通信原理簡明教程－第1章2025/6/10第１章緒論2第1章緒論1.1通信系統(tǒng)的組成

1.2信息及其度量

1.3通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.4通信發(fā)展簡史

2025/6/10第１章緒論3１.1通信系統(tǒng)的組成

通信意義：通信與傳感技術(shù)、計算技術(shù)緊密結(jié)合，構(gòu)成現(xiàn)代社會的“神經(jīng)中樞”。通信技術(shù)已成為推動人類社會文明、進(jìn)步與發(fā)展的巨大動力。通信概念：信息的傳遞過程稱為通信。本課程講述以電信號為信息載體的通信方式，即電通信。2025/6/10第１章緒論41.1.1通信系統(tǒng)模型及各部分作用

１.完成信息傳遞所需的通信設(shè)備和傳輸媒質(zhì)組成通信系統(tǒng)。信源和輸入轉(zhuǎn)換器發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備輸出轉(zhuǎn)換器和信宿噪聲源圖1－1通信系統(tǒng)的一般模型產(chǎn)生電信號將輸入轉(zhuǎn)換為適信道傳輸?shù)男盘杺鬏斆浇闉V除噪聲，恢復(fù)發(fā)送信號信號目的地2025/6/10第１章緒論52.通信系統(tǒng)分類

根據(jù)通信業(yè)務(wù)分：電話通信系統(tǒng)、電報通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)等。根據(jù)信道分：有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)等根據(jù)工作波段分：中長波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)、超短波通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)等。1.1.1通信系統(tǒng)模型及各部分作用

2025/6/10第1章通信系統(tǒng)概述6表1-1通信波段與常用傳輸媒質(zhì)頻率范圍波長符號傳輸媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對長波無線電音頻電話、岸與潛艇通信、超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航30~300kHz103~104m低頻LF有線線對長波無線電電力線通信、地下巖層通信、遠(yuǎn)距離導(dǎo)航300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜中波無線電調(diào)幅廣播、業(yè)余無線電、船用通信、中距離導(dǎo)航3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無線電短波廣播、移動無線電話、軍用無線電通信、業(yè)余無線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電調(diào)頻廣播、電視、雷達(dá)、軍用無線電通信300MHz~3GHz0.1~1m特高頻UHF波導(dǎo)分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30~300GH1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無線電微波接力、雷達(dá)、射電天文學(xué)105~106GHz3x10-7~3x10-6m紫外、可見光、紅外光纖激光空間傳播光通信2025/6/10第１章緒論71.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.模擬信號與數(shù)字信號模擬信號波形(a)連續(xù)信號；(b)抽樣信號2025/6/10第１章緒論8數(shù)字信號波形(a)二進(jìn)制波形；(b)2PSK波形1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論92.模擬通信系統(tǒng)模型圖1－４模擬通信系統(tǒng)模型1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論10信源編碼加密器信道編碼數(shù)字調(diào)制信道數(shù)字解調(diào)解密器信道譯碼信源譯碼信宿信源噪聲源圖1－５數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型3.數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論11

優(yōu)點(diǎn):抗噪聲性能好，允許信號失真，接力通信時無噪聲積累。1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型4.數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn)2025/6/10第１章緒論12差錯可控，可采用糾錯編碼及交織技術(shù)。數(shù)字通信易于加密處理，保密性強(qiáng)。便于處理、存儲、交換及和計算機(jī)等設(shè)備連接，從而語音、圖像、文字、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)可以變換成統(tǒng)一的數(shù)字信號在同一個網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸、交換和處理。易于集成化，體積小，成本低。1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論13缺點(diǎn)：占據(jù)更多帶寬。由壓縮編碼及寬帶信道解決

如模擬話音，只有3KHz的帶寬；數(shù)字話音，64Kb/s返回主目錄1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論141.2信息及其度量1.信息量的定義信號是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。信息量：信息的多少，就是對消息中不確定性的度量。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。設(shè)信息源是由離散符號（事件組成的集合。每個符號的發(fā)生是相互獨(dú)立的，其發(fā)生概率滿足非負(fù)、歸一性，則某個符號含有信息量為2.熵的概念

信源各符號平均信息量，bit/sym2025/6/10第１章緒論151.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論161.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論171.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論181.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論191.3通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。這兩個問題相互矛盾而又相對統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。2025/6/10第１章緒論201.3.1模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性可用有效傳輸頻帶來度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。如調(diào)頻信號抗干擾能力比調(diào)幅好，但調(diào)頻信號所需傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。2025/6/10第１章緒論211.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性:碼元速率、信息速率及頻帶利用率碼元速率：，單位波特，簡記Baud或B，其中為碼元持續(xù)時間或碼元寬度或碼元間隔。

2025/6/10第１章緒論22

信息速率：，單位為比特／秒，記為bit/s或b/s

當(dāng)各符號等概時：，其中Ｍ為進(jìn)制數(shù)。1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論23頻帶利用率(1)碼元頻帶利用率(2)信息頻帶利用率1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論241.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論25可靠性：誤碼率、誤信（比特）率誤碼率：誤信（比特）率：1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論261.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論271.4通信發(fā)展簡史1.通信發(fā)展簡史2.通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢短波通信微波通信衛(wèi)星通信光纖通信移動通信人類對新技術(shù)的追求是無止境的，對新的通信系統(tǒng)和通信技術(shù)的研究仍在不斷進(jìn)行。人類通信的目標(biāo)是任何人在任何地點(diǎn)、任何時間，都能利用通信終端與在任何地方的人進(jìn)行通信。2025/6/10第2章預(yù)備知識28通信原理簡明教程－第2章2025/6/10第2章預(yù)備知識29第2章預(yù)備知識2.1信號與系統(tǒng)的分類2.2確知信號分析2.3隨機(jī)信號分析2.4通信系統(tǒng)中的噪聲2.5匹配濾波器2.6信道2025/6/10第2章預(yù)備知識302.1信號與系統(tǒng)的分類信號的分類數(shù)字信號與模擬信號

數(shù)字信號：攜帶信息的參量取值離散，如計算機(jī)輸出的“１”“０”信號。

模擬信號：攜帶信息的參量取值連續(xù)，如語音信號。周期信號與非周期信號

周期信號：每隔一個固定時間重復(fù)出現(xiàn)的信號，如正弦信號或余弦信號。

非周期信號：不是周期重復(fù)出現(xiàn)的信號，如語音信號、單個的矩形脈沖信號等。2025/6/10第2章預(yù)備知識31確知信號與隨機(jī)信號

確知信號：能用確定的數(shù)字表達(dá)式描述的信號。

隨機(jī)信號：信號在發(fā)生之前無法預(yù)知的信號，即寫不出確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通常只知道它取某值的概率。能量信號與功率信號

能量信號：能量有限的信號。如寬度和幅度有限的單個矩形脈沖。

功率信號：功率有限的信號。如正弦或余弦信號。2.1信號與系統(tǒng)的分類2025/6/10第2章預(yù)備知識322.系統(tǒng)的分類線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 線性系統(tǒng)：滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。 非線性系統(tǒng)：不滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。時不變與時變系統(tǒng)

時不變系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數(shù)不隨時間變化。也稱為恒參系統(tǒng)。

時變系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數(shù)隨時間變化，也稱為變（隨）參系統(tǒng)。2.1信號與系統(tǒng)的分類2025/6/10第2章預(yù)備知識33物理可實現(xiàn)與物理不可實現(xiàn)系統(tǒng)

