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1、1通信原理考点汇总通信原理考点汇总考点一通信系统的组成及概念111 通信一般系统模型考点一通信系统的组成及概念111 通信一般系统模型点对点通信模型：反映了通信系统的共性。112 模拟通信与数字通信112 模拟通信与数字通信消息可以分成两类消息可以分成两类离散消息：消息的状态是可数的或离散型的（如符号、文字等），也称为数字消息。连续消息：状态连续变化的消息（如语音、图像），也称为模拟消息。消息与电信号之间必须建立单一的对应关系。通常，消息被载荷在电信号的某以参量上。消息与电信号之间必须建立单一的对应关系。通常，消息被载荷在电信号的某以参量上。数字信号：电信号的参量携带离散消息，该参量离散取值。

2、模拟信号：电信号的参量携带连续消息，参量连续取值。相应的通信系统分成两类相应的通信系统分成两类数字通信系统模拟通信系统模拟信号与数字信号之间可以相互转换模拟信号与数字信号之间可以相互转换在信息源中使用模-数（数-模）转换器，接受端使用数-模（模-数）转换器。数字通信比模拟通信更能适应对通信技术越来越高的要求数字通信比模拟通信更能适应对通信技术越来越高的要求（1）数字传输的抗干扰能力强，中继时可以消除噪声的积累；（2）传输差错可以控制；信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源（发送端）（接收端）消息原始电信号传输信号传输信号原始电信号消息2（3）便于使用现代数字信号处理技术对信息进行处理；（4）易

3、于加密处理；（5）可以综合传递各种消息，增强系统功能。模拟通信系统模型（点对点）模拟通信系统模型（点对点）基带信号：携带信息，但具有频率很低的频谱分量，不适宜传输的原始电信号。已调信号：基带信号经过调之后转换成其频带适合信道传输的信号，也称频带信号。调制器：将基带信号转变为频带信号的设备。解调器：将频带信号转变为基带信号的设备。模拟通信强调变换的线性特性，既已调参量与基带信号成比例。数字通信系统模型（点对点）数字通信系统模型（点对点）强调已调参量与基带信号之间的一一对应。数字通信需要解决的问题：（2）编码与解码：通过差错控制编码消除噪声或干扰造成的差错；（3）加密和解密：对基带信号进行人为“搅

4、乱”；（4）同步：发送和接收节拍一致，包括：位同步（码元同步）和群同步、帧同步、句同步或码组同步。数字通信模型：同步环节的位置不固定，图中没有出现。模拟信息源调制器信道解调器受信者噪声源（发送端）（接收端）连续消息基带信号已调信号已调信号基带信号连续消息信息源调制器信道解调器受信者噪声源（发送端）（接收端）消息基带信号已调信号已调信号基带信号消息加密器编码器解码器解密器3数字基带传输模型：数字通信的缺点数字通信的缺点比模拟通信占据更宽的频带。12 通信系统的分类及通信方式121 通信系统分类12 通信系统的分类及通信方式121 通信系统分类按消息的物理特征分类按消息的物理特征分类电报通信系统电

5、话通信系统数据通信系统图像通信系统按调制方式分类按调制方式分类基带传输线性调制载波调制非线性调制频带传输数字调制脉冲模拟调制脉冲调制脉冲数字调制按信号特征分类按信号特征分类模拟通信系统数字通信系统按传输媒介分类按传输媒介分类有线无线122 通信方式分类122 通信方式分类点对点通信，按传送方向与时间关系：单工通信：消息只能单方向传输半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发信息源基带信号形成器信道接收滤波器受信者噪声源（发送端）（接收端）消息基带信号基带信号基带信号基带信号消息4全双工通信：通信双方可同时进行收发数字通信中，按数据信号码元排列方式：串行传输：数字信号码元序列按时间顺序

6、一个接一个的在信道中传输，适合远距离传输。并行传输：信号码元序列被分割成两路互两路以上的序列同时在信道中传输。按通行系统的实现方式：专线：专门为两点之间设立传输线的通信（点到点通信）通信网：多点之间的通信13 信息及其度量13 信息及其度量通信系统性能定量分析的基础131 信息与消息131 信息与消息（1）信息可被理解为消息中包含的有意义的内容；（2）不同形式的消息，可以包含相同的信息；（3）信息的多少用“信息量”来衡量；（4）度量消息中的信息量的方法与消息的种类无关。132 信息的度量132 信息的度量消息中的信息量与消息发生的概率密切相关，出现的概率越小，消息所包含的信息量就越大消息中的信

