(jìn)行，它利用了電視圖像信號的時(shí)間相關(guān)性來消除相鄰幀之間的冗余信息。這種方式對于靜止圖像或緩慢運(yùn)動圖像有很強(qiáng)的壓縮能力，但對于快速運(yùn)動圖像，由于其時(shí)間相關(guān)性降低，因此壓縮能力也相應(yīng)減弱。

③按壓縮編碼原理進(jìn)行分類

預(yù)測編碼：預(yù)測編碼的目的是消除圖像信息的空間相關(guān)性（幀內(nèi)預(yù)測）和時(shí)間相關(guān)性（幀間預(yù)測）。編碼時(shí)可從不同區(qū)域選取參與預(yù)測的像素?？煞譃橐痪S預(yù)測、二維預(yù)測和三維預(yù)測。

變換編碼：變換編碼是利用圖像在空間分布上的規(guī)律性來消除圖像冗余的編碼方式，它將原來在空間域內(nèi)描述的圖像信號利用數(shù)學(xué)運(yùn)算變換成在另一變換域內(nèi)描述的信號。在空間上相關(guān)性很強(qiáng)的圖像信號在變換域上表現(xiàn)為在某些特定區(qū)域內(nèi)能量很集中，即變換系數(shù)矩陣具有某種規(guī)律性。利用這一規(guī)律性即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮的目的。

熵編碼：熵編碼是一種無損壓縮編碼方式。熵編碼的基本思想是對出現(xiàn)概論大的符號用短的碼字編碼，對出現(xiàn)概論小的符號用長的碼字編碼。⑷預(yù)測編碼是利用過去的樣值對當(dāng)前樣值進(jìn)行預(yù)測，然后將當(dāng)前樣值的實(shí)際值與預(yù)測值相減得到一個(gè)誤差值，只對這一預(yù)測誤差值進(jìn)行編碼。預(yù)測編碼分線性預(yù)測和非線性預(yù)測兩類，線性預(yù)測編碼又稱為差分脈沖編碼調(diào)制，即DPCM。幀間預(yù)測編碼對運(yùn)動圖像處理主要是解決兩個(gè)問題：運(yùn)動估計(jì)和運(yùn)動補(bǔ)償。⑸變換編碼基本思想是：消除圖像數(shù)據(jù)空間相關(guān)性，將空間域相關(guān)的像素點(diǎn)通過正交變換映射到另一個(gè)頻域上，使變換后的系數(shù)之間的相關(guān)性降低。然后再根據(jù)圖像在變換域中系數(shù)的特點(diǎn)和人眼的視覺特性進(jìn)行編碼。正交變換的性質(zhì)：能量守恒性能量集中性去相關(guān)性熵保持性在實(shí)際編碼工作中，人們通常采用離散余弦變換（DCT）。DCT是先將整體圖像分成N×N像素塊，然后對N×N像素塊逐一進(jìn)行DCT變換⑹統(tǒng)計(jì)編碼與霍夫曼編碼統(tǒng)計(jì)編碼是根據(jù)信息碼字出現(xiàn)的概率分布特性尋找概率與碼字長度間的最優(yōu)匹配，據(jù)此對信息進(jìn)行壓縮，這就是統(tǒng)計(jì)編碼方法。常用的統(tǒng)計(jì)編碼有霍夫曼編碼、游程編碼和算術(shù)編碼三種。霍夫曼編碼的基本概念是：對于出現(xiàn)概率較大的符號取較短的碼長，而對概率較小的符號則取較長的碼長，所以霍夫曼編碼為變長碼（VLC），也被稱為最優(yōu)碼。霍夫曼編碼舉例：⑺視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)組織：國際電報(bào)電話咨詢委員會（CCITT）現(xiàn)更名為國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）國際電工委員會（IEC）H系列標(biāo)準(zhǔn)由ITU-T制定。如H.261、H.263、H.264等MPEG標(biāo)準(zhǔn)由ISO和IEC制定。MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4MPEG-7、MPEG-21等。音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)：MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4。目前應(yīng)用較多的兩種主要音頻壓縮編碼方法是：歐洲尤里卡的MUSICAM編碼和美國杜比公司的AC-3編碼。

2、音頻信號壓縮編碼⑴壓縮的必要性

模擬音頻信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號，即PCM(脈沖編碼調(diào)制)信號碼流。如果將PCM信號直接進(jìn)行傳送，將會占用很大的信道寬度，頻譜利用極不經(jīng)濟(jì)。如一套立體聲節(jié)目，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，若取樣頻率為48kHz，每個(gè)取樣值按16bit量化，則數(shù)據(jù)率為2×48×103×16＝2×768kb/s。若信道編碼率R=1/2，頻帶利用率按（2b/s）/Hz計(jì)，那么傳送一套這樣的立體聲節(jié)目所需的射頻帶寬為1.536MHz。這相當(dāng)于現(xiàn)行約7.5個(gè)模擬調(diào)頻立體聲廣播頻道（200kHz）所占用實(shí)際帶寬。⑵壓縮的可行性數(shù)字音頻壓縮編碼主要基于兩種途徑：一種是去除聲音信號中的“冗余”部分，另一種是利用人耳的聽覺特性，將聲音中與聽覺無關(guān)的“不相關(guān)”部分去除。