物理可實現(xiàn)系統(tǒng)：實際系統(tǒng)都是物理可實現(xiàn)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出信號不可能在輸入信號之前出現(xiàn)。

物理不可實現(xiàn)系統(tǒng)：理想系統(tǒng)都是物理不可實現(xiàn)的系統(tǒng)，如理想低通濾波器。2.1信號與系統(tǒng)的分類2025/6/10第2章預(yù)備知識342.2確知信號分析2.2.1周期信號的頻譜分析2.2.2非周期信號的頻譜分析2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2.2.4波形的相關(guān)與卷積2.2.5信號帶寬2025/6/10第2章預(yù)備知識352.2.1周期信號的頻譜分析任意周期為T0的周期信號可以展開成如下指數(shù)形式的級數(shù)：當(dāng)x(t)為實偶信號時，也為實偶函數(shù)。反映了周期信號中頻率為成分的幅度值和相位值，稱為周期信號的頻譜。2025/6/10第2章預(yù)備知識362.2.1周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識372.2.1周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識382.2.1周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識392.2.1周期信號的頻譜分析周期信號頻譜特點(diǎn):離散性

諧波性2025/6/10第2章預(yù)備知識402.2.2非周期信號的頻譜分析

非周期信號與其傅里葉變換之間關(guān)系:1.傅里葉變換求稱為傅里葉變換，記為求稱為傅里葉反變換，記為2025/6/10第2章預(yù)備知識412.常用信號的傅里葉變換對

矩形脈沖矩形脈沖的頻譜2.2.2非周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識42門函數(shù)頻譜函數(shù)的傅氏反變換（a）矩形脈沖波形（b）矩形脈沖的頻譜圖2.2.6矩形頻譜及其時間波形2.2.2非周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識43升余弦脈沖的傅氏變換0(a)(b)02.2.2非周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識44升余弦頻譜函數(shù)的傅氏反變換(a)(b)2.2.2非周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識45周期信號頻譜：周期沖激脈沖序列頻譜函數(shù)：周期矩形脈沖序列頻譜函數(shù)：2.2.2非周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識46（1）線性疊加（2）時移特性

[例2-6]求下圖脈沖信號的頻譜。

3.傅里葉變換的運(yùn)算特性及其應(yīng)用

2.2.2非周期信號的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識472.2.2非周期信號的頻譜分析（3）頻移特性

解：2025/6/10第2章預(yù)備知識482.2.2非周期信號的頻譜分析（4）卷積特性2025/6/10第2章預(yù)備知識492.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度1.能量信號的帕塞瓦爾定理及能量譜

能量信號的帕塞瓦爾定理:

帕塞瓦爾定理將信號能量或功率與信號的頻譜函數(shù)聯(lián)系起來。這樣就有了時域和頻域兩種計算能量或功率的方法，從而可以選擇方便計算的方法來求得信號的能量或功率。

2025/6/10第2章預(yù)備知識50[例2-8]求信號的能量.定義單位頻率上的能量為能量譜密度:能量譜表示能量隨頻率分布的情況.

2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2025/6/10第2章預(yù)備知識512.功率信號的帕塞瓦爾定理及功率譜

功率信號的帕塞瓦爾定理:

帕塞瓦爾定理將信號能量或功率與信號的頻譜函數(shù)聯(lián)系起來。這樣就有了時域和頻域兩種計算能量或功率的方法，從而可以選擇方便計算的方法來求得信號的能量或功率。

2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2025/6/10第2章預(yù)備知識52定義單位頻率上的功率為功率譜密度:功率譜表示功率隨頻率分布的情況.[例2-9]設(shè)余弦信號，求此信號功率譜密度及其功率。

2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2025/6/10第2章預(yù)備知識532.2.4波形的相關(guān)與卷積1.波形的相關(guān)能量信號的互相關(guān)定義為:

當(dāng)

時,即為自相關(guān)函數(shù):2025/6/10第2章預(yù)備知識542.2.4波形的相關(guān)與卷積2025/6/10第2章預(yù)備知識55自相關(guān)函數(shù)的特性

①能量信號:；功率信號:。②③④與能量譜密度是一對傅里葉變換,即:此表達(dá)式即為維納-辛欽定理.2.2.4波形的相關(guān)與卷積2025/6/10第2章預(yù)備知識562.波形的卷積幾個常用的卷積式子:2.2.4波形的相關(guān)與卷積2025/6/10第2章預(yù)備知識572.2.5信號帶寬1.以集中一定百分比的能量（功率）來定義帶寬：

能量信號

功率信號

給定比例即可求出帶寬.2025/6/10第2章預(yù)備知識582.2.5信號帶寬2.3dB帶寬帶寬B定義為正頻率軸上或下降到3dB（半功率點(diǎn)）處的相應(yīng)頻率間隔，習(xí)慣上稱為“3dB帶寬”。2025/6/10第2章預(yù)備知識592.2.5信號帶寬3.等效矩形帶寬

2025/6/10第2章預(yù)備知識604.第一個零點(diǎn)帶寬用能量譜或功率譜主瓣的第一個零點(diǎn)頻率(正)定義帶寬.注意:對于同一信號,不同定義下的帶寬可能有所不同.(1)3dB帶寬(2)等效矩形帶寬(3)第一個零點(diǎn)帶寬(4)百分比帶寬2.2.5信號帶寬2025/6/10第2章預(yù)備知識612.3隨機(jī)信號分析2.3.1隨機(jī)變量

隨機(jī)變量：取值隨機(jī)的變量稱為隨機(jī)變量.

離散隨機(jī)變量:取值離散可數(shù)連續(xù)隨機(jī)變量:取值充滿某一有限或無限區(qū)間.2.概率及概率密度函數(shù)概率:表示離散隨機(jī)變量取某個值可能性的大小.

概率密度函數(shù):表示連續(xù)隨機(jī)變量取某值可能性的大小.2025/6/10第2章預(yù)備知識622.3.1隨機(jī)變量概率密度函數(shù)

(pdf):性質(zhì)：(1)(2)(3)2025/6/10第2章預(yù)備知識632.3.1隨機(jī)變量3.幾個常用的概率密度函數(shù)(1)均勻分布隨機(jī)變量在區(qū)間均勻布,其概率密度函數(shù)為:2025/6/10第2章預(yù)備知識642.3.1隨機(jī)變量(2)高斯分布(Gaussian)

高斯分布又稱為正態(tài)分布,其概率密度函數(shù)為2025/6/10第2章預(yù)備知識652.3.1隨機(jī)變量兩個特殊概率:

2025/6/10第2章預(yù)備知識662.3.1隨機(jī)變量(3)瑞利分布窄帶高斯噪聲包絡(luò)的瞬時值服從瑞利分布,其概率密度函數(shù)為2025/6/10第2章預(yù)備知識672.3.1隨機(jī)變量(4)萊斯分布窄帶高斯噪聲+正弦波合成信號包絡(luò)的瞬時值服從瑞利分布,其概率密度函數(shù)為當(dāng),退化為瑞利分布

當(dāng)相對于噪聲較大時,則近似為正態(tài)分布2025/6/10第2章預(yù)備知識682.3.1隨機(jī)變量4.隨機(jī)變量的數(shù)字特征(1)數(shù)學(xué)期望離散隨機(jī)變量:

連續(xù)隨機(jī)變量:

隨機(jī)變量的函數(shù):2025/6/10第2章預(yù)備知識692.3.1隨機(jī)變量數(shù)字期望的特點(diǎn):(1)(5)(2)(3)兩個隨機(jī)變量相互獨(dú)立

(4)2025/6/10第2章預(yù)備知識702.3.1隨機(jī)變量(2)方差方差特性:(1)(2),兩隨機(jī)變量獨(dú)立(3)(4)(5)2025/6/10第2章預(yù)備知識712.3.1隨機(jī)變量(3)協(xié)方差與相關(guān)矩協(xié)方差定義為:

其中稱為和的相關(guān)矩.注意:,稱兩個隨機(jī)變量不相關(guān)

,稱兩個隨機(jī)變量正交

,稱兩個隨機(jī)變量獨(dú)立2025/6/10第2章預(yù)備知識722.3.2隨機(jī)過程隨機(jī)過程的概念定義:包含隨機(jī)變量的時間的函數(shù).例如:,其中為隨機(jī)變量,其余為常數(shù).當(dāng)取值一定時,稱為樣本函數(shù).當(dāng)取值一定時,為隨機(jī)變量.因此:(1)隨機(jī)過程也定義為全體樣本函數(shù)的集合.(2)隨機(jī)過程也定義為依賴于時間的隨機(jī)變量的集合.2025/6/10第2章預(yù)備知識732.3.2隨機(jī)過程2.

隨機(jī)過程的數(shù)字特征隨機(jī)過程的均值:隨機(jī)過程的方差:通常：隨過程均值是時間的函數(shù)；方差也是時間的函數(shù)。[例2-13]求隨機(jī)過程的均值，其中，為常數(shù)，隨機(jī)相位在內(nèi)均勻分布。2025/6/10第2章預(yù)備知識74隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)(不同時刻取值的關(guān)聯(lián)程度):通常：隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)是時間和時間間隔的函數(shù)。[例2-14]求隨機(jī)過程的自相關(guān)函數(shù)，其中，為常數(shù)，隨機(jī)相位在內(nèi)均勻分布。2.3.2隨機(jī)過程2025/6/10第2章預(yù)備知識752.3.2隨機(jī)過程解：2025/6/10第2章預(yù)備知識762.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過程1.廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程的定義（1）均值為常數(shù)，即（2）自相關(guān)函數(shù)與時間無關(guān)，即可見：[例2-13]和[例2-14]所示隨機(jī)過程是平穩(wěn)隨機(jī)過程。[例2-15]考察隨機(jī)過程的平穩(wěn)性。其中、是常數(shù)，相位是在區(qū)間上均勻分布的隨機(jī)變量。

2025/6/10第2章預(yù)備知識772.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過程2.平穩(wěn)隨機(jī)過程自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)(1)偶函數(shù)，即(2)，為隨機(jī)過程的功率。(3）隨機(jī)過程自相關(guān)函數(shù)與功率譜密度之間是一對傅氏變換，即：

---維納-辛欽定理[例2-16]求隨機(jī)過程的功率譜密度及功率，其中，為常數(shù)，隨機(jī)相位在內(nèi)均勻分布。2025/6/10第2章預(yù)備知識782.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過程參考答案：由[例2-14]得自相關(guān)函數(shù)為

由維納粹-辛欽定理得故功率為2025/6/10第2章預(yù)備知識792.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過程例2-17有隨機(jī)過程，其中是一個零均值的平穩(wěn)隨機(jī)過程，其自相關(guān)函數(shù)為，psd為。是常數(shù)，相位是在區(qū)間上均勻分布的隨機(jī)變量，且與相互統(tǒng)計獨(dú)立。（1）證明是廣義平穩(wěn)隨機(jī)過程；（2）求的功率譜密度函數(shù)。2025/6/10第2章預(yù)備知識802.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過程3.平穩(wěn)隨機(jī)過程通過線性系統(tǒng)

2025/6/10第2章預(yù)備知識812.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過程關(guān)于輸出隨機(jī)過程，有如下結(jié)論：數(shù)學(xué)期望:自相關(guān)函數(shù):功率譜密度：概率分布:如果線性系統(tǒng)的輸入過程是高斯型的，則系統(tǒng)的輸出過程也是高斯型的。

在任一時刻上的取值將是無窮多個高斯隨機(jī)變量之和。

2025/6/10第2章預(yù)備知識822.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過程2025/6/10第2章預(yù)備知識832.4通信系統(tǒng)中的噪聲所謂噪聲是指通信系統(tǒng)中騷擾信號的傳輸與處理的那些不需的電波形，它是典型的隨機(jī)過程。在通信過程中不可避免地存在著噪聲，它對通信質(zhì)量的好壞，甚至能否進(jìn)行正常的通信有著極大的影響。它的來源很廣，種類很多。2025/6/10第2章預(yù)備知識842.4.1噪聲和分類1.人為噪聲與自然噪聲人為噪聲:人為噪聲是指各種電氣設(shè)備、汽車的火花塞所產(chǎn)生的火花放電、高壓輸電線路的電暈放電以及鄰近電臺信號的干擾等自然噪聲:自然噪聲包括大氣產(chǎn)生的噪聲、天體輻射的電磁波所形成的宇宙噪聲以及通信設(shè)備內(nèi)部電路產(chǎn)生的熱噪聲和散彈噪聲等。2025/6/10第2章預(yù)備知識852.4.1噪聲分類2.高斯分布噪聲和非高斯分布噪聲

高斯分布噪聲:瞬時值服從高斯分布的噪聲稱為高斯噪聲。非高斯分布噪聲：噪聲的瞬時值不服從高斯分布的噪聲。2025/6/10第2章預(yù)備知識862.4.1噪聲分類3.白噪聲和有色噪聲

有色噪聲:噪聲的功率譜密度不為常數(shù)。白噪聲：噪聲的功率譜密度為常數(shù)，即

(a)雙邊功率譜表示(b)單邊功率譜表示2025/6/10第2章預(yù)備知識872.4.1噪聲分類4.加性噪聲和乘性噪聲

加性噪聲:如果噪聲與信號是相加關(guān)系，則此噪聲稱為加性噪聲。乘性噪聲：如果噪聲與信號是相乘關(guān)系，則此噪聲稱為乘性噪聲。2025/6/10第2章預(yù)備知識882.4.1噪聲分類電路內(nèi)部電子運(yùn)動產(chǎn)生的熱噪聲和散彈噪聲以及宇宙噪聲就是對通信系統(tǒng)有較大的持續(xù)影響的噪聲，有時統(tǒng)稱這些噪聲為起伏噪聲。實踐證明，起伏噪聲是一種加性噪聲，且均值為0，瞬時值服從高斯分布，功率譜密度在很大頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，即零均值加性白高斯噪聲（AWGN）。2025/6/10第2章預(yù)備知識892.4.2窄帶高斯噪聲高斯白噪聲通過窄帶濾波器后的噪聲稱為窄帶高斯噪聲。窄帶高斯噪聲的功率譜及波形樣本如下圖所示：2025/6/10第2章預(yù)備知識902.4.2窄帶高斯噪聲窄帶高斯噪聲的表達(dá)式（1）包絡(luò)相位型表達(dá)式（2）正交表達(dá)式其中：稱為同相分量稱為正交分量2025/6/10第2章預(yù)備知識912.4.2窄帶高斯噪聲包絡(luò)、相位、同相分量和正交分量都是低通型隨機(jī)過程，它們的分布特性如下：（1）同相和正交分量均服從高斯分布，且有（2）包絡(luò)服從瑞利分布，即：（3）相位服從均勻分布，即：2025/6/10第2章預(yù)備知識922.4.2窄帶高斯噪聲（4）窄帶高斯噪聲+正弦（余弦）波，即合成包絡(luò)為其瞬時值服從萊斯分布，即2025/6/10第2章預(yù)備知識932.5匹配濾波器數(shù)字接收設(shè)備由兩部分組成線性濾波器作用是減小噪聲的影響。判決電路的作用是對接收信號進(jìn)行判決，恢復(fù)發(fā)送信息。白噪聲條件下，當(dāng)線性濾波器在某時刻輸出最大信噪比時，此時判決，錯誤概率最小。能夠輸出最大瞬時信噪比的線性濾波器稱為匹配濾波器。2025/6/10第2章預(yù)備知識942.5.1匹配濾波器的傳輸特性