7、息量与消息发生的概率密切相关，出现的概率越小，消息所包含的信息量就越大。若干个独立事件构成的消息，其总的信息量，就是若干个独立事件的信息量的总和若干个独立事件构成的消息，其总的信息量，就是若干个独立事件的信息量的总和。信息量信息量 I I 与消息与消息 x x 出现的概率出现的概率 P(x)P(x)之间的关系之间的关系：（1）信息量 I 是出现该消息的概率 P(x)之间的函数，即：I=IP(x)（2）概率越小，所含信息量越大；反之信息量越小，当 P(x)=1 时，I=0（3）若干个独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件的信息量的和，即：IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+

8、I 与 P(x)的关系式：I=loga1/P(x)=-logaP(x)信息量的单位取决于对数的底信息量的单位取决于对数的底 a a：a=2，单位为比特（bit）；取 e 为对数的底，单位为奈特（nit）；a=10，单位为十进制单位，或叫哈特来。等概率出现的离散消息的度量等概率出现的离散消息的度量对于 M 个消息中独立选择其一的离散消息，如每个消息等概率出现，则传递一个消息，只需采用一个 M 进制的波形来传送。有与在数字通信中，常以二进制传输方式为主，因而选择对数以 2 为底。则每一波型的信息量位：I=log21/(1/M)=log2M（bit）5当 M=2 时，I=1(bit)；当 M=2K时

9、，I=K(bit)。故传送一个 M(M=2K)进制波形的信息量等于用二进制波形表示该波形所需的波形数目 K。非等概率出现的离散消息的度量非等概率出现的离散消息的度量信息量的统计平均值位：H(x)=P(x1)-log2P(x1)+P(x2)-log2P(x2)+P(xn)-log2P(xn)=-P(xi)log2P(xi)(bit/符号)H 同热力学中的熵形式相似，固又称为信息熵，单位为 bit/符号。连续消息的信息量的度量连续消息的信息量的度量可以用概率密度来描述，平均信息量（相对熵）位：H(x)=f(x)logef(x)dx，其中 f(x)为连续消息出现的概率密度。14 主要性能指标14 主

10、要性能指标性能指标也称质量指标，是对整个系统综合提出或规定的。主要涉及有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性和维护使用等。有效性与可靠性是主要矛盾所在，有效性主要是指消息传输的“速度”，而可靠性主要是指消息传输的“质量”。141 模拟通信系统的性能指标141 模拟通信系统的性能指标（1）传输速度主要取决于消息所含信息量和对连续消息的处理，处理的目的在于使单位时间内传送更多的消息。（2）均方误差是衡量发送的模拟信号与接收端复制的模拟信号之间的误差程度的质量指标。加性干扰误差用信号噪声比来衡量误差乘性干扰误差保真度、清晰度等142 数字通信系统的性能指标142 数字通信系统的性能指标数字通信传输的

11、是离散信号，可以用数字表示，最适用的是二进制数字，还可采用多进制表示。原则上，N 进制的一个数字可用 log2N各二进制数字表示。数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这个间隔被称为码元长度，间隔内的信号称为二进制码元，同样，N 进制的信号也是等长的，称为 N 进制码元。（1）传输速率通常以码元传输速率和信息传输速率来衡量。码元传输速率（码元速率/传码率）码元传输速率（码元速率/传码率）：单位时间内传送的码元数目，单位为“波特”，用符号“B”表示。二进制与 N 进制的码元速率有如下转换关系式：RB2=RBNlog2N(B)信息传输速率（信息速率/传信率）信息传输速率（信息速率

12、/传信率）：单位时间内传递的信息量，单位为比特/秒，记作 bit/s 或 bps。6码元速率与信息速率存在一定的关系码元速率与信息速率存在一定的关系：在二进之下，码元速率与信息速率在数值上项等；在 N 进之下，则有：Rb=RBNlog2N(bit/s)（2）差错率衡量系统正常工作时，传输消息可靠程度的重要性能指标，有两种表达方法：误码率和误信率。误码率误码率：是指错误接收的码元数在传送码元数中所占的比例，即码元在传输系统中被传错的概率。误信率误信率：是指错误接收的信息量在传送信息量中所占的比例，即码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。考点二信道考点二信道信道和噪声的研究是研究通信问题的基础。3

13、1 信道的定义31 信道的定义狭义信道是信号的传输媒介，分为有线（明线、对称电缆、同轴电缆、光纤等）与无线（地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距传播、人造卫星中继、各种散射信道等）两类。广义信道还包括有关的变换装置。广义信道按所包含的功能，可分为调制信道和编码信道。调制信道：信道中调制器输出端到解调器输入端的部分。编码信道：信道中编码器输出端到译码器输入端的部分。32 信道的数学模型32 信道的数学模型1 调制信道模型i.调制信道的共性：1）有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端；2）大多数信道是线性的，满足叠加原理；3）信号通过信道有一定延时，而且还会受到（固定的或时变的）损耗；

