通信原理总结

通信原理总结

通信原理总结

学了通信原理这门课，一开始觉得很难，而且听学长们也总是告诫我们，通信原理是很难的课程，平时一定要好好学，不然自己复习的日子根本就抓不到要点了。事实上好像也是如此，在周围，这门主课的挂课率总是算前排的。当然对于我这样的人，总是上课时算是比较认真的，但是半期的时候还是没有搞懂它是干什么的，甚至到期末了，也只有零星的一点编码呀，带宽呀，调制啦，这样一些概念，但这些技术在一个通信系统中又是出于什么样的位置，该怎样应用这些技术组成一个通信系统，对此我还是一概不知。然而经过期末前的复习，我感觉自己对通信系统总算有个印象了，所以想把那些零碎的名词做一些解释，并且用我自己的学习过程以及对通信系统的了解来说明这些技术的应用。

上面是我画的认为比较完整的通信系统的简单流程图，对此我做一翻解释。

首先日常生活中的信号总是模拟的，我们把这些信号通过滤波等处理，得到带限的信号，这里以基带信号singnal为例

子,signal经过采样保持电路，我们就得到PAM信号，如图号了。

，这样的信号就是离散信

离散信号经过量化归属到个档次的幅度中比如我们有2V,4V,6,V,8V四个档次的归类，并且规定1V~3V之间的PAM离散信号就归类到2V的档次中去,一次类推，通过比较给每个PAM信号进行归类，这就是量化。

之后将量化了的信号进行编码，编码是一种认为规定的过程比如我们规定2V用00表示，4V用01表示，6V用10表示，而8V用11来表示,这样就把阶梯信号和二进制信号有了一种对应关系，顺着这种对应关系，我们可以得到刚才量化了的信号的二进制代码，这就是PCM编码得到了可以在存储器中存储的数字信号。

以上从模拟到数字信号的一种转变就是我们常说的A/D转换。至于我们平时要求的转换比特率的求法可以从它的转换过程得出计算方法。一个PAM信号对应一个档次，而一个档次对应几个比特的数字是在编码中体现的，例子中就是一个档次对应两个比特，假设这种对应关系是1对N个比特，对模拟信号的采样率是F,也就是1秒钟有F个PAM信号，这F个PAM信号就要被转换成F*N个比特，所以比特率就是F*N了。

对于完成转换的数字信号，我们如何处理呢？有的是被放进存储器中存储了，有的是到CPU中进行计算，加密等处理了。通常为了达到通信目的，我们就要将数字信号传递并且转换成模拟信号，毕竟在生活中模拟信号才是我们可以识别的。所以我们从存储器中读取数字信号，这些信号是基带信号，不容易传输，经过数字调制系统就可以转换成高频信号而被发送设备以各种形式比如微波，光信号传播出去。发送这些高频信号的速度关系到发送的比特率注意与前面的转换的比特率有不同。假如整个发送端可以发送四中波形A,B,C,D，它们可以分别表示发送了00，01，10，11信号，那么我们就说发送一个符号（即波形）就是发送了两个比特了。由此得到符号率与比特率的关系B=N*D.D是符号率baud/s,B是比特率bit/s,N表示一个符号与N个比特对应。

接收设备将这些信号转换成电信号，通过解调器，就可以还原基带信号，同样可以将它们放进存储器存储，这可以理解成网络视频在我们的电脑上的缓存。缓存中的信号通过解码器，也就是与编码器功能相反的器件将数字序列转换成各种量化的台阶（档次）信号。

最后将台阶信号进行填充恢复，我们就又可以原来的输入的模拟波形了，由此我们完成一次通信。如果模拟信号不需要数字化，那么我们可以进行模拟调制，同样可以发送出去，这个过程要简单很多。

当然，这里所讲的只是我们学习中所涉及的一些概念，完整的通信系统还有更多要考虑的，这只是我觉得通信过程的关键的骨架问题。

还有几个概念是对它们的理解和总结，希望可以和大家分享。1.

二进制比特率与信息量中的比特率。

因为我们假定二进制信号是等概率发生的，也就是P=0.5，而信息量的定义是这样的I=-log2(p)bit,通过此式，我们可以计算发送的一个二进制符号的信息量I=-log2(0.5)bit=1bit,所以我们通常说一个0或者1就是一个比特了。

2.