匹配濾波器示意圖接收信號：輸出信號：噪聲功率：取樣判決時刻上線性濾波器輸出信號瞬時功率與噪聲平均功率比：2025/6/10第2章預(yù)備知識952.5.1匹配濾波器傳輸特性輸出信噪比與濾波器有關(guān)，選擇傳輸特性以得到最大施瓦茲不等式

當(dāng)時，等式成立，即取得最大值令，有當(dāng)時，有最大輸出信噪比

這就是在最大信噪比意義下的最佳線性濾波器的傳輸特性。2025/6/10第2章預(yù)備知識962.5.2匹配濾波器的沖激響應(yīng)

沖激響應(yīng)表達(dá)式參數(shù)的取值既要保證濾波器為物理可實現(xiàn)，又要盡可能小，這樣能盡快判決出信息。滿足這兩個條件時，取接收信號碼元的結(jié)束時刻。

2025/6/10第2章預(yù)備知識972.5.2匹配濾波器的沖激響應(yīng)

2025/6/10第2章預(yù)備知識982.5.3匹配濾波器的輸出

說明匹配濾波器的輸出信號在形式上與輸入信號的時間自相關(guān)函數(shù)相同，僅差一個常數(shù)因子，以及在時間上延遲。從這個意義上來說，匹配濾波器可以看成一個計算輸入信號自相關(guān)函數(shù)的相關(guān)器。自相關(guān)函數(shù)的最大值是，故匹配濾波器的輸出信號在時達(dá)到最大值2025/6/10第2章預(yù)備知識992.5.3匹配濾波器的輸出[例2-19]如圖2-34（a）所示。（1）求對之匹配的匹配濾波器的特性及沖激響應(yīng)。（2）匹配濾波器的輸出信號波形。（3）匹配濾波器輸出端最大信噪比。參考答案：（1）（2），如圖所示。（3）圖2-342025/6/10第2章預(yù)備知識1002.5.3匹配濾波器[例2-20]已知如圖2-35（a）所示.求其匹配濾波器的傳輸特性和輸出信號波形。參考答案：傳輸特性：沖激響應(yīng)：

圖2-352025/6/10第2章預(yù)備知識1012.5.3匹配濾波器的輸出幾點(diǎn)結(jié)論：（1）匹配濾波器輸出的最大瞬時信噪比僅取決于輸入信號的能量和白噪聲的功率譜，與輸入信號的波形、帶寬等無關(guān)。故只有增加輸入信號的能量才能提高匹配濾波器的輸出信噪比。（2）匹配濾波器在時，輸出最大值，即匹配濾波器與相關(guān)器接收效果一樣，二者可以相互代替。（3）對匹配濾波器的輸出是在時刻作出判決的，判決時刻的任何偏離，都將直接影響接收機(jī)的最佳性能。（4）匹配濾波器不適合于模擬信號的接收，如輸入信號為矩形脈沖，經(jīng)匹配濾波器后，其輸出信號為三角脈沖，信號波形產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。2025/6/10第2章預(yù)備知識1022.6信道信道是傳輸信息的媒質(zhì)或通道。任何通信系統(tǒng)，從大的方面的來說，均可視為由發(fā)送端、信道、接收端三部分組成，所以說信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分。信號通過信道傳輸時通常會引入噪聲和失真。

2025/6/10第2章預(yù)備知識1032.6.1信道實例介紹雙絞線

雙絞線由兩根相互絕緣（如封裝在彩色塑料皮內(nèi)）的銅線按規(guī)則的方法扭絞而成。使用雙絞線最多的地方就是到處都有的電話系統(tǒng)，差不多所有的電話都用雙絞線連接到電話交換機(jī)。通常將一定數(shù)量的雙絞線封裝在一個硬的護(hù)套里，形成雙絞線電纜。

雙絞線電纜2025/6/10第2章預(yù)備知識1042.6.1信道實例介紹2.同軸電纜它由同軸的兩個導(dǎo)體構(gòu)成，內(nèi)導(dǎo)體一般為銅質(zhì)實心導(dǎo)線（可為單股或多股絞合），外導(dǎo)體是網(wǎng)狀編織的銅網(wǎng)屏蔽層，內(nèi)外導(dǎo)體之間是絕緣層，一般用塑料作為填充物，最外一層是塑料保護(hù)套。實際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的，由于它起屏蔽作用，所以同軸電纜抗外界噪聲及電磁干擾性能較好。另外它的頻率響應(yīng)特性比雙絞線好，因此被廣泛用于較遠(yuǎn)距離、較高速率的數(shù)據(jù)傳輸。種類有：射頻電纜、基帶同軸電纜、視頻電纜等

2025/6/10第2章預(yù)備知識1052.6.1信道實例介紹3.光纖信道

光纖是一種傳輸光波的介質(zhì)。光纖通常是由透明度很高的石英玻璃拉成細(xì)絲，形成由纖芯和包層構(gòu)成的雙層通信圓柱體。包層較纖芯有較低的折射率，當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時，其折射角將大于入射角。因此，如果入射角足夠大，就會出現(xiàn)全反射，即光線碰到包層時就會折射回纖芯。這個過程不斷重復(fù)，光也就沿著光纖傳輸下去。2025/6/10第2章預(yù)備知識1062.6.1信道實例介紹光纖具有許多優(yōu)越性能：（1）頻帶寬，容量大。目前單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10T/s。（2）傳輸損耗小。波段的損耗已達(dá)甚至更低。（3）抗干擾能力強(qiáng)?？捎糜趶?qiáng)電磁干擾環(huán)境下的通信。（4）線徑細(xì)、重量輕、不怕腐蝕。（5）原材料豐富、便宜。

2025/6/10第2章預(yù)備知識1072.6.1信道實例介紹4.微波視距中繼信道

工作頻率在微波波段（3~30GHz）電磁波基本上沿視線傳播通信距離須依靠中繼方式來延伸2025/6/10第2章預(yù)備知識1082.6.1信道實例介紹5.衛(wèi)星中繼信道