14、4）即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定的功率输出（噪声）。ii.调制信道模型用一个二对端（或多对端）的时变线性网络来表示调制信道。见 P35，图 3-2。对于二对端的信道模型，其输出与输入的关系有：调制器发转换器媒质收转换器解调器编码器输出译码器输入编码信道调制信道7eo(t)=fei(t)+n(t)ei(t)输入的已调信号eo(t)信道总输出波形n(t)加形噪声（或加性干扰），n(t)独立于 ei(t)fei(t)已调信号通过网络所发生的线性变换（由信道的特性决定）将 fei(t)写为 k(t)ei(t)，k(t)反应网络特性对 ei(t)的作用，对 ei(t)是一种干扰，称为乘性干扰

15、。于是二对端信道的数学模型为：eo(t)=k(t)ei(t)+n(t)iii.恒参信道与随参信道恒参信道：k(t)不随时间变化或基本不变，信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢。随参信道：非恒参信道的统称，k(t)是随机块变化的。2 编码信道模型调制信道对信号的影响是通过 k(t)和 n(t)使已调信号发生模拟变化，耳编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换。因此，有是把调制信道看成一种模拟信道，而把编码信道看成是一种数字信道。编码信道受调制信道的影响，输出数字以某种概率发生差错。编码信道模型可以用数字的转移概率转移概率来描述。无记忆模型见 P37，图3-3，图 3-4。33 恒参信道举例3

16、31 三种有线电信道33 恒参信道举例331 三种有线电信道明线对称电缆（双绞线）同轴电缆332 光纤信道333 无线电视距中继332 光纤信道333 无线电视距中继334 卫星中继信道34 恒参信道特性及其对信号传输的影响334 卫星中继信道34 恒参信道特性及其对信号传输的影响恒参信道等效于一个非时变线性网络，只要得到网络的传输特性，利用信号通过线性系统的分析方法，就可以求得已调信号通过恒参信道的变化规律。网络的传输特性可以用幅度频率特性和相位频率特性来表示。341 幅度频率畸变341 幅度频率畸变由有线信道的幅度频率特性的不理想所引起，由称为频率失真。8见 p42，图 3-11。不均匀的

17、衰耗必然使传输信号的幅度随频率发生畸变，引起失真；对于数字信号，还会引起相邻码渊波形在时间上的重叠，造成码间串扰。措施：改善滤波性能，将幅度频率畸变控制在允许的范围之内；通过均衡措施，是衰耗特性曲线变的平坦。342 相位频率畸变342 相位频率畸变信道的相位频率特性偏离线性关系所引起的畸变。对模拟话音通信影响不显著，但对数字信号的传输随着传输速率的提高，会引起严重的码间串扰。相频畸变常采用群迟延频率特性()（相位频率特性对频率的导数）来衡量。()=d()/d见 P43，图 3-12、3-13、3-14。如果()呈线性关系，则()将是一条水平直线，表示信号的不同频率由相同的群延迟，不会发生畸变。

18、当非单一频率的信号通过实际的信道时，信号频谱中的不同频率分量将有不同的群延迟，即他们到达的时间不一样，引起畸变。群延迟畸变和幅频畸变一样，也是线性畸变，采用均衡措施可以得到补偿。35 随参信道举例351 短波电离层反射35 随参信道举例351 短波电离层反射1）传播路径电离层 F2反射，D、E 是吸收层。2）工作频率需要经常更换，选用工作频率时，要考虑以下两个条件：应小于最高可用频率；是电磁波在 D、E 层的吸收较小。3）多径传播主要原因：一次反射和多次反射；反射层高度不同；电离层不均匀引起的漫射；地球磁场引起的电磁波分裂。4）应用远距离传输。缺点：可靠性差；需要经常更换工作频率；存在快衰落与

19、多径时延失真；干扰电平高。352 对流层散射信道352 对流层散射信道一种超视距信道，一跳传播距离 100500km，工作在超短波和微波波段。可提供 12240 个频分复用（FDM）话路，可靠性可达 99.9%。主要特征：5）衰落满衰落满衰落：长期变化，取决于气象条件。9快衰落快衰落：短期变化，由多径传播引起，信号振幅和相位快速随机变化。散射接收信号振幅服从瑞利分布，相位服从均匀分布。6）传播损耗能量总损耗包括：自由空间的能量扩散损耗散射损耗7）允许频带多径信道不仅引起信号电平的块衰落，而且导致波形失真。窄脉冲变为宽脉冲（见 P47，图 3-18），这种现象称为信号的时间扩散，简称多径时散。散