①信息的冗余度在時(shí)域和頻域都存在。

②聲音信號中的“不相關(guān)”部分是基于人耳的聽覺特性。因?yàn)槿硕鷮π盘柗取㈩l率和時(shí)間的分辨能力是有限的，所以凡是人耳感覺不到的成份，即對人耳辨別聲音信號的強(qiáng)度、音調(diào)、方位沒有貢獻(xiàn)的成份，我們稱為無關(guān)部分或不相關(guān)部分。對于人耳感覺不到的不相關(guān)部分不編碼、不傳送，以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的。這種壓縮數(shù)據(jù)率的可能性是充分利用了人耳聽覺的心理聲學(xué)特性。

⑶人耳的聽感特性和掩蔽特性①人耳聽覺的頻率特性人耳對各頻率的靈敏度是不同的。人耳聽到的聲音頻率范圍為20Hz-20kHz。低于20Hz和高于20kHz的聲音信號就不用編碼。②人耳的聽閾特性在十分安靜的環(huán)境中，人耳剛剛能聽見的最小聲音強(qiáng)度稱為靜聽閾。③人耳的掩蔽特性是指一個(gè)較強(qiáng)聲音的存在掩蓋了另一個(gè)較弱聲音的存在。主要表現(xiàn)為頻譜掩蔽效應(yīng)和時(shí)域掩蔽效應(yīng)。頻譜掩蔽特性：時(shí)間掩蔽特性：前掩蔽、同期掩蔽和后掩蔽1）、基本概念

所謂信道編碼，是按照一定的規(guī)則，在信源編碼后的數(shù)據(jù)流中，人為加進(jìn)冗余，即補(bǔ)充差錯(cuò)保護(hù)，使信源編碼的信號盡可能無干擾地通過傳輸信道送到接收機(jī)，也就是說，通過信道編碼，當(dāng)出現(xiàn)傳輸差錯(cuò)時(shí)，在接收機(jī)中可以進(jìn)行識別和修正。信道編碼的目的是提高信號傳輸?shù)目煽啃?。顯然，由于信道編碼加進(jìn)了差錯(cuò)保護(hù)，會使在信道上傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)率變大，這就是為確保傳輸可靠性所付出的代價(jià)。信道編碼可以理解為信息傳輸?shù)谋Ｗo(hù)外殼。圖36中m代表經(jīng)過數(shù)據(jù)率壓縮的凈數(shù)據(jù)率，n代表經(jīng)信道編碼后的總數(shù)據(jù)率，則R=m/n稱為信道編碼率（1）。編碼率越低，表明保護(hù)程度越高，數(shù)據(jù)傳輸越可靠。3、差錯(cuò)控制編碼

信道編碼示意圖

信道分類：從差錯(cuò)控制角度看隨機(jī)信道：錯(cuò)碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的突發(fā)信道：錯(cuò)碼是成串集中出現(xiàn)的混合信道：既存在隨機(jī)錯(cuò)碼又存在突發(fā)錯(cuò)碼交織器可將集中出現(xiàn)的突發(fā)差錯(cuò)變成隨機(jī)差錯(cuò)。交織原理：基本形式是矩陣交織器，由存儲器構(gòu)成。碼元按行的方向輸入存儲器，再按列的方向輸出。2）、簡單的實(shí)用編碼（1）奇偶監(jiān)督碼奇偶監(jiān)督碼分為奇數(shù)監(jiān)督碼和偶數(shù)監(jiān)督碼兩種，兩者的原理相同。在偶數(shù)監(jiān)督碼中，無論信息位多少，監(jiān)督位只有1位，它使碼組中“1”的數(shù)目為偶數(shù)，即滿足下式條件： 式中a0為監(jiān)督位，其他位為信息位。 這種編碼能夠檢測奇數(shù)個(gè)錯(cuò)碼。在接收端，按照上式求“模2和”，若計(jì)算結(jié)果為“1”就說明存在錯(cuò)碼，結(jié)果為“0”就認(rèn)為無錯(cuò)碼。 奇數(shù)監(jiān)督碼與偶數(shù)監(jiān)督碼相似，只不過其碼組中“1”的數(shù)目為奇數(shù)：