衛(wèi)星中繼信道是利用人造衛(wèi)星作為中繼站構(gòu)成的通信信道。由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路構(gòu)成，其中上行線路是地球站至衛(wèi)星的電波傳播路徑，下行線路是衛(wèi)星至地球站的電波傳播路徑。軌道在赤道平面上的人造衛(wèi)星，當(dāng)它離地面高度為35860Km時，繞地球運(yùn)行一周的時間恰為24小時，與地球自轉(zhuǎn)同步，稱為同步衛(wèi)星。采用三個相差并適當(dāng)配置的同步衛(wèi)星就可以覆蓋全球（除兩極盲區(qū)外）。

2025/6/10第2章預(yù)備知識1092.6.1信道實例介紹圖2-40衛(wèi)星中繼信道概貌(a)(b)2025/6/10第2章預(yù)備知識1102.6.1信道實例介紹6.短波電離層反射信道

在距離地面大約的上空，由于稀薄大氣受到太陽紫外線和X射線的作用而發(fā)生電離，形成電離層（Ionosphere）。當(dāng)頻率為3~30MHz的高頻無線電波（其波長為10~100m，也稱為短波）射入電離層時，電離層使無線電波發(fā)生反射，返回地面，從而形成短波電離層反射信道。高頻無線電波通過電離層的一次或多次反射可傳輸幾千公里，乃至上萬公里的距離，這種傳播模式稱為天波傳播。

2025/6/10第2章預(yù)備知識1112.6.1信道實例介紹7.短波電離層反射信道

陸地移動信道的工作頻段主要在VHF（）及UHF（）頻段。其電波傳播特點(diǎn)是以直射波為主，但由于城市建筑群及其它地形地物的影響，電波在傳播過程還會產(chǎn)生反射波、散射波、折射波，所以接收端收到的信號是來自于各條路徑的信號的合成陸地移動信道的電波傳播環(huán)境不僅復(fù)雜，而且隨時間變化。

2025/6/10第2章預(yù)備知識1122.6.2信道分類1.有線信道和無線信道

按照傳輸媒質(zhì)可將信道分為有線信道和無線信道。有線信道如雙絞線、同軸電纜和光纖等。無線信道如短波電離層反射信道、陸地移動信道、微波視距中繼信道及衛(wèi)星中繼信道等。2025/6/10第2章預(yù)備知識1132.6.2信道分類2.恒參信道與隨參信道

按照傳輸媒質(zhì)的特性是否隨時間變化可將信道分為恒參信道和隨參信道。若傳輸媒質(zhì)的特性不隨時間變化或變化極為緩慢，則稱為恒參信道，如雙絞線、同軸電纜、光纖等有線信道以及無線信道中的微波中繼信道和衛(wèi)星信道。若傳輸媒質(zhì)的特性隨時間變化，則稱為隨參信道，如陸地移動信道、短波電離層反射信道是典型的隨參信道。

2025/6/10第2章預(yù)備知識1142.6.2信道分類3.低通信道和帶通信道

按照信道的頻域傳輸特性可將信道分為低通信道和帶通信道。任何信道其通帶范圍都是有限的，能夠傳輸?shù)屯ㄐ盘柕男诺婪Q為低通信道，反之，能夠傳輸帶通信號的信道則稱為帶通信道。有線信道一般為低通信道，而無線信道則都是帶通信道。理想低通信道和帶通信道可等效為理想低通濾波器和理想帶通濾波器。

低通信道和帶通信道傳輸特性

2025/6/10第2章預(yù)備知識1152.6.3信道容量信道容量是指信道無差錯傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾?。連續(xù)白噪聲信道的信道容量為其中為信道帶寬，為信號功率，為噪聲功率。此公式稱為香農(nóng)信道容量公式。另一種形式為：其中為噪聲功率譜密度。

2025/6/10第2章預(yù)備知識1162.6.3信道容量【例2-21】每幀電視圖像可以大致認(rèn)為由30萬個像素組成。對于一般要求的對比度，每一像素大約取10個可辨別的亮度電平（例如對應(yīng)黑色、深灰色、淺灰色、白色等）?，F(xiàn)假設(shè)對于任何像素，10個亮度電平是等概率出現(xiàn)的，每秒發(fā)送30幀圖像，信道中的干擾為加性高斯白噪聲，并且為了滿意地重現(xiàn)圖像，要求信道中信噪比為（即倍）。計算傳輸上述電視圖像信號所需的信道帶寬。參考答案：信息速率：所需帶寬為：2025/6/10第3章模擬調(diào)制117通信原理簡明教程－第3章2025/6/10第3章模擬調(diào)制118第3章模擬調(diào)制話音這樣的模擬基帶信號不能直接在帶通信道上傳輸.需將其頻譜搬移到帶通信道的通帶范圍內(nèi)。用基帶信號控制載波的某個參量即可實現(xiàn)頻譜的搬移。發(fā)送端頻譜的搬移稱為調(diào)制，解調(diào)端頻譜的反搬移稱為解調(diào)。若調(diào)制信號（基帶信號）為模擬信號，則為模擬調(diào)制；若調(diào)制信號為數(shù)字信號，則為數(shù)字調(diào)制。調(diào)制用的載波為正弦波或余弦波。2025/6/10第3章模擬調(diào)制119第3章模擬調(diào)制

3.1振幅調(diào)制(線性調(diào)制)3.2角度調(diào)制

(非線性調(diào)制)3.3頻分復(fù)用（FDM）

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1203.1振幅調(diào)制調(diào)制信號控制載波振幅的調(diào)制稱為振幅調(diào)制。振幅調(diào)制包括完全調(diào)幅（AmplitudeModulation－AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DoubleSideBand－DSB）、單邊帶調(diào)制（SingleSideBand－SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VestigialSideBand－VSB）四種。

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1213.1.1完全調(diào)幅（AM）1.AM調(diào)制原理AM調(diào)制原理框圖其中，為調(diào)制信號，其均值為0；為載波信號。已調(diào)信號表達(dá)式為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1223.1.1完全調(diào)幅（AM）AM信號波形圖調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度定義為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1233.1.1完全調(diào)幅（AM）【例3-1】已知調(diào)幅波，求該調(diào)幅波的調(diào)幅度。參考答案：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1243.1.1完全調(diào)幅（AM）2.AM信號的頻譜及帶寬頻譜表達(dá)式為頻譜示意圖如右圖所示。AM信號帶寬為

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1253.1.1完全調(diào)幅（AM）3.AM信號的功率與傳輸效率