20、射信道好像一个带限滤波器，其允许频带定义为：Bc1/m(m最大多径时延差)8）天线与媒质间的耦合损耗无线增益亏损9）应用干线通信和点对点通信36 随参信道特性及其对信号传输的影响36 随参信道特性及其对信号传输的影响i.随参信道的传输媒质的特点1）对信号的衰耗随时间变化；2）传输的时延随时间而变；3）多径传播。ii.多径传播的影响1）衰落和频率弥散多径传播后的接收信号是衰减和时延都随时间变化的各路径信号的合成。设发射波为 Acos0t，经过 n 条路径传播后的接收信号 R(t)表示为：R(t)=i(t)cos0t i(t)=i(t)cos0t+i(t)i(t)第 i 条路径的接收信号振幅；i(

21、t)第 i 条路径的传输时延；i(t)=-0i(t)观察表明，i(t)和i(t)随时间变化与发设载频的周期相比要缓慢的多。R(t)=i(t)cosi(t)cos0t i(t)sini(t)sin0t设：Xc(t)=i(t)cosi(t)Xs(t)=i(t)sini(t)10则：R(t)=Xc(t)cos0t Xs(t)sin0t=V(t)cos0t+(t)V(t)合成波的包络V(t)=X2c(t)+X2s(t)1/2(t)合成波的相位(t)=arctan Xs(t)/Xc(t)R(t)可视为一个窄带过程：a)波形上，多径传播的结果是确定的载波信号变成了包络和相位收到调制的窄带信号；b)频谱上，

22、多径传输引起了频率弥散，由单个频率变成了一个窄带频谱。c)Xc(t)和 Xs(t)是 n 个随机变量的和，当 n 充分大时，根据概率论的中心极限定理，可已确认 Xc(t)和 Xs(t)式高斯随机变量，则 Xc(t)和 Xs(t)是平稳的高斯过程。可知 R(t)为一个窄带高斯过程，且 V(t)的一维分布服从瑞利分布（瑞利衰落），(t)服从均匀分布。2）频率选择性衰落信号频谱中某些分量的一种衰落现象，使多径传播的一个重要特征。对于两径传播（见 P50 图 3-20）：传输特性：设 f(t)的频谱密度函数为 F()，f(t)F()则V0f(t-t0)V0F()e-jt0V0f(t-t0)V0F()e

23、-j(t0+)V0f(t-t0)+V0f(t-t0)V0F()e-jt0(1+e-j)传输特性 H()为：H()=V0F()e-jt0(1+e-j)/F()=V0e-jt0(1+e-j)此处，H()除常数因子 V0、一个模值为 1、固定时延为 t0的网络，主要取决于(1+e-j)而|(1+e-j)|=2|cos()/2|（见 P51，图 3-21）即两径传播的模特性依赖于|cos()/2|，对不同的频率，两径传播的结果由不同的衰减。当=2n/时，出现传播极点；当=2(n+1)/时，出现传播零点。另外，相对延时一般随时间变化，故传输特性出现零点与极点的位置时随时间而变的。当传输波性的频谱宽于 1

24、/(t)时，传输波性的频谱将受到畸变。即所谓的频率选择性衰落频率选择性衰落。尚书概念可已推广到多径传播中去，出现频率选择性衰落的基本规律基本相同，即频率选择性依赖于相对时延差。相对时延差通常用最大多径时延差m来表示，则定义f=1/m为相邻传输零点的频率间隔，也称为多径传播媒质的相关带宽。如果传输信号的频谱宽于f，则将产生明显的频率选择性衰落。iii.传输速度与带宽选择11较高的传输速度要求较宽的信号频带。因此数字信号在多径传播时，容易因存在选择性衰落现象而引起严重的码间干扰，需要限制数字信号的传输速度。37 随参信道特性的改善分集接收37 随参信道特性的改善分集接收抗快衰落的措施：抗衰落的调制

25、解调技术、抗衰落的接收技术及扩普技术等。分集接收：分散接收几个合成信号并集中（合并）这些信号的接收方法，明显有效且被广泛采用的措施之一。基本思想：同时接收几个不同路径的信号，将这些信号适当合并构成总的接收信号，减小衰落的影响。分集方式（利用不同路径或不同频率、不同角度等手段）：1）空间分集使用多个天线（位置间要求有足够的间距，100 个信号波长）2）频率分集用不同载频传送同一个消息，各载频的频差相隔较远。3）角度分集利用天线波束的指向不同使信号不相关的原理构成的一种分集方法。4）极化分集分别接收水平极化和垂直极化波而构成的一种分集方法。合并方法：1）最佳选择式载几个分散信号中选择信噪比最好的一