（2）恒比碼在恒比碼中，每個(gè)碼組均含有相同數(shù)目的“1”（和“0”）。由于“1”的數(shù)目與“0”的數(shù)目之比保持恒定，故得此名。這種碼在檢測時(shí)，只要計(jì)算接收碼組中“1”的數(shù)目是否對，就知道有無錯(cuò)碼。恒比碼的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單和適于用來傳輸電傳機(jī)或其他鍵盤設(shè)備產(chǎn)生的字母和符號。對于信源來的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)字序列，這種碼就不適合使用了。3）、分組碼的結(jié)構(gòu)將信息碼分組，為每組信息碼附加若干監(jiān)督碼的編碼稱為分組碼。在分組碼中，監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組中的信息碼元。信息位和監(jiān)督位的關(guān)系：下表中的碼組為(3,2)碼。信息位監(jiān)督位晴000云011陰101雨110分組碼的一般結(jié)構(gòu)分組碼的符號：(n,k)N－碼組的總位數(shù)，又稱為碼組的長度（碼長），k－碼組中信息碼元的數(shù)目，n–k＝r－碼組中的監(jiān)督碼元數(shù)目，或稱監(jiān)督位數(shù)目。

4）、卷積碼非分組碼概念：卷積碼是一種非分組碼。通常它更適用于前向糾錯(cuò)（FEC），因?yàn)閷τ谠S多實(shí)際情況它的性能優(yōu)于分組碼，而且運(yùn)算較簡單。卷積碼在編碼時(shí)雖然也是把k個(gè)比特的信息段編成n個(gè)比特的碼組，但是監(jiān)督碼元不僅和當(dāng)前的k比特信息段有關(guān)，而且還同前面m=(N–1)個(gè)信息段有關(guān)。所以一個(gè)碼組中的監(jiān)督碼元監(jiān)督著N個(gè)信息段。通常將N稱為編碼約束度，并將nN稱為編碼約束長度。我們將卷積碼記作(n,k,N)。碼率則仍定義為k/n。卷積碼的基本原理編碼器原理方框圖編碼輸出每次輸入k比特1k…1k…1k…1k…………

1…k…2k3kNk……………

…………

12nNk級移存器n個(gè)模2加法器每輸入k比特旋轉(zhuǎn)1周5）、常用的糾錯(cuò)編碼①漢明碼：一種能夠糾正一個(gè)錯(cuò)碼的線性分組碼。②循環(huán)碼：是線性分組碼的一個(gè)重要子集，是目前研究得最成熟的一類碼，特點(diǎn)：循環(huán)碼中任一許用碼組經(jīng)過循環(huán)移位后，所得到的碼組仍然是許用碼組。③卷積碼。④BCH碼是能夠糾正多個(gè)隨機(jī)錯(cuò)碼的循環(huán)碼⑤RS碼：是q進(jìn)制BCH碼的一個(gè)特殊子類。

⑥低密度奇偶校驗(yàn)碼(LDPC)。

數(shù)字音頻廣播采用卷積編碼。數(shù)字地面電視國家標(biāo)準(zhǔn)采用BCH和LDPC級聯(lián)碼。

CMMB（移動多媒體廣播）采用RS和LDPC級聯(lián)碼。4、復(fù)用技術(shù)

是解決如何利用一條信道同時(shí)傳輸多路信號的技術(shù)。其目的是為了提高信道的利用率。頻分復(fù)用：對于一條通信線路，設(shè)計(jì)多路通信信道，每路信道以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，這條線路就可以同時(shí)獨(dú)立的傳輸多路信號。時(shí)分復(fù)用：對于一條通信線路，設(shè)計(jì)多個(gè)時(shí)間間隙（時(shí)隙），這些時(shí)隙輪流分配給多個(gè)信源使用，這條線路就可以同時(shí)獨(dú)立的傳輸多路信號。碼分復(fù)用：對于一條通信線路，設(shè)計(jì)多個(gè)地址碼，這些地址碼分配給多個(gè)信源使用，這條線路就可以同時(shí)獨(dú)立的傳輸多路信號。1）頻分復(fù)用（FDM）

FDM是按頻率區(qū)分各路信號的復(fù)用方式，它將信道帶寬分成多個(gè)互不重疊的小頻帶（子通道），每路信號占據(jù)其中一個(gè)子通道。2）時(shí)分復(fù)用（TDM）TDM是利用時(shí)間分片方式來實(shí)現(xiàn)在同一信道中傳輸多路信號的一種復(fù)用技術(shù)。在TDM中，以數(shù)據(jù)幀的形式復(fù)用多路信號，每幀時(shí)間等于抽樣周期，每幀分成n個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙依次分配給n路信號的樣值。1、基本碼型（a）單極性碼特點(diǎn)：含直流和低頻分量應(yīng)用：設(shè)備內(nèi)部和數(shù)字調(diào)制器中。（b）雙極性碼優(yōu)點(diǎn)：無直流分量（等概）、抗擾能力較強(qiáng)。應(yīng)用：V.24、RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)字調(diào)制器中。第六部分、數(shù)字信號基帶傳輸基本碼型（c）單歸零碼特點(diǎn)：可從中直接提取位定時(shí)信號，應(yīng)用：作為其他碼型提取同步時(shí)鐘時(shí)的一種過渡碼型。（d）雙歸零碼它兼有雙極性和歸零波形的特點(diǎn)歸零（RZ）：占空比<1；常用半占空波形（=50%）基本碼型（e）差分碼特點(diǎn)：用相鄰碼元電平的跳變或不變來表示信息碼元，而與本碼元的電平無關(guān)。傳號差分：“1”變，“0”不變；空號差分：“0”變，“1”不變；優(yōu)點(diǎn)：可以消除設(shè)備初始狀態(tài)不確定性的影響，應(yīng)用：在相位調(diào)制系統(tǒng)中，可用于解決載波相位模糊問題。以上基本碼型一般用于設(shè)備內(nèi)部和近距離的傳輸，或用作過渡碼型。2、線路碼型碼型變換把信碼變換成適合在信道中傳輸?shù)拇a型（簡稱線路碼或傳輸碼）主要目的ContentTitle改變信號的功率譜形狀或成分，以適應(yīng)基帶傳輸?shù)囊筮x碼原則無直流分量，且低頻分量小；含有同步（定時(shí)）信息；功率譜主瓣窄，以節(jié)省傳輸頻帶；具有一定的宏觀檢錯(cuò)能力；編譯碼簡單。滿足或部分滿足以上原則的線路碼有很多。幾種常用的線路碼