已調(diào)信號功率調(diào)制效率定義為調(diào)制信號為正弦波時，最大調(diào)制效率為33.3%。調(diào)制信號為矩形波時，最大調(diào)制效率為50%。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1263.1.1完全調(diào)幅（AM）4.AM信號的解調(diào)接收端從受到噪聲干擾的已調(diào)信號中恢復(fù)調(diào)制信號的過程稱為解調(diào)。AM信號可采用相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。通常采用包絡(luò)解調(diào)。包絡(luò)解調(diào)框圖，其中帶通濾波器帶寬等于接收AM信號的帶寬。解調(diào)過程（不考濾噪聲時）：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1273.1.1完全調(diào)幅（AM）當(dāng)接收信號中含有噪聲時，包絡(luò)檢波器輸出端信噪比為AM信號調(diào)制增益為當(dāng)100%調(diào)制時，且調(diào)制信號為正弦波時和矩形信號時，其調(diào)制增益分別為0.67和1。包絡(luò)解調(diào)器存在門限效應(yīng)，即當(dāng)解調(diào)器輸入信噪比小到某個值（門限值）時，輸出信噪比急劇下降。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1283.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）為克服AM調(diào)制效率低的問題，采用抑制載波的方式，即為DSB。DSB調(diào)制框圖DSB調(diào)制表達(dá)式為DSB調(diào)制波形圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1293.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）DSB頻譜表達(dá)式頻譜圖為DSB帶寬為DSB調(diào)制效率為100%。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1303.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）DSB信號的解調(diào)采用相干解調(diào)。解調(diào)框圖為相干解調(diào)過程（不考慮噪聲時）：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1313.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）考慮噪聲時的解調(diào)過程：DSB調(diào)制增益為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1323.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）抑制掉DSB信號的一個邊帶的調(diào)制稱為單邊帶調(diào)制（SSB）。SSB調(diào)制框圖當(dāng)邊帶濾波器濾除上邊帶時，則為下邊帶調(diào)制；若濾除下邊帶時，則為上邊帶調(diào)制。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1333.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）SSB頻譜示意圖，SSB信號帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1343.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）可以證明，SSB表達(dá)式為上邊帶信號：下邊帶信號：通過表達(dá)式合成也可產(chǎn)生SSB信號，框圖如下：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1353.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）SSB信號的解調(diào)采用相干解調(diào)。框圖如下調(diào)制增益為說明：SSB解調(diào)器對其輸入信噪比沒有任何改善。由于SSB解調(diào)器的帶通濾波器帶寬只有DSB解調(diào)器中的一半，因此SSB與DSB具有相同的抗噪聲性能。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1363.1.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）在濾除上邊帶或下邊帶時殘留部分邊帶的調(diào)制稱為殘留邊帶調(diào)制（VSB）。VSB調(diào)制器原理框圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1373.1.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）VSB頻譜圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1383.1.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）VSB解調(diào)采用相干解調(diào)，為確保正確恢復(fù)發(fā)送信號，殘留邊帶濾器傳輸特性必須滿足互補(bǔ)特性，即VSB信號帶寬介于DSB和SSB之間。VSB性能在殘留邊帶較小時近似于SSB性能。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1393.2角度調(diào)制用調(diào)制信號控制載波頻率或相位，使載波的頻率或相位隨著調(diào)制信號變化而載波的幅度保持恒定的調(diào)制方式，稱為頻率調(diào)制（FM）或相位調(diào)制（PM），簡稱為調(diào)頻或調(diào)相。由于頻率的變化或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為角度調(diào)制或角調(diào)制，簡稱為調(diào)角。角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制.

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1403.2.1角度調(diào)制的基本概念角度調(diào)制的表達(dá)式其中稱為瞬時相位偏移。相位調(diào)制是指瞬時相位偏移隨調(diào)制信號線性變化，即其中為調(diào)相靈敏度。故調(diào)相信號表達(dá)式為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1413.2.1角度調(diào)制的基本概念頻率調(diào)制是指瞬時角頻率偏移隨調(diào)制信號線性變化，即其中為調(diào)頻靈敏度。調(diào)頻信號表達(dá)式為調(diào)頻信號與調(diào)相信號非常相似，若不知道調(diào)制信號，將無法確定一個調(diào)角信號是調(diào)頻信號還是調(diào)相信號。調(diào)頻信號與調(diào)相信號可以互相轉(zhuǎn)換。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1423.2.1角度調(diào)制的基本概念調(diào)制信號經(jīng)微分后進(jìn)行調(diào)頻，即為調(diào)相—間接產(chǎn)生調(diào)相信號調(diào)制信號經(jīng)積分后進(jìn)行調(diào)相，即為調(diào)頻2025/6/10第3章模擬調(diào)制1433.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻(NBFM)定義:窄帶調(diào)頻表達(dá)式可簡化為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1443.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻功率譜功率譜示意圖帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1453.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2.寬帶調(diào)頻(WBFM)單音寬帶調(diào)頻信號表達(dá)式經(jīng)變換后為寬帶調(diào)頻信號功率譜為WBFM帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1463.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻【例3-7】調(diào)頻立體聲廣播中，音樂信號最高頻率為，最大頻偏，求調(diào)頻信號的帶寬。參考答案:2025/6/10第3章模擬調(diào)制1473.2.3調(diào)頻信號的產(chǎn)生產(chǎn)生調(diào)頻信號通常有兩種方法：直接法和間接法。直接法:利用壓控振蕩器。直接調(diào)頻法的優(yōu)點(diǎn)是可以得到很大的頻偏，其主要缺點(diǎn)是載波會發(fā)生漂移，因而需要附加穩(wěn)頻電路。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1483.2.3調(diào)頻信號的產(chǎn)生間接法也稱為倍頻法，首先產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號，然后再利用倍頻的方法將窄帶調(diào)頻信號變換為寬帶調(diào)頻信號。窄帶調(diào)頻信號可看成由正交分量與同相分量合成，即2025/6/10第3章模擬調(diào)制1493.2.3調(diào)頻信號的產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號的產(chǎn)生目前隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，可以采用直接數(shù)字合成技術(shù)（DirectDigitalSynthesis，DDS）產(chǎn)生調(diào)頻信號。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1503.2.4調(diào)頻信號的解調(diào)調(diào)頻信號也有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種解調(diào)方式。相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號，且需要同步載波，因此設(shè)備相對較復(fù)雜；非相干解調(diào)既適用于窄帶調(diào)頻信號也適用于寬帶調(diào)頻信號，而且不需要同步載波，因此它是調(diào)頻信號的主要解調(diào)方法。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1513.2.4調(diào)頻信號的解調(diào)１．非相干解調(diào)原理由于調(diào)頻信號的瞬時角頻率正比于調(diào)制信號的幅度，因而調(diào)頻信號的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于瞬時角頻率的電壓，也就是當(dāng)輸入調(diào)頻信號為解調(diào)器輸出電壓2025/6/10第3章模擬調(diào)制1523.2.4調(diào)頻信號的解調(diào)具有頻率－電壓轉(zhuǎn)換特性的鑒頻器即可完成調(diào)頻信號的解調(diào)。