26、个作为接收信号。2）等增益相加式将分散信号以相同的支路增已进行直接相加，相加后的信号作为接收信号。3）最大比值相加式控制各支路增益，使他们分别与本支络的信噪比成正比，然后相加获得接收信号。38 信道的加性噪声38 信道的加性噪声加性噪声独立于有用信道，却始终干扰有用信号。噪声来源：人为噪声人类活动造成的其他信号元（外台信号、开关接触噪声、点火辐射等）。自然噪声自然界存在的各种电磁波（闪电、大气中的电暴、宇宙噪声等）。内部噪声设备本身产生的各种噪声（电阻中自由电子的热噪声、真空管中电子的起伏发射等）。噪声类型：确知噪声如电源哼声、自激震荡、谐波干扰单频噪声连续波干扰，频带窄，幅度、频率或相位不能

27、预知。随机噪声随机噪声（不能预测）脉冲噪声时间上无规则的突发短促噪声，幅度大、时间短、较长的安静时段，较宽的频谱，频率越高，频谱强度越小。起伏噪声起伏噪声热噪声、散弹噪声、宇宙噪声，时域和频域上普遍存在、不可避免。1 热噪声由导体中自由电子的布朗运动引起的噪声。12主要特点：服从高斯分布，有均匀的功率谱密度 2kTG；2 散弹噪声真空管中和半导体器件重电子发射的不均匀性引起。单位时间内发射的电子平均数目是常数，但实际数目随时间变化，不能预测。因此发射电子所形成的电流并不是固定的，而是在一个平均值上起伏变化，是一个高斯随机过程。在非常宽的频率范围内，其功率谱密度等于 qI0（I0平均电流值，q

28、使电子电荷，q=1.610-19C）3 宇宙噪声天体辐射对接收机形成的噪声。20300MHz 的范围内，其强度与频率的三次方成反比。服从高斯分布，具有平坦的功率谱密度。如果噪声在整个频率范围内具有平坦的功率谱密度，则称为白噪声白噪声。上述三种噪声常常被近似的表述称高斯白噪声。4 带通型噪声起伏噪声经过接收转换器（等效为一个带通滤波器，滤出有用信号和部分滤除噪声）后，输出噪声为带通型噪声。通常此噪声满足“窄带”的定义，也称为窄带噪声或窄带高斯噪声。带通型噪声的等效带宽。见 P56。39 信道容量的概念39 信道容量的概念1 离散信道的信道容量根据转移频率信道模型，发送符号 xi(i=1,2,n)

29、而收到符号 yj(j=1,2,m)时所获得的信息量为：发送 xi而收到 yj时所获得的信息量=log2P(xi)+log2P(xi/yj)P(xi)xi出现的概率；P(xi/yj)收到 yj而发送为 xi的转移概率。取统计平均，则平均信息量/符号=H(x)H(x/y)（见 P57，3.10-2）H(x)每个符号的平均信息量；H(x/y)发送符号在有噪声信道中传输平均丢失的信息量。引用信息传输速率的概念：R=Ht(x)Ht(x/y)设单位时间传送的符号数为 r，则Ht(x)信息速率，Ht(x)=r H(x)；Ht(x/y)单位时间内发 x 收 y 的条件平均信息量，Ht(x/y)=r H(x/y

30、)R=rH(x)H(x/y)信道传输信息的速率 R 的最大值称为信道容量 C：C=maxp(x)R=maxp(x)Ht(x)Ht(x/y)2 连续信道的信道容量13香农公式：C=Blog2(1+S/N)(bit/s)B带宽；S信号功率；N加性带限高斯白噪声功率。若噪声功率谱密度为 n0，则C=Blog2(1+S/n0B)(bit/s)连续信道容量受“三要素”B、n0、S 的限制。连续信道容量与“三要素”的关系：1当 n0=0 或 S=时，信道容量 C=。实际系统无法实现，但可以通过减小 n0或增大 S 来提高信道容量。2通过增大带宽 B，无法使 CC=(S/n0)(n0B/S)log2(1+S