方波的带宽问题。

由上图我们可以注意到，一个持续时间为T的方波，它的频谱是一个SINC函数，零点带宽是1/T，即时间的倒数。当然，方波的带宽是无限大的，因此这样的波形在现实中是很难实现的，我们只能给方波提供一定的带宽，就是说得到的肯定只能是经过了过滤的波形。

在这里我们可以联系到吉布斯现象。我们可以这样理解：频率越大，就说明变化越快，而方波的转折点处就是一个极快的变化也就是有频带的高频部分构成，而经过带限的滤波之后，高频被滤去，得到的波形在转折点处就变化慢下来，于是在需要变化快的地方（如方波的转折点）变化慢，由此产生吉布斯现象。

3.

升余弦滚降滤波器。

我们知道升余弦滚降滤波器是防止码间串扰而设计的。码间串扰是指各个时间点上发送的符号并非准确的方波，而是在规定的时间内仍有余波，于是对下一个时刻发送的符号产生影响，最后可能因为影响的叠加效果而使后果严重，得到相反的采样结果。注意我们这里讲的码间串扰都是发生在基带频率上的。因此升余弦滚降滤波器也是在基带上的应用。

下图是升余弦滚降滤波器的原理图，上半部分是滤波器的频谱相应图，下半部分是滤波结果在时间域上的波形图。

我们可以这样思考，发送的基带波形是在一定的带限内的，假如说要求发送的符号率是D，那么图下半部分中可知1/2f0=1/D，所以f0=1/(2*D),或者说D=2*f0,由下半图我们可以看出我们发送的符号的频率是2*f0，这串符号在频谱上的表示（上半图）是个带宽为f0的信号，这个就是采样定理中说的当波形用SINC函数来表示时，符号率是该波形的带宽的两倍，也就是升余弦滚降滤波器在r=0的时候的特性。

当然，我们这里表示的只是发送一个符号的波形的带宽，但是我们可以这样想象，一个系统在任何时候发送符号是使用的带宽f0都是固定的，在1时间段内发送的波形的带宽在f0以内，那么我们完全有理由相信在2时间段内发送的波形的带宽必然在f0以内，所以这样可以理解多个符号组成的波形的带宽是在f0以内的。

从下半图我们可以看到，随着r的增加，符号波形在一个周期段以外的衰减就会加快，这里我们就可以看到它对码间串扰的影响会减小，这个就是升余弦滚降滤波器的作用，但是我们必须清楚的看到，符号率是不变的2*f0,而系统的绝对带宽在增加。根据升余弦滚降滤波器的定义我们得到这样一个关系D=2*f0/(1+r)。从以上的分析过程我们可以认为1/2*f0就是发送的数字信号的周期，也就是对于同样周期的信号我们需要不同的带宽，这个带宽就是发送的数字信号的带宽，而与原始的模拟波的带宽无关。

4.

调制的一些想法。

在学习调制的过程中，我一直搞不清什么是调制信号，什么是载波。最后总算明白，原来（一般来讲）调制就是将低频信号（调制信号）携带的信息在另外一个高频的信号（载波）上表现出来，表现的方法可以是改变载波的幅度或者相位或者频率等。当我们看到调制完成的波形是，发现它与载波有不同的幅度或者相位或者频率，从这里的变化我们极可以判断处调制信号有那些信息。载波就是用来携带低频信号要表达的意思的高频信号。之所以用高频是因为在一般情况下高频信号便于传输。

以上是我在学习通信原理中觉得关键要明白的只是点，这样知识才可以融会贯通。

扩展阅读：通信原理总结

第一章绪论

一、填空题

1、（通信）是传递与交换信息的过程。

2、（通信系统）是为完成通信任务所需的一切技术设备和传输媒质所构成的总体。

3、通信系统由（信源）、发送设备、信道、接收设备、（收信者）五部分组成，其中（信源）的作用是将消息转换成相应的电信号。（发送设备）是对原始电信号进行各种处理和变换，使它变换成适合于信道中传输的形式。

4、（模拟信号）参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且（直接）与消息相对应的信号，（数字信号）参量只能取有限个值，并且常常（不直接）与消息相对应的信号。