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1533.2.4調(diào)頻信號的解調(diào)2．調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能寬帶調(diào)頻系統(tǒng)可靠性的提高是通過犧牲系統(tǒng)的有效性（增加傳輸帶寬）為代價的。調(diào)頻信號的非相干解調(diào)器也同樣存在“門限效應(yīng)”。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1543.3頻分復(fù)用（FDM）在同一信道上傳輸多路消息信號的技術(shù)稱為多路復(fù)用技術(shù)，如時分復(fù)用，、頻分復(fù)用、碼分復(fù)用等。頻分復(fù)用是將所給定的信道帶寬分割成互不重疊的多個小區(qū)間，每路信號占據(jù)其中一個小區(qū)間，然后將它們一起發(fā)射出去。在接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將它們分割開來，得到所需信號。FDM技術(shù)應(yīng)用廣泛，如載波電話、調(diào)頻立體聲、電視廣播等。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1553.3頻分復(fù)用（FDM）頻分復(fù)用系統(tǒng)原理圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1563.3頻分復(fù)用（FDM）頻分復(fù)用系統(tǒng)頻譜圖復(fù)用信號帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1573.3頻分復(fù)用（FDM）【例3-8】有60路模擬話音信號采用頻分復(fù)用方式傳輸。已知每路話音信號的頻率范圍為0~4kHz（已含保護(hù)頻帶），副載波采用SSB調(diào)制，主載波采用FM調(diào)制，調(diào)制指數(shù)。（1）試計算副載波調(diào)制后頻分復(fù)用信號的帶寬。（2）試求信道傳輸信號的帶寬。（3）試求寬帶調(diào)頻的調(diào)制增益。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸158通信原理簡明教程-第4章2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸159第4章數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶信號：頻譜集中在零頻附近的數(shù)字信號，如計算機(jī)輸出的二進(jìn)制序列，模擬話音的A/D信號。數(shù)字基帶傳輸：不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳輸數(shù)字基帶信號的傳輸方式。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。數(shù)字基帶系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）信號是數(shù)字的并且是低通型的（2）系統(tǒng)的傳遞特性也是低通型的2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸160將輸入數(shù)字信號變換成適合信道傳輸?shù)男盘柕屯ㄐ托诺罏V除噪聲和校正信道引起的失真從接收信號中提取控制取樣時刻的定時信號零均值加性高斯白噪聲第4章數(shù)字基帶傳輸2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸161第4章數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)各點(diǎn)波形2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1624.1數(shù)字基帶信號的碼型和波形數(shù)字基帶信號是數(shù)字信息的電脈沖表示。數(shù)字信息的表示方式稱為數(shù)字基帶信號的碼型。電脈沖形狀稱為數(shù)字基帶信號的波形。一個數(shù)字基帶信號由碼型和波形兩個方面確定。

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1634.1.1數(shù)字基帶信號的碼型數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)對數(shù)字基帶信號碼型的要求：（1）不含有直流分量，高低頻分量??；（2）含有位定時信息，便于位定時信號的提取；（3）使數(shù)字基帶信號占據(jù)較小的帶寬，以提高頻帶利用率；（4）使數(shù)字基帶信號的功率譜特性不受信源統(tǒng)計特性的影響；（5）要求編、譯碼設(shè)備盡量簡單。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1644.1.1數(shù)字基帶信號的碼型常用碼型（1）單極性全占空碼（不歸零碼）（2）雙極性全占空碼（不歸零碼）（3）差分碼（4）極性交替碼（AMI碼）優(yōu)點(diǎn)：無直流分量；低頻分量??；編、譯碼簡單。缺點(diǎn)：長連“0”時難以獲取位定時信息

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1654.1.1數(shù)字基帶信號的碼型2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1664.1.1數(shù)字基帶信號的碼型（5）HDB3碼HDB3是AMI碼的改進(jìn)碼型，也稱為連“0”抑制碼。編碼規(guī)則：（1）當(dāng)信息碼的連“0”個數(shù)不大于3時，其編碼方法與AMI碼相同。（2）當(dāng)連“0”個數(shù)超過3時，每4個連“0”段用“000V”或“100V”來代替。規(guī)則為：

①第一個4連“0”段可任意選擇000V或100V代替；

②對于第二個及以后的連“0”段，若前一個“V”至當(dāng)前連“0”段之間“1”碼的個數(shù)為奇數(shù)，則當(dāng)前連“0”段用“000V”來代替，否則，用“100V”來代替。（3）對“1”碼和“V”碼標(biāo)極性。方法為：

①所有“1”碼極性交替。第一個“1”碼的極性可任意。

②所有“V”碼極性交替。但第一個“V”碼的極性必須與前一個“1”碼同極性。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1674.1.1數(shù)字基帶信號的碼型HDB3碼譯碼規(guī)則：

（1）當(dāng)遇到兩個相鄰的同極性碼時，后者一定是“V”碼，將“V”碼連同其前三位碼均還原為“0”碼。（2）將所有的±1均恢復(fù)為“1”碼。HDB3碼編碼例子2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1684.1.1數(shù)字基帶信號的碼型（6）多進(jìn)制碼（多元碼）4進(jìn)制碼示意圖2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1694.1.2

數(shù)字基帶信號的波形常用波形：（1）升余弦脈沖；（2）鐘型脈沖；（3）三角形脈沖；（4）最常用的是升余弦脈沖。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1704.2數(shù)字基帶信號的功率譜分析通過分析數(shù)字基帶信號的功率譜，可以知道：（1）數(shù)字基帶信號的功率譜分布特性；（2）數(shù)字基帶信號的帶寬；（3）有無直流分量及大小；（4）有無位定時分量等。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1714.2數(shù)字基帶信號的功率譜分析功率譜分析公式：其中，為“1”碼波形的頻譜，為“0”碼波形的頻譜，為“1”碼概率，為“0”碼概率，。功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，帶寬由連續(xù)譜決定，直流分量和位定時分量由離散譜決定。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1724.2數(shù)字基帶信號的功率譜分析【例4-1】試分析下圖a）所示的單極性全占空矩形脈沖序列的功率譜特性。功率譜中有直流分量嗎？有位定時分量嗎？若有，功率多大？幅度多大？設(shè)“1”、“0”等概。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1734.2數(shù)字基帶信號的功率譜分析【例4-2】試分析下圖a）所示雙極性全占空矩形脈沖序列的功率譜。設(shè)“１”、“0”等概。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1744.2數(shù)字基帶信號的功率譜分析AMI碼數(shù)字基帶信號如下圖（a）所示，“1”、“0”等概，則其功率譜表達(dá)式為其功率譜示意圖如圖（b）中實線所示。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1754.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)?；癁槠渲醒芯勘砻?，影響系統(tǒng)正確接收的因素有兩個：

①碼間干擾（Inter-SymbolInterference—ISI）

②信道中的噪聲

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1764.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾碼間干擾是指前面碼元的接收波形蔓延到后續(xù)碼元的時間區(qū)域，從而對后續(xù)碼元的取樣判決產(chǎn)生干擾，如圖（b）所示。當(dāng)時，第三個碼元引起錯判。若將系統(tǒng)的沖激響應(yīng)設(shè)計成如圖（d）所示的波形，即滿足時，系統(tǒng)是無碼間干擾的。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1774.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾無碼間干擾傳輸波形（1）理想低通系統(tǒng)及其沖激響應(yīng)其無碼間干擾速率為：最大無碼間干擾速率為：最大頻帶利用率為：2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1784.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾（2）升余弦傳輸特性系統(tǒng)及其沖激響應(yīng)

其無碼間干擾速率為：最大無碼間干擾速率為：最大頻帶利用率為：2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1794.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾具有滾降傳輸特性的系統(tǒng)其無碼間干擾速率為：2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1804.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾【例4-3】設(shè)某數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的帶寬。試問：（1）采用理想低通傳輸特性時的最大無碼間干擾速率為多少？（2）采用的升余弦滾降傳輸特性時的最大無碼間干擾速率為多少？（3）采用的升余弦滾降傳輸特性時能否傳輸16Mb/s的信息？2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1814.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾【例4-4】數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)以48kb/s的速率傳輸二進(jìn)制信號，傳輸系統(tǒng)具有升余弦滾降特性。計算滾降系數(shù)分別等于0.5和1時所要求系統(tǒng)的最小傳輸帶寬。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1824.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾【例4-5】設(shè)有三種數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的傳輸特性，如圖4-15（a）、（b）、（c）所示。（1）在傳輸碼元速率為的數(shù)字基帶信號時，三種系統(tǒng)是否存在碼間干擾？（2）若無碼間干擾，則頻帶利用率分別為多少？（3）若取樣時刻（位定時）存在偏差，哪種系統(tǒng)會引起較大的碼間干擾？（4）選用哪種系統(tǒng)更好？簡要說明理由。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1834.4無碼間干擾時噪聲對傳輸性能的影響噪聲會引起誤碼。誤碼率分析模型如下圖：誤碼率公式為發(fā)送等概雙極性信號時：發(fā)送等概單極性信號時：