31、/n0B)C=(S/n0)log2e 1.44 S/n0当 S/n0一定，B，信道容量 C 也是有限的，这是因为 B时，噪声功率 N 也趋于无穷大。考点三模拟调制系统考点三模拟调制系统41 引言41 引言常用的调制方式：载波调制按调制信号的变化规律去改变载波某些参数的过程。通常载波有两种：正弦波作为载波通常称为载波调制；脉冲串或数字信号作为载波脉冲调制。根据调制信号的取值是连续的还是离散的，调制分为模拟调制和数字调制。正弦载波和脉冲载波都是即可用于模拟调制，又可用于数字调制。调制的作用：频谱搬移；影响系统的传输有效性和可靠性。本章重点：用正弦波为载波的幅度调制（调幅 AM、双边带 DSB、

32、残留边带 VSB、单边带 SSB）和角度调制（频率调制 FM）。42 幅度调制的原理及抗噪声性能421 幅度调制的原理正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程42 幅度调制的原理及抗噪声性能421 幅度调制的原理正弦载波的幅度随调制信号作线性变化的过程。设正弦载波为LimB14s(t)=Acos(ct+0)则幅度调制信号（已调）可表示幅度调制信号（已调）可表示为：sm(t)=Am(t)cos(ct+0)m(t)基带信号基带信号的频谱特性基带信号的频谱特性：基带信号可表示为：f(t)=g(t kT)g1(t kT)代表二进制符号“0”，出现概率为 Pg(t kT)=g2(t kT)代表二进制符号

33、“1”，出现概率为 1P基带信号功率谱密度为：p(f)=f2s|PG1(nfs)+(1-P)G2(nfs)|2(f-nfs)+fsP(1-P)|G1(f)G2(f)|2其中：fs=1/T数码速率；(f)函数；g1(t)G1(f)；g2(t)G2(f)当 P=1/2，G1(f)=G2(f)=G(f)时p(f)=fs|G(f)|2双极性基带信号：归零码不归零码单极性基带信号：如果 m(t)M()，则cosct=1/2(ejct+e-jct)sm(t)=Am(t)cosct=Am(t)1/2(ejct+e-jct)=A/2m(t)ejct+m(t)e-jctFsm(t)=1/2sm(t)e-jtd=

34、1/2A/2m(t)ejct+m(t)e-jcte-jtd2/T-2/T-4/T4/TfP(f)1/T 2/T-2/T-1/TfP(f)2/T-2/T-4/T4/TfP(f)15=(A/2)1/2m(t)ej(c )t+m(t)e-j(c+)t dsm(t)A/2M(c)+M(+c)可见，幅度已调信号，在波形上幅度已调信号，在波形上，其幅度随基带信号变化而成正比的变化；在频幅结构上在频幅结构上，完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此，幅度调制又称为线性调制。调制的一般模型调制的一般模型，见 P64，图 4-1。模型的输出信号的时域和频域表达式为：见 P64，4.2

35、-4，4.2-5。sm(t)=h()m(t)cos(ct c)d=coscth()m(t)coscd+sincth()m(t)sincdsm()=0.5M(c)+M(+c)H()其中：h(t)H()适当选择带通滤波器的冲激响应 h(t)，便可以得到各种线性调制信号。1 双边带（DSB）信号1输入信号无直流分量；2h(t)是理想带通滤波器；3输出信号为无载波分量的双边带信号，称为双边带抑制波（DSB-SC）信号，简称 DSB 信号。sm(t)=m(t)cosct，其波形和频谱见 P65，图 4-2。主要缺点：占用较多带宽。2 调幅（AM）信号1输入基带信号带直流分量，表示为 m0（直流分量）和

36、m(t)（交流分量）之和；2h(t)是理想带通滤波器；3输出信号为有载波分量的双边带信号。如果满足 m0|m(t)|max，则该信号为调幅（AM）信号。时域和频域表达式见 P65，4.26，4.27。3 单边带（SSB）信号为了提高频带利用率，双边带调制信号的两个边带包含的信息相同，只需传输一个边带就够了，即采用单边带调制。根据带通滤波器的传输特性：上边带调制h(t)m(t)sm(t)cosctc-cH()Sm()16下边带调制其时域信号的表达式见 P66，4.213，4.214。主要缺点：实现困难（锐截止滤波器）。4 残留边带（VSB）信号介于双边带和单边带之间的一种线性调制。在这种调制方式

37、中，不是完全抑制一个边带，而是部分抑制。关键：残留边带滤波器的设计传输特性 H()的确定。关键：残留边带滤波器的设计传输特性 H()的确定。根据线性调制的一般模型，得残留边带信号的频域表达式：Sm()=0.5M(c)+M(+c)H()假设采用同步解调法进行解调，相乘器输出信号为残留边带信号 sm(t)与同步载频 s(t)的乘积，乘积信号的频谱等于 sm(t)与 s(t)相应频谱的卷积：1/2Sm()*S()设同步信号为：s(t)=cosct，其频谱为：S()=(+c)+(-c)，则1/2Sm()*S()=1/2Sm(+c)+Sm(-c)其中Sm(+c)=0.5M(+2c)+M()H(+c)Sm