5、模拟信号（不一定）在时间上也连续；数字信号（不一定）在时间上也离散。

6、某离散消息所含的信息量为（

）信息量的

单位与底a有关当（a=2）时，信息量的单位为比特，对数以（e）为底时，信息量的单位为奈特。

7、对于等概率的二进制波形，其每个符号所包含的信息量为（1b）。

8、码元速率与数字信号进制没有关系，只与（码元长度）有关。9、对于一个M进制数字信号，码元速率Rs和信息速率Rb之间的关系为（

Rb＝Rslog2M）

）对于二进制数字信号Rs=Rb，有时称他们为数码率。二、问答题

[问题1]语音信号为模拟信号，所以传输语音信号的系统一定是模拟通信系统，此说法正确吗？为何？

答：不对。因为语音信号可以转换为数字信号，然后通过数字通信系统进行传输。

[问题2]数字电话与模拟电话有什么区别？

答：区别在于数字电话是数字通信系统，语音信号在信道中已经转换为数字信号；而模拟电话是模拟通信系统，语音信号在信道中仍然为模拟信号。三、应用题

1、某消息用十六元码序列传送时，码元速率是300baud，问：其信息速率为多少？若改用二元码序列传送该消息，试求信息速率为多少？

2、设有4种消息符号，其出现概率分别是1/4,1/8,1/8和1/2。各消息符号出现是相对独立的，求该符号集的平均信息量。3、一个离散信号源每毫秒发出4种符号中的一个，各相互独立符号出现的概率分别为0.4,0.3,0.2，0.1。求该信号源的平均信息量与信息速率。

第二章

一、填空题

1、时域内能量信号的总能量等于（频域内各个频域分量能量的连续）和。周期信号的总的平均功率等于（各个频域分量功率的总和）。2、功率谱只与功率信号频谱的（模值）有关，而与其（相位）无关。3、（数学期望）反映了随机变量取值的集中位置（均值）；（方差）

反映了随机变量的集中程度。

4、功率谱密度在整个频域内都是均匀分布的噪声称之为(白噪声)。二、问答

1、平稳随机过程的功率谱密度和自相关函数之间的关系。答：确定信号的自相关函数R()与其功率谱P()之间有确定的傅立叶变换关系，平稳随机过程X(t)的自相关函数与其功率谱之间也互为傅立叶变换关系，即

PX()R()ejdR()12PX()ejd

2、平稳随机过程的自相关函数的性质？

答：（1）R(0)为X(t)的平均功率：R(0)E[X2(t)]s

（2）R(τ)为偶函数：R()R()

（3）R(0)为R(τ)的上界：R()R(0)

（4）R()为X(t)的直流功率：R()E[X(t)]（5）R(0)=R()为X(t)的交流功率（方差）：R(0)R()

223、什么是窄带高斯噪声？它在波形上有什么特点?它的包络和相位各服从什么概率分布？

答：窄带高斯白噪声:若一个高斯噪声满足窄带的假设,即其频谱均被限制在“载波”或某中心频率附近一个窄的频带上,且这个中心频率离开零频率又相当远’则称之为窄带高斯噪声.窄带高斯噪声在波形上的特点:像一个包络和相位都缓慢变化的正弦波.其包络的一维分布服从瑞利分布’其相位的一维分布服从均匀分布.

4、什么是随机过程的协方差函数和自相关函数？它们之间有什么关系？它们反映了随机过程的什么性质？答：随机过程的协方差函数

随机过程的自相关函数

自相关函数和协方差函数之间的关系

它们反映了同一随机过程不同时刻的相关程度

5、什么是能量信号？什么是功率信号？能量信号和功率信号与周期信号和非周期信号有什么关系？

答:能量有限的信号称为能量信号，功率有限的信号是功率信号。周期信号一定是功率信号，能量信号一定是非周期信号。

三、应用题

1、黑白电视图像每帧含有300000个图像，每个像素有16个等概率出现的亮度等级，要求每秒传输30帧图像。如果要求信噪比为40db，计算传输该黑白图像所要求的最小信道宽带。

2、设n（t）是双边功率谱密度为n/2的白噪声，它作用在一个RC低通滤波器上，如图所示，求滤波器输出噪声的功率谱密度和自相关函数。

、3、

第三章模拟线性调制

一，填空题

1．幅度调制有常规调幅、双边带调制、单边带调制以及残留

边带调制。

2.幅度调制中，常规调幅，抑制载波双边带调幅的时域表达式分别为：

sAM(t)A0f(t)cos(ctc)sDSB(t)f(t)cosct,3．常规调幅中，根据调幅指数的不同，可以分为正常调幅，满调幅，过调幅三种。

4.常规调幅，调制效率的表达式为

1AM22A0Am12Am22Am2AA202m222AM2AM

最大调制效率为1/3，抑制载波双边带调幅的效率为15.形成SSB信号的两种方法是滤波法、相移法6.解调的常用方法为相干解调，包络检波。7.设高斯白噪声双边功率谱密度为n宽为B，则有：