AMI碼、HDB3碼雙相碼和CMI碼

nBmB碼、多電平碼1）AMI碼（傳號交替反轉(zhuǎn)碼）編碼規(guī)則：將信碼中的“1”交替編成“+1”和“?1”，而“0”保持不變。例如：

信碼：

10000

10000110000000011…AMI碼：+10000?10000+1-100000000+1?1…可見，AMI碼的波形是三電平（正、負(fù)、零）的半占空歸零碼波形。優(yōu)點(diǎn)：無直，且高、低頻分量少；具有宏觀自檢能力；編譯碼電路簡單。應(yīng)用：AMI碼是北美電話系統(tǒng)中時(shí)分復(fù)用基群的線路接口碼型。2）.多電平碼特點(diǎn)：每個(gè)脈沖波形攜載多位二進(jìn)制碼。例如：一種四電平碼（也稱2B1Q碼），它的每種電平脈沖可以代表2位二進(jìn)制碼元，

優(yōu)點(diǎn)：在波特率一定時(shí)，可以提高比特率。應(yīng)用：頻帶受限的高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。3、數(shù)字基帶信號的功率譜（1）功率譜通常包含連續(xù)譜和離散譜；（2）連續(xù)譜始終存在，根據(jù)連續(xù)譜可以確定信號的帶寬。（3）離散譜不能確定是否存在4、基帶傳輸模型和碼間串?dāng)_1）.基帶傳輸模型和各點(diǎn)示意波形發(fā)送濾波器：將矩形脈沖變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘柌ㄐ涡诺溃弘p絞線、同軸電纜等有線信道會使傳輸波形失真，并引入噪聲接收濾波器：濾除帶外噪聲，并對信道送出的失真波形進(jìn)行平滑抽樣判決器：接收波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號傳輸模型：各點(diǎn)波形：單極性基帶信號碼型變換后的波形碼型及波形變換后，是一種適合在信道中傳輸?shù)牟ㄐ涡诺垒敵鲂盘柦邮諡V波器輸出波形位定時(shí)同步脈沖恢復(fù)的信息，其中第7個(gè)碼元發(fā)生誤碼誤碼原因：

碼間串?dāng)_和信道噪聲錯(cuò)誤碼元2）.碼間串?dāng)_（ISI，InterSymbolInterference）原因：系統(tǒng)傳輸總特性不理想，導(dǎo)致碼元的響應(yīng)波形畸變、展寬和拖尾，從而對當(dāng)前碼元的判決造成干擾，如下圖所示。對某個(gè)碼元抽樣時(shí)，得到的實(shí)際抽樣值不僅有本碼元的樣值，還有其他碼元在該碼元抽樣時(shí)刻上的串?dāng)_值（ISI）及噪聲的樣值（圖中未畫出）。為了減少誤碼，必須最大限度地減小碼間串?dāng)_和噪聲的影響。5、無碼間串?dāng)_的條件—Nyquist準(zhǔn)則

碼間串?dāng)_反映的是基帶系統(tǒng)傳遞特性的不良。能否消除碼間串?dāng)_，關(guān)鍵在于如何設(shè)計(jì)基帶傳輸總特性設(shè)基帶傳輸總特性及其對應(yīng)的單位沖激響應(yīng)為：

則經(jīng)過分析可知，無ISI的時(shí)域條件：無ISI的頻域條件：

，該條件稱為奈奎斯特（Nyquist）第一準(zhǔn)則。它是設(shè)計(jì)或檢驗(yàn)?zāi)芊裣a間串?dāng)_的理論依據(jù)。幾何意義：將特性曲線以為間隔分段，然后平移（，）區(qū)間內(nèi)進(jìn)行疊加，其結(jié)果應(yīng)當(dāng)為一常數(shù)，即等效成一個(gè)理想低通濾波器：滿足Nyquist第一準(zhǔn)則的特性有多種。那么，如何設(shè)計(jì)或選擇