38、(-c)=0.5M(-2c)+M()H(-c)1/2Sm()*S()=1/4M(+2c)+M()H(+c)+1/4M(-2c)+M()H(-c)其中，M(+2c)和(-2c)为 M()搬移到2c处的频谱，可以由解调器中的低通滤波器滤除。于是低通滤波器输出频谱 So()为So()=1/4 M()H(+c)+H(-c)为了准确地获得 M()，必须满足H(+c)+H(-c)=c(常数)|H上式为确定残留边带滤波器传输特性必须遵循的条件。其物理意义见 P68，图 4-6。422 线性调制系统的抗噪声性能422 线性调制系统的抗噪声性能讨论信道存在加性高斯白噪声时，各种线性调制系统的抗噪声性能。调制系统

39、的抗噪声性能利用解调器解调器的抗噪声能力抗噪声能力来衡量，抗噪声能力通常用“信噪比信噪比”来度量。c-cH()Sm()17解调器性能分析模型：对于不同的调制系统，sm(t)是不同的，但 ni(t)都是相同的，即带通型噪声（高斯窄带噪声）。ni(t)=nc(t)cosct ns(t)sinct或 ni(t)=V(t)cosct+(t)ni(t)，nc(t)，ns(t)具有相同的平均功率，记为：n2i(t)=n2c(t)=n2s(t)如果噪声 ni(t)的单边功率谱密度为 n0，具有带宽 B，则平均功率为N Ni i=n=n2i2i(t)=n(t)=n0 0B B解调器输出信号的信噪比为：So/N

40、o=m2o(t)/n2o(t)解调器抗噪声性能评估指标输入及输出信噪比 GG=输出信噪比/输入信噪比1 DSB 调制系统的性能sm(t)=m(t)cosct平均功率：S Si i=s=s2m2m(t)=m(t)cos(t)=m(t)cosc ctt2 2=0.5m=0.5m2 2(t)(t)设同步信号为：s(t)=cosctmo(t)=sm(t)*s(t)=m(t)cos2ct=0.5 m(t)（2c被低通滤波器滤除）S So o=m=m2o2o(t)=1/4 m(t)=1/4 m2 2(t)(t)由于 ni(t)cosct=nc(t)cosct ns(t)sinctcosct=1/2 nc(

41、t)+1/2nc(t)cos2ct ns(t)sin2ct其中 nc(t)cos2ct 和 ns(t)sin2ct 被低通滤波器滤除。no(t)=1/2 nc(t)输出噪声功率：N No o=n=n2o2o(t)=1/4 n(t)=1/4 n2c2c(t)=1/4 N(t)=1/4 Ni i Si/Ni=0.5m2(t)/n0BSo/No=1/4 m2(t)/1/4 Ni=m2(t)/n0BG=2结论：调制制度增益为 2，即使信噪比改善一倍。2 SSB 调制系统的性能解调器与双边带信号相同。带通滤波器解调器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)mo(t)no(t)18N Ni i=n=n0 0

42、BNBNo o=1/4 N=1/4 Ni iS Si i=1/4m=1/4m2 2(t)S(t)So o=1/16 m=1/16 m2 2(t)(t)Si/Ni=m2(t)/4n0BSo/No=m2(t)/4n0BG=1结论：调制制度增益为 1。上述结论，不能得出 DSB 性能比 SSB 好，因为 SSB 所需带宽是 DSB 的一半，因而，在 n0相同的情况下，DSB 的输入噪声是 SSB 的两倍，输出噪声也是 SSB 的两倍。如果输入信号功率相等，则 DSB 和 SSB 在解调器输出端的信噪比相等。3 AM 系统的性能AM 信号可用同步检测和包络检波两种方法进行解调。以包络检波为例：设输入信

43、号为：sm(t)=A+m(t)cosct，其中 A|m(t)|max输入噪声为：ni(t)=nc(t)cosct ns(t)sinct则S Si i=A=A2 2/2+1/2m/2+1/2m2 2(t)N(t)Ni i=n=n2i2i(t)=n(t)=n0 0B B包络检波器输入端信号加噪声的合成包络：sm(t)+ni(t)=E(t)cosct+(t)其中 E(t)=A+m(t)+nc(t)2+n2s(t)1/2合成包络，检波器的输出（传输系数 Kd1）(t)=arctanns(t)/A+m(t)+nc(t)包络 E(t)中的信号和噪声是非线性关系，简单起见，考虑两种情况：1大信噪比情况满足下