Nin022Bn0B0/2，BPF特性理想，单边带

二．计算题

1.已知一个AM广播电台输出功率是50kW，采用单频余弦

信号进行调制，调幅指数为0.707。(1)试计算调制效率和载波功率；

(2)如果天线用50的电阻负载表示，求载波信号的峰值幅度。

2.对双边带信号和单边带进行相干解调，接收信号功率为2mW，噪声双边功率谱密度为210W/Hz，调制信号是最高频率为4kHz的低通信号。

(1)比较解调器输入信噪比；(2)比较解调器输出信噪比。

3,用单边带方式传输模拟电话信号。设载频为15MHz,电话信号的频带为300Hz~3400Hz,滤波器归一化值不低于1/1000,设计滤波器的方案

3

第四章．模拟角调制

一.填空题

1.对任意正弦信号，若有：(c(t)Acos(t))，则称之为调角信号。2.倍频的目的是提高(调频指数)，其作用是使输出信号的频率为输入信号频率的某一给定倍数。

3.产生调频信号的方法有（直接调频法）和（倍频法）。4.调频信号的解调有(相干)与(非相干)解调两种方法二．问答题

1.窄带调频和常规调幅的的主要异同点？

相似之处：在+（）Wc处由载波分量，在+(-)Wc两侧有围绕着载频的两个边带。它们的带宽相同，都是调制信号最高频率的两倍。区别：

2.包络检波的定义。

解调过程是先由微分器将调频信号转换为调幅调频信号，再由包络检波器提取其包络。三．应用题

1.已知受1KHz正弦信号的调制的角调制信号为S(t)=100cos(WcT+25cos(WmT))(1)(2)

若为调频波，当Wm增为5倍时，求调频指数及带宽。若为调相波，当Wm减为1/5倍时，求调频指数及带宽。

2已知调频信号是8MHz的单频余弦信号，若要求输出信噪比

40dB，试比较调制效率为1/3的常规调幅系统和调频指数为5的调频系统的带宽和发射功率。设信道噪声的单边功率谱密度为n=5×10W/Hz，信道损耗α为60dB。

第五章模拟信号的波形编码

一．填空题

1.PCM过程主要由（抽样）、（量化）和（编码）三个步骤组成。2.只要采样频率fs大于或等于被采样信号最高频率fH的（两倍），就可由采样信号不失真地还原被采样信号。

3.设带通信号有，N为不超过的最大正整数，若要用带通滤波器不失真地恢复被采样信号，则要满足（）条件。

二．简答题

1,。对电话信号进行非均匀量化有什么优点？

在非均匀量化时，采用压缩和扩张可以提高小信号的信噪比，从而相当于扩大了输入信号的动态范围。2．试述A律PCM编码规则。

第1位码M1为极性码，1代表正极性码，0代表负极性码；第2至4位码M2M3M4为段落电平码，表示信号绝对值处在哪个段落，3位码共可以表示8个段落，代表了8个段落的起始电平值；

第5至8位码M5M6M7M8表示任一段落内的16个量化电平值。3．试述时分复用的优点。

在一条信道上同时传送的若干个基带信号，它们具有相同的抽样频率，但抽样脉冲在时间上交替出现。各路信号占据不同的时隙，称为时分复用。与频分复用相比，时分复用是多路信号占用

相同的频率资源，而频分复用则是每路信号各自占用不同的频率资源。

三．应用题

1．已知某信号m(t)的频谱M(ω)如图所示。将它通过传输函数为H1(ω)的滤波器后再进行理想抽样。（1）抽样速率应为多少？

（2）若抽样速率=3，试画出抽样信号的频谱；

（3）接收端的接收网络应具有怎样的传输函数，才能由不失真地恢复m(t).

2．设输入为，按A律13折编码，求编码码组C，解码输出和量化误差。

3．模拟信号的最高频率4000Hz，以奈奎斯特频率抽样并进行PCM编码。编码信号的波形为矩形，占空比为1。

（1）按A律13折编码，计算PCM信号的第一零点带宽；（2）设量化电平数L=128，计算PCM信号的第一零点带宽。

4．有3路信号进行时分复用，这3路信号的最高频率分别是2kHz,2kHz,4kHz,信号的量化级都是256。在满足抽样定理所规定的抽样频率下，试求码元传输速率是多少？

.