呢？6、基帶傳輸特性的設(shè)計(jì)1）.理想低通特性可見，對于帶寬為的理想低通傳輸特性，若以RB=1/Ts波特的速率傳輸數(shù)據(jù)，則在抽樣時(shí)刻上不存在碼間串?dāng)_。若以高于1/Ts波特的碼元速率傳送時(shí)，將存在碼間串?dāng)_。通常將此帶寬B稱為奈奎斯特帶寬，并記為

把無ISI的最高碼元速率，稱為奈奎斯特速率。此時(shí)，基帶系統(tǒng)所能提供的最高頻帶利用率為這是在無ISI條件下，基帶系統(tǒng)所能達(dá)到的極限情況。(Baud/Hz)2）．余弦滾降特性這種設(shè)計(jì)可看成是理想低通特性（圖中虛線）按奇對稱進(jìn)行“滾降”的結(jié)果。定義滾降系數(shù)用來描述滾降程度。存在問題：理想矩形特性在物理上是無法實(shí)現(xiàn)的；其沖激響應(yīng)的尾部衰減較慢，如果抽樣定時(shí)稍有偏差，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的碼間串?dāng)_。因此不能實(shí)用。解決方案：在實(shí)際中常采用在兩邊呈現(xiàn)奇對稱的余弦滾降特性。超出的擴(kuò)展量奈奎斯特帶寬

取值的范圍為[0，1]。不同的對應(yīng)有不同的滾降特性和沖激響應(yīng)：=0時(shí)，就是理想低通特性；越大，的拖尾衰減越快。隨著的增加，所占帶寬由增大為 ，相應(yīng)的頻帶利用率也由2降低為 (Baud/Hz) 當(dāng)

=

1時(shí)，

的尾部衰減最快，這有利于減小碼間串?dāng)_和位定時(shí)誤差的影響，但所占帶寬是理想低通特性（

=

0）的2倍，頻帶利用率降低為1Baud/Hz。7、估計(jì)系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)手段—眼圖

觀察方法：把示波器跨接在抽樣判決器輸入端，調(diào)整示波器的水平掃描周期=接收碼元的周期。

眼圖示例：（a）為無ISI的情況，其眼圖是線跡細(xì)而清晰的大“眼睛”；（b）為有ISI的情況，其眼圖線跡雜亂，“眼睛”張開度小，且眼睛不端正。“眼睛”張開的程度定性地反映了ISI的大小?！把劬Α睆堥_度越大，且線跡越細(xì)，表示ISI越小，說明接收信號的質(zhì)量越好。當(dāng)存在噪聲時(shí)，眼圖的線跡將變成模糊的帶狀線，噪聲越大，線條越寬，越模糊，“眼睛”張開的越小，甚至閉合。眼圖模型

眼睛張開最大的時(shí)刻為最佳抽樣時(shí)刻。眼眶的斜率反映對定時(shí)誤差的靈敏度。斜率越大，越易受定時(shí)誤差的影響。陰影區(qū)的垂直高度表示在抽樣時(shí)刻上信號幅度的畸變程度，也稱抽樣失真。圖中央的橫軸位置對應(yīng)于判決門限電平。抽樣時(shí)刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲容限，若噪聲的瞬時(shí)值超過它就可能發(fā)生錯(cuò)判。由于有誤差，所以

有ISI。插入均衡器

，使得

滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則，則

在抽樣時(shí)刻上無ISI。

8、減小碼間串?dāng)_的措施—均衡均衡目的：消除或減小碼間串?dāng)_（ISI）。均衡原理：頻域均衡——從頻域上補(bǔ)償系統(tǒng)的頻率特性，使包括均衡器在內(nèi)的基帶系統(tǒng)的總特性滿足奈奎斯特第一準(zhǔn)則。時(shí)域均衡——直接校正失真的響應(yīng)波形，使包括均衡器在內(nèi)的整個(gè)系統(tǒng)的沖激響應(yīng)滿足無ISI的時(shí)域條件。7.1調(diào)制簡介調(diào)制是許多通信系統(tǒng)（尤其是無線通信）的關(guān)鍵技術(shù)。7.1.1

什么是調(diào)制？比喻貨物運(yùn)輸調(diào)制傳輸貨物消息信號運(yùn)載工具載波把貨物裝載到運(yùn)載工具上調(diào)制過程到達(dá)目的地后，則要從運(yùn)載工具上卸下貨物解調(diào)過程調(diào)制把消息信號搭載在載波上的過程。換言之就是使載波的某個(gè)參數(shù)（幅度、頻率、相位）隨著消息信號的規(guī)律而變化。第七部分、調(diào)制理論調(diào)制過程示意載波一種高頻周期信號（如正弦波、脈沖串），其本身不含任何有用信息。：已調(diào)信號經(jīng)過調(diào)制后的載波，它含有消息信號的全部特征。調(diào)制過程中涉及的3種信號消息信號載波已調(diào)信號“消息信號、調(diào)制信號和基帶信號”對于已調(diào)信號來說是同義詞。解調(diào)（或稱檢波）是調(diào)制的逆過程從已調(diào)信號中還原消息信號：7.1.2