其中：是發(fā)“1”時取樣時刻信號的值，為噪聲功率。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1844.4無碼間干擾時噪聲對傳輸性能的影響當(dāng)接收濾波器為匹配濾波器時發(fā)送雙極性信號時：發(fā)送單極性信號時：2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1854.4無碼間干擾時噪聲對傳輸性能的影響【例4-5】一個二進(jìn)制數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，二進(jìn)制碼元序列中“1”碼判決時刻的信號值為1V，“0”碼判決時刻的信號值為零，已知噪聲均值為零，方差為80mW。求系統(tǒng)誤碼率。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1864.4無碼間干擾時噪聲對傳輸性能的影響【例4-6】有一數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)，匹配濾波器輸入端的信號是二進(jìn)制雙極性矩形信號，“1”碼幅度為1mV，碼元速率為2000波特，加性高斯白噪聲的單邊功率譜密度w/Hz，求此數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的誤碼率。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1874.5眼圖通過“眼圖”來定性估計碼間干擾及噪聲對接收性能的影響，并借助眼圖對電路進(jìn)行調(diào)整。眼圖的形成：將取樣前的接收波形接到示波器的Y軸上，設(shè)置示波器水平掃描周期等于碼元寬度，再調(diào)整示波器的掃描開始時刻，使它與接收波形同步。這樣，接收波形就會在示波器的顯示屏上重疊起來，顯示出像眼睛一樣的圖形，這個圖形稱為“眼圖”

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1884.5眼圖眼圖形成示意圖2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1894.5眼圖眼圖模型眼圖模型得到：①最佳取樣時刻應(yīng)當(dāng)在眼睛張開最大的時刻。②眼圖的斜率表示對位定時誤差的靈敏度，斜率越徒，對位定時誤差越靈敏。③取樣時刻陰影區(qū)的垂直高度表示信號的最大失真，它是噪聲和碼間干擾疊加的結(jié)果。④眼圖中央的橫軸位置對應(yīng)判決門限電平，圖中為0電平。⑤在取樣時刻，上、下陰影區(qū)間隔距離之半為噪聲容限，噪聲瞬時值超過它就可能發(fā)生錯判。⑥眼圖左右角陰影部分的水平寬度表示信號過零點(diǎn)失真2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1904.6均衡實際系統(tǒng)總是存在碼間干擾。用均衡器對接收波形進(jìn)行校正，以減小取樣點(diǎn)上的碼間干擾。均衡器的實現(xiàn)有頻域和時域兩種。頻域均衡的目標(biāo)是校正系統(tǒng)的傳輸特性，使得包含均衡器在內(nèi)的整個系統(tǒng)的傳輸特性滿足無碼間干擾條件。時域均衡的目標(biāo)是校正系統(tǒng)的沖激響應(yīng)，使其在取樣點(diǎn)上無碼間干擾。時域均衡已成為如今高速數(shù)據(jù)傳輸中所使用的主要方法

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1914.6.1時域均衡原理帶有均衡器的數(shù)字基帶系統(tǒng)均衡器作用2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1924.6.1時域均衡原理用橫向濾波器可實現(xiàn)時域均衡器均衡器輸出表達(dá)式可簡寫為2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1934.6.1時域均衡原理輸入峰值畸變定義為輸出峰值畸變定義為輸出峰值畸變表示系統(tǒng)碼間干擾的大小，此值愈小愈好。輸出峰值畸變與輸入峰值畸變之差表示均衡效果。

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1944.6.1時域均衡原理【例4-7】設(shè)有一個三抽頭的均衡器，如圖下圖所示。，，；設(shè)均衡器輸入的樣值序列分別為：，，，其余都為0。試求均衡器輸出的樣值序列及均衡前后信號的峰值畸變。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1954.6.2均衡器抽頭系數(shù)的確定要想得到最小的輸出峰值失真，輸出應(yīng)滿足下式要求：

由此列出個聯(lián)立方程，解出均衡器抽頭系數(shù)。按此方法設(shè)計的均衡器稱為“迫零”均衡器。若抽頭系數(shù)的調(diào)整是隨信道特性變化自動調(diào)整的，稱為自適應(yīng)均衡器。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1964.6.2均衡器抽頭系數(shù)的確定【例4-8】已知均衡器輸入信號的樣值序列為，，，，其它。試設(shè)計三抽頭的“迫零“均衡器。求三個抽頭的系數(shù)，并計算均衡前后的峰值失真。2025/6/10CP第6章數(shù)字調(diào)制技術(shù)197通信原理簡明教程-第5章2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制198第5章數(shù)字調(diào)制數(shù)字基帶信號的功率譜集中在零頻附近.數(shù)字基帶信號在帶通信道上傳輸時需經(jīng)過數(shù)字調(diào)制，接收端則需要進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)框圖如下：數(shù)字調(diào)制的實現(xiàn)方法：用數(shù)字基帶信號控制載波的振幅、頻率或相位。數(shù)字調(diào)制有三種基本形式：振幅調(diào)制（ASK）、頻率調(diào)制（FSK）和相位調(diào)制（PSK）。2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制1995.1二進(jìn)制數(shù)字振幅調(diào)制（2ASK）數(shù)字振幅調(diào)制常稱為幅移鍵控（AmplitudeShiftKeying—ASK）；用數(shù)字基帶信號控制正弦載波的振幅。當(dāng)數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制時，則為二進(jìn)制幅移鍵控，簡稱為2ASK。

2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制2005.1.1

2ASK調(diào)制原理2ASK波形：2ASK是用二進(jìn)制數(shù)字基帶信號控制正弦載波的振幅。如：信息為“1”碼時，載波振幅不為零，信息為“0”碼時，載波振幅為0。故其波形為2ASK信號表達(dá)式

2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制2015.1.1

2ASK調(diào)制原理2ASK信號功率譜2ASK信號帶寬（碼元速率的兩倍）2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制2025.1.1

2ASK調(diào)制原理2ASK調(diào)制器產(chǎn)生2ASK信號可用相乘法和開關(guān)鍵控法。2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制2035.1.2

2ASK信號的解調(diào)原理解調(diào)目的：從頻域看，解調(diào)就是將已調(diào)信號的頻譜搬移回來，還原為數(shù)字基帶信號，而從時域看，解調(diào)的目的就是將已調(diào)信號上攜帶的數(shù)字基帶信號恢復(fù)出來。完成解調(diào)任務(wù)的部件稱為解調(diào)器。2ASK信號的解調(diào)有兩種方法，即相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制2045.1.2

2ASK信號的解調(diào)原理2ASK信號相干解需要一個與接收信號中載波同頻同相的載波信號的解調(diào)稱為相干解調(diào)或同步解調(diào)。2ASK相干解調(diào)框圖2025/6/10第5章數(shù)字調(diào)制2055.1.2

2ASK信號的解調(diào)原理相干解調(diào)器各點(diǎn)波形實際通信系統(tǒng)中存在噪