第六章数字信号的基带传输

一、填空题

1、数字基带信号是数字信号的（电脉冲）表示。其产生过程可分为（码型编码）和（波形成形）两步。

2、在数字基带信号S(t)的功率谱密度中，（连续谱）总是存在的，（离散谱）可有可无。功率谱的形状取决于（单个形状的频谱函数）。

3、无码间串扰传输的充要条件是仅在（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，即在抽样点上不存在（码间串扰）。

4、理想低通滤波器的传递函数是（

0,S()ST,0TT）。

5、对理想低通，码元速率为（1/T），所需带宽为（1/2T），最高码元频带利用率为（2baud/Hz）。通常，我们称1/2T为（奈奎斯特带宽），T为（奈奎斯特间隔）。

6、对于二进制信号，将（待测的基带信号）加到示波器输入端，

（定时信号）作为示波器扫描同步信号，示波器上就可见如同人眼的图形，谓之眼图。眼睛睁的越（大），系统性能越好。

二、简答题

1、简述奈奎斯特第一准则及其物理意

义。

2、某数字基带传输系统特性H(f)如右图所示。其中α为某个常数，0≤α≤1。试说明该系统能否实现无码间串扰的传输。

三、应用题

1、已知信号代码为：10000000011100100001，画出它所对应的单极性非归零码、AMI码和HDB3码。

2、已知信息速率为64kbit/s，采用α=0.2的升余弦滚降频谱信号。

（1）求它的时域表达式；（2）画出它的频谱图；

（3）求传输带宽和频带利用率。

3、设输入信号an是四进制序列{0，0，0，1，3，2，1，0，3，2，3}。当采用第Ⅳ类部分响应信号时，列表说明全过程。（注：第Ⅳ类部分响应信号即r1,r2,r3分别为1,0，－1）

4、基带信号时峰-峰值为5V的NRZ码，噪声功率为0.25W，求单极性和双极性码的误比特率。（注：Q(5.00)=2.87×10）5、下图是一个由5级移位寄存器组成的扰码和解码系统。设移位寄存器的初始状态除an-5=0外其余均为1，输入序列cn是周期为6的序列001100110011，试写出输出序列错误！未找到引用源。的前列。

-7

20拍序

第七章数字信号的调制传输

一、填空题

1、

数字调制的三种的基本方式为（幅度键控）、（频移键控）、（相移键控）。2、3、

幅度键控的功率谱宽度是二进制基带信号的（2）倍。由于PSK信号的功率谱中没有（载波分量），所以解调时必须采用（相干）解调。4、

相对调相信号的产生过程是，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），然后在进行（绝对）调相。5、

匹配滤波器输出的最大信噪比只决定于（信号能量）与（噪声功率谱密度）之比，而与输入信号的（波形）无关。6、

接收机由（匹配滤波器）、（抽样器）和（判决再生器）组成。

7、在二进制的情况下，1对应于载波频率f1,0对应于载波频率f2.码元速率为Rs，带宽为Bb，则FSK的调频指数h为（h=（f2-f1）/Rs），频带宽带为（2Bb+|f2-f1|）。

二、作图

1、已知代传送二元序列为｛an｝=1011010011，试画出ASK，FSK，PSK和DPSK信号的波形。

三、问答

1、2PSK信号和2DPSK信号可以由哪些方法产生和解调？他们是否可以采用包络检波法解调？为什么?

答：2PSK信号和2DPSK信号可以用模拟调制法、键控调制法产生，用极性比较法，鉴相法解调2PSK信号，用极性比较一码变换法、差分相干法解调。他们不能用包络检波解调，因为2PSK和２DPSK是用相位而不是用振幅来携带需要传送的信息的。

2、什么是绝对移相？什么是相对移相？他们有什么区别？

答：绝对移相就是用载波的相位直接表示码元；相对移相就是用前后相邻的相对载波相位值表示数字信息。相对移相信号可以看作是把数字信息序列（绝对码）变换成相对码，然后在根据相对码进行绝对移相而成。

四、应用题

1、已知2FSK信号的两频率f1=2025Hz，f2=2225Hz，码元速率Rs=300bound，信道有效带宽为3000Hz，信道输出端的信噪比

为6db，求：（1）2FSK信号传输带宽；（2）非相干接收时的误比特率；（3）相干接收时的误比特率。

2、对于2ASK信号分别进行非相干接收和相干接收，数字信号的码元速率Rs=4800000bound，接收端的输入信号的幅度A=1mv,信道噪声的单边功率谱密度n=2×10^-15求：（1）非相干接收时的误比特率；（2）相干接收时的误比特率。

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