為什么要進(jìn)行調(diào)制？（1）進(jìn)行頻譜搬移，匹配信道特性，合理的天線尺寸。（2）實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，提高信道利用率。（3）改善系統(tǒng)性能。此外，在利用模擬電話線路傳輸數(shù)據(jù)信號、在進(jìn)行頻段指配等場合也都需要調(diào)制。因此，調(diào)制在通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。7.1.3

調(diào)制的類型根據(jù)消息信號、載波的被調(diào)參數(shù)和頻譜結(jié)構(gòu)的不同，可將基本調(diào)制方式分為：若用模擬消息信號分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生模擬已調(diào)信號幅度調(diào)制（AM）頻率調(diào)制（FM）相位調(diào)制（PM）若用數(shù)字消息信號分別控制載波的幅度、頻率和相位，則相應(yīng)產(chǎn)生數(shù)字已調(diào)信號：幅移鍵控（ASK）頻移鍵控（FSK）相移鍵控（PSK）7.2

幅度調(diào)制7.2.1

常規(guī)調(diào)幅幅度調(diào)制是使正弦載波的振幅按照模擬消息信號的變化規(guī)律成比例地變化。幅度調(diào)制有4種方式AMDSBSSBVSB常規(guī)雙邊帶調(diào)幅抑制載波雙邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制殘留邊帶調(diào)制1．AM信號的產(chǎn)生圖4-2AM調(diào)制模型

2．AM信號的波形與頻譜示意圖:圖4-3AM信號的波形和頻譜由圖可見：（1）AM波的包絡(luò)反映了基帶信號的變化規(guī)律，可進(jìn)行包絡(luò)檢波。（2）AM的頻譜由載頻分量和上、下對稱的兩個(gè)邊帶組成

線性調(diào)制（3）已調(diào)信號的頻譜僅僅是基帶信號頻譜的簡單搬移（4-2-3）

7.2.2抑制載波雙邊帶調(diào)制

圖4-5DSB信號的波形和頻譜由圖可見：

（2）DSB頻譜中沒有載波分量，因此，調(diào)制效率達(dá)到100%。問題：DSB信號的帶寬與AM相同，仍是基帶信號帶寬的兩倍，即這就引發(fā)出一種想法：能否只傳輸DSB其中的一個(gè)邊帶呢？7.2.3單邊帶調(diào)制1．SSB信號的產(chǎn)生濾波法：先產(chǎn)生一個(gè)DSB信號，然后用

濾掉一個(gè)邊帶，即可得到SSB信號。圖4-6濾波法產(chǎn)生SSB的模型若為高通濾波器，則產(chǎn)生上邊帶（USB）信號；若為低通濾波器，則產(chǎn)生下邊帶（LSB）信號。圖4-7邊帶濾波器特性圖4-8SSB信號的頻譜濾波法的技術(shù)難點(diǎn)在于：邊帶濾波器很難制作。在實(shí)際中往往采用多級調(diào)制濾波法。7.2.4VSB是介于SSB與DSB之間的一種折衷方式，見圖4-10。它既能克服DSB信號占用頻帶寬的缺點(diǎn)，又能避免SSB實(shí)現(xiàn)上的難題。圖4-10DSB、SSB和VSB信號的頻譜VSB7.3角度調(diào)制

角度調(diào)制調(diào)頻（FM）：是指瞬時(shí)頻率偏移隨著消息信號成比例變化調(diào)相（PM）：是指瞬時(shí)相位偏移隨著消息信號作線性變化若將調(diào)制信號微分后，再對載波進(jìn)行調(diào)頻，則可得PM信號；若將調(diào)制信號積分后，再對載波進(jìn)行調(diào)相，則可得FM信號。7.3.1.單音FM設(shè)單音（單頻）正弦調(diào)制信號（消息信號）

（4-3-11）將其代入式（4-3-8），則可得單音FM信號

（4-3-12）式中

（4-3-13）它是關(guān)乎調(diào)頻系統(tǒng)性能的一個(gè)重要參數(shù)；其中的==為最大角頻偏，為調(diào)制頻率。調(diào)頻波的頻偏與調(diào)制信號的幅度成正比，而與調(diào)制信號的頻率無關(guān)，這是調(diào)頻波的基本特征。Mf為調(diào)頻指數(shù)圖4-17單頻調(diào)制的PM和FM波形兩者的幅度恒定。7.3.2．帶寬理論上，F(xiàn)M信號的頻譜含有無窮多個(gè)頻率分量，所以其帶寬為無窮大。實(shí)際上，邊頻幅度將隨著n的增大而逐漸減小，