44、列条件：A+m(t)ni(t)则 A+m(t)nc(t)和 A+m(t)ns(t)E(t)可以简化为：E(t)A+m(t)+nc(t)S So o=m=m2 2(t)N(t)No o=n=n2i2i(t)=n(t)=n2c2c(t)=n(t)=n0 0B B19故：So/No=m2(t)/n0BG=2 m2(t)/A2+m2(t)显然，AM 信号检波器的 G 随 A 的减小而增加。为了不发生过调制现象，A|m(t)|max。对于 100%调制（A=|m(t)|max），且 m(t)又是正弦信号，有m2(t)=A2/2此时，G=2/3，示包络检波能够得到的最大信噪比改善值。同步检测得到的调制制度

45、增益与包络检波相同。2小信噪比情况满足下列条件：A+m(t)ni(t)则 A+m(t)nc(t)和 A+m(t)V(t)时，可得tt带通滤波器解调器sm(t)n(t)sm(t)ni(t)mo(t)no(t)带通限幅器鉴频器低通滤波器SFM(t)m(t)t21(t)ct+(t)+V(t)/Asin(t)-(t)(t)与有用信号有关的项(V(t)/A)sin(t)-(t)噪声项解调器输出电压 vo(t)与输入信号的瞬时频偏成正比，可得vo(t)=1/2d(t)/dt fc有用信号输出为mo(t)=1/2d(t)/dtmo(t)=(KF/2)m(t)输出功率为：S So o=m m2 2o o(t)

46、(t)=(K=(K2 2F F/4/42 2)m)m2 2(t)(t)输出噪声为：no(t)=1/(2A)dV(t)sin(t)-(t)/dt=1/(2A)dns(t)/dt=1/(2A)ns(t)根据对噪声的分析n2s(t)=n2i(t)=n0B(n2i(t)为带通型噪声，是 ns(t)解调后的低通（0，B/2）型噪声)由于 dns(t)/dt 实际上是 ns(t)通过理想微分电路后的输出，故他的功率谱密度应等于 ns(t)的功率谱密度乘以理想微分电路的功率传递函数。可得 ns(t)的功率谱密度：Po()=2n0=(2f)2n0，|f|B/2可见，ns(t)的功率谱密度在频带内不是均匀的。而

47、是与 f2成正比。设解调器的低通滤波器截止频率为 fm，且有 fm1 时，BFM/BAMmf2小信噪比情况下V(t)A 时，解调器输出没有单独存在的有用信号项，完全有噪声决定，即存在“门限效应”。44 各种模拟调制系统的比较44 各种模拟调制系统的比较参见 P83，表 4-1。45 频分复用（FDM）46 复合调制及多级调制的概念45 频分复用（FDM）46 复合调制及多级调制的概念23考点四数字基带传输系统考点四数字基带传输系统51 引言51 引言数字通信系统包括两个重要的变换：1）消息与数字基带信号之间的变换；2）数字基带信号与信道信号之间的变换。基带传输数字通信频带传输研究基带传输系

48、统的意义：见 P8991。52 数字基带信号及其频谱特性521 数字基带信号52 数字基带信号及其频谱特性521 数字基带信号数字基带信号（矩形脉冲）类型：1 单极性码0 电位和正电位分别表示二进制 0、1。特点：脉冲之间无间隔，极性单一，用于近距离传输。2 双极性码二进制符号 0、1 分别与正、负电位的波形对应。特点：脉冲之间无间隔，无直流成分。常用于 CCITT 的 V 系列接口标准或 RS-232C。3 单极性归零码脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位。4 双极性归零码双极性码的归零形式。5 差分码信息符号 0、1 反映在相邻码元的相对变化上。如相邻码元的电位改变表示 1，不变表示

49、 0。6 多元码多个二进制符号对应一个脉冲码元。522 基带信号的频谱特性522 基带信号的频谱特性基带信号是一个随机脉冲序列随机序列的谱分析基带信号可表示为：s(t)=sn(t)其中g1(t-nTs)，表示符号 0 的脉冲，概率为 Psn(t)=n=-24g2(t-nTs)，表示符号 1 的脉冲，概率为 1 Ps(t)的功率谱密度 Ps()：Ps()=E|ST()|2/T设截取时间 T=(2N+1)TsTs码元时间则：Ps()=E|ST()|2/(2N+1)Ts截短信号 sT(t)可以看成由一个稳态波 vT(t)和一个交变波 uT(t)构成。稳态波的功率谱密度（离散谱）Pv()=|fsPG1

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