——卡森公式以上是單頻調(diào)頻情況，當(dāng)消息信號有多個(gè)頻率成分時(shí)，調(diào)頻信號的帶寬仍可用卡森公式來估算。這時(shí)，式中的為消息信號的最高頻率。例如，在FM廣播中規(guī)定最大頻偏為75kHz，最高調(diào)制頻率為15kHz，故調(diào)頻指數(shù)，由卡森公式可算出FM信號的頻帶寬度為180kHz。圖4-20單頻調(diào)頻波的幅度頻譜示意圖因此，F(xiàn)M信號的有效帶寬為推廣：7.3.3FM信號的產(chǎn)生與解調(diào)1．FM信號的產(chǎn)生直接調(diào)頻——用消息信號控制壓控振蕩器（VoltageControlledOscillator，VCO）的頻率，使其按照的規(guī)律線性變化，可以獲得較大的頻偏但頻率穩(wěn)定度不高。間接調(diào)頻——先將消息信號積分，然后對載波進(jìn)行調(diào)相，從而產(chǎn)生窄帶調(diào)頻（NBFM）信號，若在后面加一個(gè)n次倍頻器，即可得到寬帶調(diào)頻（WBFM）信號，見圖4-22。間接調(diào)頻法的優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度好，缺點(diǎn)是需要多次倍頻和混頻，因此電路較復(fù)雜。圖4-21直接調(diào)頻模型圖4-22間接調(diào)頻原理框圖7.3.4模擬調(diào)制系統(tǒng)性能比較①抗噪聲性能：②頻譜利用率：同時(shí)涉及到FM系統(tǒng)的有效性和可靠性，F(xiàn)M系統(tǒng)的抗噪聲能力（可靠性）的提高是以占用更寬的傳輸帶寬（有效性降低）為代價(jià)換取的。③調(diào)頻指數(shù)

FMDSB/SSBVSBAMSSBVSBDSB/AMFM

數(shù)字調(diào)制的兩種方法：相乘法-----利用模擬調(diào)制的方法；鍵控法-----利用數(shù)字信號離散取值的特點(diǎn)，

通過開關(guān)鍵控正弦載波的參量?；菊{(diào)制方式：振幅監(jiān)控（ASK）頻移鍵控（FSK)相移鍵控（PSK）

在二進(jìn)制調(diào)制中，載波的幅度、頻率或相位只有兩種可能的取值。

此外，還有多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制和新型數(shù)字調(diào)制。7.4數(shù)字信號帶通傳輸7.4.1二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制原理7.4.1二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）原理：

利用載波的幅度變化（兩種）來傳遞數(shù)字信息（1和

0），而載波的頻率和初始相位保持不變。波形：表達(dá)式：

7.4.2二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）原理：

利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息。在2FSK中，正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號在

和

兩個(gè)頻率點(diǎn)上變化。波形：表達(dá)式：

2FSK信號可視為兩個(gè)不同載頻的2ASK信號的疊加

7.4.3二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）原理：或雙極性基帶信號波形：表達(dá)式：2PSK存在問題：采用差分相移鍵控（DPSK）體制。

解決方案：由于本地載波恢復(fù)存在相位模糊現(xiàn)象，所以會出現(xiàn)反向工作

7.4.4二進(jìn)制差分相移鍵控（2DPSK）原理：利用相鄰碼元載波相位的相對變化傳遞數(shù)字信息的，所以

又稱2DPSK為相對相移鍵控。

示例

若初始參考相位不同，則2DPSK信號的相位也不同。這說明，2DPSK信號的相位并不直接代表信息，而相鄰碼元載波相位的相對變化才是唯一決定信息符號的因素。設(shè)為當(dāng)前碼元與前一碼元的載波相位差，并定義：2ASK

信號的功率譜由離散譜（即載波分量）和連續(xù)譜兩部分組成。2ASK信號的帶寬是基帶信號帶寬的兩倍，譜零點(diǎn)帶寬為2ASK信號的傳輸帶寬是碼元速率的兩倍。其中，是基帶信號的譜零點(diǎn)帶寬。

7.4.5二進(jìn)制已調(diào)信號的功率譜1、2ASK功率譜1、2FSK信號的離散譜位于兩個(gè)載頻

f1和

f2處；2、連續(xù)譜的形狀隨著兩個(gè)載頻之差的大小而變化；3、譜第一個(gè)零點(diǎn)寬為2．2FSK信號的功率譜它與2ASK的表示形式完全一樣，區(qū)別僅在于這里的S(t)為雙極性。因此，2PSK信號的頻譜特性與2ASK的十分相似，當(dāng)?shù)雀怕拾l(fā)送信息時(shí)，2PSK譜中無離散譜。2DPSK與2PSK信號具有相同的功率譜。帶寬均為基帶信號帶寬的兩倍。

3.2PSK與2DPSK信號的功率譜7.5.1抗噪聲性能

對于相同的解調(diào)方式（相干解調(diào)），抗高斯白噪聲性能優(yōu)劣的順序是：2PSK、2DPSK、2FSK、2ASK（圖7-21誤碼率與信噪比的關(guān)系曲線）為解調(diào)器輸入端的信噪比7.5二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能比較

7.5.2有效性—帶寬和頻帶利用率2FSK的帶寬不僅與基帶信號帶寬有關(guān)，而且與信號的兩個(gè)載頻之差有關(guān)。在碼元速率相同的情況下，2FSK系統(tǒng)的頻帶利用率最低，有效性最差。7.6多進(jìn)制制數(shù)字調(diào)制原理二進(jìn)制調(diào)制是一種最基本的數(shù)字調(diào)制方式，具有較好的抗干擾能力。二進(jìn)制的每個(gè)碼元只攜帶1bit信息，因此頻帶利用率不高。二進(jìn)制：為了提高信道的頻帶利用率，可采用多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制方式。多進(jìn)制：每個(gè)碼元攜帶攜帶的信息量

優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：誤碼率增大（因?yàn)榕袥Q范圍減?。?；系統(tǒng)復(fù)雜。在信息速率一定時(shí)，通過增加進(jìn)制數(shù)M，可以降低碼元速率，從而減小信號帶寬、節(jié)約頻率資源。

在碼元速率

一定時(shí)，通過增加進(jìn)制數(shù)M，可以增大信息速率

，從而在相同的帶寬中傳輸更多比特的信息，提高頻帶利用率。

7.6.1

多進(jìn)制振幅鍵控（MASK）MASK可看成是二進(jìn)制振幅鍵控（2ASK）的推廣。且有例如：一種4ASK信號的時(shí)間波形4ASK信號的振幅有4種可能的取值，每個(gè)碼元含有2bit的信息。7.6.2多進(jìn)制頻移鍵控（MFSK）MFSK是2FSK方式的擴(kuò)展。例如：4FSK中，采用4種不同的頻率分別表示雙比特信息，如下圖所示。

7.6.3多進(jìn)制相移鍵控（MPSK/MDPSK）多相調(diào)制是利用載波的M種不同相位來表示數(shù)字信息的。信號矢量圖（星座圖）：在2PSK中，載波相位只有2種取值，分別代表

1和

0；在4PSK中，載波相位有4種，分別表示雙比特信息：00、01、10和11。在8PSK中，載波相位有8種，分別表示八進(jìn)制碼元，每個(gè)碼元包含3bit的信息。隨著進(jìn)制數(shù)M的增加，多相制信號可以在相同的帶寬中傳輸更多比特的信息，從而提高頻帶利用率。隨著進(jìn)制數(shù)M的增加，星座圖上的相鄰信號點(diǎn)的距離會逐漸減小（相當(dāng)于噪聲容限減?。?，導(dǎo)致抗噪聲性能下降。設(shè)備也復(fù)雜。4PSK信號的產(chǎn)生與解調(diào)：4PSK，也稱正交相移鍵控QPSK，是利用載波的4種不同相位來表示數(shù)字信息的。4PSK的每一種載波相位代表兩個(gè)比特（00、01、10或11）。兩個(gè)比特的組合稱做雙比特碼元，記為ab。

7.6.4正交振幅調(diào)制（QAM）需求背景：在MPSK方式中，隨著M的增大，頻譜利用率提高了，但相鄰相位的距離逐漸減小，誤碼率難以保證。為了改善M較大時(shí)的抗噪聲性能，并進(jìn)一步提高頻譜利用率，發(fā)展出了正交振幅調(diào)制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）技術(shù)。QAM是一種振幅和相位聯(lián)合鍵控的調(diào)制方式，其頻譜利用率高，在中大容量數(shù)字微波通信系統(tǒng)、有線電視網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)思想：由4PSK或8PSK的星座圖可見，所有信號點(diǎn)（圖中黑點(diǎn)）平均分布在一個(gè)圓周上，信號點(diǎn)所在的圓周半徑就等于該信號的幅度。顯然，在信號幅度相同（功率相等）的條件下，8PSK相鄰信號點(diǎn)的距離比4PSK的小，并且隨著的增加，星座圖上的相鄰信號點(diǎn)的距離會越來越小。這意味著在相同噪聲條件下，系統(tǒng)的誤碼率增大。那么，如何增大相鄰信號點(diǎn)的距離，以減小誤碼率呢？容易想到的一種解決辦法是，通過增大圓周半徑（即增大信號功率）來增大相鄰信號點(diǎn)的距離，但這種方法往往會受發(fā)射功率的限制。一種更好的設(shè)計(jì)思想是在不增大圓半徑基礎(chǔ)上（即不增加信號功率），重新安排信號點(diǎn)的位置，以增大相鄰信號點(diǎn)的距離。實(shí)現(xiàn)這種思想的可行性方案就是正交振幅調(diào)制（QAM）——一種把ASK和PSK結(jié)合起來的調(diào)制方式。舉例比較：16QAM信號和16PSK信號的星座圖：設(shè)兩者的最大振幅為AM，則16QAM信號點(diǎn)的最小距離為而16PSK信號點(diǎn)的最小距離等于此最小距離代表著噪聲容限的大小，而噪聲容限越大，表明抗噪聲性能就越強(qiáng)。比較：在最大振幅（功率）相等的條件下即16QAM比16PSK信號的噪聲容限大。這表明，